Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительной реакцией (редокс) называют взаимодействие двух атомов, при котором они обмениваются электронами.

Естественно, атомы не перекидывают между собой электроны, как футбольные мячи, иначе это было бы слишком просто.
Исходя из названия понятно, что во время реакции одновременно происходят окисление и восстановление.

Окислители и восстановители

Окисление или повышение степени — это процесс отдачи электронов одного атома другому. При этом элемент, отдающий электроны, называют восстановителем.
Восстановление или понижение степени — это процесс принятия электронов, отданных атомом. Элемент, принимающий их , называют окислителем.

Звучит запутанно, поэтому очень легко ошибиться в названии. Однако существует мнемоника, которая помогает запомнить неразбериху.

Важно!

Окислитель — похититель, забирает электроны, восстанавливает зоны.

Восстановитель – это донор, электроны отдает, окисление грядет.

Отдать — окислиться.

Взять — восстановиться.

«Вещества-оборотни»

Увы, нельзя сказать, что всю периодическую таблицу можно разделить на две колонки и никогда не ошибаться. На самом деле выделяют типичные вещества, понижающие и повышающие степень окисления. Но есть и «оборотни», которые могут выступать как окислителями, так и восстановителями.

Вещества, принимающие электроны

• Неметаллические, простые. Самым сильным будет $F_2$, за ним кислород $O_2$, потом $Cl_2$ и азот $N_2$. Это можно определить по шкале электронегативности элементов Полинга.
• Сложные вещества, содержащие ионы металлов или неметаллов, – элементы в высшей положительной степени окисления. Это может быть калий перманганат, хлорная, нитратная кислота, нитрат калия, высший оксид серы.
• Химические соединения, содержащие катионы некоторых металлов в высокой степени окисления $Au^{3+}$ или $Fe^{3+}$.

Вещества, отдающие электроны

• Простые металлы. Их способности к восстановлению демонстрирует ряд стандартных электродных потенциалов.
• Соединения, содержащие атомы или ионы неметаллов, – элементы в отрицательной низшей степени окисления. К ним относятся соединения с водородом $HBr$, $H_2S$ и соли с бескислородными кислотными остатками, такие как $K_2S$, $NaBr$, $LiI$.
• Катионы, которые имеют минимальную положительную степень окисления. Во время реакции эта степень повышается.
• Сложные соединения, в составе которых содержатся катионы неметаллов в положительной промежуточной степени окисления. Этот показатель во время реакции может повыситься.

Внимание!

Остальные вещества, которых нет в списке – это «оборотни». Они ведут себя в реакциях непредсказуемо.

Электронный баланс

В основе любой окислительно-восстановительной реакции лежит электронный баланс.

Его суть заключается в следующем: сколько электронов отдал восстановитель, столько же и должен принять окислитель.

Именно на этом золотом правиле и базируются методы уравнения реакций, которые используют, когда расставить коэффициенты методом подбора долго и сложно.

Как работает метод электронного баланса?

1. Сначала мы записываем саму реакцию, оставляем немного места для коэффициентов и несколько строчек внизу для уравнений.
2. Расставляем степени окисления над каждым элементом.
3. Ищем пары, меняющие свою степень окисления.
4. Определяем, на сколько единиц произошло изменение. Изменения идут +8 - 0 - -8.
5. Под уравнением записываем первый элемент, над ним – его изначальную степень окисления, потом количество электронов, которое он отдал или присоединил, и элемент еще раз – с окончательной степенью окисления.
6. Со вторым элементом делаем аналогично.
7. Находим наименьшее общее значение отданных и присоединенных электронов.
8. Делим его на количество электронов каждой реакции.
9. Полученные цифры и будут коэффициентами, которые следует выставлять.

Пример

$SiH_4+O_2→SiO_2+H_2O$ – неуравненное взаимодействие.

Подпишем степень окисления каждого элемента и определим, кто поменял степень окисления:
$Si^{-4}H^{+1} + O_2^0 = Si^{+4}O_2^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$;
Кремний и кислород поменяли свою степень.
$Si^{-4}-8e = Si^{+4}$ – процесс окисления;
$4O_2^0 + 8e = 4O^{-2}$ – процесс восстановления.

Общее кратное для чисел 4 и 8: - 8;
8\8=1 – коэффициент перед кремнием;
8\4 =2 – коэффициент перед кислородом;
$SiH_4+2O_2→SiO_2+2H_2O$.

Возникли трудности с работой по этой теме? У нас вы можете заказать научную статью по химии по низкой цене!

Тест по теме “Окислительно-восстановительные реакции”