Окислительно-восстановительные реакции, понятие о методе электронного баланса

Реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными. Если в ходе химической реакции степень окисления атома повышается, то говорят, что он окисляется. Если же степень окисления снижается, то говорят, что он восстанавливается.

Окисление - это процесс отдачи электронов. Восстановление - это процесс присоединения электронов. Например, натрий активно взаимодействует с хлором (внешне это напоминает горение с выделением белого дыма - очень мелких кристаллов NaCl). В соли, которая образуется, Натрий заряжен положительно, а Хлор отрицательно. Так, натрий отдал электроны - окислился, а хлор принял электроны - восстановился.

Окислителями называются вещества, присоединяют электроны. Во время реакции они восстанавливаются. Восстановителями называются вещества, которые отдают электроны. Во время реакции они окисляются.

Поскольку окислитель присоединяет электроны, степень окисления его атомов может только уменьшаться. Напротив, восстановитель теряет электроны и степень окисления его атомов должен повышаться.

Окисление всегда сопровождается восстановлением и, наоборот, восстановление всегда связано с окислением.

Число электронов, отдает восстановитель, равно числу электронов, присоединяется окислителем.

Если атом окислителя может принять иное количество электронов, чем отдает атом восстановителя, то необходимо так подобрать число атомов того и другого реагента, чтобы количество отданных и принятых электронов была одинаковой. Это требование лежит в основе метода электронного баланса, с помощью которого сравнивают уравнение окислительно-восстановительных реакций.

Напишем уравнение реакции между алюминием и кислородом:

Al + O2 = Al2O3.

Сначала расставим степени окисления для каждого химического элемента в схеме реакции:
Al 0
+
O2 0
=
Al2 +3 O3-2


Выпишем схемы процессов для каждого химического элемента, степень окисления которых изменяется. Алюминий отдает электроны (приобретает положительный степень окисления), а кислород - принимает электроны (приобретает отрицательный степень окисления). Чтобы получить степень окисления +3, атом алюминия имеет отдать 3 электроны. Молекула кислорода, чтобы превратиться в атомы кислорода со степенью окисления -2, должен принять 4 электрона:


Чтобы количество отданных и принятых электронов сравнялась, нужно подобрать коэффициенты. Сначала находим наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов (для чисел 3 и 4 это число 12). Делим наименьшее общее кратное на количество электронов и получаем множители для каждой строки баланса. Первую срока нужно умножить на 4, а вторую - на 3.

Если теперь в уравнении перед восстановителем (Al) мы поставим найденный нами коэффициент 4, а перед окислителем (O2) - найденный нами коэффициент 3, то количество отданных и принятых электронов становится равной 12. Таким образом мы достигли электронного баланса. Видно, что перед продуктом реакции Al2O3 необходимо поставить коэффициент 2. Теперь уравнение окислительно-восстановительной реакции стерто:

4Al + 3O2 = 2Al2O3.

Для проверки правильности написания уравнения необходимо подсчитать число атомов каждого элемента в обеих частях уравнения. Конечно проверку проводят по числу атомов кислорода.