Общие понятия и методы подбора коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях

Окисли́тельно-восстанови́тельныереа́кции, также редокс (англ. redox, от reduction-oxidation — окисление-восстановление) — это встречно-параллельные химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем.

В процессе окислительно-восстановительной реакции восстановитель отдаёт электроны, то есть окисляется; окислитель присоединяет электроны, то есть восстанавливается. Причём любая окислительно-восстановительная реакция представляет собой единство двух противоположных превращений — окисления и восстановления, происходящих одновременно и без отрыва одного от другого.

Степенью окисления называют условный электрический заряд, который получил бы данный атом, если каждая общая пара электронов, связывающая его с другим атомом, полностью перешла бы к более электроотрицательному атому. Это тот условный заряд атома, который вычисляют, исходя из предположения, что молекула или молекулярный ион состоят только из одноатомных ионов

Для определения степени окисления атома в химическом соединении используют следующие условные допущения:

– водород во всех соединениях (кроме гидридов металлов) имеет степень окисления +1;

– кислород во всех соединениях (кроме пероксосоединений) имеет степень окисления −2;

– степень окисления атомов в простых веществах равна нулю

Степени окисления и характерные степени окисления химических элементов представлены на рисунке.

Окисление — процесс отдачи электронов, с увеличением степени окисления.

При окисле́нии вещества в результате отдачи электронов увеличивается его степень окисления. Атомы окисляемого вещества называются донорами электронов, а атомы окислителя — акцепторами электронов.

В некоторых случаях при окислении молекула исходного вещества может стать нестабильной и распасться на более стабильные и более мелкие составные части. При этом некоторые из атомов получившихся молекул имеют более высокую степень окисления, чем те же атомы в исходной молекуле.

Окислитель, принимая электроны, приобретает восстановительные свойства, превращаясь в сопряжённый восстановитель:

окислитель + e⁻ ↔ сопряжённый восстановитель.

Восстановителями называются вещества, атомы или ионы которых отдают электроны. Очевидно, что только восстановительными свойствами обладают вещества, которые содержат в своем составе атомы, находящиеся в низшей степени окисления (они способны только повышать свою степень окисления). Восстановительными свойствами могут обладать и вещества, содержащие атомы в промежуточной степени окисления, или простые вещества – металлы и неметаллы. К типичным и часто используемым в практике восстановителям относятся многие металлы в виде простых веществ (Na, K, Ca, Mg, Al, Zn), такие неметаллы, как углерод, бор, кремний, водород в виде простых веществ, а также сероводород, иодоводородная кислота и ее соли, соли олова (II) и железа (II) и некоторые другие.

Восстановлением называется процесс присоединения электронов атомом вещества, при этом его степень окисления понижается.

При восстановлении атомы или ионы присоединяют электроны. При этом происходит понижение степени окисления элемента

Восстановитель, отдавая электроны, приобретает окислительные свойства, превращаясь в сопряжённый окислитель:

восстановитель — e⁻ ↔ сопряжённый окислитель.

Несвязанный, свободный электрон является сильнейшим восстановителем.

Окислителями называются вещества, атомы или ионы которых принимают электроны. Очевидно, что только окислительными свойствами обладают вещества, которые содержат в своем составе атомы, находящиеся в высшей степени окисления (они способны только понижать свою степень окисления).

Окислительными свойствами могут обладать и вещества, содержащие атомы в промежуточной степени окисления, или простые вещества – неметаллы. Так, к типичным и часто используемым в практике окислителям относятся кислород и галогены в виде простых веществ, азотная кислота, царская водка, концентрированная серная кислота, дихромат калия, хлорат калия (бертолетова соль ), перманганат калия, перокосодисульфат аммония и некоторые другие