1.9. Окислительно-восстановительные реакции

К окислительно-восстановительным относятся реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомных частиц (а. ч.), входящих в состав реагирующих веществ.

Степень окисления – условный заряд а. ч., рассчитанный исходя из допущения, что вещество состоит из ионов.

Поскольку такое допущение является условным, понятие «степень окисления» носит также условный характер и является величиной формальной, не отражающей реального распределения зарядов между атомами. Однако это понятие широко используется при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций (ОВР).

Cтепени окисления а. ч. принимают значения от –4 до +8 в соответствии с правилами:

1. Степень окисления а. ч. в простых веществах равна 0, например,

2. А. ч. водорода в большинстве своих соединений находятся в степени окисления, равной +1. Однако в соединениях со щелочными и щелочноземельными металлами они проявляют степень окисления, равную –1, например:

3. А. ч. кислорода в подавляющем большинстве соединений находятся в степени окисления, равной –2, например: , . В пероксидах они проявляют степень окисления, равную –1, например: , . Положительные степени окисления а. ч. кислорода проявляют лишь в соединениях с фтором, например .

4. А. ч. фтора в соединениях всегда проявляют только одну степень окисления, равную –1.

5. А. ч. элементов группы I-A (щелочные металлы) в соединениях всегда проявляют степень окисления, равную +1.

6. А. ч. элементов группы II-A (Be, Mg, щелочноземельные металлы), а также Zn и Cd в соединениях всегда проявляют степень окисления, равную +2.

7. А. ч. алюминия в соединениях находятся в степени окисления +3.

Степени окисления а. ч. других элементов могут иметь переменные значения и рассчитываются исходя из того, что сумма степеней окисления всех а. ч. в молекуле или формульной единице равна 0, а в ионе – его заряду.

Пример 1.9.1. Рассчитайте степень окисления а. ч. фосфора в ортофосфате кальция Са₃(РО₄)₂.

Pешение.

Обозначим искомую степень окисления а. ч. фосфора через х. Учитывая число атомов каждого элемента в формульной единице и значения степеней их окисления, составим уравнение:

3 · (+2) + 2 · х + 8 · (–2) = 0, откуда х = + 5.

В ходе любой ОВР одновременно протекают 2 процесса – окисление и восстановление. С точки зрения электронной теории окисление – процесс отдачи электронов, в ходе которого степень окисления атома повышается, а восстановление – процесс присоединения электронов, в ходе которого степень окисления атома понижается.

А. ч., которые в ходе ОВР отдают электроны, называют­ся восстановителями, как и вещества, в состав которых они входят.

А. ч., присоединя­ющие электроны, называются окислителями, как и вещества, содержащие эти частицы.

Таким образом, в ходе ОВР восстановитель, отдавая электроны, восстанавливает, но сам окисляется; окислитель, принимая электроны, окисляет, но сам восстанавливается. При этом общее число электронов, отданных а. ч.-восстановителями, всегда равно числу электронов, принятых а. ч.-окислителями.

Окислительно-восстановительные свойства веществ можно определить, исходя из значений степеней окисления а. ч., входящих в их состав:

1. Если в состав вещества входят а. ч. элемента в минимальной степени окисления, то оно может проявлять только восстановительные свойства.

2. Если в состав вещества входят а. ч. элемента в максимальной степени окисления, то оно может проявлять только окислительные свойства.

3. Если в состав вещества входят а. ч. элемента в промежуточной степени окисления, то оно может проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства.