Окислювально-відновні реакції

Слово "окислення" спочатку мало на увазі взаємодію конкретної речовини з киснем, з утворенням оксиду, так як кисень був історично визнаний першим окислювачем. Під окисленням розуміли приєднання кисню, а під відновленням - віддачу його. Так що терміном «окислення - відновлення» давно оперувала хімія. Окислювально-відновні реакції пізніше стали вважатися такими процесами, в результаті яких відбувається передача електронів від одного до іншого атому, тому цей термін набув більш широкий зміст. Наприклад, при горінні магнію в кисні: 2Mg + O2 - 2MgO відбувається передача електронів від магнію до кисню.

Окислювально-відновні реакції характеризуються тим, що в них взаємодіють реагенти, звані окислювачами і відновниками. Речовини, атоми яких віддають електрони, вважаються восстановителями. Хімічні сполуки, атоми яких беруть електрони, називають окисниками. У наведеній вище реакції магній є відновником, сам при цьому окислюється, тобто віддає електрон. Кисень відновлюється - приймає електрон і є окислювачем. Інший приклад: CuO + H2 - Cu + H2O. При нагріванні оксиду міді в струмі водню іони міді приймають від водню електрони. Будучи окислювачем, вони відновлюються до елементарної міді. Атоми водню віддають електрони, будучи відновником, а сам водень окислюється.

Таким чином, процеси окислення і відновлення відбуваються одночасно: відновники окислюються, а окислювачі відновлюються. Окислювально-відновні реакції отримали таку назву, оскільки між цими взаімообратних процесами існує нерозривний зв`язок. Тобто, якщо є атоми, які віддають електрони, то обов`язково присутні й такі, які ці електрони приймають. При цьому як у окислювача, так і у відновника змінюється ступінь окислення. В результаті можуть утворюватися хімічні сполуки з будь-яким типом зв`язку атомів в молекулах.

Основні типи окисно-відновних реакцій:

1. Міжмолекулярні - окисляющиеся і восстанавливающиеся атоми входять до складу молекул різних хімічних речовин, наприклад: 2HCl + Zn - ZnCl2 + H2 ^ (цинк - відновник, катіон водню - окислювач).
2. Внутрімолекулярні - окисляющиеся і восстанавливающиеся атоми входять до складу молекули одного і того ж хімічного речовини, наприклад: KClO3 - 2KCl + 3O2 ^ (в молекулі бертолетової солі кисень - відновник, хлор - окислювач).
3. Самоокислення-самовідновлення або диспропорционирование - один і той же хімічний елемент в реакції є і відновником, і окислювачем, наприклад: 3HNO2 - HNO3 + 2NO ^ + H2O (атом азоту в азотистої кислоти є як відновником, так і окислювачем, продукт окислення - це азотна кислота, продукт відновлення - монооксид азоту).
4. Конпропорціонірованіе або репропорціонірованіе - один і той же хімічний елемент, що має в молекулі різні ступені окислення, в результаті приводиться до єдиної ступеня окислення, наприклад: NH4NO3 - N2O + 2H2O.

Окислювально-відновні реакції бувають представлені в загальному або електронному вигляді. Можна розглянути на прикладі хімічної взаємодії: 2FeCl3 + H2S - FeCl2 + S + 2HCl. Тут атом заліза є окислювачем, тому що приймає один електрон і змінює ступінь окислення з +3 на +2: Fe + sup3- + e - Fe + sup2-. Іон сірки є відновником, окислюючись, він віддає електрон і змінює ступінь окислення с -2 на 0: S? Sup2- - e - S °. Методи електронного або іонно-електронного балансу застосовуються для розстановки стехиометрических коефіцієнтів в рівнянні.

Окислювально-відновні реакції широко поширені і мають велике значення, так як вони лежать в основі процесів горіння, гниття, тління, дихання, обміну речовин, засвоєння вуглекислого газу рослинами, а також в основі інших біологічних процесів. Також вони застосовуються на різних виробництвах для отримання металів і неметалів з їхніх сполук. Наприклад, на них грунтується отримання аміаку, сірчаної та азотної кислот, деяких будівельних матеріалів, медикаментів та багатьох інших важливих продуктів. Також вони використовуються в аналітичній хімії для визначення різних хімічних сполук.