В отличие от валентности, степень окисления одного и того же элемента может меняться. Если она повышается, говорят, что элемент окисляется, а сам он является восстановителем. Если элемент понижает свою степень окисления, то он восстанавливается, являясь окислителем.
Окислителем и восстановителем может быть даже один и тот же элемент. Такие реакции называют реакциями диспропорционирования:
Наиболее распространенные окислители: кислород, фтор, хлор, элементы в высшей степени окисления, концентрированная серная и азотная кислота, анод при электролизе.
Распространенные восстановители: металлы, элементы в низшей или промежуточной степени окисления, углерод, оксид углерода (II), водород.
Поведение окислителей в различных средах
Здесь речь будет идти в основном о перманганате калия, но это также поможет при составлении уравнений ОВР (окислительно-восстановительных реакций) в целом.
1) Кислая среда.
В кислой среде марганец восстанавливается наиболее полностью, приобретая степень окисления +2. В результате образуются соли марганца:
2) Нейтральная среда.
В нейтральной среде марганец восстанавливается до +4, образуя оксид марганца (IV):
3) Щелочная среда.
В щелочной среде марганец восстанавливается лишь до +6, образуя манганат калия:
Определение продуктов реакции на примере перманганата калия
Возьмем следующую реакцию с участием перманганата калия:
В нашем случае среда кислая, значит, марганец перейдет в соль:
Сера в сульфите натрия находится в промежуточной степени окисления, а марганец в перманганате - в высшей. Это означает, что сера будет восстановителем, а значит - повысит свою степень окисления. Ближайшей и единственной в этом случае является +6, значит, образуется сульфат натрия:
У нас еще остались не связанные атомы калия и водорода. В данном случае, калий перейдет в соль, а водород - в воду:
Метод электронного баланса
Метод электронного баланса является наиболее универсальным и ходовым методом составления уравнений ОВР. Чтобы составить уравнение используют следующий алгоритм:
1) Определяют продукты, если это необходимо
2) Находят окислитель, восстановитель и продукты их окисления-восстановления.
3) Записывают прием-отдачу электронов и уравнивают их методом наименьшего общего кратного, деля его на количество отданных и на количество принятых электронов
4) Получившиеся коэффициенты записывают в итоговое уравнение, учитывая и коэффициенты в самом уравнении.
5) Уравнивают остальные элементы в следующем порядке: металлы, неметаллы, кроме водорода и кислорода, водород, кислород.
Если количество атомов кислорода в исходных веществах равно их количеству в продуктах, уравнение составлено правильно разберем на примере выше:
Продукты у нас уже записаны, поэтому первый пункт можно опустить. В высшей степени окисления у нас находится марганец, поэтому он будет окислителем, а сера - восстановителем:
Наименьшим общим кратным для 5 и 2 является 10. Записываем его и делим на каждое из чисел:
Теперь переносим эти коэффициенты в уравнение:
Далее приступаем к уравниванию остальных элементов. Из металлов у нас остался только калий. В исходных веществах у нас его 2 атома, в продуктах - 1. Дописываем "2" хлориду калия:
Из неметаллов, не считая серы, у нас есть хлор. В исходных веществах его один атом, в продуктах - 6. Дописываем "6" соляной кислоте:
Теперь уравниваем водород. В исходных веществах его 6, в продуктах - 2. Добавляем "3" к воде:
И, наконец, сверяем кислород. В исходных веществах у нас его 23 атома, в продуктах - тоже 23. Это означает, что коэффициенты расставлены верно, и уравнение составлено правильно.