4. Реакции окисления-восстановления Классификация окислительно-восстановительных реакций

Все химические реакции можно разделить на два типа. К первому из них относятся реакции, протекающие без изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, например;

CaCO₃  CaO + CO₂ ,

или с указанием степеней окисления

Са⁺²С⁺⁴О^-2₃  Са⁺²О^-2 + С⁺⁴О^-2₂

Ко второму типу относятся реакции, идущие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ:

2Hg⁺²O^-2  2Hg⁰ + O⁰₂; 2K⁺J^- + Cl⁰₂  2k⁺cl^- + J⁰₂

В первой реакции ртуть и кислород, во второй йод и хлор изменяют степень окисления.

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными реакциями (ОВР). С современной точки зрения изменение степени окисления связано с перемещением электронов, поэтому наряду с приведенным можно дать такое определение окислительно-восстановительных реакций (ОВР): это такие реакции, при которых происходит переход электронов от одних атомов, молекул или ионов к другим.

Рассмотрим основные положения, относящиеся к теории ОВР.

1. Окислением называется процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом; степени окисления при этом повышаются, например,

Al - 3 e^-  Al³⁺ H₂ - 2 e^-  2H⁺

Fe²⁺ - e^-  Fe³⁺ 2Cl^-- 2e^- Cl₂

2. Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом; степень окисления при этом понижается, например,

S⁰ + 2 e ^-  S^2-, Cl₂⁰ + 2 e ^-  2Cl^-, Fe³⁺ + e^-  Fe²⁺

3. Окисление всегда сопровождается восстановлением; восстановление всегда связано с окислением, при этом количество отданных и принятых электронов одинаково (сохранение электронного баланса).

Все ОВР разделяются на три группы: межмолекулярные, внутримолекулярные и реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления). К межмолекулярным относятся реакции, у которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах, например,

3Н₂ + N₂  2NH₃,

4NH₃ + 5O₂ 4NO + 6H₂O.

К межмолекулярным относятся также реакции между веществами, в которых взаимодействующие атомы одного и того же элемента имеют разную степень окисления:

2Н₂S + H₂SO₃ = 3S + 3H₂O,

5hcl + HClO₃ = 3Cl₂ + 3H₂O.

К внутримолекулярным относятся такие реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов в одной и той же молекуле. В этом случае атом с большей степенью окисления будет окислять другой атом с меньшей степенью окисления:

2NaNO₃  2NaNO₂ + O₂,

(NH₄)₂Cr₂O₇  N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O.

К подобным реакциям относится и разложение веществ, в которых атомы одного и того же элемента имеют разные степени окисления:

Nh₄NO₂  N₂ + 2H₂O,

NH₄NO₃  N₂O + 2H₂O.

Реакции диспропорционирования сопровождаются одновременным увеличением и уменьшением степени окисления атомов одного и того же элемента. Очевидно, реакции диспропорционирования возможны для веществ, содержащих атомы с промежуточной степенью окисления:

4Na₂SO₃  3Na₂SO₄ + Na₂S,

4KClO₃  3KClO₄ + Kcl,

3K₂MnO₄ + 2 H₂O  2KMnO₄ + MnO₂ + 4KOH.