§ 8.1. Перебіг окисно-відновних реакцій

Електрохімія – це розділ хімії, що вивчає хімічні процеси, у результаті яких виникає електричний струм або хімічні процеси, які відбуваються під дією електричного струму хімічні.

В основі таких хімічних процесів є окисно-відновні реакції (ОВР).

Окисно-відновні (редокс) реакції – це електронодинамічні реакції, що супроводжуються переходом електронів від відновника до окисника зі зміною ступенів окиснення атомів чи іонів, що входять до складу реагуючих речовин.

Ступінь окиснення(z) – це формальний електричний заряд атома елемента в хімічній сполуці за умови, що всі утворені цим атомом зв'язки, носять чисто йонний характер.

Ступінь окислювання елементів визначається з урахуванням таких правил:

1. zелемента в простій речовині=0

2. z(O)= -2 (виключення:F₂O⁺²;R₂O₂).

3. z(Н)= +1(виключення: гідриди металівNa⁺H).

4. zйона = заряду йона (Na⁺заряд =+1;Fзаряд= -1)

5. Закон електронейтральності: у молекулі алгебраїчна сума ступенів окиснення елементів з урахуванням числа їх атомів дорівнює нулю.

Наприклад, KMnO

+1+x+4• (-2)=0 x=+7.

Окисник – речовина, що приєднує електрони і при цьому відновлюється.

Найважливіші окисники

1. Неметали, що переходять у процесі ОВР у негативно заряджені йони:

F2F (Cl₂; I₂; O₂; Br₂; S).

2. Катіони металів і катіон водню Н⁺, що переходять у процесі ОВР у нейтральний стан:

Ag⁺Ag⁰

2H⁺H⁰₂.

3. Складні речовини, до складу яких входять атоми елементів у вищих ступенях окиснення, що переходять у процесі ОВР у більш низькі ступені окиснення:

.

Відновник – це речовина, що відщеплює електрони і при цьому окиснюється.

Найважливіші відновники

1. Усі метали і деякі неметали (H₂; B; C), які переходять в процесі ОВР у стан з позитивними ступенями окиснення:

,

.

2. Складні речовини, до складу яких входять елементи з низькими ступенями окиснення, що переходять при ОВР у більш високі ступені окиснення:

,

(FeCl₂) (FeCl₃).

Типи ОВР

1. Міжмолекулярні ОВР– це реакції, у ході яких окисник і відновник знаходяться в різних речовинах:

Mn⁺⁴O₂+4HCl=Mn²⁺Cl₂+Cl+2H₂O.

2. Внутрімолекулярні ОВР– це реакції, у ході яких окисник і відновник (атоми різних елементів) знаходяться у складі однієї речовини:

2KClO=2KCl+3O.

3. ОВР дисмутації– це реакції, у ході яких атоми того самого елемента, що знаходяться в складі речовини, є й окисником, і відновником:

Cl+2KOH=KCl+KCl⁺¹O+H₂O.

При складанні рівнянь ОВР потрібно дотримуватися електронного балансу, тобто число електронів, відданих відновником, повинне відповідати числу електронів, прийнятих окисником. Обрахувавши ступені окислювання часток, що беруть участь і утворюються в результаті реакції, визначаємо відновник і окисник:

окисник [Mn⁺⁷O₄]^- + 8H⁺ + 5ē → Mn⁺² + 4H₂O 2 Е₀=+1,51 (В)

відновник Fe⁺² - ē → Fe⁺³ 10 Е_В=+0,77(В).

2[MnO]^-₄ +16H⁺ + 10Fe⁺² → 2Mn⁺² + 10Fe⁺³+ 8H₂O

2K⁺ 8[SO₄ ]10[SO₄ ]→2[SO₄]15[SO₄] 2К⁺ + SO₄

Для написання молекулярного рівняння складаємо ці два рівняння, дописуємо протилежнозаряджені йони та ставимо коефіцієнти у кінцеве рівняння реакції.

У розчинах здатність електронів до переходу від одних атомів чи йонів до інших характеризується стандартним окисно-відновним потенціаломЕ⁰(В).

Можливість і напрямок перебігу ОВР визначається величиною ЕРС, що розраховується як різниця потенціалів окисника (Е₀) і відновника (Е_В).

ЕРС = Е₀ – Е_В, якщо ЕРС = ΔΕ>0 – реакція можлива;

ΔΕ >0,2 (В) - реакція йде добре; ΔΕ <0 – реакція неможлива.

Для наведеної реакції ЕРС= 1,51-0,77=0,74(В), виходить, реакція проходить в прямому напрямку досить добре.