Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительный потенциал, что является сокращением от восстановительно-окислительного процесса, представляет собой тип химической реакции, классифицируемой по суммарному переносу электронов. В этой реакции одна молекула теряет электроны, что называется окислением, а другая молекула приобретает электроны, что называется восстановлением.

Чтобы помочь вам различить эти два понятия, запомните фразу «OIL-RIG», которая расшифровывается как «окисление — это потеря, восстановление — это приобретение». Окисляемая молекула называется восстановителем, потому что она восстанавливает другой реагент. Точно так же восстанавливаемая молекула называется окислителем, потому что она окисляет другую молекулу.

Теперь, когда мы разобрались с терминологией, давайте рассмотрим пример окислительно-восстановительной реакции, образования минерального оксида магния. В ходе реакции каждый атом магния теряет два электрона. Таким образом, магний окисляется. Каждый атом кислорода получает два электрона; Таким образом, снижается содержание кислорода.

Однако не все реакции являются окислительно-восстановительными реакциями. Например, реакция оксида кальция с углекислым газом с образованием карбоната кальция не является окислительно-восстановительной реакцией. Итак, как мы можем идентифицировать окислительно-восстановительную реакцию?

Для этого мы отслеживаем число окисления каждого элемента по мере его перехода от реагента к продукту. Число окисления — это гипотетический заряд, который атом имел бы, если бы его связи с различными элементами были ионными, что означает, что электроны относятся к более электроотрицательному атому. Сумма чисел окисления в молекуле равна ее общему заряду.

Давайте вернемся к оксиду магния. Это нейтральное соединение, поэтому сумма чисел окисления магния и кислорода равна нулю. Магний может давать два электрона, поэтому его число окисления равно плюс два. Кислород может принимать два электрона, поэтому его число окисления равно минус двум.

А как насчет реакции? Чистые нейтральные элементарные соединения имеют нулевое число окисления. Таким образом, и магний, и кислород начинаются с нулевого числа окисления. Числа окисления магния и кислорода изменялись во время реакции, так что это окислительно-восстановительная реакция.

Теперь давайте посмотрим на реакцию карбоната кальция, которую мы наблюдали ранее. Оба реагента нейтральны, поэтому сумма чисел окисления для обоих соединений равна нулю. Как мы видели на примере оксида магния, кальций имеет окислительное число плюс два, а кислород минус два. Тогда углерод в молекуле углекислого газа имеет число окисления плюс четыре, а каждый кислород минус два.

А как насчет продукта? Кальций – это плюс два, а углерод плюс четыре, как и в реагентах. Каждый кислород имеет значение минус два, что в сумме составляет минус шесть, а чистое число окисления равно нулю. Поскольку ни одно из чисел окисления не изменилось, это не окислительно-восстановительная реакция.

Теперь давайте представим четыре типа окислительно-восстановительных реакций. Первый — это реакция одиночного смещения, при которой один атом вытесняет другой. Вы увидите это в термитной реакции, когда один металл восстанавливается, а другой металл окисляется.

Следующий тип – это реакция горения, которая происходит между топливом и окислителем с образованием окисленных продуктов и тепла. Вы видите это в лаборатории во время сгорания метана с кислородом при использовании горелки Бунзена.

Третья реакция — это реакция синтеза, в которой два реагента объединяются в один продукт, как при синтезе аммиака, где азот соединяется с водородом с образованием аммиака.

Наконец, четвертый тип — это реакция разложения, при которой реагент поглощает достаточно энергии, чтобы разорвать свои связи и образовать более мелкие соединения. Так происходит с фейерверками, где хлорат калия после нагревания разлагается на хлорид калия и кислород.

В этой лабораторной работе вы проведете и определите различные типы окислительно-восстановительных реакций, которые превращают твердую медь в оксид меди, а затем обратно в твердую медь.