Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
В молекуле тетрахлорида титана титан является центром положительного заряда, но не ионом, так как Т1С14— легколетучая жидкость, неполярная и не проводящая электрический ток—ионные связи отсутствуют. Все металлы в свободном состоянии — восстановители, но обладающие различной активностью. Примером является медь, ион которой в рассмотренной ранее реакции выступал в роли окислителя, но свободная медь, погруженная в раствор Аё2$04, будет являться восстановителем и выделять серебро в свободном виде:
АЙ2304 + Си->Си504 + 2Ag
Восстановителями могут быть атомы металлов и неметаллов, входящие в состав различных соединении, в низших степенях окисления (Ыа2803; Ма25203, РеС12, МпС12, СгС12 и т. д.), а также органические соединения.
Окислителями называют вещества (атомы, ионы), принимающие.' электроны и понижающие свою степень окисления.
Окислителями являются свободные неметаллы с высокой элскт-роотрицательностыо (галогены, кислород, сера и т. д.), а также-различные соединения, в которых имеются атомы неметаллов и металлов в высших степенях окисления (КС103, КМп04, К2СгуОг и т. д.).
Условием для окислительно-восстановительных реакций является равенство числа отданных и принятых электронов в процессе-реакции. Это является дополнительным условием при расчете» коэффициентов уравнений химических реакций (гл. 1, с. 16), но, кроме того, появляется возможность расчета коэффициентов уравнения реакции на основе электронного баланса.
Например, чтобы найти коэффициенты для уравнения реакции
+ 7 + 2 +3 +2
КМп04 + РеБ04 + Н2804-*-Ре2(504)3 + МпБ04 + К28 04 + Н20
+ 7 +2
Мп + 5е->Мп 1 2
+ 2' +3
Ре — 1е->- Ре 5 10
составляем электронный баланс, учитывая, что коэффициент у ионов Ре3+ должен быть четным.
Определив коэффициенты (Мп — 2 и Ре— 10) окислителя и восстановителя, можно легко найти коэффициенты для других
226
исходных (Н2504) и конечных продуктов реакции, атомы в которых не изменяли своей степени окисления:
2КМпО„ + 1()Ге80., + 8Н2504->5Ре2(804)3 + 2МпБ04 + К^С),, + 8Н20
Такие же коэффициенты уравнения получаются при решении системы линейных уравнений, составленных на основании закона сохранения.
Свойства элементарных частиц (атомов и ионов) как окислителей, так и восстановителей существенно изменяются для одного и того же химического элемента в зависимости от степени окисления и соответствующей структуры электронных подуровней (орбита л ей).
В качестве примера рассмотрены возможные состояния хлора и их роль в окислительно-восстановительных процессах — табл. 9.1. Как видно из данных таблицы, ион СГ может'быть только восстановителем, а все остальные состояния атома хлора, свободного и в различных своих кислородных соединениях, являются окислителями, причем по мере повышения степени окисления активность их как окислителей возрастает.
Для непосредственного перехода энергии окислительно-восстановительной реакции в электрическую необходимо разделить процессы приема и отдачи электронов, с тем чтобы электроны проходили по проводнику под действием разности потенциалов, создаваемой за счет химической реакции.
9.2. ЭНЕРГЕТИКА ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ И СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ (ЭДС)
В общем случае изменение энергии в химической реакции, а также возможность ее развития в том или ином направлении определяется изменением энергии Гиббса:
ДО° = Д//~7,Д5 = -/?ЛпК,=>-Д5°/г/?1 (9.1)
где Д$°—стандартная разность потенциалов, которая в равновесном процессе (сила тока /=0) является максимальной и называется электродвижущей силой элемента; п — число электронов, передаваемых в процессе окислительно-восстановительной реакции; Г — постоянная Фарадея.
Из уравнения (9.1) можно найти стандартную разность потенциалов, или ЭДС:
пР пг
Отсюда можно сделать вывод о том, что- любой самопроизвольно развивающийся окислительно-восстановительный процесс (АС?<0) может быть источником электрической энергии (химический источник тока — ХИТ).
Однако это требует создания прибора или установки, в которых зоны отдачи и приема электронов были бы между собой разделены.
227
Таблица 9.1. Различные степени окисления атома хлора на примере водородных и кислородных соединений
Распределение электронов по подуровням
Атомные орбитали и формы молекул соединений (схемы*)
Степени окислення и характер полученных соединений
ЗІ
н
Зс1
НС1
1 ковалентная полярная связь
(—> н
^__2
С1
С1 2
С1
V---N
Степень окисления — 1; восстановитель, в водных растворах окислителем является только ион Н +
3^
И
ЇЇ1ЇЇГП
Ъй
Степень окисления 0; окислитель
3^3р53(*0 1 ковалентная неполярная связь
3</
нею
11 3*33/3</"
1 ковалентная полярная связь
С1
Степень окисления + 1; окислитель, по может быть восстановителем в зависимости от условий
НСЮЧ
Зр
Б
!-И 3.5г3р43<*'
3 ковалентные полярные связи
Степень окисления + М; окислитель, по может быть восстановителем в определенных условиях
нею,
ЗЛр'ЗГ 5 ковалентных полярных связей
Степень окисления + 5; окислитель, может диспропорцію и и ропать (~ 1, -|- 7)
