Классификация окислительно-восстановительных реакций

Все химические реакции можно разделить на два типа. К первому из них относятся реакции, протекающие без изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, например;

CaCO₃ ® CaO + CO₂,

или с указанием степеней окисления

Са⁺²С⁺⁴О^-2₃ ® Са⁺²О^-2 + С⁺⁴О^-2₂

Ко второму типу относятся реакции, идущие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ:

2Hg⁺²O^-2 ® 2Hg⁰ + O⁰₂; 2K⁺J^- + Cl⁰₂ ® 2k⁺cl^- + J⁰₂

В первой реакции ртуть и кислород, во второй йод и хлор изменяют степень окисления.

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными реакциями (ОВР). С современной точки зрения изменение степени окисления связано с перемещением электронов, поэтому наряду с приведенным можно дать такое определение окислительно-восстановительных реакций (ОВР): это такие реакции, при которых происходит переход электронов от одних атомов, молекул или ионов к другим.

Рассмотрим основные положения, относящиеся к теории ОВР.

1. Окислением называется процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом; степени окисления при этом повышаются, например,

Al - 3 e^- ® Al³⁺ H₂ - 2 e^- ® 2H⁺

Fe²⁺ - e^- ® Fe³⁺ 2Cl^-- 2e^-® Cl₂

2. Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом; степень окисления при этом понижается, например,

S⁰ + 2 e ^- ® S^2-, Cl₂⁰ + 2 e ^- ® 2Cl^-, Fe³⁺ + e^- ® Fe²⁺

3. Окисление всегда сопровождается восстановлением; восстановление всегда связано с окислением, при этом количество отданных и принятых электронов одинаково (сохранение электронного баланса).

Все ОВР разделяются на три группы: межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления). К межмолекулярным относятся реакции, у которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах, например,

3Н₂ + N₂ ® 2NH₃,

4NH₃ + 5O₂ ®4NO + 6H₂O.

К межмолекулярным относятся также реакции между веществами, в которых взаимодействующие атомы одного и того же элемента имеют разную степень окисления:

2Н₂S + H₂SO₃ = 3S + 3H₂O,

5hcl + HClO₃ = 3Cl₂ + 3H₂O.

К внутримолекулярным относятся такие реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов в одной и той же молекуле. В этом случае атом с большей степенью окисления будет окислять другой атом с меньшей степенью окисления:

2NaNO₃ ® 2NaNO₂ + O₂,

(NH₄)₂Cr₂O₇ ® N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O.

К подобным реакциям относится и разложение веществ, в которых атомы одного и того же элемента имеют разные степени окисления:

Nh₄NO₂ ® N₂ + 2H₂O,

NH₄NO₃ ® N₂O + 2H₂O.

Реакции диспропорционирования сопровождаются одновременным увеличением и уменьшением степени окисления атомов одного и того же элемента. Очевидно, реакции диспропорционирования возможны для веществ, содержащих атомы с промежуточной степенью окисления:

4Na₂SO₃ ® 3Na₂SO₄ + Na₂S,

4KClO₃ ® 3KClO₄ + Kcl,

3K₂MnO₄ + 2 H₂O ® 2KMnO₄ + MnO₂ + 4KOH.

Восстановители и окислители

Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, называются восстановителями. Во время реакции они окисляются. Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, называются окислителями. Во время реакции они восстанавливаются.

К окислителям относятся простые и сложные вещества, которые содержат элементы, обладающие характерным свойством присоединять электроны. Сильные окислительные свойства проявляют фтор, озон, кислород, галогены и другие неметаллы. Окислительные свойства характерны для KMn⁺⁷O₄, K₂Cr₆²⁺O₇, Pb⁺⁴O₂, NaBi⁺⁵O₃, HN⁺⁵O₃, концентрированной H₂S⁺⁶O₄ и других веществ, которые содержат атомы элементов в высших степенях окисления.

Вещества, содержащие элементы с промежуточной степенью окисления - Mn⁴⁺O₂, HN³⁺O₂, H₂O₂^1-, S⁺⁴O₂ и другие - могут понижать и повышать свою степень окисления и поэтому, в зависимости от условий, могут проявлять свойства окислителей и восстановителей, например:

2SO₂ + O₂ ®2SO₃ SO₂ - восстановитель

SO₂ + 2H₂S ® 3S + 2H₂O SO₂ - окислитель

Неметаллы в свободном состоянии также могут обладать двойственными окислительно-восстановительными свойствами. Атомы металлов в реакциях окисления - восстановления обладают только восстановительными свойствами.