Окислительно-восстановительные реакции играют огромную роль в природе и технике. Без этих реакций невозможна жизнь, потому что дыхание, обмен веществ, синтез растениями клетчатки из углекислого газа и воды – все это окислительно-восстановительные процессы.
В технике с помощью реакций этого типа получают такие важные вещества как аммиак (NH3), серную (H2SO4)и соляную (HCl) кислоты и многие другие продукты. Вся металлургия основана на восстановлении металлов из их соединений – руд. Большинство химических реакций – окислительно-восстановительные. Приведем важнейшие определения, связанные с окислительно-восстановительными реакциями.
Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными.
Окислителями называются вещества, присоединяющие электроны. Во время реакции они восстанавливаются.
Восстановителями называются вещества, отдающие электроны. Во время реакции они окисляются. Окисление всегда сопровождается восстановлением и, наоборот, восстановление всегда связано с окислением.
Различают три основных типа окислительно-восстановительных реакций:
1)Реакции МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОГО окисления-восстановления (когда окислитель и восстановитель – разные вещества);
0 +5 +2 +2
Cu + HNO3 = Cu(NO3)2+ NO + H2O
Часть частиц NO3- участвует в реакции в качестве окислителя, давая оксид азота NO, а часть ионов NO3- в неизменном виде переходит в соединение меди Cu(NO3)2
Остальные коэффициенты подбираются без труда по уже найденным:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
2)Реакции ДИСПРОПОРЦИОНИРОВАНИЯ (когда окислителем и восстановителем может служить одно и то же вещество);
+3 +3 +5 +2
HNO2 + HNO2 = HNO3 + NO + H2O
Получаем уравнение: 2HNO2 + 1HNO2 = 1HNO3 + 2NO + H2O
3)Реакции ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНОГО окисления-восстановления (когда одна часть молекулы выступает в роли окислителя, а другая – в роли восстановителя).
+5 –1 0
KClO3 = KCl + O2
Теперь ясно, что перед KClO3 надо поставить коэффициент 2.
2KClO3 = 2KCl + 3O2
Степень окисления — условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что все связи имеют ионный характер.
Окислитель — это вещество, которое в ходе реакции принимает электроны, т. е. восстанавливается; восстановитель — отдает электроны,
Mg0 – 2e‾ = Mg2+
О0 + 2e‾ = O2‾
Отсюда видно, что магний отдает электроны, следовательно, он является восстановителем, который окисляется, а кислород, принимающий электроны (т. е. восстанавливающийся), — окислителем.
Процесс отдачи электронов: 2Na0 - 2e‾ = 2Na+ - называется окислением
Процесс принятия электронов: Cl2 + 2e‾ = 2Cl‾ - называется восстановлением.