Направление окислительно-восстановительных реакций

Факторы, влияющие на протекание окислительно-восстановительных реакций

Протекание окислительно-восстановительных реакций зависит от природы взаимодействующих веществ и от условий проведения реакций.

1. От концентрации реагента

окислитель Н⁺

окислитель S⁺⁶

2. Температуры реакции

- на холоду

- при нагревании

3. Наличия катализатора

Без катализатора

С катализатором

4. Влияние характера среды – окислительно-восстановительные реакции протекают в разных средах. Например:

1) Кислая среда

2) Нейтральная среда

3) Щелочная среда

,т.е.

Т.е. в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в растворах, принимают участие ионы Н⁺ и ОН‾, которые не только способствуют передаче электронов от восстановителя к окислителю, но и связывают компоненты данных реакций.

В основе определения направления лежит правило:

Окислительно-восстановительные реакции самопроизвольно протекают всегда в сторону превращения сильного окислителя в слабый сопряженный восстановитель или сильного восстановителя в слабый сопряженный окислитель.

Прогнозировать направление окислительно-восстановительной реакции можно с помощью анализа значений окислительно-восстановительных потенциалов сопряженных пар.

Например: реакцию

Zn⁰ + Cu⁺² Zn⁺² + Cu⁰

восст. I окисл. II окисл. I восст. II

Можно представить в виде 2-х пар

- 2 + 2

( + 2) ( + 2)

Т.е. на границе металл – раствор возникает разность потенциалов, которая называется окислительно-восстановительным (ОВ) или электродным потенциалом.

Чтобы окислительно-восстановительные потенциалы (j) отдельных пар можно было сравнить, их определяют в стандартных условиях (T = 298⁰K, = 1 моль/л). Полученные значения называют стандартными окислительно-восстановительными (электродными) потенциалами . Данные величины различных сопряженных пар приводятся в таблицах. Положительный знак потенциала означает, что полуреакция самопроизвольно протекает в данном направлении. Отрицательный – самопроизвольно протекает обратная реакция, т.е. данное вещество должно окислиться, а протоны восстановятся до свободного вещества.

Суть окислительно-восстановительных реакций заключается в конкуренции за присоединенные электроны между участвующими веществами. При этом электрон присоединяет та сопряженная пара, окисленная форма которой сильнее его удерживает. Это можно изобразить схемой:

φ₁ φ₂

восстановитель I окислитель I + + окислитель II восстановитель II

j₁ > j₂

j₁ < j₂

(смещения равновесия)

Сопоставляя потенциалы сопряженных пар, можно заранее определить направление реакции. При взаимодействии двух сопряженных окислительно-восстановительных пар окислителем всегда будет окисленная форма той пары, потенциал которой имеет более положительное значение.

Например, в реагирующей смеси J₂ + H₂S имеются 2 сопряженные пары, потенциал которых равен:

J₂⁰ + 2 2J ‾ j = + 0,54 B

S⁰ + 2 S‾² j = + 0,17 B

J₂ (по стандартному потенциалу) более сильный окислитель, поэтому в реакции J₂ будет окислителем, H₂S - восстановителем.

Т.е. идет реакция

окислитель J₂⁰ + 2 2J ‾ процесс восстановления

восстановитель S‾² − 2 S⁰ процесс окисления

При малом отличии окислительно-восстановительных потенциалов сопряженных пар процесс является обратимым. Кроме окислительно-восстановительных потенциалов для определения направления данных реакций используют ее величину ЭДС.

ЭДС окислительно-восстановительной реакции в стандартных условиях равна разности стандартных потенциалов сопряженных окислительно-восстановительных пар, участвующих в реакции

Условием протекания реакции является положительное значение ЭДС.

Например: Выяснить какой галогенид KJ или KBr восстанавливает FeCl₃.

Ионная форма реакции:

Сопряженные пары и их потенциалы:

Fe⁺³ + = Fe⁺² j = + 0,77 B

1) Br₂ + 2= 2Br ‾ j = + 1,07 B

2) J₂ + 2= 2J ‾ j = + 0,54 B

ЭДС₁ = 0,77 – 1,07 = − 0,30 В

ЭДС₂ = 0,77 – 0,54 = + 0,23 В

Т.е. из двух данных галогенидов, только KJ восстанавливает FeCl₃. Если Е = 0, то в системе возникает равновесие.

Все биохимические окислительно-восстановительные процессы идут в присутствии ферментов (оксидоредуктаз). В их состав входят кофакторы или коферменты. Коферментами являются катионы переходных металлов (Fe, Cu, Mn, Mo), которые образуют с белком комплексное соединение. Основная особенность этих соединений – это способность быть окислителем и восстановителем, т.к. они находятся в виде сопряженных пар – окисленной и восстановленной форме.

Особенность биохимических окислительно-восстановительных реакций заключается в их много ступенчатости. Данные процессы – гликолиз, цикл Кребса, окислительное фосфорилирование – включают много стадий, которые идут под действием ферментов. Все ферменты определенного процесса объединяются с помощью межмолекулярных связей в ансамбли. Это обеспечивает химическое превращение субстрата постепенно, как на конвеере.

Окислительно-восстановительные реакции можно разделить на

1. межмолекулярные;

2. внутримолекулярные;

3. самоокисления – самовосстановления (диспропорционирования).

Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции протекают с изменением степени окисления атомов в разных молекулах

Своеобразно реагирует перекись Н₂О₂ – перекись водорода

Н₂О₂ – выступает как окислитель, так и восстановитель; в реакциях где является восстановителем, выделяется О₂ .

Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции идут с изменением степени окисления атомов в разных элементах в одной и той же молекуле. Обычно это реакции термического разложения веществ:

Реакции самоокисления – самовосстановления протекают с одновременным уменьшением и увеличением степени окисления атомов одного и того же элемента. Эти реакции характерны для тех веществ, в которых есть атомы с промежуточной степенью окисления.

Внутримолекулярные реакции окисления – восстановления, в которых происходит выравнивание степени окисления атомов одного и того же элемента называется контрдиспропорционирования (коммутации).

Дата добавления: 2013-12-13