Какие вещества обладают окислительными свойствами
Окислительно-восстановительные реакции могут проходить только при условии, что исходные компоненты содержат атомы, молекулы или ионы, обладающие противоположными способностями принимать или отдавать электроны.
5KCl+5O3+6P0 = 5KCl-1+3P2+5O5
В приведенной реакции хлор и фосфор изменяют свои степени окисления:
- P0-5e- → P+5, фосфор (P0) является восстановителем, окисляясь до P+5 (степень окисления фосфора повышается на 5 единиц от 0 до +5).
- Cl+5+6e- → Cl-1, хлор (Cl+5) является окислителем, восстанавливаясь до Cl-1 (степень окисления хлора понижается на 6 единиц – от +5 до -1).
В периодической таблице Менделеева четко прослеживается закономерность изменения окислительно-восстановительных свойств элементов:
- В периодах с увеличением порядкового номера элемента (слева-направо) нарастают окислительные свойства и убывают восстановительные – натрий самый сильный восстановитель в третьем периоде, а хлор – самый сильный окислитель.
- В главных подгруппах, в пределах одной главной подгруппы с повышением порядкового номера (по направлению сверху-вниз) нарастают восстановительные свойства элементов и убывают окислительные – в VIIа группе фтор является сильным окислителем, а астат в некоторых соединениях проявляет восстановительные свойства.
На рисунке ниже показана примерная принадлежность элементов к восстановителям (голубой цвет) и окислителям (красный цвет).
С окислительно-восстановительными свойствами элементов в периодической таблице в общем чертах понятно. Теперь скажем пару слов о ионах.
- Элементарные катионы металлов (Na+, Cu2+, Ca2+) являются окислителями и не проявляют восстановительных свойств, окислительные свойства снижаются по мере роста активности металла.
- Ионы металлов с промежуточными степенями окисления могут проявлять, как восстановительные, так и окислительные свойства (Fe2+ – восстановитель; Fe3+ – окислитель).
- Элементарные анионы (Cl-, Br-, I-) являются восстановителями.
- Сложные ионы являются окислителями, если содержат атомы элементов с высокой степенью окисления (Cr2O72-, ClO3-,NO3-), при этом окислительные свойства обусловлены всем анионом, но не конкретным атомом, имеющим высокую степень окисления.
А что же с окислительно-восстановительными свойствами сложных веществ?
При взаимодействии сложных веществ следует обращать внимание на те элементы, которые в ходе реакции меняют свою степень окисления (если таковых нет, то и реакция не является окислительно-восстановительной).
- Если элемент, меняющий свою степень окисления, присутствует в исходном веществе в максимальной степени окисления – такое вещество может быть только окислителем, например перманганат калия, в котором марганец имеет максимальную степень окисления, т.е., может только принимать электроны.
- Если элемент, меняющий свою степень окисления, присутствует в исходном веществе в низшей степени окисления – такое вещество может быть только восстановителем, например, сульфат марганца (II), в котором марганец имеет низшую степень окисления, т.е., может только отдавать электроны.
- Если элемент, меняющий свою степень окисления, присутствует в исходном веществе в промежуточной степени окисления, – такое вещество может быть как окислителем, так и восстановителем – все зависит от других реагирующих веществ и условий протекания реакции.
Рассмотрим вкратце вещества, которые могут проявлять и восстановительные, и окислительные свойства, в зависимости от условий реакции и других взаимодействующих веществ.
Оксид серы (IV) в некоторых случаях играет роль восстановителя, например, окисляясь кислородом, но в металлургии оксид серы используют в реакции извлечения серы из отходящих газов, где оксид серы проявляет свойства окислителя:
2SO2+O2 = 2SO3
2CO+SO2 = S+2SO2
Пероксид водорода H2O2, как восстановитель применяется для дезинфекции, травления германиевых пластинок при изготовлении полупроводниковых приборов. Окислительные свойства пероксида водорода используют при отбеливании пуха, пера, мехов, тюли, волос.
Сернистая кислота в реакции с сероводородом играет роль окислителя, поскольку в молекуле H2S сера имеет степень окисления -2:
H2S+4O3+2H2S-2 = 3S0+3H2O
В реакции с кислородом сернистая кислота выступает восстановителем, поскольку кислород является более сильным окислителем:
2H2S+4O3+O20 = 2H2SO4
Не последнюю роль на окислительно-восстановительные свойства веществ оказывает среда, в которой протекает химическая реакция:
- I2+5H2O2 → 2HIO3+4H2O – при pH=1 пероксид водорода является окислителем;
- 2HIO3+5H2O2 → I2+6H2O+5O2 – при pH=2 пероксид водорода является восстановителем.
Оксид марганца (IV) является окислителем только в кислотной среде:
MnO2+4H++2e- → Mn2++2H2O
Перманганат калия KMnO4 является окислителем в любой среде:
- кислая среда: MnO4-+8H++5e- → Mn2++4H2O
- щелочная среда: MnO4-+1e- → MnO42-
- нейтральная среда: MnO4-+2H2O+3e- → MnO2+4OH-
См. далее:
- Типичные восстановители
- Типичные окислители
Окислители и восстановители любят “свою” среду – в кислотной среде сила окислителей увеличивается, а в щелочной – увеличивается сила восстановителей.
См. далее Элементы-восстановители
Источник
Вы хотите познавать химию и профессионально, и с удовольствием? Тогда вам сюда! Автор методики системно-аналитического изучения химии Богунова В.Г. раскрывает тайны решения задач, делится секретами мастерства при подготовке к ОГЭ, ЕГЭ, ДВИ и олимпиадам
Сегодня – особенный день. “И что же в нем такого необычного?” – спросите вы. Отвечаю. Я, наконец-то, добралась до моего самого любимого царства-королевства, до моих конфет и пирожных, малинок и клубничек! Окислительно-восстановительные реакции! Вы даже не представляете, насколько это интересно!
Мои ученики в процессе подготовки к экзамену по химии, проходят несколько стадий вызревания. Первое серьезное испытание на прочность – газы! Это из серии “гестапо отдыхает”. Решив огромное количество газовых задач, по сравнению с которыми 28-е задачи ЕГЭ – детский лепет, народ полностью структурирует свой мозг и настраивает мышление на профессиональное восприятие химии по-взрослому.
Вторая ступень химической зрелости и мудрости – окислительно-восстановительные реакции. Они приучают к усидчивости и внимательности. Набравшись опыта в написании ОВР, ребята начинают чувствовать себя ломоносовыми, клапейронами и менделеевыми в одном флаконе. За спиной вырастают крылья и… понеслось! Дальнейшее изучение химии проходит на едином дыхании, профессиональный рост – в геометрической прогрессии. На этой стадии мои ученики уже могут заткнуть за пояс каждого второго школьного преподавателя химии!
Понимая всю серьезность материала статьи, я отключила мобильную связь с внешним миром – с Карлсоном, Алисой (которая из страны Чудес), Сири, Фрекен Бок (тем более, что она работает химичкой в школе, где учится Малыш) и всеми остальными озорниками и хулиганами. Оставила только астральную связь для служебного пользования. Возможно, музы на чаек залетят или еще кто-нибудь забредет. А мы с вами займемся самым интересным делом – будем раскладывать по полочкам все накопленные мною знания по теории и практике окислительно-восстановительных реакций. Долго будем этим заниматься. Пока не надоест. Итак, поехали!
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – химические реакции, в результате которых происходит изменение степеней окисления элементов.
ОВР протекают с участием двух участников – окислителя и восстановителя, и состоят из двух противоположных процессов:
1) Окисление – процесс отдачи электронов (восстановитель отдает электроны окислителю, восстановитель окисляется – окислитель восстанавливается).
2) Восстановление – процесс присоединения электронов (окислитель присоединяет электроны от восстановителя, окислитель восстанавливается – восстановитель окисляется).
Кто же вы, господа окислители и восстановители? Как вас узнать среди огромного количества химических веществ? Сегодня разберем самые общие характеристики участников ОВР (окислителей и восстановителей) на отдельных примерах. После изучения технологии написания ОВР (в следующей статье), поработаем с целыми семействами окислителей и восстановителей, с неорганическими и органическими веществами, проводя реакции в разных средах. А пока – читаем внимательно!
Окислитель – атом в составе молекулы или иона, который присоединяет электроны от восстановителя. Происходит процесс восстановления окислителя (его степень окисления снижается).
Окислительная активность – способность атома отбирать электроны у других атомов.
Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал) – показатель окислительной активности, мера способности атомов химического элемента присоединять электроны (восстанавливаться). Стандартные потенциалы окислительно-восстановительных пар помещены в таблицу.
Чем выше стандартный потенциал окислительно-восстановительной пары, тем выше окислительная активность атомов элемента, тем он – более сильный окислитель
Окислительную активность определяют два фактора:
1) Электроотрицательность. Чем выше электроотрицательность химического элемента, тем выше окислительная активность простого вещества. В Периодической Системе Элементов электроотрицательность растет в сторону правого верхнего угла (слева направо и снизу вверх). Самый сильный окислитель – фтор, на втором месте – кислород.
2) Степень окисления. Чем выше степень окисления атома в составе молекулы или иона, тем ярче проявляется окислительная активность.
Только свойства окислителя проявляют атомы с максимально возможной степенью окисления (она равна номеру группы). Почему? Да, потому что у такого атома на внешнем уровне вообще нет валентных электронов. Ни одного. Все валентные электроны он где-то потерял (отдал кому-то) и остался гол, как сокол (в чем мать родила). Больше отдавать нечего, поэтому можно только присоединять.
У вас часто возникает вопрос – почему при дефиците электронов формируется положительная степень окисления или положительный заряд иона (т.е. почему у окислителя валентные электроны в дефиците или отсутствуют, а его заряд +n)? Да, потому что электроны заряжены отрицательно, а протоны (в ядре) – положительно. В электронейтральном атоме протоны и электроны уравновешены (сколько протонов, столько электронов). Если электроны убрать, то проявятся положительные заряды протонов, которые никуда не деваются в химических реакциях (их можно сдвинуть с насиженного места только ядерными реакциями). Теперь понятно? Если все еще “ежик в тумане”, читайте эту и следующие статьи. Я буду рассматривать все тяжело понимаемые моменты с разных сторон. В конце концов, все станет на свои места и туман рассеется.
Давайте, придумаем образ окислителя. Кто вы, мистер-окислитель? Это – захватчик, завоеватель, грабитель, который скачет на коне и, угрожая, копьем и ружьем, отбирает электроны у восстановителей (часто, отбирает все, что есть). Окислитель не только безжалостный разбойник, но еще и жадина – очень проблематично вернуть назад электроны, которые забрал окислитель. Как только окислитель ограбит восстановителя (заберет у него электроны) он тут же падает вниз по градационной шкале степеней окисления (“падает в глазах окружающих”).
Пример сильного окислителя – перманганат-ион. Его часто используют в различных ОВР. Обратите внимание, в зависимости от среды реакции, перманганат-ион образует различные продукты.
Ребята, не слушайте училок-химичек, которые заставляют запоминать продукты ВСЕХ окислительно-восстановительных реакций. Если вы забыли образующиеся вещества и просите помочь, они орут, обзывая вас неучами и и бездельниками. При этом, сами срочно хватают спасательный учебник по химии и пафосно зачитывают вам и всему классу продукты конкретной реакции. Вы задайте этим глупым училкам вопрос – помнят ли они дни рождения всех своих родственников? Что касается меня, то после 16-ти часов работы (такое тоже бывает), я часто забываю номер своего телефона. Но… ЛЮБУЮ ОВР напишу за пару минут (как говорят, темной ночью под кроватью)! Потому, что знаю особые секреты окислительно-восстановительных реакций, которые, между прочим, собираюсь раскрыть моим ученикам и всем моим читателям.
Постепенно, статья за статьей, мы будем изучать технологию написания окислительно-восстановительных реакций, знакомиться с целыми семействами окислителей и восстановителей, их особенностями, характером поведения в разных средах, предполагаемыми продукты. Лукавить не буду, кое-что нам, все-таки, придется запомнить. Совсем немного. Чуть-чуть. Примерно 15 точек, включающих продукты ОВР и основные рекомендации. И вы напишите ЛЮБУЮ окислительно-восстановительную реакцию! В ЛЮБОЙ среде!
Первое задание: запомните три продукта восстановления перманганат-иона (выделено красным цветом) в зависимости от среды протекания окислительно-восстановительной реакции (кислая, нейтральная или щелочная).
Восстановитель – атом в составе молекулы или иона, который отдает электроны окислителю. Происходит процесс окисления восстановителя (его степень окисления повышается).
Восстановительная активность – способность атома отдавать электроны другим атомам.
Восстановительную активность определяют два фактора:
1) Радиус атома. Чем больше радиус атома химического элемента, тем выше восстановительная активность простого вещества. В Периодической Системе Элементов радиус атома увеличивается в сторону левого нижнего угла (справа налево и сверху вниз).
2) Степень окисления. Чем ниже степень окисления атома в составе молекулы или иона, тем ярче проявляется восстановительная активность.
Только свойства восстановителя проявляют атомы с минимально возможной степенью окисления. Для неметаллов она равна “восемь минус номер группы”. Для металлов – ноль. Как только восстановитель отдаст электроны окислителю, он поднимется вверх по градационной шкале степеней окисления (“растет в глазах окружающих”).
Посмотрите, как ведет себя сера в роли восстановителя в разных веществах (с разными степенями окисления).
Настало время придумать образ восстановителя. Кто вы, мистер-восстановитель? У меня восстановитель ассоциируется с добрым дедушкой-альтруистом, который одаривает электронами каждого желающего окислителя.
Как же вас различить, господа окислители и восстановители в группе веществ, предложенных для реакций?!
Окислитель можно отыскать по высокой (иногда, максимально высокой) степени окисления, кроме того, мы изучим многие семейные портреты окислителей. Продукты окислителей мы ЗАПОМНИМ (их около 10, не более), кроме того, проведем анализ процесса восстановления окислителя по градационной шкале степеней окисления.
Восстановитель отыщем по низкой (иногда, максимально низкой) степени окисления. Продукт восстановителя будем устанавливать путем анализа с использованием градационных шкал степеней окисления. Хотя… сделаю вам подарок. Читайте мнемоническое стихотворение. Пригодится.
Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Звоните мне +7 (903) 186-74-55. Приходите ко мне на курс, на Мастер-классы “Решение задач по химии” – и вы сдадите ЕГЭ с высочайшими баллами, и станете студентом престижного ВУЗа!
Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова
Источник
Что такое окислитель
Окислителями могут быть нейтральные атомы или положительно заряженные ионы.
Нейтральные атомы. Окислителями могут быть только те из нейтральных атомов, которые, принимая электроны, переходят в отрицательно заряженные ионы, т. е. только нейтральные атомы неметаллов.
Рис. Перекись водорода окислитель.
Самые сильные окислители — атомы галогенов, так как они могут принимать только один электрон. Самые слабые окислители— атомы неметаллов четвертой группы.
В группах (4 — 7) окислительные свойства падают с возрастанием величин радиусов нейтральных атомов. Следовательно, из нейтральных атомов самый сильный окислитель — фтор, а самый слабый — свинец. Неметаллы могут быть не только окислителями, т. е. принимать электроны, но и отдавать электроны, т. е. быть восстановителями.
Положительно заряженные ионы как металлов, так и неметаллов также могут быть окислителями, так как они принимают электроны от других атомов или ионов. В процессе реакции они переходят: а) в положительные ионы низшей зарядности, б) в нейтральные атомы и в) в отрицательно заряженные ионы. Например:
а) Sn+4 + 2ē → Sn+2;
б) Cu+2 + 2ē → Cu;
в) N+5+8ē → N-3.
Чем больше энергии было затрачено на отрыв электронов, тем сильнее они будут притягиваться образовавшимися ионами. Поэтому к сильным окислителям относятся, например, ионы „благородных» металлов, их ионизационные потенциалы довольно высокие: Au — 9,18 V, Ag — 7,54 V, Pd —8,3 V, Pt —8,88 V.
Многозарядные положительные ионы обычно являются более сильными окислителями сравнительно с малозарядными ионами тех же атомов, так как на отрыв большего числа электронов у них затрачено большее количество энергии. Так, N+5 более сильный окислитель, чем N+3, Fe+6 более сильный окислитель, чем Fe+8, и т. д.
Необходимо заметить, что, хотя такие многозарядные положительные ионы в растворе существуют только в виде сложных анионов типов ЭO‘3, ЭO»4, ЭO‘4 и др., это, однако, нисколько не понижает их окислительной способности. Они являются сильными окислителями. К наиболее сильным окислителям принадлежат: фтор, озон, двуокись свинца, ионы «благородных» металлов и многовалентные положительные ионы.
Применяемые окислители в технике и лабораторной практике делятся на нейтральные, кислые и щелочные.
Нейтральные окислители
1. Кислород применяется для интенсификации производственных процессов в металлургической и химической промышленности (например, в доменном процессе, в производстве серной и азотной кислоты и т. д.). В нейтральной среде реакция окисления кислородом протекает по уравнению: O2 + 2Н2O + 4ē ⇄4OН‘, а в кислой среде:
O2 + 4H• + 4ē ⇄ 2Н2O
2. Озон отличается от кислорода более сильной окислительной способностью: он многие красящие вещества обесцвечивает, металлы (за исключением Au, Pt и др.) окисляет, аммиак окисляет в азотистую и азотную кислоты, сернистые соединения — в сернокислые и т. д. В нейтральной среде реакция окисления озоном протекает по уравнению: O3 + H2O + ē → O2 + 2H‘, в кислой среде: O3 + 2Н• + 2ē → O2 + Н2O.
3. Электрический ток широко используется в технике не только как восстановитель, но и как окислитель для получения различных химически чистых веществ.
Кислые окислители
1. Хромовая и двухромовая кислоты известны только в растворе, поэтому вместо свободных кислот пользуются их устойчивыми солями (К2Сr2O7 и К2СrO4), которые и применяются в промышленности и лабораторной практике для окисления различных веществ. Обычно пользуются для этой цели смесью бихроматов калия или натрия с серной кислотой (60 ч. К2Сr2O7 +80 ч. конц. H2SO4 + 270 ч. Н2O).
2. Азотная кислота—один из сильнейших окислителей. Она окисляет очень многие металлы. Ею относительно легко окисляются и многие неметаллы, например: сера (при кипячени) до H2SO4, фосфор —до Р3РО4 углерод —до СО2 и т. д.
3.Азотистая кислота хотя и является окислителем, но при взаимодействии с более сильными окислителями сама проявляет восстановительные свойства, окисляясь до азотной кислоты. Азотистая кислота и её соли (KNО2 и NaNО2) применяются в качестве окислителей главным образом в производстве органических красителей.
4. Серная кислота концентрированная—сравнительно сильный окислитель, особенно при высокой температуре. Она окисляет С до СО2, S до SO2, HJ и НВr (частично) до свободных галогенов (J2 и Вr2). Серная кислота окисляет также многие металлы: Cu, Ag, Hg и др. Однако такие металлы, как Au, Pt, Ru, Os и др., устойчивы по отношению к ней. Проявляя окислительные свойства, H2SO4 обычно восстанавливается до SO2, с более сильными восстановителями— до S и даже до H2S. Разбавленной серной кислотой окисляются только активные металлы, стоящие в ряду напряжений выше пары водорода.
5. Хлорноватая кислота — в растворе является энергичным окислителем. Так, например, 40% водный раствор её окисляет горючие вещества (например, бумагу и др.) с воспламенением. Соли её, хлорноватокислые или хлораты, в растворе окислительных свойств не проявляют, но, будучи в кристаллическом состоянии при сплавлении, являются сильными окислителями. Наиболее важной солью из них является хлорноватокислый калий (бертолетова соль).
6. Перекись водорода, являясь сильным окислителем, используется в тех случаях, когда требуется окислить вещество, сравнительно легко разрушающееся от других окислителей. В технике Н2O2 применяется для отбеливания тканей, слоновой кости, соломы, мехов, перьев и т. д. Разрушая красящие вещества, перекись водорода почти не затрагивает отбеливаемого материала. В медицине Н2O2, сильно разбавленная, применяется для полоскания горла и промывки ран. Она применяется также для обновления потускневших картин, написанных масляными красками. В реакциях с более сильными окислителями Н2O2 сама проявляет восстановительные свойства. Она способна также к реакциям самоокисления-самовосстановления.
7. Двуокись марганца в кислой среде применяется при получении хлора из соляной кислоты, в стекольной промышленности, для окисления различных сернистых соединений и производных железа, при изготовлении гальванических элементов типа Лекланше и т. д.
8. Двуокись свинца является исключительно сильным окислителем. Она широко применяется в работе свинцовых аккумуляторов.
Щелочные окислители
1. Марганцовокислый калий (перманганат калия)— сильный окислитель, применяется для окисления многих органических соединений. Перманганат калия в кислой среде окисляет соли двухвалентного олова и железа в соли четырёх- и трёхвалентные. Он также окисляет: сульфиты — в сульфаты, нитриты — в нитраты, йодистый калий — до свободного йода, соляную кислоту — до хлора, перекись водорода— до кислорода и т. д. Характер восстановления КМnO4 зависит от среды, в которой протекает реакция.
2. Хлорная (или белильная) известь относится к числу наиболее сильных окислителей, широко применяется
для отбелки тканей и бумаги, для дезинфекции и т. д. В военное время хлорная известь используется для дегазации местности, заражённой отравляющим веществом.
3. Растворы гипохлорита калия и натрия
2KOH + Cl2 = KOCl + KCl + H2O
2NaOH + Cl2 = NaOCl + NaCl + H2O
применяются для отбелки тканей, главным образом хлопчатобумажных и льняных, а также бумаги.
Особое место занимают ионы так называемой промежуточной зарядности, которые в зависимости от условий реакции могут быть как окислителями, так и восстановителями. Таковы, например:
S+4 в соединении Na2SO3; N+3 „ , KNO2; Мn+4 „ „ МnO2; Cl+1 „ „ NaOCl.
Следовательно, подразделение веществ на восстановители и окислители имеет до некоторой степени условный характер и преследует цель — указать на преобладание окислительных или восстановительных свойств у данного вещества в определённых условиях.
Статья на тему Окислитель
Источник