Окислительно-восстановительные реакции и окислительное восстановление в химии

Основные концепции
В этом руководстве вы узнаете, что такое окислительно-восстановительная реакция, различные части такой реакции, а также как распознавать и записывать окислительно-восстановительные реакции. Вы также узнаете разницу между окислением и восстановлением и определение окисления.

Словарь химических терминов:
Окисление: тип химической реакции, при которой теряется один или несколько электронов.
Степень окисления / число: число, присвоенное атому, описывающее степень его окисления, то есть, сколько электронов он приобрел или потерял.
Восстановление: тип химической реакции, при которой получается один или несколько электронов.
Окислительно-восстановительная реакция: химическая реакция, в которой окисление и восстановление происходят одновременно

Что такое окислительно-восстановительные реакции?
Redox - это сокращение от reduction-окисление, означающее, что окислительно-восстановительная реакция - это реакция, в которой одновременно происходит как реакция восстановления, так и реакция окисления. Это также сокращение от окислительно-восстановительной реакции. Давайте обсудим эти два компонента отдельно, а затем вернемся к тому, как они объединяются в полной окислительно-восстановительной реакции.

Восстановление:
Восстановление происходит, когда атом получает один или несколько электронов во время химической реакции. Это означает, что его степень окисления уменьшается. Это связано с тем, что электрон имеет отрицательный заряд, поэтому, когда атом получает электрон, он получает отрицательный заряд, что уменьшает число окисления. Это может выглядеть как атом, переходящий от X2 + к X1 +, или от X0 к X1-, например. Это может помочь нам вспомнить, что такое восстановление, поскольку число окисления уменьшается.

Примечание: восстанавливаемый вид называется окислителем. Поначалу это может немного сбить с толку, но помните, что окислитель - это вещество, которое вызывает окисление другого вещества - поскольку окислительно-восстановительные реакции происходят в парах восстановления и окисления, восстанавливается вещество, вызывающее окисление.

Давайте рассмотрим некоторые примеры полуреакций восстановления. Они называются полуреакциями, потому что они составляют половину полной окислительно-восстановительной реакции:

Cu2+ (aq) > Cu (s)

F2 (g) > 2F- (g)

Что такое окисление?

Определение окисления:
Существует три разных определения окисления. “Процесс или результат окисления или окисления”, “увеличение количества кислорода, например, когда элемент соединяется с кислородом с образованием его оксида, например, ржавления”, и, наконец, “потеря электронов во время реакции, в результате чего атом увеличивает свою степень окисления”. Последнее определение - это то, которое вы должны помнить для химии.

Окисление - это химический процесс, при котором вещество теряет электроны другому веществу. Этот процесс может привести к образованию новых химических соединений, таких как оксид или соль, и обычно сопровождается изменением цвета, запаха или других свойств вещества. Окисление является важной частью многих химических реакций, и оно часто участвует в образовании новых соединений или выделении энергии.

Например, когда металл реагирует с кислородом с образованием оксида, говорят, что металл окисляется, а кислород восстанавливается. Перенос электронов от металла к кислороду приводит к образованию нового соединения и выделению энергии. Окисление является важным понятием в химии, и оно часто используется для объяснения поведения химических веществ и изменений, которые они претерпевают во время реакций.

Окисление происходит, когда атом теряет один или несколько электронов во время химической реакции, что означает, что его степень окисления увеличивается. Это происходит потому, что атом теряет отрицательный заряд электрона, что аналогично получению положительного заряда, увеличивая число окисления. Это может выглядеть как атом, переходящий от X1- к X0, или, например, от X0 к X1 +. Фраза “окисление” используется потому, что исторически первыми наблюдаемыми окислительно-восстановительными реакциями были реакции с участием кислорода. Однако, если это помогает, мы можем думать об этом как об окислении, потому что число окисления увеличивается / становится более положительным.

Когда отбеливатель или перекись водорода превращают что-то в белое, мы говорим, что вещество окислено. Гипохлорит-ион в отбеливателе или пероксидный ион получает электроны, а вещество, которое становится белым (по умолчанию восстановитель), теряет электроны.

Примечание: Восстановитель - это окисляющийся вид. Это связано с тем, что восстановитель - это разновидность, вызывающая восстановление другого. В окислительно-восстановительной реакции окисляющийся вид приводит к восстановлению других видов путем обмена электронами.

Давайте рассмотрим некоторые примеры полуреакций окисления:

2I- (aq) > I2 (s)

Zn (s) > Zn2 + (aq)

Окисление против восстановления
Помните НЕФТЯНУЮ ВЫШКУ: окисление электронов - образование электронов. Кроме того, вы также можете вспомнить “ЛЕО ГЕР” (представьте льва, говорящего “Гер !!!!). LEO означает “Свободные электроны, окисление”. GER означает “Получение электронов, восстановление”.

Окислительно-восстановительные реакции: включают оба
Окислительно-восстановительные реакции объединяют две полуреакции (одну восстановление, одну окисление) в полное уравнение. Электроны, потерянные в полуреакции окисления, затем приобретаются в полуреакции восстановления. Таким образом, окислительно-восстановительная реакция представляет собой химическую реакцию, в которой электроны переносятся между двумя видами.

Примеры окисления
Ржавчина - классический пример окисления. Металлическое железо окисляется до коричневого оксида железа (III). Другие примеры окисления включают металлический цинк, вытесняющий серебро или медь в растворе, цинк окисляется до иона цинка (II). И сжигание чего-либо в кислороде, например, сахара или магния, является реакцией окисления. Отбеливание чего–либо, например, волос, синих джинсов или светящейся тонизирующей воды, также является окислительно-восстановительной реакцией - гипохлорит натрия в отбеливателе является окислителем.

Примеры окислительно-восстановительных реакций

Давайте рассмотрим несколько примеров полных окислительно-восстановительных реакций:

CO2 (g) + H2 (g) > CO (g) + H2o (g)

CH4 (g) + O2 (g) > CO2 (g) + H2o (g)

Zn + CuCl2 > ZnCl 2 + Zn

Na + Cl > NaCl

Как вы распознаете окислительно-восстановительные реакции?
Самый простой и основной способ распознать окислительно-восстановительную реакцию - это поиск изменений в степенях окисления атомов от реагентов до продуктов. У одного вида должно быть снижение степени окисления от реагентов до продуктов (это, опять же, восстановление). У другого вида в той же реакции должно быть увеличено число окисления от реагентов до продуктов (это, опять же, окисление). Просто помните - количество потерянных электронов должно быть равно количеству полученных электронов.

Напоминание: число окисления атома (также иногда называемое степенью окисления) является мерой того, сколько электронов он приобрел или потерял. То есть число окисления, равное нулю, указывает на нейтральный атом. Аналогичным образом, получение электронов уменьшает число окисления, поскольку электроны отрицательны и, следовательно, добавляют отрицательный заряд. Потеря электронов увеличивает число окисления, поскольку теряется отрицательный заряд. Подробнее о степенях окисления читайте здесь!

Общие типы окислительно-восстановительных реакций
Помимо использования степеней окисления для распознавания окислительно-восстановительных реакций, существуют и другие подсказки о том, когда происходит окислительно-восстановительная реакция; а именно, существует несколько различных типов реакций, в которых часто происходят как восстановление, так и окисление.

Реакции сочетания: эти реакции объединяют элементы для создания соединения, обычно принимая форму A + B > AB
Реакции разложения: эти реакции являются обратными реакциям сочетания; соединение разлагается на его элементарные части. Обычно они принимают форму AB > A + B
Реакции горения: в этих реакциях участвуют топливо (обычно органическое) и кислород в качестве реагентов, в результате чего образуются вода и диоксид углерода, а иногда и другой органический продукт, такой как азот. Общая форма X + O2 > CO2 + H2 O. Это уравнение, конечно, должно быть сбалансировано в соответствии с тем, что такое X, органическое топливо.
Реакции замещения с изменением степени окисления. Эти реакции могут протекать либо в форме однократной замены, когда один элемент в соединении заменяется другим, либо в форме двойной замены, когда заменяется элемент в каждом из двух разных реагентов. Эффективно, поменяно местами. Общая форма одиночной реакции замещения - A + BC > B + AC. Общая форма реакции двойного замещения - AB + CD > AD + CB.
Смотрите наш учебник по балансировке окислительно-восстановительных реакций для получения дополнительной информации и дополнительных примеров!

Обычно это НЕ окислительно-восстановительные реакции:
Кислотно-щелочные реакции
Простые реакции осаждения
Реакции двойного вытеснения без изменения степени окисления