-Загальні поняття про окислювально-відновні процеси

Більшість хімічних реакцій супроводиться зміною електронної густини атомів реагуючих речовин. В свою чергу, зміна електронної густини або навіть зміна електронних конфігурацій атомів, іонів або молекул призводить до зміни ступеня окислення елементів.

Реакції, які супроводяться зміною ступенів окислення елемен­тів, називаються окислювально-відновнами реакціями.

Реакції, в яких ступені окислення елементів не змінюються, називаються реакціями невалентних перетворень.

Реакції невалентних перетворень, як правило, належать до різ­них рівноважних процесів конкуренції за спільний атом або іон. До таких реакцій належать реакції подвійного обміну, витіснення, приєднання, розкладу, полімеризації тощо. Наприклад:

Nа2СО3 + Ва(NО3)2 ® ВаСО3¯ + 2NаNО3;

К2СО3 + SіО2 ® К2SіО3 + СО2­;

СuСО3 ® СuО + СО2­;

2NО2 ↔ N2О4.

В окислювально-відновних реакціях зміна ступенів окислення зумовлена зміщенням або повним переходом електронів від атома одного елемента до атома іншого елемента. Наприклад, згоряння кальцію за рівнянням

2Са + О2 ® 2СаО

супроводиться переходом двох електронів атома Кальцію до атомів Оксигену з утворенням негативно заряджених іонів Оксигену, які набу­вають стабільної електронної конфігурації s2р6:

О +2ē ® О–2.

Атоми Кальцію, які віддають електрони s-типу, набувають позитивного заряду, наприклад:

Са – 2ē ® Са+2.

Отже, окислювально-відновні реакції можна розглядати як реак­ції, в яких відбувається конкуренція за електрони.

Окислювально-відновними реакціями називають процеси, в яких електрони переходять від атома одного елемента до атома другої елемента.

Процес віддавання атомом електронів називається окисленням, а процес приєднання електронів – відновленням.

Назва процесу окислення пов'язана із словом "кисень" (оксиген), оскільки раніш під окисленням розуміли процес приєднання кисню. Під відновленням розуміли втрату кисню або приєднання водню. Процеси приєднання і віддавання електронів відбуваються одночасно: одні сполуки відновлюються, а інші окислюються.

Речовина, що містить елемент, який приєднує електрони, нази­вається окислювачем. Окислювачі в окислювально-віднов­них процесах зменшують ступінь окислення.

Речовина, що містить елемент, який віддає електрони, назива­ється відновником. В окислювально-відновних реакціях відновники збільшують свій ступінь окислення. Наприклад, у ре­акції витіснення заліза цинком

FеSО4 + Zn ® ZnSО4 + Fе

Ферум приєднує електрон і тому є окислювачем:

Fе2+ + 2ē ® Fе0,

а Цинк віддає два електрони, тобто є відновником:

Zn0 – 2ē ® Zn2+.

Розрізняють такі типи окислювально-відновних реакцій: між­молекулярні, внутрішньомолекулярні і реакції диспропорціонування (реакції самоокислення–самовідновлення).

У міжмолекулярних окислювально-відновних реак­ціях окислювачем і відновником є елементи різних молекул, на­приклад:

Н2S+4О3 + 2Н2S–2 ® 3S0 + 3Н2О.

Для реакцій внутрішньомолекулярного окис­лення–відновлення характерна зміна ступенів окислення еле­ментів однієї молекули, тобто окислювачем і відновником є еле­менти однієї сполуки:

2КСl+5О3 ® 2КСl + 3О2.

У реакціях диспропорціонування один і той самий елемент виступає як окислювач і як відновник. У таких реакціях речовина з проміжним ступенем окислення наче розкладається на дві сполуки, в одній з яких ступінь окислення вищий, а в другій – нижчий. Тобто відбувається диспропорціонування ступеня окис­лення:

Сl20 + Н2О ® НСl–1 + НСl+1О;

2N+4О2 + Н2О ® НN+3О2 + НN+5О3.