Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике Часть II. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИI. КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙОкисление и восстановление. Связь с периодическим законом Д. И. МенделееваОкислительно-восстановительные процессы принадлежат к числу наиболее распространенных химических реакций и имеют огромное значение в теории и практике. Окисление — восстановление — один из важнейших процессов природы. Дыхание, усвоение углекислого газа растениями с выделением кислорода, обмен веществ и ряд биологических процессов в основе своей являются окислительно-восстановительными реакциями. Сжигание топлива в топках паровых котлов и двигателях внутреннего сгорания, электролитическое осаждение металлов, процессы, происходящие в гальванических элементах и аккумуляторах, включат реакции окисления — восстановления. Получение простых веществ, например железа, хрома, марганца, никеля, кобальта, вольфрама, меди, серебра, цинка, серы, хлора, иода и т. д., и ценных химических продуктов, например аммиака, щелочей, сернистого газа, азотной, серной и других кислот, основано на окислительно-восстанбвительных реакциях. Производство строительных материалов, пластических масс, удобрений, медикаментов и т. д. было бы невозможно без использования окислительно-восстановительных процессов. На процессах окисления — восстановления в аналитической химии основаны методы объемного анализа: перманганатометрия, иодометрия, броматометрия и другие, играющие важную роль при контролировании производственных процессов и выполнении научных исследований, Человечество давно пользовалось окислительно-восстановительными реакциями, вначале не понимая их сущности. Лишь в XVII—XVIII вв. были сделаны попытки как-то обобщить полученные результаты и создать теорию окислительно-восстановительных процессов. Первой получившей широкое распространение теорией явилась выдвинутая в 1723 г. Шталем теория флогистона (от греческого слова флогистос, что значит горючий). Согласно этой теории, все тела, способные гореть, содержат особое вещество — флогистон, который из них удаляется при горении. Так, например, согласно теории Шталя, при накаливании железа на воздухе флогистон удаляется, а металл превращается в «землистое вещество» — окалину. Добавляя к окисленному веществу (окалине) флогистон, содержащийся в богатом им материале, например угле, можно получить чистый металл. К концу XVIII в. получила завершение кислородная теория, согласно которой окисление — это процесс соединения вещества с кислородом:
восстановление — отнятие от него кислорода:
Однако с развитием науки накопилось много фактов, которые не могли быть объяснены с точки зрения кислородной теории: огромное число окислительно-восстановительных процессов, протекающих при электролизе, соединение металлов с хлором, бромом, серой и подобными им элементами, восстановление металлов из их бескислородных соединений, например:
и др. Наконец, к концу XIX и началу XX в. на смену кислородной теории пришла более совершенная — электронная теория окислительно-восстановительных процессов. Разработкой и распространением электронной теории окисления — восстановления у нас успешно занимались Л. В. Писаржевский, Я. И. Михайленко, А. М. Беркенгейм и др. Современная теория окисления — восстановления основана на следующих основных положениях: Окисление — это процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом. Если атом отдает свои электроны, то он приобретает положительный заряд, например
Если отрицательно заряженный ион, например
Если положительно заряженный ион отдает электроны, то величина его заряда увеличивается соответственно числу отдаваемых электронов:
Восстановление — это процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. Если атом присоединяет электроны, то он превращается в отрицательно заряженный ион:
Если положительно заряженный ион принимает электроны, то величина его заряда уменьшается, например
или он переходит в нейтральный атом:
Окислителем является атом, молекула или ион, принимающий электроны. Восстановителем является атом, молекула или ион, отдающий электроны. Следует помнить, что рассмотрение окисления — восстановления как процесса отдачи и принятия электронов одних атомов или ионов другим (ионная связь) не всегда отражает истинное положение, так как в большинстве случаев происходит не перенос электронов, а только смещение электронного облака связи от одного атома или иона к другому (ковалентная связь). Поэтому правильнее говорить об изменении электронной плотности у восстановителя и окислителя. В окислительно-восстановительных реакциях электронная плотность при восстановлении увеличивается, а при окислении уменьшается. Таким образом, сущность окислительно-восстановительной реакции состоит в уменьшении электронной плотности (обеднении электронами) восстановителя и увеличении электронной плотности (обогащении электронами) окислителя. Перераспределение электронной плотности (перестройка электронных орбиталей и изменение электронного состояния участвующих веществ) приводит к образованию новых веществ с присущим им строением и химическими свойствами. Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций не имеет существенного значения, какая связь при этом образуется — ионная или ковалентная. Поэтому для простоты говорят о присоединении или отдаче электронов независимо от типа связи. Окислитель во время реакции восстанавливается, а восстановитель окисляется. Окисление невозможно без одновременно протекающего восстановления, и наоборот: восстановление одного вещества невозможно без одновременного окисления другого. Поэтому каждая реакция, сопровождающаяся перемещением электронов, является единством двух противоположных процессов — окисления и восстановления. Такие реакции в настоящее время принято называть окислительно-восстановительными. Чтобы составить уравнение окислительно-восстановительной реакции, необходимо знать, от каких из участвующих в реакции атомов, молекул или ионов и к каким атомам, молекулам или ионам переходят электроны и в каком количестве. Это можно установить, руководствуясь периодическим законом Д. И. Менделеева, зная строение атомов и молекул и величины ионизационных и окисли-тельно-восстановительных потенциалов (приложения 5 и 6), сродства к электрону и электроотрицательности.
|
1 |
Оглавление
|