Окислювально-відновні реакції

Окислювально-відновними називаються реакції, які супроводжуються зміною ступеня окислення елементів.

Під ступенем окислення розуміють умовний заряд, який виникає внаслідок зміщення електронних пар у бік більш електронегативного елементу. У сполуках, які складаються з атомів одного елементу, ступені окислення дорівнюють нулю. Ступінь окислення елементів у сполуках, що складаються з різних атомів, визначають за правилом: сума ступенів окислення всіх атомів, що є в сполуці, повинна дорівнювати нулю.

При цьому потрібно враховувати, що ступінь окислення водню дорівнює + 1, а кисню - -2: ; ; .

Ступінь окислення атомів вуглецю в органічних сполуках визначається за таким самим принципом, тільки за основу береться положення, що сума ступенів окислення кожного атома вуглецю та сполучених з ним груп повинна дорівнювати нулю:

О

; ;

ОН

При зміні ступеня окислення одночасно відбуваються два процеси: окислення і відновлення. Окисленням називається процес віддачі електронів. Атоми, молекули або іони, що віддають електрони, називаються відновниками,а самі при цьому окислюються. Відновленням називається процес приєднання електронів. Атоми, молекули або іони, які приєднують електрони, називаються окислювачами, а самі при цьому відновлюються.

Окислювально-відновні реакції можна поділити на три види: реакції міжмолекулярного окислення-відновлення; реакції внутрішньомолекулярного окислення-відновлення; реакції самоокислення-самовідновлення.

При складанні рівнянь окислювально-відновних реакцій необхідно визначити окислювач, відновник, записати схему електронного або електронно-іонного балансу (якщо реакція йде у водному розчині) і порівняти коефіцієнти. Засновниками електронно-іонної теорії окислювально-відновних реакцій є М.В. Писаревський, Я.І. Михайленко, М.О. Шилов, О.М.Берхенгейм.

1. Реакції міжмолекулярного окислення-відновлення.

При цих реакціях окислювач і відновник є різними речовинами й обмін електронами відбувається між елементами або іонами, що містяться в різних сполуках. Таких реакцій переважна більшість.

Якщо реакції відбуваються між елементами не в розчинах, то для них окислювально-відновний процес зображується у вигляді рівнянь електронного балансу.

Відновник Н^о₂ - 2 = 2Н⁺ 2(окислення);

Окислювач О^о₂ + 4 = 2О 1 (відновлення).

При цьому зліва записуються окислювач і відновник, справа – продукти реакції. За зміною ступенів окислення елементу визначають кількість електронів, що брали участь у даному процесі.

При цьому слід врахувати, що кількість електронів, що віддаються, повинна дорівнювати кількості електронів, що приєднуються. Їх кількості зрівнюються домноженням першого і другого рівнянь на число, яке є спільним множником для обох рівнянь. Одержані числа записують в рівняння реакцій як коефіцієнти.

Якщо реакції відбуваються в розчинах, то обмін електронів між іонами відбувається за участю води. Окислювально-відновні процеси в такому разі зображують у вигляді рівнянь електронно-іонного балансу, враховуючи дію іонів Н⁺, ОН^- і молекул води:

;

Відновник 1 (окислення)

Окислювач 2 (відновлення)

.

Останнє рівняння показує, що в окислювально-відновному процесі беруть участь: один атом міді, два іони і чотири іони . При цьому утворюється: один іон , дві молекули і дві молекули

. Кількість електронів, що беруть участь в даному процесі, дорівнює двом. Реакція відбувається в кислому середовищі (за участю іонів водню):

О

+ К₂SO₄ +

Н⁺¹

+ .

Відновник 3 (окислення);

Окислювач 1 (відновлення).

Для органічних сполук записується в основному електронний баланс, оскільки це сполуки з ковалентним типом зв’язку.

2. Реакції внутрішньомолекулярного окислення-відновлення.

Це реакції, в яких окислювач і відновник містяться в одній сполуці. При таких реакціях обмін електронами відбувається в середині самої молекули:

;

Окислювач 1 (відновлення)

Відновник 1 (окислення).

3. Реакції самоокислення-самовідновлення.

Цей тип самоокислення-самовідновлення називають ще й реакціями диспропорціонування. У них і окислювачем, і відновником є атоми одного й того ж самого елемента, ступінь окислення якого проміжний:

;

Окислювач 2 (відновлення)

Відновник 1 (окислення)

____________________________________________________

;

.

Оскільки реакція йде в кислому середовищі при наявності води, то іони водню і молекули води приймають участь у процесі. Іон виступає і окислювачем, і відновником:

Відновник 2 (окислення)

Окислювач 1(відновлення)

__________________________________________________________________________________ ;

.

Іон виступає і окислювачем, і відновником.

На перебіг окислювально-відновного процесу суттєво впливає реакція середовища. Кислоти і луги використовуються в таких випадках для добування солей і води.

Розглянемо, наприклад, дію перманганату калію та сульфіту натрію в кислому, лужному й нейтральному середовищах.

1. Кисле середовище

.

Окислювач 2(відновлення)

Відновник 5 (окиснення)

_________________________________________________________

;

.

2. Нейтральне середовище

.

Окислювач 2 (відновлення)

Відновник 3 (окислення)

________________________________________________________

; ; .

3. Лужне середовище

.

Окислювач 2 (відновлення)

Відновник 1 (окислення)

________________________________________________________

.

Отже, напрямок процесу окислення-відновлення залежить від того, які іони переважають у середовищі.