Сегодня я хочу разобрать одну из самых интересных тем в неорганической химии, которая навевает на некоторых страх и непонимание, - это окислительно-восстановительные реакции.
Процесс окисления и восстановления заключается в том, что любое сложное вещество образуется тогда, когда один элемент отдает электроны, а другой забирает. Рассмотрим этот процесс на известной всем реакции образования гремучего газа - Н2О (это та же реакция, что и образование воды, но, в отличие от последней, она осуществима при обычных условиях).
Итак, вначале мы пишем химическую реакцию(смотри пункт А), и расставляем степени окисления всех элементов. Для удобства можно подчеркнуть те элементы, которые изменили свои степени окисления. В этой реакции это произошло с водородом и кислородом.
Разбираем детально этот процесс: у водорода до стрелки стоит степень окисления 0, почему? Любое простое вещество, которое не входит в состав сложного вещества, всегда пишется со знаком 0, потому что это атом, а атом электронейтрален, соответственно, заряд должен быть равен 0. Это же самое мы пишем у кислорода, так как до стрелки он представлен в виде свободного атома.
Теперь смотрим молекулу гремучего газа, Н2О: у водорода степень окисления равна +1, так как он отдал один электрон, а кислород имеет степень окисления -2, так как он принял два электрона, но это не логично. Если элемент отдал электрон, то у него по сути должен быть знак -, а если принял, то +.
Однако, стоит запомнить, что если у элемента в процессе ОВР степень окисления увеличилась, значит он отдал электроны, и теперь называется восстановителем.
А если элемент принял электроны, то его степень окисления уменьшилась, и он теперь окислитель. В данной реакции восстановитель это водород, а окислитель-это кислород.
Теперь наступает самый сложный момент, как показать переход электронов. Смотрим пункт Б: рассматриваем первый процесс с водородом. Слева пишем водород который стоит до стрелки, справа- после стрелки, между ними- количество электронов.
В первую очередь необходимо посмотреть как меняется степень окисления водорода: сначала Н2 имеет степень окисления 0, а после стрелки +1, и было бы естественно написать что водород отдал один электрон, но в итоге получается -2, почему? Когда элемент отдает электроны, он теряет их, и соответственно, ставим-2, а не +2; теперь рассматриваем другой аспект- почему -2, а не -1.
Водород, как и любой элемент необходимо уравнивать в соответствии с химической реакцией, это в основном касается тех случаев, когда в реакции присутствуют газы, которые пишутся с индексом 2 (например, О2, Н2, N2).
Мы видим, что у водорода до стрелки 2 атома, после стрелки тоже 2, но мы не имеем права писать второй водород также с индексом, так как он уже не свободное вещество, и представляет собой ион, поэтому ставим эту двойку в качестве коэффициента.
Если вышеперечисленный процесс понятен, переходим к аналогичному с кислородом: Также как в случае с водородом, уравниваем кислород, чтобы до и после стрелки их было одинаковое количество, теперь у тебя может возникнуть вопрос, почему в пункте Б в процессе с кислородом перешло не 2, а 4 электрона, опять-таки объясняется удвоением количества электронов в связи исходя из реакции.
Почему +4? В процессе присоединения электронов элемент, в нашем случае кислород забирает два электрона, умноженное на два, то есть 4, у него становится больше, поэтому ставим «+».
Теперь пришло время немного расслабиться, потому что осталось совсем чуть-чуть). В пункте Д, напротив процесса водорода за чертой стоит цифра 4, а напротив кислорода-2, может возникнуть непонимание, зачем это нужно и откуда взялись эти цифры. Цифры, стоящие за чертой, это количество электронов, отданные водородом и принятые кислородом, в сумме.
Важный аспект в том, что эти цифры нужно переместить крест-накрест, и поставить за черту,- они и выполняют роль коэффициентов при уравнивании. Если эти цифры имеют общее кратное, необходимо их сократить, и начать уравнивать- перед водородом нужно поставить 2, перед кислородом 1, но как ты знаешь, коэффициент 1 мы не ставим; смотри пункт Г. В последнюю очередь нужно записать, какой элемент является окислителем, а какой восстановителем (это нужно для решения задач), пункт В.
Подведем итог, чтобы быстро и правильно решать реакции ОВР, нужно: - верно указать степени окисления всех элементов в реакции;
- запомнить, что если у элемента увеличилась степень окисления, что он восстановитель, и над стрелкой ставим "-е", а если степень окисления уменьшилась, то этот элемент-окислитель, и над стрелкой при указании перехода ставим "+е";
- внимательно расставлять коэффициенты, кислород уравнивать в самую последнюю очередь.
На этой прекрасной ноте я заканчиваю урок.