ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ

РЕАКЦИИ

Особенности окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительными называют

такие реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Процесс окисления—восстановления — важнейший природный процесс, принадлежит к числу наиболее распространенных химических реакций.

Согласно кислородной теории[1], окислением называли процесс соединения вещества с кислородом. Однако множество окислительно-восстановительных реакций, протекающих при взаимодействии металлов с серой, галогенами, процессов, протекающих при электролизе, при восстановлении металлов из их бескислородных соединений, не могли быть объяснены с точки зрения кислородной теории.

На смену кислородной теории пришла более совершенная — электронная теория. В соответствии с этой теорией сущность реакций окисления—восстановления состоит в переходе всех или части валентных электронов от восстановителя к окислителю.

При окислительно-восстановительных реакциях протекают два взаимосвязанных процесса: окисление, связанное с отдачей электронов атомами, молекулой или ионами, и восстановление, связанное с присоединением электронов. Таким образом, при окислительно-восстановительной реакции окислитель восстанавливается, восстановитель окисляется.

Окислителями являются вещества, атомы или ионы которых принимают электроны. К ним относятся некоторые элементы, расположенные в главных подгруппах V, VI, VII групп Периодической системы элементов Д.И. Менделеева (галогены, кислород, азот). Атомам этих элементов недостает во внешнем валентном электронном слое одного, двух или трех электронов для заполнения его до устойчивой 8-электронной внешней оболочки, характерной для большинства инертных газов. Окислителями также являются азотная кислота и ее соли, концентрированная серная кислота, хлорная и бромная вода, кислородные кислоты хлора и брома и их соли, которые содержат в своем составе атомы, находящиеся в высших степенях окисления, поэтому способные только понижать свою степень окисления.

Восстановителями являются вещества, атомы или ионы которых отдают электроны. К ним относятся элементы, расположенные в главных подгруппах I и II групп Периодической системы: К, Na, Ва, Sr, Са, Mg. Восстановителями также являются водород, сероводород, аммиак и другие вещества, которые содержат в своем составе атомы, находящиеся в низшей степени окисления и, следовательно, способные только повышать свою степень окисления.

Среди многочисленных химических процессов выделяют реакции двух типов:

  • 1) реакции, протекающие без изменения степени окисления элементов, например реакции ионного обмена типа ВаС12 + + K2S04 = BaS04l + 2КС1; некоторые реакции соединения СаО + Н20 = Са(ОН)2 и разложения 2Fe(OH)3 ? °с > Fe203 + + ЗН20;
  • 2) реакции, протекающие с изменением степени окисления, — окислительно-восстановительные реакции.

Окислительно-восстановительные реакции в свою очередь подразделяют на три группы в зависимости от того, где размещаются атомы элемента окислителя и восстановителя. Это реакции межатомного и межмолекулярного окисления—восстановления, реакции внутримолекулярного окисления—восстановления и реакции самоокисления—самовосстановления.

В качестве примера окислительно-восстановительных реакций рассмотрим горение меди в хлоре:

Атом меди передает 2 электрона двухатомной молекуле хлора. Степень окисления хлора уменьшается от нуля до — 1, а степень окисления меди увеличивается от нуля до +2. Хлор восстанавливается и выступает в роли окислителя. Медь окисляется и является восстановителем.

Реакции межатомного и межмолекулярного окисления—восстановления представляют собой реакции, в которых окислитель и восстановитель являются разными веществами. Например, горение магния

Mg° — 2е = Mg+2 12 восстановитель (процесс окисления);

02 + 4е = 2СГ2 |1 окислитель (процесс восстановления).

Внутримолекулярные реакции — это реакции, в которых восстановитель и окислитель находятся в одном и том же веществе. Например, разложение нитратов

2СГ2 — 4е = О,0 | 1 восстановитель (процесс окисления);

N+5 + 2е = N+ | 2 окислитель (процесс восстановления).

Реакции самоокисления—самовосстановления (диспропорционирования) — реакции, в которых восстановителем и окислителем являются атомы одного и того же элемента с промежуточной степенью окисления в молекуле вещества. Например,

С12° — 2е = 2C1+I | 1 восстановитель (процесс окисления);

С12° + 2е = 2СП1 | 1 окислитель (процесс восстановления).

Реакции компропорционирования — реакции, в которых атомы одного и того же элемента находятся в разных веществах, окисляются и восстанавливаются до промежуточной степени окисления. Например,

S-2 — 2е = S0 | 2 S-2 восстановитель (процесс окисления);

S+4 + 4е = S° | 1 S+4 окислитель (процесс восстановления).

  • [1] Основы кислородной теории горения сформулировал А. Лавуазье в 1772—1777 гг. независимо от Дж. Пристли.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >