Окислительно-восстановительные потенциалы и направленность окислительно-восстановительных реакций. Важнейшие окислители и восстановители, используемые в анализе

Cреди формальных понятий химии важнейшим является понятие степени окисления. Степень окисления (СО) - условный заряд атома элемента, вычисленный исходя из предположения,что молекула состоит из ионов.

1.Cтепень окисления кислорода равна: -2. Исключение: пероксидные соединения, где степень окисления кислорода:- 1. Na₂O₂^-1. и во фториде кислорода OF₂ она равна +2. H₂O^-2, H₂O₂^-1, O₂⁰, O⁺²F_2..

2.Водород имеет степень окисления +1, только в гидридах типа NaH^-1 его степень окисления равна (-1).

3.Степень окисления щелочных металлов = +1, щелочно-земельных = +2, Al = +3.

4.Степень окисления атомов, входящих в состав простых веществ = 0. N₂, Cl₂, Ca⁰, F₂.

5.В нейтральных молекулах алгебраическая сумма всех степеней окисления равна нулю, а в любом ионе равна заряду иона. H⁺¹N⁺⁵O^-2₃, H⁺Cl⁺⁷O^-2_4. Важность окислительного числа заключается в том, что номер группы системы указывает высшую положительную степень окисления, которую могут иметь элементы данной группы в своих соединениях.

Исключение: металлы подгруппы меди, кислород, фтор, бром, металлы семейства железа и некоторые другие элементы VIII Б группы.

Все многообразие химических реакций, происходящих в природе, промышленности, сельском хозяйстве, биологических процессах можно разделить на 2 группы:

1.Реакции, протекающие без изменения СО атомов, входящих в состав реагирующих веществ. К ним относятся

а) реакции обмена, например: Ba ²⁺Cl^-₂ + K₂⁺S⁺⁶O^-2₄ = Ba⁺²S⁺⁶O^-2₄ ↓ + 2K⁺Cl^-

б) некоторые реакции соединения, разложения NaOH + CO₂ = NaHCO_3, CaCO₃ =^t CaO + CO₂

2. Реакции, сопровождающиеся изменением СО атомов реагирующих веществ. К данному типу относятся реакции окисления-восстановления

а) реакции замещения Cu SО₄(p) + Zn(k) = Cu(k) + ZnSO₄(p) ΔG⁰₂₉₈ = -212кДж\моль

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂ ↑

б) некоторые реакции соединения, разложения

Ba + O₂ = 2BaO

NH₄NO₂ = N₂ +2H₂O

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно – восстановительными. Другими словами это реакции, связанные с передачей электронов от одних атомов к другим.

Окисление – процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, степень окисления при этом повышается. Ca – 2e^- = Ca⁺² H⁰₂ – 2e^- = 2H⁺

Восстановление – процесс присоединения электронов атомом, молекулой, ионом. Степень окисления при этом понижается.

Fe⁺³ + e^- = Fe²⁺ Cl⁰₂ + 2e^- = 2Cl^-

Окислители – молекулы или ионы, присоединяющие электроны,во время реакции окислители восстанавливаются.

Окисление и восстановление протекают одновременно.

Окислители – к ним относятся те простые вещества, элементы которых обладают высокой электроотрицательностью, т.е. неметаллы, например, F₂, O₂, Cl₂, Br₂, S и т.д.

Из сложных веществ, роль окислителей играют те вещества, которые содержат атомы неметаллов, имеющие высокие степени окисления

K ₂Cr⁺⁶₂O₇, KMn⁺⁷O₄, HN⁺⁵O₃, H₂S⁺⁶O₄, HCl⁺⁷O₄, K₂Cr⁺⁶O₄

Окислительные свойства, обусловливает не только атом с высокой степенью окисления, а весь анион. Ионы металлов и (водорода) также являются окислителями: Ag ⁺, Au³⁺, Cu²⁺, H⁺, Fe³⁺, и т.д.

Восстановители – простые вещества, образованные элементами с низкой электроотрицательностью, т.е. все металлы и некоторые неметаллы (H₂, B, C). Наиболее активный восстановитель – франций. Из сложных веществ относятся те, которые содержат атомы с низкими степенями окисления: Fe⁺²Cl ₂, Cr₂⁺³(SO₄)₃, KCl^-1, H₂S^-2, N^-3H₃, H₂S⁺⁴O_3.

Вещества, содержащие элементы в промежуточных степенях окисления, могут выполнять как функции окислителей, так и восстановителей, т.е. обладают окислительно – восстановительной двойственностью. Например: ряд соединений азота с различными степенями окисления:

N ^-3H₃ - всегда восстановитель

N₂^-2H₄, N^-1H₂OH, N₂⁰, N₂⁺¹O, N⁺²O, N₂⁺³O₃, N⁺⁴O₂ – обладают окислительно – восстановительной двойственностью

N₂⁺⁵O₅ - всегда окислитель

Азот в степени окисления -3 – может быть только восстановителем, т.е. может только повышать степень окисления.

Азот в степени окисления +5 всегда окислитель, повысить степень окисления не может, может только понизить.

Об окислительно – восстановительных свойствах элементов и соединений можно судить, руководствуясь периодической системой Д. И. Менделеева. Растворы кислот более сильные окислители чем растворы их солей, причем окислительная активность кислот тем значительнее, чем выше их концентрация. Так KNO_3(p) почти не проявляет окислительных свойств (необходим очень сильный восстановитель), HNO₃ разб. является слабым окислителем, а HNO₃ конц. – один из наиболее энергичных окислителей.

Дата добавления: 2014-11-25