Окисно-відновні реакції

•  Ступінь окиснення, як ви вже знаєте, є загальною характеристико атомів хімічних елементів. Так називають умовний заряд, який виникає на атомі внаслідок переходу електронів від одних атомів до інших або зміщення спільних електронних пар у бік атомів більш електронегативних елементів. Незважаючи на широке застосування у хімії, понятьтя «ступінь окиснення» є суто формальним. Наприклад, у молекулі гідроген хлориду експериментально визначені часткові заряди на атомах Гідрогену, і Хлору становлять +0,17 і -0,17 (а ступені окиснення +1 і -1). У кристалах цинк сульфіду часткові заряди на атомах Цинку і Сульфуру дорівнюють +0,86 і -0,86. Однак формальні ступені окиснення цих елементів сполуці становлять +2 і -2 відповідно.

• Пригадаймо:�
• Ступені окиснення позначають у формулах речовин над символам елементів:

​

• Ступінь окиснення елементів у простих речовинах дорівнює нулю:

​

​

​

​

​

​

• Максимальний позитивний ступінь окиснення елемента зазвичай дорівнює номеру групи, в якій він розміщений.�
• Мінімальний (негативний) ступінь окиснення неметалічного елемента дорівнює різниці між номером групи і числом вісім.

​

• Ступінь окиснення Гідрогену в сполуках з неметалічними елементами, зазвичай, становить +1, а з металічними —1:

​

​

​

​

• Флуор в усіх сполуках з іншими елементами має ступінь окиснення -1:

• Оксиген практично в усіх сполуках з іншими елементами виявляє ступінь окиснення -2. Утім трапляються й сполуки, де цей елемент має ступінь окиснення -1. У сполуці з Флуором ступінь окиснення Оксигену +2:

• Сума ступенів окиснення всіх атомів у сполуці дорівнює нулю (пересвідчіться у цьому на прикладі сульфатної та карбонатної кислот):

• Визначення ступенів окиснення елементів за формулами сполук розгляньмо докладніше. Приміром, з'ясуймо, які ступені окиснення Калію, Фосфору та Оксигену у калій ортофосфаті К₃Р0₄. Ступінь окиснення Калію становить +1, він дорівнює номеру групи, в якій розміщений цей хімічний елемент. Ступінь окиснення Оксигену в сполуках зазвичай дорівнює -2. Сума ступенів окиснення трьох катіонів Калію становить 3•(+1) = 3. Сума ступенів окиснення чотирьох атомів Оксигену становить 4•(-2) = -8. Додаючи ці два числа, дістаємо -5. Тож ступінь окиснення Фосфору має становити +5, адже сума ступенів окиснення всіх атомів у сполуці дорівнює нулю:

​

​

​

​

• Зміна ступенів окиснення хімічних елементів (чи їхня незмінність) - одна з ознак, за якими класифікують хімічні реакції.

• Окисно-відновні реакції супроводжуються переходом або зміщенням валентних електронів від атомів з меншою електронегативністю до атомів з більшою електронегативністю (мал. 14.1).

• З-поміж двох реакцій - взаємодії хлоридної кислоти з магнієм та магній оксидом - лише одна є окисно-відновною. Аби визначити, яка саме, запишімо їхні схеми й зазначмо ступені окиснення елементів:

​

​

​

​

​

​

• Вочевидь, унаслідок перебігу реакції між магній оксидом і хлоридною кислотою ступені окиснення елементів не змінюються. Натомість реакція магнію з хлоридною кислотою є окисно-відновною.

• Процес втрати електронів атомом називають окисненням, а процес приєднання електронів - відновленням. Атоми або йони, які приєднують електрони, називають окисниками, а ті, які віддають електрони, - відновниками (мал. 14.1).
• Унаслідок окиснення відновника його ступінь окиснення зростає, натомість відновлення окисника веде до зменшення його ступеня окиснення.

​

• Також окисниками чи відновниками називають речовини, до складу яких входять атоми або йони, що окиснилися чи відновилися. Тобто окисниками чи відновниками можуть бути атоми, молекули, прості й складні йони. Приміром, атоми металічних елементів (відновники втрачаючи електрони (окиснюючись), перетворюються на катіони:

• Окиснення та відновлення - дві протилежні сторони одного окисно-відновного процесу. Кількість електронів, які приймає окисник, дорівнює кількості електронів, які віддає відновник, - існує електронний баланс. Методом електронного балансу добирають коефіцієнти в окисно-відновних реакціях. Розгляньмо це докладніше на прикладі реакції МІЖ натрієм і хлором (мал. 14.2).

• Позначмо ступені окиснення хімічних елементів у реагентах і продуктах реакції:

​

​

​

​

​

​

• Вочевидь, Натрій і Хлор змінили ступені окиснення, тож складімо схеми переходу електронів. Кількість відданих і приєднаних електронів запишімо за вертикальною рискою праворуч. Аби дотримати електронного балансу, обчислімо найменше спільне кратне для кількості відданих і приєднаних електронів: воно дорівнює двом. Запишімо найменше спільне кратне після другої вертикальної риски. Діленням найменшого спільного кратного на кількості відданих і приєднаних електронів дістанемо додаткові множники, які будуть коефіцієнтами перед відповідними формулами у хімічному рівнянні. Позначмо після третьої вертикальної риски окисник і відновник, а після четвертої - процеси окиснення і відновлення. Доберімо решту коефіцієнтів

• Оскільки ця реакція відбувається у розчині, маємо підстави записати рівняння у йонному вигляді:
• Cu⁰ + 2Ag⁺ + 2NO = 2Ag⁰ + Cu²⁺ + 2NO
• Cu⁰ + 2Ag⁺ = 2Ag⁰ + Cu²⁺
• Отже, суть цієї окисно-відновної реакції - окиснення атомів Купруму катіонами Аргентуму(І) (або відновлення катіонів Аргентуму(І) атомами Купруму).
• Знання про окисно-відновні процеси допоможе вам по-новому подивитися на принцип розташування металів у ряді активності й глибше осягнути його.

​

• Значення реакцій окиснення й відновлення у природі, техніці та повсякденному житті важко переоцінити. Окисно-відновні процеси надзвичайно поширені. Дихання, кровообіг, обмін речовин у живих організмах, фотосинтез у рослин пов'язані з окисно-відновними реакціями.
• Феєрверк - захоплююче видовище (мал. 14.6). До складу будь-якої піротехнічної суміші входять речовини-окисники і горючі речовини-відновники.

​

• Окисно-відновні реакції відбуваються й тоді, коли ми запалюємо сірник. До складу головки сірника входить сірка, а на бічну стінку коробки нанесено суміш червоного фосфору з калій хлоратом. Теплової енергії, яка виділяється внаслідок тертя головки сірника об стінку коробки, достатньо, аби в результаті сублімації червоного фосфору утворився білий фосфор - легкозаймиста речовина. Він взаємодіє з киснем повітря з виділенням великої кількості теплоти, необхідної для подальшого перебігу низки окисно-відновних реакцій.
• Окисно-відновні реакції відбуваються й під час виверження вулканів Це руйнівне явище супроводжується виділенням отруйних газів, зокрема гідроген сульфіду.
• Під час грози також відбуваються окисно-відновні процеси. Внаслідок цього ґрунт збагачується солями нітратної кислоти, яка утворюється з нітроген(ІV) оксиду.

• Не злічити всіх окисно-відновних процесів навколо нас! Це і горіння палива, і окисно-відновні реакції в акумуляторі. Виробництво кисломолочних продуктів і хлібобулочних виробів, вибілювання й дезінфекція, фарбування і хімічна завивка волосся, ржавіння заліза, потемніння срібла, поява патини на бронзових пам'ятниках тощо пов'язані з процесами окиснення та відновлення. Добування неорганічних і органічних речовин, очищення повітря, природних і стічних вод також ґрунтуються на окисно-відновних процесах.�
• Біогаз - суміш метану й вуглекислого газу - також продукт окисно-відновних процесів. Біогаз утворюється у спеціальних реакторах (метантенках) унаслідок бродіння без доступу повітря органічних відходів. Перевага процесу переробки біомаси - значно менший уміст хвороботворних мікроорганізмів у його відходах, ніж у вихідному матеріалі. Енергія, одержувана під час спалювання біогазу, сягає від 60 до 90 % тієї, яку мав вихідний матеріал.

​

• Стисло про головне�
• Ступінь окиснення - загальна характеристика атомів хімічних елементів. Так називають умовний заряд, який виникає на атомі внаслідок переходу електронів від одних атомів до інших або зміщення спільних електронних пар у бік атомів більш електронегативних елементів. Ступені окиснення позначають у формулах речовин над символами елементів.�
• Зміна ступенів окиснення хімічних елементів (чи їхня незмінність) - одна з ознак, за якими класифікують хімічні реакції.�
• Окисно-відновні реакції супроводжуються переходом або зміщенням валентних електронів від атомів з меншою електронегативністю до атомів з більшою електронегативністю.�
• Процес втрати електронів атомом називають окисненням, а процес гриєднання електронів - відновленням. Атоми або йони, які приєднують - електрони, називають окисниками, а ті, які віддають електрони, - відновниками. Також окисниками чи відновниками називають речовини, доскладу яких входять ці атоми або йони.�
• Окиснення і відновлення - дві протилежні сторони одного окисно-відновного процесу. Кількість електронів, які приймає окисник, дорівнює кількості електронів, які віддає відновник, - існує електронний баланс. Методом електронного балансу добирають коефіцієнти в окисно-відновних реакціях.

​