Файл: Рахманкулов, Д. Л. Окислительно-восстановительные реакции [учебное пособие].pdf

точной степени окисления. В ОВР такие ионы и молекулы могут отдавать электроны окислителям и переходить в со­ стояние более высокой степени окисления, например:

2.Окислители

Кчислу окислителей могут быть отнесены:

тах, щелочах и воде).

Нейтральные атомы. Окислителями являются атомы эле­ ментов, содержащие на внешнем энергетическом уровне от 4 до 7 электронов. Это р — элементы с конфигурацией внешнего слоя от S*p2flo S aps.

Наиболее типичными окислителями являются неметаллы в виде простых веществ F ,, С12> 0 2 и т. д., которые харак­ теризуются большим значением злектроотрицательности. Они принимают электроны по схеме:

Самыми сильными окислителями являются атомы галоге­ нов и кислорода. Они принимают соответственно один и два электрона.

Самые слабые окислители — атомы элементов четвертой группы. Они принимают 4 электрона.

Положительно заряженные ионы металлов. Все положи­ тельно заряженные ионы металлов проявляют в той или иной степени окислительные свойства. Наиболее сильными окисли­ телями являются положительно заряженные ионы в высокой степени окисления. Они могут восстанавливаться в зависимо­

14

сти от условий как до ионов низшей степени окисления, так

и до нейтральных атомов.

Сложные ионы и молекулы, содержащие атомы металла в состоянии высшей степени окисления. Так, сложные ионы

м л : , м г л о г . ,

и т. д. стремятся перейти в мень­ шую степень окисления или в состояние с нулевой степенью окисления. Например:

РЪ0г+4Н+- 9 ; - Р Г ; 2 М

!\1\п0а'v S!V + 5 е ~ .iVin2+ 4h2P

— 2Сг3+-;-7Н,0

т. е. проявляют окислительную способность.

§ 3. Классификация реакций окисления-восстановления

Все известные ОВР можно разделить на 3 группы:

1. Реакции межатомного или межмолекулярного окис­ ления-восстановления. Сюда относятся такие реакции, в ко­ торых обмен электронами происходит между различными ато­ мами, молекулами или ионами.

Например:

Подобные реакции могут протекать в трех различных ус­ ловиях:

15

а) в присутствии молекул НгО среди взятых в реакцию Веществ. В литературе иногда такие реакции встречаются под названием «реакция в нейтральной среде».

Например: 3Se+4AuCl 3+9H20 = 4Au-l-3H2Se03 + 12HCl ; (6)

б) в присутствии молекул кислоты среди исходных ре­ агентов. Их часто называют «реакциями, протекающими в кис­ лой среде». Например:

восстановления).

В таких реакциях молекулы или ионы одного и того же вещества реагируют друг с другом как восстановитель и окислитель вследствие того, что содержащиеся в них атомы с

рования связана с близостью внешних энергетических уров­ ней в обоих состояниях атома. Например:

(S° играет роль и окислителя, и восстановителя).

III. Реакция внутримолекулярного окисления-восстанов­ ления.

К этим реакциям относятся такие, в процессе которых одна составная часть молекулы выполняет функцию окисли­ теля, а другая — функцию восстановителя. Простейшими при­ мерами таких реакций могут служить процессы термического распада сложного вещества на более простые составные ча­ сти.

Например:

16

Г Л А В А ii

МЕРА ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ВЕЩЕСТВ

§I. Понятие об электродном потенциале

ВОВР переход электронов от восстановителен к окисли­ телям происходит непосредственно при контакте частиц.

Предвидеть направление ОВР можно, зная количествен­ ную характеристику относительной силы окислителей и вос­ становителей.

Простой ОВР является реакция вытеснения металла из раствора его соли другим металлом.

Рассмотрим такой пример:

Zn°+CuS04 = ZnS()< I Сп°

В этой реакции цинк восстанавливает попы меди из раствора, т. е. реакция идет слева направо.

А возможно ли протекание этой реакции справа налево, т. е. может ли медь восстанавливать ионы цинка?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть поведение различных металлов при погружении их в воду или

врастворы их солей.

Вузлах металлической решетки находятся положитель­ ные ионы металлов, между которыми движутся полусвобод­ ные электроны.

При погружении какого-либо металла в воду или в вод­ ный раствор дипольные молекулы воды «вырывают» положи­ тельные ионы металла из пластинок, гидратируя их. В этих процессах быстро наступает равновесие, т. к. между остав­ шимися на пластинках электронами и положительными иона­ ми металлов действуют электростатические силы притя­ гивания.

В общем виде подвижное равновесие в металле выразит­ ся следующим уравнением:

Me — атом металла, Меп-1— ион металла, п — окислительное

число иона и число электронов, е — электрон.

Переход ионов металла в раствор можно выразить сле­ дующим уравнением: Меп->- +П1Н2О = Меп+ шНгО. Суммар­ ное уравнение будет

Пронаблюдаем, какие процессы будут протекать при по­ гружении цинковой и медной пластинок в воду.

Количественно эти процессы различны, потому что с цин­ ковой пластины в раствор перейдет больше ионов, чем с мед­ ной пластины. Это объясняется различием электролитической упругости растворения (т. е. свойством посылать ионы в раст­ вор, которое зависит от природы металла). Чтобы выявить это различие, опустим медную и цинковую пластинки в ра­ створы их солей с концентрацией 1 г-иои/литр. Так как элек­ тролитическая упругость растворения цинка больше, то часть ионов с металла перейдет в раствор и металл зарядится отри­

18

цательно (па пластинке накапливаются электроны), а близ­ лежащий слой раствора (вследствие того, что туда переходят ионы) заряжается положительно. Гидратированные ионы ме­ талла Меп+ шН20, испытывающие электростатическое при­ тяжение отрицательно заряженного металла, концентрируют­ ся у его поверхности. И в системе на границе раздела твердой и жидкой фаз возникает двойной электрический слой (рис. 1а). В равновесном состоянии двойному электрическому слою соответствует определенное напряжение или потенциал, ко­ торый называется электродным потенциалом.

весная концентрация ионов металла в растворе очень мала. Если погрузить медную пластину в раствор соли с концентра­ цией ионов большей, чем равновесная (1), то будет наблю­ даться обратный процесс перехода ионов меди из раствора на металлическую пластинку. Медная пластинка заряжается положительно, раствор — отрицательно за счет остающихся в растворе избытков анионов (рис. 16). В этом случае также возникает (на границе раздела твердой и жидкой фаз) двой­ ной электрический слой, которому соответствует определенная разность потенциалов или электродный потенциал. Из сказан­ ного следует вывод: реакция (1) идет тем легче слева напра­ во, чем более активным является металл и чем меньше его энергия ионизации. Неактивные металлы (реакция (1) проте­ кает справа налево) заряжаются тем больше положительным зарядом, чем меньше активность металла.