Степень окисления. Окисление и восстановление

Степень окисления (с.о.) элемента в соединении – это условный заряд данного атома, приобретаемый им в результате приема или отдачи электронов.

Для вычисления степени окисления элемента в соединении следует исходить из следующих положений:

1) степени окисления элемента в простых веществах принимаются равными нулю;

2) алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в состав молекулы, равна нулю;

3) постоянную степень окисления в соединениях проявляют щелочные металлы (+1), металлы главной подгруппы II группы, цинк и кадмий (+2);

4) водород проявляет степень окисления +1 во всех соединениях, кроме гидридов металлов (NaH, CaH₂ и т.п.), где его степень окисления равна -1;

5) степень окисления кислорода в соединениях равна -2, за исключением пероксидов (-1) и фторида кислорода OF₂ (+2).

Исходя из сказанного, легко, например, установить, что в соединениях NH₃, N₂H₄, NH₄OH, N₂O, NO, HNO₂, NO₂ и HNO₃ степень окисления азота соответственно равна -3, -2, -3, +1, +2, +3, +4, +5.

Окислительно-восстановительные реакции – это реакции связанные с передачей электронов, в результате этого изменяется степень окисления одного или нескольких участвующих в реакции элементов.

Отдача атомом электронов, сопровождающаяся повышением его степени окисления, называется окислением; присоединение атомом электронов, приводящее к понижению его степени окисления, называется восстановлением.

Вещество, в состав которого, входит окисляющийся элемент, называется восстановителем; вещество, содержащее восстанавливающий элемент, называется окислителем.

2Al +3CuSO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3Cu.

В рассмотренной реакции взаимодействуют два вещества, одно из которых служит окислителем (CuSO₄), а другое - восстановителем (алюминий). Такие реакции относятся к реакциям межмолекулярного окисления-восстановления. Реакция:

3S + 6KOH = K₂SO₃ + 2K₂S +3H₂O

служит примером реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования), в которых функции окислителя и восстановителя выполняет один и тот же элемент. В последней реакции свободная сера (степень окисления 0) выступает одновременно в роли окислителя, восстанавливаясь до степени окисления -2 (K₂S), и в роли восстановителя, окисляясь до степени окисления +4 (K₂SO₃).

Подобные реакции возможны, если соответствующий элемент находится в исходном соединении в промежуточной степени окисления; так, в рассмотренном примере степень окисления свободной серы (0) имеет промежуточное значение между возможными максимальной (+6) и минимальной (-2) степенями окисления этого элемента.

В реакции:

(NH₄)₂Cr₂O₇ = N₂ + Cr₂O₃ + 4Н₂O

восстанавливается хром, понижающий степень окисления от +6 до +3, а окисляется азот, повышающий степень окисления от -3 до 0. Оба эти элемента входят в состав одного и того же исходного вещества.

Реакции такого типа называются реакциями внутримолекулярного окисления-восстановления. К ним относятся, в частности, многие реакции термического разложения сложных веществ.

П р и м е р 1. 0пределите степень окисления хлора в KClO₃.

Решение: Неизвестная степень окисления атома хлора в KClO₃ может быть определена путем следующего рассуждения: в молекулу входит один атом калия со степенью окисления +1 и три атома кислорода, каждый из которых имеет степень окисления -2, а общий заряд всех атомов кислорода -6.

Для сохранения электронейтральности молекулы атом хлора должен иметь степень окисления +5.

П р и м е р 2. Определите степень окисления хрома в K₂Cr₂O₇.

Решение: Используя выше приведенные рассуждения, находим, что на два атома хрома в молекуле K₂Cr₂O₇ приходится 12 положительных зарядов, а на один + 6. Следовательно, степень окисления хрома +6.

П р и м е р 3. Какие окислительно-восстановительные свойства могут проявлять следующие соединения Na₂S, S, SO₂, H₂SO₄?

Решение: В Na₂S окислительное число серы -2, т.е. сера имеет законченную электронную конфигурацию и не способна к присоединению, а способна только к потере электронов. Следовательно, Na₂S в окислительно-восстановительных реакциях проявляет только восстановительные свойства.

В S и SO₂ сера имеет незаконченную конфигурацию внешнего энергетического уровня (6 электронов y S⁰ и 2 электрона у S⁺⁴). Она способна к присоединению и к потере электронов, т.е. эти соединения могут проявлять окислительные и восстановительные свойства, а также участвовать в реакции диспропорционирования.

В H₂SO₄ сера имеет высшую положительную степень окисления (+6) и не способна отдавать электроны. Следовательно, H₂SO₄ может проявлять только окислительные свойства.

Поиск по сайту: