Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)

Основные понятия

Под электроотрицательностью атома понимают условную величину, характеризующую способность атома в химическом соединении притягивать к себе связующее электронное облако.

Для характеристики состояния атомов в соединениях введено понятие «степень окисления». Под степенью окисления (СО) понимается воображаемый заряд атома в соединении, вычисленный, исходя из предположения, что соединение состоит из ионов. Определение степени окисления проводят, используя следующие правила:

1) степень окисления атома в простом веществе, например, в металле или в Н₂, N₂, О₃, равна нулю;

2) степень окисления атома в виде одноатомного иона в соединении, имеющем ионное строение, равна заряду данного иона;

3) в соединениях с ковалентными полярными связями отрицательный заряд относят к более электроотрицательному элементу;

4) алгебраическая сумма СО атомов в нейтральной молекуле равна нулю, в сложном ионе – заряду иона.

Большинство атомов в соединениях могут проявлять переменную СО. В качестве примера рассчитаем СО азота в соединениях KNO₂ и KNO₃. Степень окисления водорода и щелочных металлов в соединениях равна +1, а СО кислорода –2. Соответственно СО азота равна:

КNО2: 1 + х + 2(–2) = 0; х = + 3.

КNО3: 1 + х + 3(–2) = 0; х = +5.

Аналогичным способом можно определить степень окисления элементов в любых соединениях.

Любая ОВР состоит из процессов окисления и восстановления.

Окисление − это отдача электронов атомами вещества, то есть повышение степени окисления атома. В качестве примера рассмотрим реакцию окисления цинка: Zn⁰ – 2 е → Zn²⁺.

Как видно, CO цинка повышается от 0 до +2. Вещества, отдающие свои электроны в процессе реакции, называют восстановителями. В данной реакции цинк является восстановителем. В результате реакции степень окисления атомов повышается. Поэтому можно сказать, что вещество из восстановленной формы превращается в окисленную.

К типичным восстановителям относятся простые вещества, атомы которых имеют малую электроотрицательность, например: металлы; водород; углерод; анионы; атомы которых находятся в низкой или низшей степени окисления, например: Сl^–, Н₂PO^–, а также углеводороды; азотоводороды; бороводороды и др.

Восстановление − это присоединение электронов к веществу и понижение степени окисления атомов. Например, реакция восстановления иона Сu²⁺: Cu²⁺ +2 е → Cu⁰.

Вещество, принимающее электроны, называется окислителем. В данной реакции окислителем будет ион Сu²⁺. В результате реакции степень окисления атомов понижается. Поэтому можно сказать, что вещество из окисленной формы превращается в восстановленную.

К типичным окислителям относятся простые вещества, атомы которых характеризуются высокой электроотрицательностью, например: галогены и кислород; соединения кислорода, например, пероксиды; соединения благородных газов, например, КrF₆; катионы и анионы, содержащие атомы с высокой СО, например: Fe³⁺, Pb⁴⁺, Сe⁴⁺.

Раздельное протекание реакций окисления и восстановления происходит лишь в электрохимических процессах. В химических ОВР окисление и восстановление взаимосвязаны. В ходе ОВР восстановитель отдает свои электроны окислителю.