Что такое окислительно восстановительная двойственность

97. Окислительно-восстановительная двойственность.

Внутримолекулярное окисление-восстановление. Соединения высшей степени окисленности, присущей данному элементу, могут в окислительно-восстановительных реакциях выступать только в качестве окислителей, степень окисленности элемента может в этом случае только понижаться. Соединения низшей степени окисленности могут быть, наоборот, только восстановителями; здесь степень окисленности элемента может только повышаться. Если же элемент находится в промежуточной степени окисленности, то его атомы могут, в зависимости от условий, как принимать, так и отдавать электроны. В первом случае степень окисленности элемента будет понижаться, во втором — повышаться. Поэтому соединения, содержащие элементы в промежуточных степенях окисленности, обладают окислительно-восстановительной двойственностью-способностью вступать в реакции как с окислителями, так и с восстановителями.

Так, азот образует соединения, в которых степень его окисленности изменяется от —3 (аммиак и соли аммония) до +5 (азотная кислота и ее соли). Азот, входящий в состав аммиака, может выступать только в качестве восстановителя, азот азотной кислоты— только в качестве окислителя. Азотистая же кислота HNO₂ и ее соли, где степень окисленности азота равна +3, вступают в реакции как с сильными окислителями, так и с сильными восстановителями. В первом случае HNO₂ окисляется до азотной кислоты, во втором — восстанавливается обычно до оксида азота NO₂

В качестве примеров окислительно-восстановительной двойственности азотистой кислоты можно привести реакции:

Кроме азотистой кислоты окислительно-восстановительной двойственностью обладают сера, иод, пероксид водорода и ряд других веществ.

Вещества, содержащие элемент в промежуточной степени окисленности, обладают в ряде случаев еще одним характерным свойством. Оно состоит в том, что в определенных условиях такое вещество претерпевает процесс, в ходе которого часть элемента окисляется, а часть — восстанавливается. Этот процесс называется самоокислением-самовосстановлением. Так, при взаимодействии хлора с водой получается смесь соляной и хлорноватистой (HClO) кислот:

Здесь и окисление, и восстановление претерпевает хлор:

Самоокисление-самовосстановление называют также диспропорционированием.

Некоторые сложные вещества в определенных условиях (обычно при нагревании) претерпевают внутримолекулярное окисление-восстановление. При этом процессе одна составная часть вещества служит окислителем, а другая — восстановителем. Примерами внутримолекулярного окисления-восстановления могут служить многие процессы термической диссоциации. Так, в ходе термической диссоциации водяного пара

кислород окисляется (его степень окисленности возрастает от —2 до 0), а водород восстанавливается (его степень окисленности уменьшается от +1 до 0).

Другим примером может служить реакция разложения нитрита аммония, применяемая в лабораторной практике для получения чистого азота:

Источник

Окислительно-восстановительная двойственность

Окислители и восстановители

Восстановителем называется вещество, в состав которого входит элемент, повышающий степень окисления. Окислителем называется вещество, в состав которого входит элемент, понижающий степень окисления при протекании реакции.

С точки зрения электронной теории, окислением называют процесс отдачи электронов. Вещество, присоединяющее электроны и вызывающее таким образом окисление другого вещества, называется окислителем.Окислителями являются большинство неметаллов (галогены, кислород, сера и др.), многие кислородосодержащие кислоты (HNO₃, H₂SO₄, HCIO₄, HCIO₃, HCIO₂, HCIO, H₂SeO₄) и их соли (NaNO₃, KCIO₃, NaCIO₂, NaCIO); соединения металлов в высших положительных степенях окисления (KMnO₄, K₂Cr₂O₇, K₂FeO₄).

Восстановлением, согласно электронной теории, называют процесс присоединения электронов. Вещество, отдающее электроны (и этим вызывающее восстановление другого вещества), называется восстановителем.Восстановителями являются металлы, соединения металлов в низших степенях окисления (FeSO₄, SnCl₂, CrCl₃, MnSO₄ и др.), некоторые неметаллы (водород, углерод), соединения неметаллов в отрицательных степенях окисления (NH₃, H₂S, HI, KI); соединения неметаллов в немаксимальных положительных степенях окисления (SO₂, H₂SO₃, HNO₂, NaNO₂, H₃PO₃, H₃PO₂).

Многие вещества в зависимости от партнёра по реакции и условий её проведения могут быть как восстановителями, так и окислителями. Способность многих веществ быть как восстановителями, так и окислителями, называется окислительно-восстановительной двойственностью. Например, в ряду соединений, расположенных по возрастанию степени окисления азота

,

аммиак обладает только восстановительными свойствами, так как в его составе азот находится в крайней отрицательной степени окисления, которая может только повышаться. Азотная кислота, наоборот, обладает только окислительными свойствами, так как азот в ней находится в крайней положительной степени окисления, которая может только понижаться. Остальные вещества, в которых азот находится в промежуточных степенях окисления, обладают окислительно-восстановительной двойственностью.

Таким образом, окислительно-восстановительной двойственностью обладают вещества, в состав которых входят элементы в промежуточных степенях окисления.

Пример 7. Среди данных соединений укажите окислители, восстановители и вещества с окислительно-восстановительной двойственностью: 1) FeCl₃, K₂FeO₄, Fe; 2) K₂S, H₂SO₄, Na₂SO₃

Решение. В перечне 1 степень окисления железа в соединениях равна +3 (FeCl₃), +6 (K₂FeO₄) и 0 (Fe), следовательно окислителями являются феррат калия K₂FeO₄, восстановителем – железо (Fe), а хлорид железа (III) FeCl₃ обладает окислительно-восстановительной двойственностью.

В перечне 2 окислителем является серная кислота (степень окисления серы +6 – максимальная), восстановителем – H₂S (степень окисления серы –2 – минимальная), а двойственными свойствами обладает сульфит натрия Na₂SO₃ (степень окисления серы +4 – промежуточная).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Окислители и восстановители. Окислительно-восстановительная двойственность. Типы окислительно-восстановительных реакций

Многие вещества обладают особыми свойствами, которые в химии принято называть окислительными или восстановительными. В аквариумных процессах эти вещества играют достаточно важную роль, поэтому мы расскажем о них подробнее.

Что же такое окислитель и восстановитель, окисление и восстановление? Окислительно-восстановительные свойства вещества связаны с процессом отдачи и приема электронов атомами, ионами или молекулами. Окислитель — это вещество, которое в ходе реакции принимает электроны, т. е. восстанавливается; восстановитель — отдает электроны, т. е. окисляется.

В результате этой реакции металл магний переходит в частицы с зарядом+2. Для всех металлов в соединениях характерна положительная степень окисления.

Окислительно-восстановительная двойственность – это способность атома, находящегося в промежуточной степени окисления, быть как восстановителем, так и окислителем, в зависимости от того, с каким веществом он реагирует.

Типы окислительно-восстановительных реакций

Все химические реакции, в которых электроны переходят от одного вещества или его части к другому веществу или к другой части одного и того же вещества, называются окислительно-восстановительными, или редокспроцессами. Любому веществу-окислителю соответствует восстановленная форма, а восстановителю– окисленная форма, вместе они образуют сопряженную окислительно-восстановительную пару

Основные понятия химии координационных соединений: центральный атом, лиганды, внешняя и внутренняя сферы комплекса, координационное число, дентатность лиганда

Роль центрального атома в комплексе способен играть любой элемент. Чаще всего это переходные металлы, степень окисления которых может быть различной, даже отрицательной.

Лига́нд— атом, ион или молекула, связанные с неким центром. Понятие применяется в биохимии для обозначения агентов, соединяющихся с биологическими акцепторами, а также в химии комплексных соединений, обозначая там присоединенные к одному или нескольким центральным атомам металла частицы.

Число занимаемых лигандом координационных мест центрального атома, называется дентатностью.. Лиганды, занимающие одно координационное место, называются монодентатными (например, NH3), два — бидентатными. Лиганды, способные занять большее количество мест, обычно обозначают как полидентатные. Например, этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA), способная занять шесть координационных мест.

Кроме дентатности, существует характеристика, отражающая количество атомов лиганда, связанных с одним координационным местом центрального атома. В английской литературе обозначается словом hapticity и имеет номенклатурное обозначение η с соответствующим надстрочным индексом. Хотя устоявшегося термина в русском языке она, по-видимому, не имеет, в некоторых источниках можно встретить кальку «гаптность». Как пример, можно привести циклопентадиенильный лиганд в металлоцентровых комплексах, занимающий одно координационное место и связанный через все пять атомов углерода: η5-[C5H5]−.

Координационное число— характеристика, которая определяет число ближайших частиц в молекуле или кристалле.

Источник

Окислительно-восстановительная двойственность

Если степень окисления некоторого атома в химическом соединении промежуточная, то этот атом может как принимать электроны (т.е. быть окислителем), так и отдавать их (т.е. быть восстановителем). Такое поведение, в частности, характерно для пероксида водорода, поскольку в состав молекулы Н₂O₂ входят атомы кислорода в промежуточной степени окисления минус 1:

(окислитель) ® Н₂O –2 (2O –1 + 2e – ® 2O –2 )

(восстановитель) ® O₂ 0 (2O –1 – 2e – ® O₂ 0 ).

При прогнозировании поведения пероксида водорода и других веществ, характеризующихся окислительно-восстановительной двойственностью, необходимо учитывать следующее. Если, например, для пероксида водорода партнёром по реакции является вещество, способное быть только окислителем (KMnO₄, K₂Cr₂O₇), то H₂O₂ будет вести себя как восстановитель и окисляться до O₂. Если же пероксид водорода взаимодействует с веществом, способным проявлять только восстановительные свойства (KI), то молекулы H₂O₂ будут выполнять функцию окислителя, восстанавливаясь до молекул H₂O.

Окислительно-восстановительная двойственность характерна также для азотистой кислоты и нитритов:

(окислитель) ® , или , или ;

(восстановитель) ® .

Активные неметаллы, например, галогены в щелочных растворах подвергаются реакциям самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования); в этих реакциях одна часть атомов простого вещества является окислителем, а другая – восстановителем:

Cl₂ 0 ® 2Cl –1 Cl₂ 0 ® 2Cl –1

Cl₂ 0 ® 2 Cl₂ 0 ® 2

соединения двухвалентной меди проявляют окислительные свойства, восстанавливаясь до соединений одновалентной меди:

соединения железа (II) легко окисляются до соединений железа (III):

растворимые соли железа (III) проявляют окислительные свойства, восстанавливаясь до соединений железа (II):

сульфиты – сильные восстановители и легко окисляются до сульфатов:

Некоторые неметаллы (C, S, P, As) окисляются концентрированной азотной кислотой до высшей степени окисления:

Йод окисляется азотной кислотой до степени окисления +5: I₂ ® HIO₃.

Сама HNO₃ в этих реакциях может восстанавливаться как до NO₂, так и до NO.

Неметаллы могут также окисляться концентрированной серной кислотой:

При этом H₂SO₄ восстанавливается до SO₂.

Далее рассматриваются примеры, иллюстрирующие использование приведённого выше теоретического материала при прогнозировании продуктов окислительно-восстановительных реакций.

При выполнении данного задания следует учитывать, что запись H₂SO₄ в условии подразумевает разбавленную серную кислоту; если в реакции участвует концентрированная серная кислота – будет применяться запись H₂SO₄ (конц.).

В молекуле N₂H₄ атом азота находится в промежуточной степени окисления минус 2. Теоретически атом в промежуточной степени окисления может быть как окислителем, так и восстановителем. Но в данной реакции функцию окислителя выполняет K₂Cr₂O₇. Поэтому гидразин (N₂H₄) – восстановитель. Как уже было ранее сказано, атомы-восстановители в отрицательной степени окисления обычно окисляются до нулевой степени окисления. Поэтому, даже не зная химии гидразина, можно предположить, что продуктом его окисления в данной реакции будет азот: N₂H₄ ® N₂­.

Исходные схемы превращений: Cr₂O₇ 2– ® 2Cr 3+

Процедура составления ионно-электронных уравнений подробно рассмотрена в методических указаниях по общей химии [2]. Напомним кратко важнейшие правила уравнивания атомов кислорода и водорода при составлении полуреакций.

Cr₂O₇ 2– + 14H + + 6e – ® 2Cr 3+ + 7H₂O 2

Щёлочи (LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂) в водных растворах не проявляют ни окислительных, ни восстановительных свойств. При проведении окислительно-восстановительных реакций эти вещества используются для со­здания щелочной среды. Следовательно, и окислителем, и восстановителем в данной реакции являются атомы хлора; это реакция самоокисления-самовосстановления (реакция диспропорционирования).

Исходные схемы превращений: Cl₂ ® 2Cl –

Cl₂ + 2e – ® 2Cl – 5

KOH обеспечивает щелочную среду и не проявляет окислительно-восстановительную активность (см. пример 4.2). Следовательно, восстановителем являются атомы кислорода в молекуле H₂O₂, степень окисления которых равна минус 1 (промежуточная). Атомы кислорода O –1 окисляются до нулевой степени окисления (типичное поведение восстановителя в отрицательной степени окисления): H₂O₂ ® O₂.

Исходные схемы превращений: MnO₄ – ® MnO₄ 2–

MnO₄ – + e – ® MnO₄ 2– 2

Атом марганца в KMnO₄ находится в высшей степени окисления +7 (окислитель). В нейтральной среде (в левой части уравнения – молекулы воды) KMnO₄ (Mn +7 ) восстанавливается до MnO₂ (Mn +4 ): MnO₄ – ® MnO₂¯.

Исходные схемы превращений: MnO₄ – ® MnO₂¯

Следует иметь в виду, что в ходе реакции, которая начинается в нейтральной среде, может происходить либо подкисление раствора, либо подщелачивание, либо среда раствора останется без изменений.

Таким образом, в рассматриваемом примере при составлении полуреакций нужно определиться, как уравнивать атомы кислорода: с помощью ионов H + и молекул H₂O (кислая среда) или же с помощью ионов OH – и молекул H₂O (щелочная среда).

Если предпринять попытку уравнять атомы кислорода по правилу для кислой среды, то получится следующий результат:

2MnO₄ – + 3NO₂ – + 8H + + 3H₂O ® 2MnO₂¯ + 3NO₃ – + 6H + + 4H₂O

MnO₄ – + 2H₂O + 3e – ® MnO₂¯ + 4OH – 2

Варианты заданий по теме прогнозирование продуктов окислительно-восстановительных реакций представлены в таблице 4.1

Источник

Что такое окислительно восстановительная двойственность

Так, азот образует соединения, в которых степень его окислен-иости изменяется от —3 (аммиак и соли аммония) до (азотная кислота и ее соли). Азот, входящий в состав аммиака, может выступать только в качестве восстановителя, азот азотной кислоты— только в качестве окислителя. Азотистая же кислота и ее соли, где степень окисленности азота равна , вступают в реакции как с сильными окислителями, так и с сильными восстановителями. В первом случае окисляется до азотной кислоты, во втором — восстанавливается обычно до оксида азота

В качестве примеров окислительно-восстановительной двойственности азотистой кислоты можно привести реакции:

Кроме азотистой кислоты окислительно-восстановительной двойственностью обладают сера, иод, пероксид водорода и ряд других веществ.

Вещества, содержащие элемент в промежуточной степени окисленности, обладают в ряде случаев еще одним характерным свойством. Оно состоит в том, что в определенных условиях такое вещество претерпевает процесс, в ходе которого часть элемента окисляется, а часть — восстанавливается. Этот процесс называется самоокислением-самовосстановлением. Так, при взаимодействии хлора с водой получается смесь соляной и хлорноватистой кислот:

Здесь и окисление, и восстановление претерпевает хлор:

Самоокисление-самовосстановление называют также диспропорционированием.

Некоторые сложные вещества в определенных условиях (обычно при нагревании) претерпевают внутримолекулярное окисление-восстановление. При этом процессе одна составная часть вещества служит окислителем, а другая — восстановителем. Примерами внутримолекулярного окисления-восстановления могут служить многие процессы термической диссоциации. Так, в ходе термической диссоциации водяного пара

кислород окисляется (его степень окисленности возрастает от —2 до 0), а водород восстанавливается (его степень окисленности уменьшается от до 0).

Другим примером может служить реакция разложения нитрита аммония, применяемая в лабораторной практике для получения чистого азота:

Здесь ион окисляется, а ион восстанавливается до свободного азота.

Источник