3. Виды окислительно-восстановительных реакций

Все химические реакции, в которых электроны переходят от одного вещества или его части (восстановителя) к другому веществу или к другой части одного и того же вещества (окислителю), называются окислительно-восстановительными, или ред-окс процессами. Любому веществу-окислителю (ox1) соответствует восстановленная форма (red1), а восстановителю (red2) – окисленная форма (ox2), вместе они образуют сопряженную окислительно-восстановительную пару (полуреакцию):

Сложение обеих полуреакций позволяет записать в общем виде окислительно-восстановительную реакцию:

Если передача электронов от восстановителя к окислителю происходит во всем объеме раствора, то энергия химического взаимодействия рассеивается в окружающую среду в виде тепла (ΔH < 0).

В зависимости от того, находятся ли атомы, выполняющие в реакции функцию окислителя (акцептора электронов) и восстановителя (донора электронов) в одном или в различных веществах, все окислительно-восстановительные процессы можно разделить на три типа: межмолекулярные, внутримолекулярные и диспропорционирования.

В межмолекулярных (межатомных) реакциях окислительные функции выполняют одни вещества, а восстановительные – другие. Например, в реакции H₂S + Cl₂ = S + 2HCl электроны от восстановителя – молекулы сероводорода – переходят к окислителю – молекуле Cl₂.

В реакциях внутримолекулярного окисления-восстановления одна часть молекулы – окислитель, другая – восстановитель. Простейшими примерами могут служить реакции термического разложения вещества:

Реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления) протекают с одновременным уменьшением и увеличением степени окисления атомов одного и того же элемента. Они характерны для соединений или простых веществ, состоящих из промежуточных степеней окисления данного элемента:

4. Электронные и электронно-ионные уравнения

Электронно-ионные уравнения, или полуреакции, применяются для уравнивания окислительно-восстановительных реакций, протекающих в растворах. Например, если расписать реакцию окисления сульфита калия перманганатом калия в кислой среде в ионном виде, то получим:

2КMn⁺⁷O₄ + 5К₂S⁺⁴O₃ + 3Н₂SO₄= 2Mn⁺²SO₄ + 6К₂S⁺⁶O₄ + 3Н₂О

2К⁺+2MnO₄^-+10К⁺+5SO₃^2-+6Н⁺+3SO₄^2-=2Mn⁺²+2SO₄^2-+12К⁺+6SO₄^2-+3Н₂О

2MnO₄^-+5SO₃^2-+6Н^+-=2Mn⁺²+5SO₄^2-+3Н₂О

Как видно, в результате реакции происходит изменение ионов MnO₄^- и SO₃^2-. Первый ион теряет атомы кислорода, а второй приобретает. Этот перенос атомов кислорода происходит или с ионами водорода, или с гидроксид-ионами, или с молекулами воды.

При этом нужно знать, что:

1) избыток атомов кислорода связывается:

- в кислой среде с ионами водорода, образуя молекулы воды;

- в нейтральной и щелочной среде с молекулами воды, образуя гидроксид-ионы;

2) источником атомов кислорода являются:

- в кислой и нейтральной среде молекулы воды, которые переходят в ионы водорода;

- в щелочной среде гидроксид-ионы, которые переходят в молекулы воды.

Для данной реакции:

MnO₄^- теряет атомы кислорода в кислой среде, следовательно составляем полуреакцию и уравниваем её по количеству атомов:

MnO₄^-+8Н^+-=Mn⁺²+4Н₂О

Теперь нужно уравнять по зарядам, используя нужное количество электронов. Так как в левой части заряд +7, а в правой части заряд +2, то надо прибавить 5 электронов к левой части:

MnO₄^- + 8Н^+-+5е^- = Mn⁺²+4Н₂О

Получили электронно-ионное уравнение восстановления перманганат-ионов. Также составим электронно-ионное уравнение окисления сульфит-ионов SO₃^2-:

SO₃^2-+Н₂О ^-- 2е^{- -}=SO₄^2-+2Н⁺

Ионы, не участвующие в окислительно-восстановительных процессах, называются ионами -"наблюдателями".

В данной реакции ионами - "наблюдателями" являются ионы калия и сульфат-ионы, входящие в состав серной кислоты. В электронно-ионных уравнениях частицы, не распадающиеся на ионы, записываются полностью. Например: