2.1. Степень окисления.

Процессы окисления и восстановления

Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называется реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления атомов реагирующих веществ за счет отдачи или присоединения электронов.

Под степенью окисления понимают тот электрический заряд, который может возникнуть в атоме, если электронные пары, связывающие его с другими атомами, смещаются к более электроотрицательным атомам. Степень окисления в отличие от валентности имеет положительное или отрицательное значение. Положительная степень окисления возникает, если электроны смешены от данного атома к другому, отрицательная - если электроны смещены к данному атому и нулевая, если нет смещения электронов. Степень окисления обозначают арабской цифрой со знаком перед цифрой, расположенной над символом элемента. Например:

Ca⁺²O, AlC, Cl.

Для определения степени окисления атомов исходят из следующих положений:

• степень окисления элементов в простых веществах равна нулю, например: O₂, H₂, F₂;

• щелочные металлы (Li, Na, K, Rb,Cs, Fr) имеют постоянную степень окисления +1;

• элементы второй группы (кроме Нg): Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra,Zn,Cd имеют постоянную степень окисления +2;

• алюминий имеет постоянную степень окисления +3;

• постоянную степень окисления – 1 имеет фтор;

- атомы кислорода в соединениях проявляют главным образом степень окисления -2 за исключением пероксидов Э₂O₂ (-I) и фторида кислорода OF₂ (+2);

• атомы водорода проявляют степень окисления +1, кроме гидридов металлов (Na⁺H^-, Ca²⁺H), где его степень окисления равна -1;

• алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна 0;

- если молекула образована за счет ковалентной связи, как например SO₂, то степень окисления более электроотрицательного атома обозначается со знаком минус, а менее электроотрицательного - со знаком плюс. Так в SO₂ степень окисления серы +4, кислорода -2.

Степень окисления нередко не равна валентности элемента, что иллюстрируется в таблице 1.

Теория окислительно-восстановительных процессов основана на следующих положениях:

Окисление – это процесс отдачи веществом (атомом, молекулой, ионом) электронов сопровождающийся повышением степени окисления. Например: Ca⁰ – 2ē = Ca²⁺, 2Br^- – 2e = Вr.

Восстановление - это процесс присоединения веществом (атомов молекулой, ионом) электронов, сопровождающийся понижением степени окисления.

Например: Zn²⁺ +2e = Zn⁰.

- Вещества, отдающие электроны в процессе химической реакции, называются восстановителями, их степень окисления понижается.

- Вещества, присоединяющие электроны в процессе реакции, называются окислителями, их степень окисления повышается.

ОРВ сопровождаются перемещением электронов или смещением электронных пар, что приводит к изменению степени окисления. Так, в реакции

C⁰ + O = C⁺⁴O.

атом углерода повышает степень окисления от 0 до +4 и является восстановителем, он отдает электроны:

C⁰ – 4ē = C⁺⁴ - реакция окисления.

Атом кислорода в этой реакции - понижает степень окисления от 0 до -2 и является окислителем, он присоединяет электроны:

O₂⁰ + 4ē = 2O^-2 - реакция восстановления.

Процессы окисления и восстановления протекают одновременно. При этом число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

Различают три типа реакций окисления-восстановления: межмолекулярные, внутримолекулярные и самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования).

В межмолекулярных реакциях элементы, изменяющие степень окисления находятся в разных молекулах.

2Al⁰ + FeО= 2Fe⁰ + AlO.

К реакциям внутримолекулярного окисления-восстановления относятся процессы, при которых степень окисления изменяют разные элементы одной и той же молекулы. По этому механизму протекают реакции термического разложения соединений.

2 KCl⁺⁵O = 2KCl^-1 + 3O.

В реакциях диспропорционирования степень окисления одного и того же элемента и повышается, и понижается.

Cl+ H₂O = HCl^-1 + HCl⁺¹O.