Тема 6. Реакции с переносом электронов. Окислительно-восстановительные равновесия и процессы

6.1. Теоретические сведения

Все химические реакции по своей сути являются донорно-акцепторными и различаются по природе частиц, которыми обмениваются: электрон донорно-акцепторные и протон донорно-акцепторные. Химические реакции можно разделить на две группы: реакции ионного обмена, в ходе которых степень окисления частиц не меняется и окислительно-восстановительные реакции (ОВР), сопровождающиеся изменением степени окисления частиц.

Степень окисления (окислительное число) – условный заряд атома элемента в соединении, вычисленный из предположения, что электроны полностью переходят от частиц с меньшей электроотрицательностью к частицам с большей электроотрицательностью.

Теория ОВР разработана в 1914 году Л.В. Писаржевским.

Сущность ОВР заключается в переходе всех или части валентных электронов от донора (восстановителя) к акцептору (окислителю).

Основные положения:

1. Процесс отдачи электронов осуществляется атомами, молекулами и ионами, СО при этом возрастает.

2. Структурные единицы, отдающие электрон окисляются и называются восстановителями.

3. Процесс присоединения электрона осуществляется частицами, СО при этом понижается.

4. Структурные единицы, присоединяющие электрон восстанавливаются и называются окислителями.

5. Окисление всегда сопровождается восстановлением и наоборот, т.е. окислительно-восстановительный процесс всегда сопряженный процесс, при этом строго выполняется правило: число отданных восстановителем электронов равно числу электронов присоединяемых окислителем. Поэтому система в целом остается электронейтральной, свободных электронов в системе нет.

Характеристика элементов и их соединений в ОВР представлена в табл. 37. Типы ОВР представлены в табл. 38.

Таблица 37

Характеристика элементов и их соединений в овр

Типичные восстановители	1. нейтральные атомы металлов: Ме0 – nē → Меп+ 2. водород и неметаллы IV-VI групп: углерод, фосфор, кремний. 3. анионы бескислородных кислот 4. гидриды щелочных и щелочно-земельных металлов 5. ионы металлов с переменной валентностью, находящиеся в низших, менее устойчивых степенях окисления: Sn+2, Fe+2, Cu+, Hg+
Окислительно-восстановительной двойственностью обладают	1. элементы в промежуточной степени окисления (по отношению к окислителям являются восстановителями, а по отношению к восстановителям – окислителями) – азотистая кислота и нитриты. 2. йод и галогениды (реакция диспропорционирования) 3. пероксид водорода
Типичные окислители	1. неметаллы в свободном состоянии неметаллы и металлы в высшей степени окисления

Как проявляет себя вещество в данной реакции (окислитель или восстановитель), в основном зависит от среды, под влиянием которой может меняться и характер протекания ОВР между одними и теми же реагентами, например, KMnO₄:

среда	переход	эффект
кислая	MnO4- → Mn2+	Обесцвечивание розового раствора
нейтральная	MnO4- → MnО2	Обесцвечивание розового раствора, выпадение бурого осадка
щелочная	MnO4-→ MnО42-	Обесцвечивание розового раствора, появляется зеленое окрашивание

Таблица 38