Степень окисления (окислительное число, состояние окисления) - это

условный заряд атома в молекуле, вычисленный согласно предположению, что молекула состоит только из ионов.

Для определения степени окисления атомов в химических соединениях руководствуются следующими правилами:

1. Кислороду в химических соединениях всегда приписывают степень окисления —2 (исключение составляют фторид кислорода OF₂ и пероксиды типа Н₂О₂, где кислород имеет степень окисления соответственно +2 и -1).

2. Степень окисления водорода в соединениях считают равной +1 (исключение:
в гидридах, например, в Сa⁺²Н₂^-1).

3. Металлы во всех соединениях имеют положительные значения степени
окисления.

4. Степень окисления нейтральных молекул и атомов (например, H₂, С и др.) равна нулю, так же как и металлов в свободном состоянии.

5. Для элементов, входящих в состав сложных веществ, степень окисления
находят алгебраическим путём. Молекула нейтральна, следовательно, сумма
всех зарядов равна нулю. Например, в случае H₂⁺¹SO₄^-2 составляем уравнение с
одним неизвестным для определения степени окисления серы:

2(+1) + х + 4(-2) = 0, х-6 = 0, х = 6.

Реакции, в результате которых изменяется степень окисления элементов, называются окислительно-восстановительными.

Основные положения теории ОВР

1) Окислениемназывают процесс отдачи электронов атомом, молекулой или
ионом. Степень окисления при этом повышается. Например, А1 - 3е – Аl⁺³.

2) Восстановлениемназывают процесс присоединения электронов атомом,
молекулой или ионом. Степень окисления при этом понижается. Например,

S + 2e= S^-2.

3) Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны, называются восстановителями.Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, называются окислителями.

4) Окисление всегда сопровождается восстановлением и, наоборот, восстановление всегда связано с окислением, что можно выразить уравнениями:

восстановитель - е↔окислитель; окислитель + е↔восстановитель.

Окислительно-восстановительные реакции представляют собой единство двух противоположных процессов - окисления и восстановления.

Процессы окисления и восстановления выражают электронными уравнениями. В них указываются изменение степени окисления атомов и число электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем. Так, для реакции

2К⁺¹I^-1 + 2Fe⁺³Cl₃^-1 = I₂⁰ + 2Fe⁺²Cl₂^-1 + 2K⁺¹Cl^-1 электронные уравнения имеют вид

2I^-1 — 2е = I₂⁰ процесс окисления (восстановитель); Fe⁺³ + е = Fe⁺² процесс восстановления (окислитель).

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций применяют два метода: метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций).

Метод электронного балансаявляется универсальным. В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных и конечных веществах, руководствуясь правилом: число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, присоединённых окислителем. Для составления уравнения надо знать формулы реагирующих веществ и продуктов реакции. Последние определяются либо опытным путём, либо на основании известных свойств элементов.

Ионно-электронный метод (метод полуреакций)использует представления об электролитической диссоциации. Метод применяют только при составлении уравнений ОВР, протекающих в растворе. В отличие от метода электронного баланса данный метод даёт более правильное представление о процессах окисления — восстановления в растворах, так как рассматривает ионы и молекулы в том виде, в котором они существуют в растворе. Слабые электролиты или малорастворимые вещества записывают в виде молекул, а сильные - в виде ионов. При этом учитывают, что в водной

среде в реакции могут участвовать ионы Н⁺,ОН^- и молекулы Н₂О.Правила нахождения коэффициентов в уравнениях ОВР, протекающих в кислой, щелочной и нейтральной средах, неодинаковы.

Если реакция среды кислая

Правило. Каждая освобождающаяся частица кислорода связывается с двумя ионами водорода с образованием одной молекулы воды:

[О^-2] + 2Н⁺ = Н₂О.

Каждая недостающая частица кислорода берётся из молекулы воды, при этом освобождается два иона водорода: Н₂О - [О^-2] = 2Н⁺.

Если реакция среды щелочная

Правило. Каждая освобождающаяся частица кислорода реагирует с одной молекулой воды, образуя два гидроксид-иона: [О^-2] + Н₂О = 2ОН^-.

Каждая недостающая частица кислорода берётся из двух гидроксид-ионов с образованием одной молекулы воды: 2ОН^- - [О^-2] = Н₂О.

Если реакция среды нейтральная

Правило. Каждая освобождающаяся частица кислорода взаимодействует с одной молекулой воды, образуя два гидроксид-иона: [О^-2] + Н₂О = 2ОН^- .

Каждая недостающая частица кислорода берётся из молекулы воды с образованием двух ионов водорода: Н₂О - [О^-2] = 2Н⁺.

Подбор коэффициентов ОВР ионно-электронным методом проводится в несколько этапов:

1) записать схему реакции (реакция среды кислая) в молекулярной форме,
например:

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ = MnSO₄ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O;

2) записать схему реакции в ионной форме и определить ионы и молекулы, которые изменяют степень окисления:

К⁺ + МпО₄^- + 2Na⁺ + SO₃^2- + 2H⁺ + SO₄^2- = Mn²⁺ + SO₄^2- + 2Na⁺ + SO₄^2- +

+ 2K⁺ + SO₄^2- + H₂O;

3) составить ионно-электронные уравнения с участием выделенных ионов
и молекул, учитывая, что количество атомов кислорода уравнивают, используя
молекулы воды или ионы водорода.

Для данной реакции:

- недостаток атомов кислорода в кислой среде берётся из молекулы воды:

SO₃^2- + H₂O - 2е^- = SO₄^2- + 2Н⁺;

- избыток атомов кислорода в кислой среде связывается ионами водорода в
молекулы воды:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5е^- = Мn²⁺ + 4Н₂О;

4) умножить полученные уравнения на наименьшие множители для баланса по электронам:

SO₃^2- + Н₂О - 2е^- = SO₄^2- + 2H⁺ | 5 МпО₄^- + 8Н⁺ + 5е^- = Mn²⁺ +4H₂O | 2

5SO₃^2- + 5H₂O – l0e^- = 5SO₄^2- + 10H⁺ 2MnO₄^- + 16H⁺ + 10e^- = 2Mn²⁺ +8H₂O;

5) суммировать полученные электронно-ионные уравнения:

5SO₃^2- + 5Н₂О - 10е^- + 2MnO₄^- + 16H⁺ + 10e^- = 5SO₄^2- + 10H⁺ + 2Mn²⁺+ 8H₂O;

6) сократить подобные члены и получить ионно-молекулярное уравнение
ОВР:

5SO₃^2- + 2МпО₄^- + 6Н⁺ = 5SO₄^2- + 2Мn²⁺ + 3Н₂О;

7) по полученному ионно-молекулярному уравнению составить молекулярное уравнение реакции:

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O.

Окислительно-восстановительные реакции разделяют на три типа:

1) Межмолекулярные - это реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах:

2Н₂8⁺⁶O₄(конц.) + Сu⁰ = Cu⁺²SO₄ + S⁺⁴O₂ + 2Н₂О.

2) Внутримолекулярные — это реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в одной молекуле (атомы разных элементов):

2КС1⁺⁵О₃^-2 = 2КСl^-1 + 3О₂°

3) Диспропорционирование (реакции самоокисления-самовосстановления)
- это реакции, в которых окислителем и восстановителем являются атомы
одного и того же элемента: