Окислительно-восстановительные свойства элементов и их соединений
Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называют химические реакции, в которых происходит перенос электронов от одних атомов или ионов к другим. В результате этого процесса одни вещества окисляются, а другие восстанавливаются. Окислитель — это вещество, которое принимает электроны, а восстановитель — вещество, отдающее электроны.
Окислители и восстановители
В качестве окислителей могут выступать различные вещества, такие как кислород, галогены, азотная кислота, серная кислота и др. Восстановителями могут быть металлы, водород, углерод и другие вещества.
Для определения степени окисления элемента необходимо знать его валентность. Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, который вычисляется из предположения, что общие электронные пары полностью смещены к атомам более электроотрицательных элементов.
Степень окисления может быть положительной, отрицательной или нулевой. Положительная степень окисления соответствует числу электронов, которые атом отдал в ходе химической реакции. Отрицательная степень окисления показывает число электронов, принятых атомом. Нулевая степень окисления характерна для атомов в молекулах простых веществ.
Например, степень окисления кислорода в оксидах равна -2, водорода +1, углерода в органических соединениях равна нулю.
Важно понимать, что степень окисления не всегда совпадает с валентностью элемента. Например, в молекуле аммиака валентность азота равна III, а степень окисления -3.
Существует несколько правил, позволяющих определить степень окисления элементов в сложных соединениях:
Элементы с переменной степенью окисления можно разделить на три группы:
Типы окислительно-восстановительных реакций
По изменению степени окисления атомов элементов различают четыре типа окислительно-восстановительных реакций:
Примером реакции межмолекулярного окисления-восстановления может служить взаимодействие цинка с соляной кислотой:Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
Здесь цинк является восстановителем, он отдаёт два электрона ионы водорода превращаются в газообразный водород. Хлорид-ионы выступают в роли окислителя.
Пример реакции внутримолекулярного окисления-восстановления: термическое разложение нитрата меди(II):2Cu(NO3)2 → 2CuO + 4NO2 + O2
Нитрат-ион NO3– содержит азот в максимальной степени окисления +5, поэтому он может быть только окислителем. Медь в нитрате меди(II) имеет степень окисления +2, следовательно, она может быть только восстановителем. Таким образом, нитрат меди(II) при нагревании разлагается с образованием оксида меди(II), диоксида азота и кислорода.
Реакция диспропорционирования — реакция разложения нитрата аммония:NH4NO3 → N2O + 2Н2О
Азот в составе нитрат-иона имеет степень окисления +5 и может быть только окислителем, но азот в составе молекулы аммиака имеет степень окисления −3 и может быть только восстановителем. Поэтому нитрат аммония при нагревании разлагается на оксид азота(I), воду и свободный азот.
Реакции конмутации:2H2S + SO2 = 3S + 2H2O
Сера в сероводороде имеет степень окисления –2, а в сернистом газе +4. При взаимодействии этих веществ образуется свободная сера со степенью окисления 0.
Таким образом, окислительно-восстановительные реакции играют важную роль в природе и технике. Они лежат в основе процессов горения, коррозии металлов, фотосинтеза и многих других химических процессов. Понимание механизмов окислительно-восстановительных реакций позволяет управлять этими процессами и использовать их в различных областях деятельности человека.
Вопросы:
Примеры:
Решение:Для решения задач по теме «Окислительно-восстановительные реакции» необходимо уметь определять степень окисления элементов, знать правила составления уравнений окислительно-восстановительных реакций и уметь применять эти знания на практике.