Матеріал параграфа допоможе вам:
з'ясувати, яку реакцію називають окисно-відновною;
розрізняти процеси окиснення й відновлення,
окисники та відновники;
зрозуміти значення окисно-відновних реакцій.
Окисно-відновні реакції. Порівняємо два хімічних перетворення:
З огляду на кількість реагентів і продуктів у кожній реакції доходимо висновку: реакція (1) є реакцією розкладу, а реакція (2) — реакцією сполучення.
Ці реакції різняться й за іншою ознакою. Звернемо увагу на ступені окиснення елементів у реагентах і продуктах.
Що називають ступенем окиснення елемента? Визначте ступені окиснення елементів у речовинах, формули яких записано в хімічних рівняннях (1) і (2).
Указавши ступені окиснення елементів над формулами реагентів і продуктів, виявляємо, що вони змінюються лише при утворенні оксиду із простих речовин:
Реакції, які відбуваються зі зміною ступенів окиснення елементів, називають окисно-відновними реакціями.
Процеси окиснення і відновлення. З’ясуємо походження терміна «окисно-відновна реакція». Раніше, характеризуючи реакції за участю кисню, ми стверджували, що речовина, яка взаємодіє з киснем, зазнає окиснення. У реакції (2) такою речовиною є магній. Кожний атом металу втрачає 2 електрони і перетворюється на катіон:
Ступінь окиснення елемента Магнію підвищується від 0 до +2; він окиснюється.
Із магнієм взаємодіє кисень. Кожний атом Оксигену молекули О2 приєднує 2 електрони й перетворюється на аніон:
Ступінь окиснення Оксигену знижується від 0 до -2; цей елемент відновлюється.
Окиснення — процес втрачання електронів частинкою речовини, а відновлення — процес приєднання нею електронів.
Процеси окиснення й відновлення завжди супроводжують один одного. Електрони не виникають із нічого й не накопичуються в пробірці. Скільки електронів втрачають одні частинки, стільки їх приєднують інші. Переконаємось у цьому на прикладі реакції
Два атоми Магнію втрачають 4 електрони
а два атоми Оксигену, які містяться в молекулі О2, приєднують 4 електрони:
Теорію окисно-відновних реакцій, яку було названо електронно-йонною теорією, запропонував у 1914 р. вітчизняний учений Л. В. Пи-саржевський.
Окисники та відновники. Для речовин, які беруть участь в окисно-відновній реакції, використовують терміни «окисник» і «відновник». Запам’ятайте: окисник отримує електрони й відновлюється (ним у реакції 2Mg + O2 = 2MgO є кисень), а відновник втрачає електрони й окиснюється (це — магній).
Окисниками та відновниками можуть бути як прості речовини, так і складні. Деякі речовини здатні виступати лише окисниками (наприклад, фтор), інші — лише відновниками (наприклад, метали). Більшість неметалів, а також сполуки елементів у проміжних ступенях окиснення в одних реакціях є окисниками, а в інших — відновниками.
Назвіть окисник і відновник у реакції
На підставі викладеного матеріалу робимо висновок: якщо в реакції бере участь або утворюється проста речовина, то така реакція є окисно-відновною. Справді, ступінь окиснення елемента в простій речовині дорівнює нулю, а в сполуці є додатним або від’ємним числом.
У клітинках таблиці розчинності, які відповідають солям FeI3 і CuI2, бачимо риски. Вони свідчать про те, що цих сполук не існує. Йони Fe3+ і Cu2+ вступають в окисно-відновні реакції з
йонами I (мал. 31). Відповідні йонно-молеку-лярні рівняння:
Катіони металічних елементів є окисниками, а аніон Йоду — відновником.
Лев Володимирович Писаржевський (1874—1938)
Український хімік, академік АН СРСР та АН УРСР. Розробив теорію окисно-відновних реакцій, в основі якої — уявлення про перехід електронів від одних частинок до інших (1914). Заклав основи електронної теорії каталізу. Професор Київського політехнічного інституту (1908—1911), катеринославських (нині — дніпровські) вищих навчальних закладів — гірничого інституту й університету. З 1927 р. — директор створеного за його ініціативою Українського інституту фізичної хімії (тепер — Інститут фізичної хімії НАН України ім. Л. В. Писаржевського).
Значення окисно-відновних реакцій. Окисно-відновні реакції постійно відбуваються в природі. Вони становлять основу таких найважливіших процесів, як дихання і фотосинтез. У цих процесах одним з елементів, які змінюють ступінь окиснення, є Оксиген. Під
час дихання його атоми (з них складаються молекули кисню) відновлюються, а при фотосинтезі (вони містяться в молекулах оксигеновмісних сполук) — окиснюються:
Окисно-відновні реакції використовують у багатьох галузях промисловості. Здійснюючи хімічні перетворення цього типу, з руд добувають метали. На теплоелектростанціях спалюють різні види палива, у двигунах автомобілів згоряють бензин, дизельне пальне, природний газ.
Деякі окисно-відновні реакції відіграють негативну роль. Вони спричинюють пожежі, ржавіння заліза (мал. 32), псування харчових продуктів тощо.
ВИСНОВКИ
Реакції, які відбуваються зі зміною ступенів окиснення елементів, називають окисно-відновними. Окиснення — процес втрачання електронів частинками речовини, а відновлення — процес приєднання електронів.
Речовину, яка окиснюється, називають відновником, а речовину, яка відновлюється, — окисником. Окисник отримує стільки електронів, скільки їх втрачає відновник.
Окисно-відновні реакції відбуваються в природі; їх використовують у промисловості, теплоенергетиці, транспортних засобах.
105. Які реакції називають окисно-відновними?
106. Дайте означення термінам «окиснення», «відновлення», «окисник», «відновник». Використовуючи ці терміни, прокоментуйте реакцію натрію з хлором.
107. Чому реакції, за допомогою яких із металічних руд добувають метали, є окисно-відновними?
108. Виберіть серед наведених схем ті, які відповідають окисно-відновним реакціям, і поясніть свій вибір:
109. Запишіть у порожні клітинки таблиці по одному хімічному рівнянню (не використовуйте наведених у параграфі та попередній вправі):
110. Укажіть речовину-окисник і речовину-відновник у кожній реакції:
111. Знайдіть відповідність і зазначте, в якій речовині Хлор може бути в хімічних реакціях лише окисником, а в якій речовині — лише відновником:
112. Які частинки — атом K, йон S2-, атом С, йон Са2+, йон Fe2+, атом Fe, атом F — можуть бути в хімічних реакціях:
а) лише окисниками;
б) лише відновниками;
в) і окисниками, і відновниками?
Відповіді обґрунтуйте.
113. Складіть послідовність простих речовин за зростанням їх хімічної активності як окисників (запишіть літери у відповідному порядку):
а) сірка; в) фосфор;
б) фтор; г) хлор.
114. Напишіть замість крапок, скільки електронів приєднують або втрачають йони, і вкажіть процеси окиснення та відновлення:
115. ^ільм електронів приєднує чи втрачає атом Сульфуру під час таких перетворень:
а) сульфат-іон ^ сульфіт-іон;
б) молекула сульфатної кислоти ^ молекула сірководню;
в) молекула сульфур(^) оксиду ^ сульфат-іон?
116. Який об'єм водню (н. у.) можна добути за реакцією 10 г літію з достатньою кількістю води?
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Попель, Крикля