Питання для самоконтролю

1. Які сполуки називають електролітами?

2. Яку роль відіграють електроліти в організмі людини?

3. В чому полягає сутність теорії електролітичної дисоціації?

4. Як визначити сильні та слабкі електроліти?

5. Зазначте сполуки, які не відносяться до електролітів:

6. а)СН₃СOONa; б)HNO₃; в)NaHSO₄; г)K₂CrO₄; д)FeSO₄; ж)C₆H₁₂O₆; з)P₂O₅;

7. Які йони біогенних елементів входять до складу внутрішньо- та позаклітинної рідини?

8. Дайте визначення кислотам, основам та солям з точки зору електролітичної дисоціації?

9. Вкажіть біологічну роль йонів Магнію та Кальцію в організмі людини.

10. Яка роль водно-електролітичного балансу в організмі людини?

Змістовий модуль №5

§ 5. Окисно-відновні реакції

Усвідомлення змісту цього параграфу дає змогу:

- характеризувати поняття окисника та відновника;

- визначати ступінь окиснення атомів елементів в сполуках;

- складати рівняння окисно-відновних реакцій;

- прогнозувати направлення та зміщення рівноваги в обмінних та окисно-відновних реакціях.

5.1. Теорія окисно-відновних реакцій

Окисно-відновні реакції (ОВР) – це найпоширеніший тип хімічних реакцій, що відбувається в природі. Цей тип реакцій є основним при утворенні складних речовин з простих в біологічних процесах. Окисно-відновні реакції лежать в основі колоообігу хімічних елементів у природі, є основою життєдіяльності, обміну речовин і диханні в живих організмах, забезпечують процес фотосинтезу в зелених рослинах. Важливу роль дані процеси відіграють в хімічній, харчовій, медичній та фармацевтичній промисловості. Окисно-відновні процеси використовуються у комплексі заходів з охорони навколишнього середовища.

Таким чином, особливість окисно-відновних реакцій, їх практична значущість є умовою необхідності більш детального ознайомлення з ними.

Окисно-відновними реакціями називають реакції, в яких відбувається зміна ступеню окиснення елементів, що входять до складу реагуючих речовин.

Ступінь окиснення – це умовний заряд, якого набув би атом у речовині, якби спільні електронні пари повністю змістилися б до більш електронегативного атома. Ступінь окиснення атома позначають арабською цифрою зі знаком «+» або «-» над символом елемента.

Значення та знак ступеня окиснення атомів у сполуках визначають за такими правилами:

- ступінь окиснення Оксигену у сполуках дорівнює -2; винятком, де Оксиген має ступінь окиснення -1, є пероксиди: ; ; надоксиди ; озоніди та флуориди Оксигену , ;

- Гідроген у сполуках має ступінь окиснення +1, крім гідридів металічних елеметів: , тощо;

- Флуор, як найбільш електронегативний елемент, в усіх сполуках має ступінь окиснення -1;

- ступінь окиснення лужних металів у всіх сполуках дорівнює +1, а лужноземельних +2;

- ступінь окиснення елемента у простих речовинах дорівнює 0;

- найвищий ступінь окиснення елемента відповідає номеру групи, до якої належить цей елемент. Винятками є Флуор, Оксиген, елементи восьмої групи (крім Ксенону, Осмію та Рутенію), найвищий ступінь окиснення яких менший від номера групи. Для елементів підгрупи Купруму найвищий ступінь окиснення більший від номера групи.

Наприклад, визначимо ступінь окиснення карбону в СО, СО₂, СН₄, С₂Н₆, С₂Н₅ОН. Позначимо ступінь окиснення карбону через х, тоді:

СО х + (-2) = 0 х = +2

СО₂ х + 2 (-2) = 0 х = +4

СН₄ х + 4 ∙ (+1) = 0 х = - 4

С₂Н₆ 2х + 6 ∙ (+1) = 0 х = - 3

С₂Н₅ОН 2х + 6 ∙ (+1) + (-2) = 0 х = - 2

За зміною ступеня окиснення елементів, які є в складі вихідних речовин та продуктів реакції, хімічні реакції можна розділити на дві групи. До першої групи належать реакції, що відбуваються без зміни ступеня окиснення елементів. Це реакції подвійного обміну, комплексоутворення, деякі реакції розкладу, реакції ізомеризації, полімеризації тощо. Наприклад, до першої групи можна віднести реакцію нейтралізації:

НСl + NaОН = NaCl + Н₂О

Друга група - це реакції, що відбуваються зі зміною ступенів окиснення елементів речовин, які реагують, та продуктів реакції. Такі реакції називають окисно-відновними, наприклад:

Zn + 2НCl = ZnCl₂ + Н₂

! Визначить ступінь окиснення елементів, що входить до складу реагуючих речовин.

Окиснення - це процес, за якого атоми віддають електрони, а відновлення - це процес, за якого атоми приєднують електрони. Процеси віддавання і приєднання електронів відбуваються одночасно: у цьому разі одні сполуки окиснюються, а інші відновлюються. Речовини, у складі яких є атоми, що віддають електрони, називають відновниками, а реагенти, що приймають електрони - окисниками. Окисник, приймаючи електрони, відновлюється, а відновник окиснюється. Кількість електронів, які приймає окисник, дорівнює кількості електронів, які віддає відновник. Процес окиснення супроводжується збільшенням ступеня окиснення, а процес відновлення - зменшенням.

Про окисно-відновні властивості атомів та сполук, що їх містять, можна судити на основі Періодичної системи елементів Д.І.Менделєєва. Відомо, що за номером групи можна визначити як найнижчий так і найвищий ступінь окиснення. Наприклад, елемент Сульфур знаходиться у шостій групі Періодичної системи. Номер групи показує, що атом Сульфуру має найвищий ступінь окиснення +6, а найнижчий -2. Відомі також сполуки, як сульфатна кислота H₂SO₄ та її солі, в яких атом сірки має проміжний ступінь окиснення +4. Атоми в проміжному ступені окиснення можуть бути як окисниками так і відновниками одночасно.

До найважливіших відновників належать: метали, гідроген, вугілля, СО, Н₂S, SO₂, H₂SO₃, HJ, HB, HCl, ZnCl₂, MnSO₄, CrCl₃, NH₃, N₂H₄, NO, H₃PO₃, альдегіди, спирти, мурашина та щавлева кислоти, глюкоза.

! Визначить ступінь окиснення елементів, що входить до складу речовин.

До найактивніших окисників відносять: KnMnO₄, K₂CrO₄, O₂, O₃, H₂SO₃ (конц), Н₂О₂, HNO₃, Ag₂О, РвО₂, галогени, йони Аu³⁺, Ag⁺, (NH₄)₂S₂O₈, гіпохлорити NaClO, царська водка.

! Визначить ступінь окиснення елементів, що входить до складу речовин.