окислительно-восстановительные реакции

Химия

2022

Мы объясняем, что такое окислительно-восстановительные реакции, существующие типы, их применение, характеристики и примеры окислительно-восстановительных реакций.

В окислительно-восстановительных реакциях одна молекула теряет электроны, а другая их забирает.

Что такое окислительно-восстановительные реакции?

В химия, известна как окислительно-восстановительные реакции, окислительно-восстановительные реакции или окислительно-восстановительные реакции с химическими реакциями, при которых происходит обмен электроны между атомами или молекулы вовлеченный.

Этот обмен отражается в изменении состояния окисление реагентов. Реагент, который отдает электроны, подвергается окислению, а тот, который их получает, - восстановлению.

Степень окисления указывает количество электронов, которые атом химического элемента отдает или принимает, когда он является частью химическая реакция. Это также можно интерпретировать как предполагаемое электрический заряд что определенный атом имел бы, если бы все его связи с другими атомами были полностью ионными. Также называется степенью окисления или Валенсия.

Степень окисления выражается в целые числа, равная нулю степень окисления нейтральных элементов. Таким образом, он может принимать положительные или отрицательные значения в зависимости от типа атома и реакции, в которой он участвует. С другой стороны, некоторые атомы У них есть переменные степени окисления в зависимости от реакции, в которой они участвуют.

Знайте, как правильно определить состояние или степень окисления каждого атома в химическое соединение Важно понимать и анализировать окислительно-восстановительные реакции. Есть определенные правила, позволяющие рассчитать их значения:

  • Степень окисления нейтральных элементов или молекул равна нулю. Например: твердые металлы (Fe, Cu, Zn…), молекулы (O2, N2, F2).
  • В ионы соединения одного атома имеют степень окисления, равную их заряду. Например: Na +, Li +, Ca2 +, Mg2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cl–.
  • Фтор всегда имеет степень окисления -1, потому что это наиболее электроотрицательный элемент, который существует (F–).
  • Водород всегда имеет степень окисления +1 (H +), за исключением гидридов металлов (гидрид калия, KH), у которых степень окисления -1 (H–).
  • Кислород имеет степень окисления -2, за некоторыми исключениями:
    • Когда он образует соединения с фтором, он имеет степень окисления 2+. Например: дифторид кислорода (OF2).
    • Когда он образует пероксиды, он имеет степень окисления -1 (O22-). Например: перекись водорода (H2O2), перекись натрия (Na2O2).
    • Когда он образует супероксиды, он имеет степень окисления –½ (O2–). Например: супероксид калия (KO2).
  • Алгебраическая сумма степеней окисления атомов, составляющих нейтральное соединение, равна нулю.
  • Алгебраическая сумма степеней окисления атомов, составляющих многоатомный ион, равна заряду иона. Например: сульфат-анион (SO42-) имеет степень окисления -2, которая равна сумме степеней окисления серы и кислорода, каждая из которых умножена на количество каждого атома в соединении, в данном случае у него есть одна степень окисления. атом серы и четыре атома кислорода.
  • Степени окисления некоторых химические элементы они могут различаться в зависимости от нейтрального соединения или иона, частью которого они являются. Затем можно рассчитать степень окисления атома в соединении следующим образом:

Где нет() означает степень окисления, а химический элемент находится в скобках.

Таким образом, в каждой окислительно-восстановительной реакции есть два типа реагентов: один отдает электроны, а другой принимает их:

  • Окислитель. Это атом, который захватывает электроны. В этом смысле его начальная степень окисления снижается, и происходит восстановление. Таким образом, он увеличивает свой отрицательный электрический заряд за счет получения электронов.
  • Восстановитель. Это атом, который отдает электроны и увеличивает свою первоначальную степень окисления, подвергаясь окислению. Таким образом, он увеличивает свой положительный электрический заряд, отдавая электроны.

Некоторые химические вещества могут окисляться и восстанавливаться одновременно. Эти элементы называются амфолитами, а процесс, в котором это происходит, называется амфолизацией.

Окислительно-восстановительные реакции - одна из наиболее распространенных химических реакций в вселенная, поскольку они являются частью процессов фотосинтез в растения и из дыхание у животных, которые обеспечивают непрерывность жизнь.

Характеристики окислительно-восстановительных реакций

Редокс-реакции происходят повсюду вокруг нас ежедневно. Окисление металлы, то горение газа на кухне или даже окисления глюкозы для получения АТФ в нашем теле есть несколько примеров.

В большинстве случаев окислительно-восстановительные реакции высвобождают значительное количество Энергия.

Обычно каждая окислительно-восстановительная реакция состоит из двух стадий или полуреакций. В одной из полуреакций происходит окисление (окисляется реагент), а в другой - восстановление (восстанавливается реагент).

Полная окислительно-восстановительная реакция, которая получается в результате алгебраического объединения всех полуреакций, часто называется «глобальной реакцией». Важно отметить, что при алгебраическом объединении полуреакций необходимо регулировать как массу, так и заряд. То есть количество электронов, высвобождаемых во время окисления, должно быть таким же, как количество электронов, полученных во время восстановления, а масса каждого реагента должна равняться массе каждого продукта.

Например:

  • Уменьшение полуреакции. Сокращение медь путем захвата двух электронов. Уменьшает степень окисления.
  • Полуреакция окисления. Окисление железа за счет потери двух электронов. Повышает степень окисления.

    Глобальная реакция:

Типы окислительно-восстановительных реакций

Реакции горения (окислительно-восстановительные реакции) высвобождают энергию, которая может создавать движение.

Существуют разные типы окислительно-восстановительных реакций, наделенные разными характеристиками. Наиболее распространены следующие типы:

  • Горение. Горение - это окислительно-восстановительные химические реакции, при которых выделяется значительное количество энергии в виде нагревать Y светлый. Эти реакции представляют собой быстрое окисление, которое выделяет много энергии. Высвободившуюся энергию можно контролируемым образом использовать для создания движения в двигателях автомобилей. Элемент под названием окислитель (который восстанавливается и окисляется до топлива) и топливный элемент (который окисляется и восстанавливается до окислителя). Некоторыми примерами топлива являются бензин и газ, который мы используем на наших кухнях, а наиболее известным окислителем является газообразный кислород (O2).
  • Окисление металлов. Это реакции более медленные, чем горение. Они обычно описываются как разложение некоторых материалов, особенно металлических, под действием на них кислорода. Это всемирно известное и повседневное явление, особенно в прибрежных районах, где соли из окружающей среды ускоряют (катализируют) реакцию. Поэтому машину, доставив нас на пляж, необходимо очистить от всех следов соленой воды.
  • Диспропорция. Также известные как реакции дисмутации, они представляют собой один реагент, который одновременно восстанавливается и окисляется. Типичный случай этого - разложение перекиси водорода (H2O2).
  • Простая прокрутка. Также называемые «простыми реакциями замещения», они происходят, когда два элемента меняются местами в одном и том же соединении. То есть один элемент заменяет другой в его точном месте в формуле, уравновешивая их соответствующие электрические заряды с другими атомами по мере необходимости. Примером может служить то, что происходит, когда металл вытесняет водород в кислоте и образуются соли, как это происходит, когда батарейки поломки прибора.

Примеры окислительно-восстановительных реакций

Примеров окислительно-восстановительных реакций очень много. Постараемся привести пример каждого из ранее описанных типов:

  • Сгорание октана. Октан - это углеводород компонент бензина, который используется в двигателях наших автомобилей. Когда октан вступает в реакцию с кислородом, октан окисляется и кислород уменьшается, высвобождая большое количество энергии в результате этой реакции. Эта высвободившаяся энергия используется для работы в двигателе, а также в процессе производства углекислого газа и водяного пара. Уравнение, которое представляет эту реакцию:
  • Разложение перекиси водорода. Это реакция дисмутации, в которой перекись водорода распадается на составляющие ее элементы, воду и кислород. В этой реакции кислород восстанавливается за счет уменьшения степени окисления с -1 (H2O2) до -2 (H2O) и окисляется за счет увеличения степени окисления с -1 (H2O2) до 0 (O2).
  • Замещение серебра медью. Это реакция смещение простой, в котором вы можете увидеть, как, погрузив фрагмент металлической меди в раствор нитрата серебра, цвет раствора становится синим, и на медный фрагмент осаждается тонкий слой металлического серебра. В этом случае часть металлической меди (Cu) превращается в ион Cu2 + в составе нитрата меди (II) (Cu (NO3) 2), раствор которого имеет красивый синий цвет. С другой стороны, часть катиона Ag +, входящего в состав нитрата серебра (AgNO3), превращается в металлическое серебро (Ag), которое осаждается.
  • Реакция цинка с разбавленной соляной кислотой. Это простая реакция замещения, в которой водород в HCl (водный раствор) замещается цинком с образованием соли.
  • Окисление железа. Металлическое железо окисляется при контакте с кислородом из воздуха. Это наблюдается в повседневной жизни, когда железные предметы образуют слой коричневой ржавчины при длительном контакте с воздухом. В этой реакции металлическое железо (Fe), имеющее степень окисления 0, превращается в Fe3 +, то есть его степень окисления увеличивается (окисляется). По этой причине интуитивно или в просторечии говорят: железо ржавеет.

Промышленное применение

На электростанциях окислительно-восстановительные реакции могут приводить в движение большие двигатели.

Промышленные применения окислительно-восстановительных реакций безграничны. Например, реакции горения идеально подходят для получения работа что служит для создания движение в больших двигателях, используемых на электростанциях для производства электричество.

Процесс состоит из сжигания ископаемое топливо получать тепло и производить водяной пар в котле этот пар используется для привода больших двигателей или турбин. С другой стороны, реакции сгорания также используются для запуска двигателей автомобилей, использующих ископаемое топливо, например наших автомобилей.

С другой стороны, окислительно-восстановительные реакции замещения и вытеснения полезны для получения определенных элементов в состоянии чистоты, которое не часто наблюдается в природа. Например, серебро очень реактивно. Хотя редко можно найти его в чистом виде в недрах минералов, высокая степень чистоты может быть получена с помощью окислительно-восстановительной реакции. То же самое происходит с получением солей и других соединения.

!-- GDPR -->