✅Окислювально-відновні реакції – конспект

Почнемо ми з того, що всі хімічні реакції умовно діляться на два типи. Перший тип – реакції без зміни ступеня окислення атомів реагуючих речовин. Це в основному реакції обміну, приєднання і розкладання. Другий тип – реакції зі зміною ступеня окислення реагуючих речовин. Як правило це реакції заміщення.

У загальному розумінні окислювально-відновна реакція – це єдиний процес, що складається з двох напівреакцій: напівреакції окислення і напівреакції відновлення. Ці два процеси йдуть синхронно.

  • Окислення – це процес втрати електронів атомом (молекулою, іоном)
  • Відновлення – процес приєднання електронів атомом (молекулою, іоном)

Звідси випливає, що окислювач – це речовина, атоми, молекули або іони якого приєднують електрони, а відновник-речовина, атоми, молекули, іони якого віддають електрони.

Окислювач відновлюється в процесі відновлення (наприклад іони міді в ступені окислення + 2 відновлюється до вільного металу)

Відновник окислюється в процесі окислення (наприклад, молекула вільного металу цинку окислюється до ступеня окислення +2, будучи відновником в реакції). 

Вивчаючи ОВР потрібно пам’ятати поняття ступеня окислення атома.  По суті це формальна величина, що підраховується виходячи з формули з’єднання при умовному допущенні, що даний атом пов’язаний з іншими іонним зв’язком. Але це поняття вкрай важливо при знаходженні коефіцієнтів в рівняннях ОВР за допомогою методу окислювальних чисел (пізніше ми розглянемо цей метод).

З огляду на, що електрон заряджений негативно, то при окисленні ступінь окислення змінюється в позитивну сторону, в той час як при відновленні навпаки в негативну. 

При такому підході не уточнюється чи повністю здійснено перехід електронів від одного атома до іншого або має місце тільки зміщення електронних хмар загальних електронних пар. Потрібно пам’ятати, що у вищих ступенях окислення елементи утворюють з’єднання з ковалентним типом зв’язку між атомами, при цьому заряд на атомі, який умовно має вищу ступінь окислення може бути значно нижче. Але формально ми узагальнюємо.

Існує кілька типів окислювально-відновних реакцій. Розглянемо їх більш детально

  • Міжмолекулярні Red/Ox – реакції протікають зі зміною ступеня окисленя в молекулах різних речовин. Наприклад, в реакції приєднання цинку і хлору з утворенням хлориду цинку. Цей тип реакцій найпоширеніший
  • Внутрішньомолекулярні Red/Ox – реакції, що протікають зі зміною ступеня окислення різних атомів в одній молекулі.  При цьому атом елемента в більш високому ступені окислення окисляє елемент в меншій мірі окислення.

Реакція диспропорціонування-реакції протікають зі зміною ступеня окислення однакових атомів в молекулі одного і того ж речовини. Такі реакції характерні для сполук в яких елемент знаходиться в проміжному ступені окислення з усіх можливих для нього. Це означає, що атом цього елемента може бути і окислювачем і відновником.

Реакції конпропорціонування – протилежні за своїм механізмом реакцій диспропорціонування. В ході них атоми одного елемента, що знаходяться в різних ступенях окислення переходять до загальної, проміжної між вихідними, ступеня окислення.
Останніх два види реакцій ще об’єднують під загальною назвою реакцій самоокислення-самовідновлення.

Типові окислювачі і відновники.

Розглянувши визначення процесів окислення і відновлення, можна зробити висновок, що в ролі окислювачів можуть виступати абсолютно будь-які речовини ( прості і складні). Головне, що вони Е містять атоми в нижчих з можливих ступенів окислення і можуть знижувати її. 

Також і відновниками можуть бути прості і складні речовини, а томи яких знаходяться не у вищій мірі окислення і мають можливість її підвищувати в процесі окислення.

Існує ряд постулатів, які дозволяють виявити типових окислювачів і відновників.

Типові окислювачі:

  • Прості речовини, утворені атомами з великою електронегативністю.  Це елементи головних підгруп 6 і 7 груп. Типові неметали
  • Речовини, в яких елементи знаходяться у вищих і проміжних позитивних ступенях окислення. Це можуть бути прості іони (катіони міді двовалентної) або кисневмісні оксоаніони (дихромат-іони)
  • Пероксиды, супероксиди

Аноди електролізного осередку (згадайте статтю по електролізу і механізм дії катода / анода)
До основних речовин, що застосовуються в якості окислювачів в промисловості і лабораторії відносяться: кисень, озон, перикис водню, галогени, пероксиди металів, перманганати, хромати, дихромати, концентрована сірчана кислота, азотна, оксокислоти хлору, діоксид марганцю.

Типові відновники:

  • Прості речовини, в першу чергу атоми яких мають низьку електронегативність (це типові метали, безумовно лужні і лужноземельні метали)
  • Катіони металів в нижчому ступені окислення (наприклад катіон міді одновалентний)
  • Прості, елементарні аніони.
  • Оксоаніони, відповідні нижчим позитивним ступеням окислення елемента (нітрити, сульфіти)
  • Катод електролізної комірки

В якості відновників в основному застосовують всі лужні і лужноземельні метали, галогеноводроди (за винятком плавикової кислоти), прості речовини неметали (вуглець, водень). Особливо широко застосовується в металургії при відновленні металів з руди.  Сульфіти, нітрити, сульфіди. Органічні відновники – щавлева кислота, формальдегід, глюкоза. 

Як бути якщо речовина у своєму складі має елемент в проміжному ступені окислення?  Як передбачити його поведінку в ОВР?

Потрібно проаналізувати його “партнера” по реакції. З досить сильним окислювачем, наш “невизначений” атом буде поводитися як відновник. А з відновником проявить свої окислювальні здібності.

Таким чином, характер продуктів Ox/Red залежить від “партнерів” по реакції, їх концентрації, характеру середовища і температурного режиму. 

А тепер спробуйте вирішити кілька нескладних завдань:

  1. Є дві речовини – перманганат калію і нітрит калію. Напишіть рівняння реакцій взаємодії цих речовин в різних середовищах (нейтральна, кисла, лужна). Як будуть вести себе реагенти, які продукти реакції отримуємо. Дайте детальну відповідь спираючись на теорію, представлену вище.
  2. Є сірчана концентрована кислота і три метали-цинк, мідь, магній. Напишіть рівняння реакцій з кожним металом. Обґрунтуйте свою відповідь.
Посилання на основну публікацію