У каждого из нас с вами бывают моменты, когда нам хочется чем-нибудь поделиться: новостью, классной шуткой, а может, пригласить друга на чай и разделить с ним шоколадку. А иногда наоборот – у нас возникает потребность что-то получить. Как минимум, это сон и еда, а иногда и доброе слово или подарок. То, что мы можем брать, и чем можем делиться – очень разнообразно.
В химии все гораздо проще – у атомов нет пирамиды потребностей Маслоу. Единственное, чем они распоряжаются (в рамках химии) – это электроны. Да и то не всеми, а лишь теми, что на внешнем электронном уровне.
Атомы тоже играют в эту игру: они могут брать и отдавать электроны. Происходит это тогда, когда вещества вступают в химическую реакцию. Но не в каждой реакции атомы обмениваются электронами – а лишь в тех, где изменяется их степень окисления: что это такое, можно почитать тут.
В целом, любой атом может и принимать, и отдавать электроны в окислительно-восстановительных реакциях. Как и мы с вами: в каких-то ситуациях помогаем кому-то, а в других кто-то помогает нам. Но наверняка вы замечали, что есть люди более альтруистичные, а есть их антиподы. И в химическом мире есть такая же история. У человека это зависит, на мой взгляд, от характера, а у атома химического элемента – от электроотрицательности. Как вы думаете, какие из атомов будут легко делиться с другими электронами? Верно, альтруистичные, то есть, с низкой электроотрицательностью. А вот стяжательством будут блистать сильно электроотрицательные атомы – такой уж у них характер.
Атомы способны проявлять различные степени окисления. У всех из них есть степень окисления «0» - когда они связаны с себе подобными: электроотрицательности равны, поэтому смещения валентных электронов не происходит. Также, практически все химические элементы способны проявлять положительные степени окисления – ведь всегда найдется «рыба покрупнее», то есть, более электроотрицательный атом, который сможет перетянуть у них электроны. Только один химический элемент никому и ничего не может позволить у себя «оттянуть» - это фтор.
Представьте себе довольно скупого человека. Просто ли будет ему расстаться со своими деньгами? Не просто. Но если все-таки придется – к примеру, когда его оштрафует автоинспектор (закон сильнее жадности), он будет стремиться восполнить эту потерю. Так и в мире атомов: если удастся отобрать у сильно-электроотрицательного атома электроны и перевести в положительную степень окисления, то он изо всех сил будет стремиться их вернуть. Так он станет сильным окислителем: при любом удобном случае такой атом будет брать электроны везде, где можно.
Например – азот. Он третий по электроотрицательности - после фтора и кислорода. В виде простого вещества N₂ он типичный скряга – расстается со своими электронами трудно: даже при встрече с кислородом его нужно хорошенько «взбодрить» высокой температурой и катализаторами. При этом он теряет 5 электронов – переходит в степень окисления «+5», и существует в ней в виде азотной кислоты и ее солей – нитратов. Существуют, конечно, и более «серьезные» окислители, в которых их сила подстегивается структурными особенностями молекул – но, чтобы вас не перегружать, упоминать их не буду. Кстати, фтор – в их числе.
В противоположность азоту, элементы, обладающие малой электроотрицательностью, либо, имеющие еще при этом «лишние» электроны, т.е. в отрицательной степени окисления, являются типичными восстановителями. Они легко расстаются со своими электронами: металлы, особенно щелочные и щелочно-земельные, вообще не любят держать их при себе и отдают при любом удобном случае, и довольно бурно. Так, к примеру, натрий в реакции с водой настолько активно отдает водороду электроны, что реакция приобретает, буквально, взрывной характер.
Или йод – несмотря на то, что его относят к неметаллам, в степени окисления «-1» легко отдает свой лишний электрон даже металлам, например, железу в степени окисления «+3».
Реакция хлорида железа (III) с иодидом калия - вместо обычной реакции обмена йод решает поделиться электронами с железом и образуется в виде простого вещества, окрашивая раствор оранжевый цвет.
Но что-то я увлекся, и статья начинает превышать читабельные объемы😜. В следующий раз я расскажу, как правильно записывать и уравнивать окислительно-восстановительные реакции, и даже прогнозировать их продукты – когда они неизвестны.