64 Окислительно-восстановительные реакции. Окислители и восстановители.

Окисли́тельно-восстанови́тельные реа́кции (ОВР) — это встречно-параллельные химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем.

Описание

В процессе окислительно-восстановительной реакции восстановитель отдаёт электроны, то есть окисляется; окислитель присоединяет электроны, то есть восстанавливается. Причём любая окислительно-восстановительная реакция представляет собой единство двух противоположных превращений — окисления и восстановления, происходящих одновременно и без отрыва одного от другого.

Окисление

Окисление - процесс отдачи электронов, с увеличением степени окисления.

При окисле́нии вещества в результате отдачи электронов увеличивается его степень окисления. Атомы окисляемого вещества называются донорами электронов, а атомы окислителя — акцепторами электронов.

В некоторых случаях при окислении молекула исходного вещества может стать нестабильной и распасться на более стабильные и более мелкие составные части (см. Свободные радикалы). При этом некоторые из атомов получившихся молекул имеют более высокую степень окисления, чем те же атомы в исходной молекуле.

Окислитель, принимая электроны, приобретает восстановительные свойства, превращаясь в сопряжённый восстановитель:

окислитель + e⁻ ↔ сопряжённый восстановитель.

Восстановление

Восстановле́нием называется процесс присоединения электронов атомом вещества, при этом его степень окисления понижается.

При восстановлении атомы или ионы присоединяют электроны. При этом происходит понижение степени окисления элемента. Примеры: восстановление оксидов металлов до свободных металлов при помощи водорода, углерода, других веществ; восстановление органических кислот в альдегиды и спирты; гидрогенизация жиров и др.

Восстановитель, отдавая электроны, приобретает окислительные свойства, превращаясь в сопряжённый окислитель:

восстановитель — e⁻ ↔ сопряжённый окислитель.

Несвязанный, свободный электрон является сильнейшим восстановителем.

Виды окислительно-восстановительных реакций

Межмолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах разных веществ, например:

Н₂S + Cl₂ → S + 2HCl

Внутримолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах одного и того же вещества, например:

2H₂O → 2H₂ + O₂

Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) — реакции, в которых атомы с промежуточной степенью окисления превращаются в эквимолярную смесь атомов с более высокой и более низкой степенями окисления, например:

Cl₂ + H₂O → HClO + HCl

Репропорционирование (компропорционирование) — реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного и того же элемента получается одна степень окисления, например:

NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O

Окисли́тель — вещество, в состав которого входят атомы, присоединяющие во время химической реакции электроны, иными словами, окислитель — это акцептор электронов.

В зависимости от поставленной задачи (окисление в жидкой или в газообразной фазе, окисление на поверхности) в качестве окислителя могут быть использованы самые разные вещества.

65 Серебро и золото. Положение в периодической системе Д. И. Менделеева, особенности строения атомов и простых веществ, физические и химические свойства, получение и применение. Значение соединений серебра в медицине.

Серебро (лат. Argentum), Ag, химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 47, атомная масса 107,868; металл белого цвета, пластичный, хорошо полируется. В природе находится в виде смеси двух стабильных изотопов ¹⁰⁷Ag и ¹⁰⁹Ag; из радиоактивных изотопов практически важен ¹¹⁰Ag (T_1/2 = 253 cym). С. было известно в глубокой древности (4-е тыс. до н. э.) в Египте, Персии, Китае.

Распространение в природе. Среднее содержание С. в земной коре (кларк) 7·10^-6% по массе. Встречается преимущественно в средне- и низкотемпературных гидротермальных месторождениях, в зоне обогащения сульфидных месторождений, изредка — в осадочных породах (среди песчаников, содержащих углистое вещество) и россыпях (см. Серебряные руды, Серебро самородное). Известно свыше 50 минералов С. В биосфере С. в основном рассеивается, в морской воде его содержание 3·10^-8%. С. — один из наиболее дефицитных элементов.

Физические и химические свойства. С. имеет гранецентрированную кубическую решётку (а = 4,0772 Å при 20 "С). Атомный радиус 1,44 Å, ионный радиус Ag⁺ 1,13 Å. Плотность при 20 °С 10,5 г/см³, t_пл 960,8°С; t_kип 2212°С; теплота плавления 105 кдж/кг (25,1 кал/г). С. обладает наивысшими среди металлов удельной электропроводностью 6297 сим/м (62,97 ом^-1(см^-1) при 25 °С, теплопроводностью 407,79 вт/(м·К) [0,974 кал/(см·°С·сек)] при 18 °С и отражательной способностью 90—99% (при длинах волн 100000—5000 Å). Удельная теплоёмкость 234,46 дж/(кг·К) [0,056 кал/(г ·°С)], удельное электросопротивление 15,9 ном (м (1,59 мком (см) при 20°С. С. диамагнитно с атомной магнитной восприимчивостью при комнатной температуре — 21,56·10^-6, модуль упругости 76480 Мн/м² (7648 кгс/мм²), предел прочности 100 Мн/м² (10 кгс/мм²), твёрдость по Бринеллю 250 Мн/м² (25 кгс/мм²). Конфигурация внешних электронов атома Ag 4d¹⁰5s⁴.

С. проявляет химические свойства, характерные для элементов 16 подгруппы периодической системы Менделеева. В соединениях обычно одновалентно.

С. находится в конце электрохимического ряда напряжений, его нормальный электродный потенциал Ag Û Ag⁺ + е^- равен 0,7978 в.

При обычной температуре Ag не взаимодействует с O₂, N₂ и H₂. При действии свободных галогенов и серы на поверхности С. образуется защитная плёнка малорастворимых галогенидов и сульфида Ag₂S (кристаллы серо-чёрного цвета). Под влиянием сероводорода H₂S, находящегося в атмосфере, на поверхности серебряных изделий образуется Ag₂S в виде тонкой плёнки, чем объясняется потемнение этих изделий. Сульфид можно получить действием сероводорода на растворимые соли С. или на водные суспензии его солей. Растворимость Ag₂S в воде 2,48·10^-5моль/л (25 °С). Известны аналогичные соединения — селенид Ag₂Se и теллурид Ag₂Te.

Из окислов С. устойчивыми являются закись Ag₂O и окись AgO. Закись образуется на поверхности С. в виде тонкой плёнки в результате адсорбции кислорода, которая увеличивается с повышением температуры и давления.

Ag₂O получают действием КОН на раствор AgNO₃. Растворимость Ag₂O в воде — 0,0174 г/л. Суспензия Ag₂O обладает антисептическими свойствами. При 200 °С закись С. разлагается. Водород, окись углерода, многие металлы восстанавливают Ag₂O до металлического Ag. Озон окисляет Ag₂O с образованием AgO. При 100 °С AgO разлагается на элементы со взрывом. С. растворяется в азотной кислоте при комнатной температуре с образованием AgNO₃. Горячая концентрированная серная кислота растворяет С. с образованием сульфата Ag₂SO₄ (растворимость сульфата в воде 0,79% по массе при 20 °С). В царской водке С. не растворяется из-за образования защитной плёнки AgCI. В отсутствие окислителей при обычной температуре HCI, HBr, HI не взаимодействуют с С. благодаря образованию на поверхности металла защитной плёнки малорастворимых галогенидов. Большинство солей С., кроме AgNO₃, AgF, AgCIO₄ обладают малой растворимостью. С. образует комплексные соединения, большей частью растворимые в воде. Многие из них имеют практическое значение в химической технологии и аналитической химии, например комплексные ионы [Ag (CN)₂]^-, [Ag (NH₃)₂]⁺, [Ag (SCN)₂]^-.

Получение. Большая часть С. (около 80%) извлекается попутно из полиметаллических руд, а также из руд золота и меди. При извлечении С. из серебряных и золотых руд применяют метод цианирования — растворения С. в щелочном растворе цианида натрия при доступе воздуха:

2 Ag + 4 Na CN + 1/2О₂ + H₂O = 2 Na [Ag (CN)₂] + 2NaOH.

Из полученных растворов комплексных цианидов С. выделяют восстановлением цинком или алюминием:

2 [Ag (CN)₂]^- + Zn = [Zn (CN)₄]^2- +2 Ag.

Из медных руд С. выплавляют вместе с черновой медью и затем выделяют его из анодного шлама, образующегося при электролитической очистке меди. При переработке свинцово-цинковых руд С. концентрируется в сплавах свинца — черновом свинце, из которого его извлекают добавлением металлического цинка, образующего с С. нерастворимое в свинце тугоплавкое соединение Ag₂Zn₃, всплывающее на поверхность свинца в виде легко снимающейся пены. Далее для отделения С. от цинка последний отгоняют при 1250 °С. Извлечённое из медных или свинцово-цинковых руд С. сплавляют (сплав Доре) и подвергают электролитической очистке.

Применение. С. используют преимущественно в виде сплавов: из них чеканят монеты, изготовляют бытовые изделия, лабораторную и столовую посуду. С. покрывают радиодетали для придания им лучшей электропроводности и коррозионной стойкости; в электротехнической промышленности применяются серебряные контакты (см. Контакт электрический). Для пайки титана и его сплавов используются серебряные припои; в вакуумной технике С. служит конструкционным материалом Металлическое С. идёт на изготовление электродов для серебряно-цинковых и серебряно-кадмиевых аккумуляторов. Оно служит катализатором в неорганическом и органическом синтезе (например, в процессах окисления спиртов в альдегиды и кислоты, а также этилена в окись этилена). В пищевой промышленности применяются серебряные аппараты, в которых приготовляют фруктовые соки (см. также Серебрение). Ионы С. в малых концентрациях стерилизуют воду. Огромные количества соединений С. (AgBr, AgCI, Agl) применяются для производства кино- и фотоматериалов (см. Серебра галогениды, Серебра нитрат).

Препараты С. обладают антибактериальным, вяжущим и прижигающим действием, что связано с их способностью нарушать ферментные системы микроорганизмов и осаждать белки. В медицинской практике наиболее часто применяют серебра нитрат, колларгол, протаргол (в тех же случаях, что и колларгол); бактерицидную бумагу (пористая бумага, пропитанная нитратом и хлоридом С.) применяют при небольших ранах, ссадинах, ожогах и т. п.

Экономическое значение. С. в условиях товарного производства выполняло функцию всеобщего эквивалента наряду с золотом и приобрело, как и последнее, особую потребительную стоимость — стало деньгами. "Золото и серебро по своей природе не деньги, но деньги по своей природе — золото и серебро" (Маркс К., в кн.: Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 13, с. 137). Товарный мир выделил С. в качестве денег потому, что оно обладает важными для денежных товаров свойствами: однородностью, делимостью, сохраняемостью, портативностью (высокой стоимостью при небольших объёме и массе), легко поддаётся обработке.

Зо́лото — элемент побочной подгруппы первой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 79. Обозначается символом Au (лат. Aurum^[2]). Простое вещество золото (CAS-номер: 7440 Чистое золото — мягкий металл жёлтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности, меди. В тонких плёнках золото просвечивает зелёным. Золото обладает исключительно высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.

Золото — очень тяжёлый металл: плотность чистого золота равна 19 621 кг/м³ (шар из чистого золота диаметром 46 мм имеет массу 1 кг). Среди металлов по плотности занимает шестое место: после осмия, иридия, рения, платины и плутония. Высокая плотность золота облегчает его добычу. Самые простые технологические процессы, такие, как, например, промывка на шлюзах, могут обеспечить весьма высокую степень извлечения золота из промываемой породы.

Золото — очень мягкий металл: твёрдость по шкале Мооса ~2.5 (сравнима с твёрдостью ногтя), по Бринеллю 220—250 МПа.

Золото также высокопластично: оно может быть проковано в листки толщиной до ~0,1 мкм (сусальное золото); при такой толщине золото полупрозрачно и в отражённом свете имеет жёлтый цвет, в проходящем — окрашено в дополнительный к жёлтому синевато-зеленоватый. Золото может быть вытянуто в проволоку с линейной плотностью до 500 м/г.