Окислительно-восстановительные или «окислительно-восстановительные» реакции представляют собой одну из основных классификаций реакций в химии. Реакции обязательно включают перенос электронов от одного вида к другому. Химики называют потерю электронов окислением, а выигрыш электронов - восстановлением. Уравновешивание химического уравнения относится к процессу корректировки количества каждого реагента и продукта таким образом, чтобы соединения в левой и правой частях стрелки реакции - соответственно реагенты и продукты - содержали одинаковое количество атомов каждого типа. , Этот процесс представляет собой следствие первого закона термодинамики, который гласит, что материя не может быть ни создана, ни разрушена. Окислительно-восстановительные реакции продвигают этот процесс еще на один шаг, уравновешивая число электронов на каждой стороне стрелки, потому что, как и атомы, электроны обладают массой и поэтому подчиняются первому закону термодинамики.
Напишите неуравновешенное химическое уравнение на листе бумаги и определите виды, которые окисляются и восстанавливаются, изучая заряды на атомах. Например, рассмотрим несбалансированную реакцию перманганат-иона MnO4 (-), где (-) представляет заряд на ионе отрицательного и оксалат-иона C2O4 (2-) в присутствии кислоты H (+) : MnO4 (-) + C2O4 (2-) + H (+) → Mn (2+) + CO2 + H2O. Кислород почти всегда предполагает заряд отрицательных двух в соединениях. Таким образом, MnO4 (-), если каждый кислород поддерживает отрицательный двухзарядный заряд, а общий заряд отрицательный, то марганец должен демонстрировать положительный заряд семи. Углерод в C2O4 (2-) также имеет положительный заряд три. Со стороны продукта марганец обладает положительным зарядом два, а углерод положительным четырьмя. Таким образом, в этой реакции марганец восстанавливается, потому что его заряд уменьшается, а углерод окисляется, потому что его заряд увеличивается.
Запишите отдельные реакции - так называемые полуреакции - для процессов окисления и восстановления и включите электроны. Mn (+7) в MnO4 (-) становится Mn (+2), принимая пять дополнительных электронов (7 - 2 = 5). Однако любой кислород в MnO4 (-) должен стать водой, H2O, как побочным продуктом, и вода не может образовываться с атомами водорода, H (+). Следовательно, протоны H (+) должны быть добавлены в левую часть уравнения. Сбалансированная полуреакция теперь становится MnO4 (-) + 8 H (+) + 5 e → Mn (2+) + 4 H2O, где e представляет электрон. Полуреакция окисления аналогичным образом превращается в C2O4 (2-) - 2e → 2 CO2.
Уравновесите общую реакцию, убедившись, что число электронов в полуреакциях окисления и восстановления одинаково. Продолжая предыдущий пример, в окислении оксалат-иона, C2O4 (2-), участвуют только два электрона, а в восстановлении марганца - пять. Следовательно, вся полуреакция марганца должна быть умножена на два, а вся оксалатная реакция должна быть умножена на пять. Это приведет к увеличению числа электронов в каждой полуреакции до 10. Теперь две полуреакции станут 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 10 e → 2 Mn (2+) + 8 H2O и 5 C2O4 (2). -) - 10 e → 10 CO2.
Получить сбалансированное общее уравнение, суммируя две сбалансированные половинные реакции. Обратите внимание, что марганцевая реакция включает в себя выигрыш 10 электронов, тогда как оксалатная реакция включает потерю 10 электронов. Следовательно, электроны отменяются. На практике это означает, что пять оксалат-ионов переносят в общей сложности 10 электронов двум перманганат-ионам. При суммировании общее сбалансированное уравнение становится 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 5 C2O4 (2-) → 2 Mn (2+) + 8 H2O + 10 CO2, что представляет собой сбалансированное уравнение окислительно-восстановительного потенциала.