Окисно-відновні реакції
Різноманіття класифікацій хімічних реакцій за різними ознаками (напрямку, кількістю і складом реагуючих і утворюють речовин, використанню каталізатора, тепловому ефекту) можна доповнити ще однією ознакою. Ця ознака – зміна ступеня окислення атомів хімічних елементів, що утворюють реагують речовини.
Під відновленням розуміють процес приєднання електронів атомами, іонами або молекулами. Ступінь окислювання при цьому знижується.
Наприклад, атоми неметалів можуть приєднувати електрони, перетворюючись при цьому в негативні іони, т. Е. Відновлюючись. Далі ми будемо вказувати ступінь окислення, а не заряди іонів, так як їх чисельні значення збігаються.
Електрони можуть приєднуватися і до позитивних іонів, які при цьому перетворюються на атоми:
Приймати електрони можуть і позитивні іони, у яких при цьому ступінь окислення знижується:
Під окисленням розуміють процес віддачі електронів атомами, іонами або молекулами. Наприклад, атоми металів, втрачаючи електрони, перетворюються на позитивні іони, т. Е. Окислюються:
Віддавати електрони можуть негативні іони:
Втрачати електрони можуть і деякі позитивні іони з нижчими ступенями окислення:
Можна відзначити, що при цьому ступінь окислення підвищується.
Окислення завжди супроводжується відновленням і навпаки, т. Е. Окислювально-відновні реакції являють собою єдність двох протилежних процесів – окислення і відновлення.
В окисно-відновних реакціях число електронів, що віддаються відновником, дорівнює числу електронів, прийнятих окислювачем, т. Е. Дотримується електронний баланс. Метод електронного балансу застосовують для записів електронних рівнянь процесів окислення і відновлення.
Наприклад, реакцію алюмінію з хлоридом міді (II) описують схемою (рис. 146).
Молекулярне рівняння цієї реакції написати вже нескладно, так як коефіцієнти для нього будуть взяті з електронних рівнянь:
Покажемо, як за допомогою методу електронного балансу можна розставити коефіцієнти в рівнянні складної окислювально-відновної реакції. Як ви пам’ятаєте, перше правило ряду напруг металів про взаємодію металів з розчинами кислот не поширювалося на сірчану кислоту концентровану і азотну кислоту будь-якої концентрації.
На відміну від соляної кислоти, в якій окислювачем атомів металу були катіони водню, в концентрованої сірчаної та азотної кислоти окислювачами є атоми сірки та азоту з сульфат-іонів і нітрат-іонів. Тому концентрована H2SO4 і HNO3 будь-якої концентрації взаємодіють з металами, що стоять у ряді напруг як до водню, так і після нього, відновлюючись при цьому до SO2, NO і т. Д. Наприклад, при взаємодії розведеною азотної кислоти з міддю виходить нітрат міді (II ), оксид азоту (II) і вода. Запишемо формули вихідних речовин і продуктів реакції із зазначенням ступенів окислення.
Підкреслимо знаки хімічних елементів, що змінили свої ступені окислення.
Складемо електронні рівняння, т. Е. Відобразимо процеси віддачі та приєднання електронів.
Запишемо коефіцієнт 3 перед і перед формулою нітрату міді (II), в якому, так як з такими значеннями ступенів окислення мідь зустрічається по одному разу. Коефіцієнт 2 запишемо тільки перед формулою речовини с, так як це значення ступеня окислення для азоту в схемі реакції зустрічається тільки один раз, а ось перед HNO3 коефіцієнт 2 цієї статті не запишемо, бо зустрічається ще раз у формулі Cu (NO3) 2. Наша запис прийме вигляд:
Тепер зрівняємо число атомів азоту. Після реакції воно дорівнює 3 – 2 = 6 з Cu (NO3) 2 і ще 2 атома з 2NO, всього 8.
Тому перед HNO3 запишемо коефіцієнт 8.
І зрівняємо число атомів водню.
Перевіримо правильність розстановки коефіцієнтів, підрахувавши число атомів кисню до і після реакції: до реакції – 24 атома і після реакції – 24 атома. Коефіцієнти розставлені правильно, тому замінимо в рівнянні стрілку на знак рівності:
Знаючи формулу речовини і визначивши ступеня окислення атомів хімічних елементів у ньому, неважко передбачити, які властивості проявлятиме кожен елемент і речовина в цілому: окислювальні або відновлювальні. Наприклад, азот в азотній кислоті має максимальне значення ступеня окислення +5, т. Е. Він “втратив” всі електрони, тому в азотній кислоті проявлятиме тільки окисні властивості. Азот в аміаку має мінімальне значення ступеня окислення – 3, т. Е. Він не зможе прийняти більше жодного електрона, і тому аміак проявлятиме тільки відновні властивості.
(2 votes, average: 4.00 out of 5)