1.2. Окислительно-восстановительные реакции.

Окислительно-восстановительная реакция состоит из процессов окисления и восстановления. Окисление – это отдача электронов веществом, т.е. повышение степени окисления элемента.

Например, реакция окисления цинка . Степень окисленности (с.о.) цинка повышается от 0 до +2. Вещества, отдающие свои электроны в ходе реакции, называют восстановителем. В нашем примере это . В результате реакции с.о. элемента возрастает. Это значит, что вещество из восстановленной формы превращается в окисленную. Для нашего примера восстановленной формой вещества будет металлический цинк, а окисленной формой – ионы .

Типичными восстановителями являются простые вещества, атомы которых имеют малую электроотрицательность (ЭО – условная характеристика способности атомов в соединениях притягивать к себе электроны). Например: металлы; водород; углерод; анионы, атомы которых находятся в низкой или нижней степени окисления, например , , а также углеводороды, азотоводороды, бороводороды и др.

Восстановление – это смещение электронов к веществу или понижение степени окисления элемента. Например .

Вещество, принимающее электроны, называется окислителем. В примере окислителем является ион . В результате реакции степень окисления элемента понижается. Т.е. вещество из окисленной формы превращается в восстановленную.

К типичным окислителям относятся простые вещества, атомы которых характеризуются высокой ЭО, например галогены и кислород, соединения кислорода, соединения благородных газов, катионы и анионы, содержащие атомы с высокой с.о., например .

Раздельное протекание реакций окисления и восстановления происходит только в электрохимических процессах. В химических окислительно-восстановительных реакциях окисление и восстановление взаимосвязаны. В ходе окислительно-восстановительной реакции восстановитель отдает свои электроны окислителю.

Реакции, в которых окислители и восстановители представляют собой различные вещества, называют межмолекулярными. В некоторых реакциях окислителями и восстановителями могут быть атомы одной и той же молекулы. Такие реакции называют внутримолекулярными. Обычно это реакции разложения вещества. Например .

В данной реакции с.о. азота увеличивается (окисление), а с.о. водорода - уменьшается (восстановление). В окислительно-восстановительных реакциях наряду с окислителями могут участвовать ионы и молекулы среды.

Направление окислительно-восстановительной реакции.

Направление окислительно-восстановительной реакции можно предугадать на основе второго закона термодинамики. Если энергия Гиббса окислительно-восстановительной реакции ниже нуля ( ), то реакция может протекать в прямом направлении. Если указанная энергия , то прямая реакция в данных условиях невозможна и будет идти обратная реакция. Энергию Гиббса можно рассчитать, зная энергию Гиббса реакции образования продуктов и исходных веществ (приводится для стандартных состояний в справочниках).

Например:

Энергия Тиббса при 298 К и стандартном состоянии –94,5 кДж/моль. Т.е. окисление магния возможно, а окисление водорода оксидом магния нет.

Или:

G для этой реакции +126,5 кДж/моль. Отсюда следует, что окисление Pd водой при стандартных условиях невозможно, а обратная реакция окисления водорода оксидом палладия вполне возможна.

Реальная скорость процессов зависит от их кинетических констант и условий проведения.