Оглавление 68 69 70 71 72 — — — 270 

Реакции окисления-восстановления. Рассматривая в свойства водорода, мы отметили, что водород может восстанавливать многие окислы, отнимая от них кислород, и противопоставили этот процесс окислению, т. е. присоединению кислорода. Первоначально этик два понятия — окисление и восстановление—ничего другого и не выражали, как только присоединение и отнятие кислорода. Вскоре, однако, они получили более широкое значение. Окислением стали называть не только процесс присоединения кислорода, но и процесс отнятия от вещества водорода на том основании, что отнятие водорода происходит большею частью под действием кислорода (например, 4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О). Точно так же восстановлением стали называть не только процесс отнятия кислорода, но и процесс присоединения водорода. Впоследствии эти понятия были еще более расширены и к процессам окисления и восстановления были отнесены многие реакции, в которых ни кислород, ни водород участия не принимают, но которые по существу сходны с типичными реакциями окисления и восстановления. Например, горение металлов в хлоре, броме, парах серы, а также вообще всякое присоединение металлоидов стали называть окислением:

2Аl + 3Вr2 = 2АlВr3 аналогично 4Аl + 3О2 = 2Аl2О3 2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3 аналогично 4FeO + О2 = 2Fe2О3

Обратное превращение АlВr3 в Аl или FeCl3 в FeCl2 получило название восстановления. Таким образом, понятия «окисление» и «восстановление» стали несколько расплывчатыми и только электронная теория строения вещества придала им совершенно точный и определенный смысл.

Рассматривая типичные процессы окисления и восстановления с точки зрения электронной теории, нетрудно убедиться, что эти процессы всегда сопровождаются перемещением электронов от одних атомов или ионов к другим, причем окисляющееся вещество теряет электроны, а восстанавливающееся присоединяет их. Приведем примеры.

1. Горение магния в кислороде:

 Горение магния в кислороде

Атом магния имеет в наружном слое два электрона. При взаимодействии с кислородом два атома магния отдают четыре электрона молекуле (двум атомам) кислорода и превращаются в положительные двухзарядные ионы Mg++. Последние связываются с образовавшимися ионами кислорода в кристаллы окиси магния MgO. Таким образом, горение (окисление) магния сопровождается переходом электронов от магния к кислороду.

2. Восстановление окиси меди водородом:

Восстановление окиси меди водородом

В окиси меди ион меди несет два положительных заряда. В процессе реакции электроны переходят от атомов (молекул) водорода к ионам меди; медь становится нейтральной, а образовавшиеся ионы водорода связываются с ионами кислорода в молекулы воды. Отсюда видно, что восстановление окиси меди сопровождается присоединением к ней (точнее — к ионам Сu++) электронов.

3. Взаимодействие между хлорным железом и йодистым водородом в растворе. При смешивании растворов хлорного железа и йодистого водорода выделяется свободный иод, а хлорное железо превращается в хлористое:

Взаимодействие между хлорным железом и йодистым водородом

Обычно говорят, что при этой реакции хлорное железо восстанавливается в хлористое, а йодистый водород окисляется до свободного иода. Но из приведенного уравнения видно, что электроны переходят только из ионов Jк ионам Fe+++, причем последние превращаются в ионы Fe++, а ионы J — в нейтральные атомы иода, образующие затем молекулы J2; ионы же Сl и Н+ в результате реакции не изменяются. Таким образом, в действительности восстанавливается не хлорное железо в хлористое, а ионы Fe+++ в ионы Fe++, окисляется же не йодистый водород, а ионы J» в атомы иода.

Из разобранных примеров можно сделать следующие выводы:

1. Сущность окисления заключается в потере электронов атомами или ионами окисляющегося вещества, а сущность восстановления — в присоединении электронов к атомам или ионам восстанавливающегося вещества. Поэтому в настоящее время всякий процесс, при котором вещество теряет электроны, называется окислением; наоборот, присоединение электронов рассматривается как восстановление.

2. Окисление какого-либо вещества не может произойти без одновременного восстановления другого вещества, так как потеря электронов одними атомами или ионами связана с присоединением электронов к другим атомам или ионам.

Например, при горении магния в кислороде или воздухе происходит окисление магния и одновременно восстановление кислорода; при взаимодействии водорода с окисью меди последняя (точнее, ион Сu++) восстанавливается, а водород окисляется и т. д.

Таким образом, каждая реакция, сопровождающаяся перемещением электронов, является единством двух противоположных процессов — окисления и восстановления. Вот почему в настоящее время все такие реакции принято называть окислительно-восстановительными.

Вещества, атомы или ионы которых присоединяют в процессе реакции электроны, называют окислителями, а вещества, отдающие электроны, — восстановителями.

Окислитель во время реакции отнимает электроны от окисляющегося вещества и сам при этом восстанавливается. Наоборот, восстановитель, теряя электроны, окисляется. Так, например, при взаимодействии хлорного железа и йодистого водорода (см. выше) окислителем является ион Fe+++, который, присоединяя один электрон, восстанавливается в ион Fe++, ia восстановителем — ион Jотдающий один электрон и окисляющийся в атом иода.

Это можно наглядно представить, если выразить процесс окисления и процесс восстановления отдельными «электронными» уравнениями :

SAM_1751-1

Описанные выше реакции получения водорода из воды и из кислот действием на них некоторых металлов тоже являются реакциями окисления-восстановления. При всех этих реакциях атомы металлов, отдавая электроны, служат восстановителями, а ионы водорода, приобретая электроны, — окислителями. Например, при реакции

SAM_1751-2

Следовательно, водород, который мы рассматривали раньше как восстановитель, действует в качестве окислителя, когда он находится в виде положительно заряженных ионов .

Переход электронов при окислительно-восстановительных реакциях от одних атомов или ионов к другим, естественно, сопровождается изменением валентности участвующих в реакции элементов. Изменение валентности является характерным признаком, по которому сразу можно определить, является ли данная реакция окислительно-восстановительной. Так как окисление заключается в потере электронов атомами или ионами, а восстановление— в присоединении их, то при окислении алгебраическая величина валентности повышается (т. е. увеличивается положительная валентность или уменьшается отрицательная), при восстановлении — понижается. В этом легко убедиться, рассмотрев в приведенных выше примерах изменение валентности окисляющихся и восстанавливающихся атомов или ионов. Например, при взаимодействии между хлорным железом и йодистым водородом валентность железа (заряд ионов Fe+++) понижается с +3 до +2, а валентность иода (заряд ионов J) повышается от —1 до 0 у свободного иода и т. д.

Изложенная выше теория окислительно-восстановительных: процессов разработана Л. В. Писаржевским (1874—1938) — первым ученым, широко использовавшим электронную теорию для объяснения химических процессов.

69 70 71

Вы читаете, статья на тему Реакции окисления-восстановления