Окислительно-восстановительные реакции

Химические реакции можно подразделить на 2 основных типа. К первому типу относятся реакции, протекающие без изменения степени окисления (реакции обмена, некоторые реакции соединения и разложения). Движущей силой таких процессов является образование продуктов с более прочными связями. В качестве примера можно привести следующие реакции:

K₂O + H₂O = 2KOH 3SO₃ + Al₂O₃ = Al₂(SO₄)₃ NH₄Cl = NH₃ +HCl.

Реакции второго типа протекают с изменением степеней окисления элементов. К ним относятся все реакции с участием простых веществ, многие природные, лабораторные, промышленные, органические, биохимические и многие другие. Примеры:

_{0 0 +2 -1 0 +2 0 +2 -2 +1 0 -3 +1}

Ca + Cl₂ = CaCl₂ Zn + CuSO₄ = Cu +ZnSO₄ C₂H₄ +H₂= C₂H₆.

Очевидно, имеет смысл подробнее остановиться на самом понятии степень окисления. В настоящее время степень окисления определяется как условный заряд, возникающий на атомах в сложных соединениях, как результат приема или отдачи определенного числа электронов в соответствии со значениями электроотрицательностей взаимодействующих атомов. Иными словами, условно предполагается, что связи на 100% ионные. При таком подходе конкретные значения степеней окисления могут быть положительными, отрицательными, нулевыми (углерод в метанале СН₂О) и даже дробными (для Fe₃O₄, в котором степень окисления железа равна +8/3, а также во многих органических веществах). Существуют определенные правила, по которым находится степень окисления.

1. Степень окисления атомов в простом веществе равна 0.

2. Степень окисления атомов в простых ионах (Br ^-,Cl^-,S^2- и т.д.) равна заряду этого иона.

3. Степень окисления водорода в не ионных соединениях равна +1(а также --1 в соединениях с бором и кремнием и активными металлами).

4. Степень окисления кислорода практически всегда равна –2. В пероксидах типа Н₂О₂ степень окисления кислорода составит -1, в соединениях со фтором: O₂F₂ и ОF₂, соответственно +1 и +2). Степень окисления фтора в соединениях всегда равна –1.

5. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле или формульной единице равна 0, а в ионе – заряду этого иона.

Степень окисления представляет собой величину в заметной степени формальную, не отражающую количественные характеристики реального процесса. Например, в молекуле HCl реальные частичные заряды на атомах водорода и хлора равны +0,18 и --0,18, соответственно, а не +1 и --1, как следует из определения степени окисления.

Существуют два фактора, из-за которых меняется степень окисления. Это или переход электронов (полный или частичный) от одного участника процесса к другому, или перераспределение электронной плотности между атомами реагентов в соответствии с конкретным механизмом реакции. При дальнейшем рассмотрении, в целях упрощения, будет рассматриваться изменение степени окисления, как результат перехода электронов.