Основные положения теории окисления-восстановления.

Окислительно-восстановительными реакциями называют химические процессы, сопровождающиеся переносом электронов от одних молекул и ионов к другим. ОВР протекает с изменением степени окисления атомов элементов входящих в состав реагирующих веществ.

 

Основные положения теории окисления – восстановления

Сущность окисления состоит в отдаче окисляющимся веществом (восстановителем) валентных электронов окислителю, который, принимая электроны, восстанавливается.

Сущность восстановления состоит в присоединении восстанавливающимся веществом (окислителем) электронов восстановителя, который, отдавая электроны, окисляется.

Например, в реакции:

С + PbO = Pb + CO

– окисление; восстановитель

– восстановление; окислитель

 

Процесс отдачи веществам (атомом, ионом) электронов называется окислением, а процесс присоединения веществом электронов называется восстановлением.

Вещества (атомы, ионы) в процессе химической реакции, присоединяющие электроны, называются окислителями, а вещества, отдающие электроны, называются восстановителями.

 

3. Основные восстановители. Основные окислители.

Группа восстановителей: восстановителями могут быть нейтральные атомы металлов – восстановительные свойства металлов зависят от агрегатного состояния, среды, величины радиуса атома и количества валентных элементов. Сильными восстановителями являются атомы с малым потенциалом ионизации. К ним относятся атомы электронов двух первых главных подгрупп периодической системы элементов – щелочные и щелочноземельные металлы, а также алюминий, железо и другие. Франций является самым сильным восстановителем из всех элементов периодической системы. В химических реакциях восстановители отдают электроны согласно схеме: .

Восстановительные свойства проявляют и неметаллы (углерод, водород); отрицательно заряженные ионы неметаллов (к данной группе относятся анионы в бескислородных кислотах и их солях: H₂S-S^2-, H₂Se-Se^2-, HJ-J^-, HBr-Br^- и другие. Сильные восстановительные свойства проявляют водород, находящийся в степени окисления (-1), т.е. в гидридах металлов – CaH₂); положительно заряженные ионы металлов в низшей степени окисления (это ионы металлов, которые при взаимодействии с сильными окислителями могут еще повышать свою степень окисления: Sn⁺², Fe⁺², Cr⁺², Mn⁺²); сложные ионы и молекулы, содержащие атомы в состоянии промежуточной степени окисления (сложные ионы SO , NO , AsO , CrO , [Fe (CN)₆]^4- проявляют восстановительные свойства, так как у них атомы серы, азота, мышьяка, хрома и железа находятся в состоянии промежуточной степени окисления: S⁺⁴, N⁺³, As⁺³, Cr⁺³, Fe⁺²; аналогичными свойствами обладают и некоторые молекулы: , , ).

Окислителями могут быть: нейтральные атомы и молекулы (сильными окислителями являются неметаллы – фтор, кислород, хлор); положительно заряженные ионы металлов (сильные окислители – положительно заряженные ионы с высокой степенью окисления: Fe³⁺, Cu²⁺, Sn⁴⁺); сложные ионы и молекулы, содержащие атомы металла в состоянии высшей степени окисления ( сложные ионы и молекулы, содержащие атомы неметалла в состоянии высшей положительной степени окисления (к числу этих окислителей относятся кислородные кислоты, их ангидриды и соли: ).

Кислород (O₂) – применяется для интенсификации производственных процессов в металлургической и химической промышленности; используется в смеси с ацетиленом для получения высоких температур (3500°С) при сварке и резке металлов; широко применяется в медицине, вдыхание 40-60% смеси кислорода с воздухом ускоряет процессы окисления в организме, уменьшая нагрузку на сердце и легкие. Кислород является сильным окислителем, особенно при нагревании. Атомарный кислород значительно активнее молекулярного. Восстановительные свойства кислород проявляет лишь по отношению к фтору.

2NaOH + 2F₂ = OF₂ + 2NaF + H₂O

Озон (O₃) – более сильный окислитель, чем кислород. Он обесцвечивает многие красящие вещества, окисляет металлы (за исключением золота, платины), аммиак в азотистую и азотную кислоты, сульфиды в сульфаты. Озон убивает бактерии, поэтому применяется для обеззараживания воды и для дезинфекции воздуха. Озон легко разлагается с выделением атомарного кислорода.

O₃ = O₂ + O

Озон легко окисляет серебро.

Ag + O₃ = AgO + O₂

 

Перманганат калия (KMnO₄) – очень сильный окислитель, применяется для окисления многих органических соединений. Окисляет сульфиты в сульфаты, нитриты в нитраты, йодистый калий до свободного йода, соляную кислоту до хлора, перекись водорода до кислорода. Характер восстановления KMnO₄ зависит от среды, в которой протекает реакция:

в кислой среде (рН < 7)

KMnO₄ ↔ K⁺ + MnO

MnO → Mn²⁺

фиолетово- слабо-розовая

малиновая или бесцветная

окраска окраска

в нейтральной или слабощелочной среде (рН ≥ 7)

MnO → MnО₂↓

фиолетово- бурый

малиновая

окраска

 

в сильнощелочной среде (рН >> 7)

MnO → MnO

фиолетово- зеленая

малиновая окраска

окраска

 

Хромовая и двухромовая кислоты – используются соли этих кислот: хромат калия K₂CrO₄ и бихромат калия K₂Cr₂O₇

CrO ; Cr₂О

желтая оранжевая

окраска окраска

 

Азотная кислота (HNO₃) – сильнейший окислитель. Азот в составе аниона NO может в зависимости от условий (концентрации кислоты, природы восстановителя, температуры) принимать от 1 до 8 электронов:

При восстановлении азотной кислоты практически не выделяется газообразный водород.

Большинство неметаллов восстанавливают азотную кислоту до оксида азота (II).