8.2.1. Теоретические сведения

Окислительно-восстановительными называются реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов в молекулах реагирующих веществ. Такие реакции лежат в основе многих процессов, имеющих место в природе и технике, в том числе в основе процессов горения.

Степень окисления - это формальный заряд атома в соединении, вычисляемый исходя из предположения, что все его связи ионные, то есть валентные электроны полностью переходят к атомам с большей электроотрицательностью.

Изменение степеней окисления при протекании окислительно-восстановительных реакций обусловлено переходом электронов от атомов одного элемента к атомам другого элемента. Процесс отдачи электронов, сопровождающийся повышением степени окисления, называется окислением. Процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления, называется восстановлением. Атомы, молекулы и ионы, отдающие электроны, являются восстановителями, принимающие электроны – окислителями.

Если соединение содержит атом в низшей степени окисления, то в реакции оно может быть только восстановителем, если в высшей степени окисления – только окислителем, если в промежуточной степени окисления – может быть как окислителем, так и восстановителем в зависимости от второго участника окислительно-восстановительного процесса.

Большинство типичных окислителей и восстановителей являются пожароопасными, т.к. в силу своих свойств благоприятствуют возникновению или развитию пожара.

Например, многие сильные окислители (HNO₃, H₂SO₄, KClO₃, CrO₃, жидкий О₂ и др.) являются негорючими веществами, но способствуют самовозгоранию горючих материалов. При их контакте с органическими веществами начинает протекать экзотермическая окислительно-восстановительная реакция, которая приводит к нагреванию материалов и, как следствие, к их самовозгоранию.

Суть пожарной опасности восстановителя состоит в том, что некоторые из них способны: а) легко воспламеняться и самостоятельно гореть (H₂S, NH₃, H₂ и др.); б) образовывать при взаимодействии с другими соединениями горючие вещества (Al, Zn и др. при взаимодействии с разбавленными кислотами); в) самовозгораться при контакте с водой (Na, K, Ca; Al и Zn в виде пыли, порошков; гидриды NaH, KH, CaH₂ и др.); г) самовозгораться при контакте с кислородом воздуха (уголь, сульфиды).

В зависимости от того, где находятся окислитель и восстановитель (в составе одной молекулы или в молекулах различных веществ), различают три типа окислительно-восстановительных реакций: внутримолекулярные, межмолекулярные, реакции диспропорционирования. Внутримолекулярные реакции отражают процессы термического разложения веществ, часто протекающие со взрывом.

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса

1. записывают формулы исходных веществ и продуктов реакции;

2. определяют степень окисления каждого атома;

3. составляют схемы, отражающие процесс передачи электронов, устанавливают число электронов, отдаваемых восстановителем и принимаемых окислителем;

4. определяют коэффициенты у восстановителя и окислителя, считая, что число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем по правилу нахождения наименьшего общего кратного;

5. уравнивают количества всех остальных атомов в следующем порядке: а) количество атомов металла, не изменивших степень окисления (слева направо), б) ионы кислотных остатков, не изменивших степень окисления (справа налево), в) количество ионов водорода;

6. осуществляют проверку правильности расстановки коэффициентов подсчетом общего количества атомов кислорода в левой и правой частях уравнения реакции.

Литература: [1 - гл. 9; § 9.1]; [2 - гл. 9; §§ 93-100, гл. 16, §§ 190-192]; [7].