8. Окислительно-восстановительные процессы. Основы электрохимии

8.1. Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительными называются реакции, которые протекают с изменением степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ.

ОКИСЛЕНИЕ - это процесс отдачи электронов:

• если атом отдает электроны, он заряжается положительно:

Nа⁰ – 1ē  Nа⁺, S⁰ – 6ē  S⁺⁶;

• если отрицательно заряженный элемент отдаёт электроны, он, как правило, становится нейтральным:

Сl^- - 1ē  Сl⁰ N^3- - 3ē  N⁰;

• если положительно заряженная частица отдает электроны, то величина её заряда увеличивается на. число отданных электронов:

S⁴⁺ - 2ē  S⁺⁶ Mn²⁺ - 5ē  Mn⁺⁷.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ - это процесс присоединения электронов:

- если атом присоединяет электроны, он становится отрицательным ионом. Нейтральные атомы неметаллов способны принимать электроны, так как у них на внешнем слое 4, 5, 6, 7 электронов.

S⁰ + 2ē  S^-2, О⁰ + 2ē  О^-2, N⁰ + 3ē  N^-3;

• если положительно заряженная частица принимает электроны, её заряд уменьшается на величину принятых электронов:

Mn⁺⁷ + 5ē  Mn⁺², S⁺⁶ + 2ē  S⁺⁴.

• возможно также образование нейтральных aтомов:

S⁺⁶ + 6ē  S⁰, Сu⁺² + 2ē  Cu^0.

ОКИСЛИТЕЛЬ - частица, принимающая электроны.

ВОССТАНОВИТЕЛЬ - частица, отдающая электроны.

Окислитель в процессе реакции восстанавливается, восстановитель – окисляется.

В реакции процессы окисления и восстановления происходят одновременно.

Окислители

Окислителями могут быть простые и сложные вещества. В качестве окислителей выступают те простые вещества, атомы которых имеют на внешнем слое более 4-х электронов: они способны легко достраивать свою электронную оболочку до 8-и электронной конфигурации, заряжаясь отрицательно:

Сl⁰ + 1ē = Сl^-,

О⁰ + 2ē = О^-2.

Среди сложных веществ окислительными свойствами обладают соединения с высшей или промежуточной степенью окисления, например, HN⁺³O₂, HN⁺⁵O₃, К₂S⁺⁴О₃. Объяснение их свойств даётся с точки зрения строения электронной оболочки их ионов.

Электронные оболочки атомов: N : ₇N 1s² 2s² 2p³,

S : ₁₆S 1s² 2s² 2p⁶ 3s²3p^4.

Электронные оболочки ионов:

₇N³⁺ 2s² 2p⁰; ₇N⁵⁺ 2s⁰ 2p⁰; ₁₆S⁴⁺ 3s² 3p⁰.

Следовательно, подобные частицы могут принимать электроны. При этом образуются нейтральные элементы или соединения с более низкой С.О.

N⁺³ + 1ē = N⁺²; N⁺⁵ + 3ē = N⁺²; S⁺⁴ + 4ē = S⁰;

N⁺³ + 3ē = N⁰; N⁺⁵ + 5ē = N⁰; S⁺⁴ + 6ē = S^-2.

Восстановители

Восстановителями также могут быть простые и сложные вещества.

Простые вещества - это металлы и неметаллы: Na, Al, S, Cl.

Na⁰ - 1ē = Na⁺; Al⁰ - 3ē = Al⁺³;

Cl⁰ - 1ē = Cl⁺; S⁰ - 6ē = S⁺⁶.

Среди сложных веществ восстановительными свойствами обладают соединения с низшей и промежуточной степенью окисления, например, Н₂S^-2, Н₂S⁺⁴О₃.

Электронная формула атома: ₁₆S 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴.

Электронные формулы заряженных частиц:

₁₆S^-2 3s² 3p⁶; ₁₆S⁺⁴ 3s² 3p⁰.

Как видим, такие частицы способны отдавать электроны, окисляясь до свободного состояния или повышая степень окисления на величину отданных электронов:

S^2- - 2ē = S⁰; S^2- - 6ē = S⁺⁴; S⁺⁴ - 2ē = S⁺⁶.