ЛЕКЦИЯ № 7

«Окислительно-восстановительные реакции» Степень окисления атома элемента

Степень окисления (окислительное число) – это формальный заряд атома в молекуле, рассчитанный из предположения, что все связи в молекуле имеют ионный характер.

Степень окисления указывают сверху над символом атома; записывают сначала знак степени окисления, а затем ее численное значение.

Для его расчета руководствуются следующими положениями:

1. В простых веществах (N_2, Cl₂, S, Fe и т.д.) степень окисления каждого атома равна нулю.

2. Степень окисления атома водорода в соединениях с неметаллами равна +1.

+1 +1 +1

Например: Н₂S, H₂O, NH₃ и т.д. В соединениях с металлами (солеобразных гидри-

-1 -1

дах) степень окисления атома водорода равна -1. Например: СаН₂, NaH и т.д.

3. Степень окисления атомов щелочных металлов (Li, Na, K и т. д.) во всех соединениях равна +1, а атомов щелочноземельных металлов (Сa, Sr, Ba) равна +2.

4. Степень окисления атома кислорода во всех соединениях равна -2. Исключение составляет ОF₂, в котором степень окисления кислорода равна +2.

5. Степень окисления атома фтора во всех соединениях с другими элементами равна -1.

6. В одноатомном ионе степень окисления атома совпадает с зарядом иона. Например, в ионе кальция Cа²⁺ степень окисления атома кальция +2.

7. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в сложный ион, определяет полный заряд иона.

8. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в состав нейтральных молекул, равна нулю.

Восстановители

Восстановители – это вещества, содержащие в своём составе атом, который повышает свою степень окисления в ходе реакции.

Более простое определение: восстановители – это вещества, которые отдают электроны (доноры электронов).

Важнейшими восстановителями являются:

1. Все простые вещества-металлы. Особенно активными восстановителями являются щелочные и щелочноземельные металлы. Причем чем меньше энергия ионизации металла, тем более сильным восстановителем он является.

2. Анионы бескислородных и некоторых кислородсодержащих кислот и их солей. Например: J^-, Cl^-, S^2-, NO₂^-, SO₃^2-, в которых атом не имеет предельную степень окисления.

3. Катионы металлов. Например: Cr³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Sn²⁺, в которых степень окисления атома может увеличиться.

4. Некоторые вещества при высоких температурах. Например: водород, углерод (обычно в виде угля, кокса), СО.

Восстановители в ходе реакции всегда окисляются.

Окисление – это процесс отдачи атомом электронов (электронодонорный процесс). Например, окисление серы:

-2ē -4ē -2ē

S^-2  S⁰ ; S⁰  S⁺⁴ ; S⁺⁴  S⁺⁶

Окислители

Окислители – это вещества, содержащие в своём составе атом, который понижает свою степень окисления в ходе реакции.

Другое определение: окислители – это вещества, которые присоединяют электроны (акцепторы электронов).

Важнейшими окислителями являются:

1. Простые вещества–неметаллы, атомы которых обладают большой электроотрицательностью: F_2, Cl₂, O₂, S и др.

2. Катионы переходных металлов, в которых атом имеет высшею степень окисления. Например: Fe³⁺, Sn⁴⁺, Au³⁺, Cu²⁺.

3. Анионы кислородсодержащих кислот, в которых атом может понизить свою

+6 +6 +5 +7 +6 +1 +5 +7

степень окисления: CrO₄^2-, Cr₂O₇^2-, NO₃^-, MnO₄^-, SO₄^2-, ClO^-, ClO₃^-, ClO₄^- и другие.

4. Ангидриды некоторых кислот. Например, CrO₃ (хромовый ангидрид), Mn₂O₇ (марганцевый ангидрид).

5. Пероксиды металлов. Например: Na₂O₂, CaO₂ и др.

Окислители в ходе реакции всегда восстанавливаются.

Восстановление – это процесс присоединения атомом электронов (электроноакцепторный процесс). Например, восстановление марганца:

+1ē +2ē +1ē +1ē +2ē

Mn⁺⁷  Mn⁺⁶  Mn⁺⁴  Mn⁺³  Mn⁺²  Mn⁰

Резкой границы между восстановителями и окислителями нет. Более того, одно и тоже вещество в одних условиях может играть роль восстановителя, а в других – окислителя. Например, H₂SO₃ в одних случаях выступает как восстановитель S⁺⁴  S⁺⁶ , а в других  как окислитель S⁺⁴  S⁰.

Иными словами, вещества, содержащие элемент с промежуточной степенью окисления, проявляют окислительно-восстановительную двойственность: с сильными восстановителями они проявляют свойства окислителя, а с сильными окислителями – свойства восстановителя.