9.Окисно-відновні реакції

Програмні питання

Ступінь окиснення. Загальні поняття про окисно-відновні процеси. Окисники та відновники. Рівняння окисно-відновних реакцій. Метод електронного балансу. Типи окисно-відновних реакцій: реакції міжмолекулярного окиснення-відновлення, внутрішньо-молекулярного окиснення-відновлення та дiспропорціонірованія ( самоокиснення-самовідновлення)

9. 1. Основні поняття

Окисно-відновні реакції – це реакції, в яких змінюються ступені окиснення елементів.

Ступень окиснення (ст.ок.) - це умовний заряд, який виник би на атомі елемента, якщо б електронні пари всіх його ковалентних зв’язків змістились до атома більш електронегативного елемента ( або всі полярні ковалентні зв’язки зробились би іонними ).

замість А^+δ – В^-δ користуємось А⁺¹ – В^-1

Відносне значення χ_А < χ_В

електронегативності

Реальність умовність

±δ – ефективні заряди на атомах ±1 – ступені окиснення атомів

після утворення ковалентних зв’язків

Оскільки молекула не має електричного заряду, то сума ступенів окиснення всіх атомів елементів дорівнює нулю.

Наприклад: ССl₄ ; CO ; CH₄ ; C₂H₆

C – Cl C = O C – H C – H

χ = 2,5 3,0 2,5 3,5 2,5 2,1 2,5 2,1

ст.ок. = +4 (-1)х4 +2 -2 -4 (+1)х4 (+3)х2 (+1)х6

В яких межах можуть змінюватись ступені окиснення елементів? Згадаємо, що додатне значення ступеня окиснення атом має, якщо він віддає так звані ‘’власні‘’ електрони. Тобто, максимальне (найвище) значення ступеню окиснення дорівнює номеру групи періодичної системі елементів, в котрій цей елемент знаходиться. Якщо при утворенні ковалентних зв’язків атом має від’ємне значення ступеню окиснення, то він приймає електрони. При цьому максимальна кількість прийнятих електронів має дорівнювати (8-№ групи) для неметалів, бо тільки атоми неметалів здатні добирати ‘’чужи‘’ електрони до найбільш стійкого стану s²p⁶, тобто до вісьми. А кількість ‘’власніх‘’ електронів у них дорівнює номеру групи в таблиці Д.І.Менделєєва. Потрібно звернути увагу на те, що атоми металів не мають від’ємних значень ступенів окиснення. Тобто, мінімальне значення (найнижче) ступенів окиснення металів дорівнює нулю в стані простої речовини. Також ступені окиснення всіх елементів, яки взяти як прості речовини, дорівнюють нулю. Наприклад:

Na⁰ , Al⁰ , Si⁰ , H₂⁰ , O₂⁰ , N₂⁰ , Cl₂⁰ , …

Мінім. ст.ок. : Мg⁰ ; C^-4 ; P^-3 ; S^-2 ; Cl^-1 ; …

Максім. ст.ок. : Mg⁺² ; C⁺⁴ ; P⁺⁵ ; S⁺⁶ ; Cl⁺⁷ ; …

Також слід пам’ятати, що :

1. Гідроген в сполуках має додатне значення ступеню окиснення, +1 (виключення – гідриди активних металів, де він має ступінь окиснення мінус 1 (-1) - Na⁺¹H^-1 ; Mg⁺²H₂^-1 ):

H₂⁺¹O ; KOH⁺¹ ; H⁺¹₂SO₄

2. Оксиген в сполуках має від’ємне значення ступеню окиснення, -2 (виключення – пероксиди, де оксисен має ст.ок. мінус 1 (-1) – H₂O₂^-1 ; BaO₂^-1):

H₂O^-2 ; KO^-2H ; H₂SO₄^-2

3. Метали I, II, III- ої груп періодичної системи елементів мають виключно ступені окиснення +1, +2, +3 відповідно:

Na⁺¹₂O , Mg⁺²(OH)₂ , Al⁺³₂O₃

При перебігу окисно-відновних реакцій змінюються ступені окиснення елементів, тобто при цьому має місце передачі електронів від одних атомів до других – процеси окиснення і відновлення. Необхідно пам’ятати, що окиснення – процес віддачі електронів, а атом (речовина), що віддає електрони, називається відновником:

A⁰ - ne = A⁺ⁿ ,

де A⁰ - відновник, а A⁺ⁿ – продукт процесу окиснення.

Відновлення – процес приймання електронів, а атом (речовина), що приймає електрони – окисник:

B^+m + me = B⁰ ,

Де B^+m - окисник, а B⁰ - продукт процесу відновлення.

Яки речовини можуть виконувати роль окисника, відновника, або обидві ролі залежить від ступеню окиснення атома елемента в речовині. Так, при максимальному значенні ступені окиснення атом може тільки приймати електрони, тобто бути тільки окисником і відновлюватись:

Cl⁺⁷ ; Mn⁺⁷ ; S⁺⁶ ; Cr⁺⁶ ; N⁺⁵ ; V⁺⁵ …

Знаходячись в мінімальному ступені окиснення, атом може тільки віддавати електрони, тобто бути відновником і окислюватись:

Na⁰ ; Ca⁰ ; C^-4 ; Ti ; N^-3 ; S^-2 ; Cr⁰ ; Br^-1 …

І атом, що знаходиться в любому проміжному стані між максимальним і мінімальним ступенями окиснення в окисно-відновних реакціях може виконувати обидві ролі – окисника і відновника:

C^-2 ; Ti⁺² ; N⁰ ; N^-2 ; S⁺⁴ ; Cr⁺³ ; Cl⁺³ …