гы Окислительно-восстановительные реакции часто довольно громоздки и, тем не менее, их нужно уметь уравнивать. Для этой цели используют предельно простую модель молекулы. Прежде всего вводят понятие о степени окисления атома в молекуле. Начнем с конкретных примеров. Степень окисления атомов в молекулах простых веществ (H2, F2, O2, O3, графит, алмаз, металлы) принимается равной нулю. Атомы щелочных металлов во всех соединениях с неметаллами имеют степень окисления равную +1 (если вспомнить о ионном характере связи в этих молекулах, то это действительно так). Атомы фтора (самого активного из всех неметаллов) во всех соединениях имеют степень окисления равную -1. В соединениях с металлами, где имеется ионный тип связи, это действительно так. Но выше мы уже видели, что в молекуле HF электронная пара, образующая химическую связь, лишь немного смещена к атому фтора и у него (исходя из величины дипольного момента) появляется заряд равной -0.4. При введении понятия "степень окисления" постулируется, что все ковалентные полярные связи становятся ионными. И только после этого нужно вычислиь тот заряд, который был бы у данного атома, а величину этого заряда в целых единицах принимают за степень окисления.
Атомы кислорода во всех соединениях (кроме O2, O3, H2O2 и ее производных, F2O) имеют степень окисления равную -2.
Дальше начинается элементарный подсчет. Любая молекула в целом электронейтральна: сумманое число положительных степеней окисления в молекуле равно суммарному числу отрицательных степеней окисления. Рассмотрим оксиды азота:
Так как степень окисления атомов кислорода равна -2, то степень окисления атомов азота можно легко подсчитать (они приведены под формулами оксидов).
Водород в соединениях с металлами (в молекулах гидридов металлов) имеет степень окисления равную -1. Водород в соединениях с неметаллами (как самый слабый из неметаллов) имеет степень окисления равную +1.
Итак, степень окисления атома в молекуле равна тому заряду, который был бы на данном атоме, если бы все ковалентные полярные связи стали ионными.
В качестве примера уравнивания окислительно- восстановительной реакции рассмотрим реакцию горения угля:
C + O2 = CO2,
Подытожим все сказанное.
Химические реакции, в которых атомы одного или нескольких элементов изменяют свою степень окисления, называются окислительно- восстановительными.
Окислители - это вещества, которые в результате химической реакции присоединяют к себе электроны (в разобранной реакции это и кислород, и молекулы кислорода, и атомы кислорода - можно использовать любое название).
Восстановители - это вещества, которые в результате химической реакции отдают электроны (в разобранной реакции это углерод или атом углерода).
Восстановители в результате окислительно-восстановительной реакции окисляются (у атомов восстановителя отбираются электроны).
Окислители в результате окислительно-восстановительной реакции восстанавливаются (атомы окислителя присоединяют к себе электроны).
В сульфате меди степень окисления атома меди равна +2 (Cu+2), атома кислорода -2 (О-2). При электролитической диссоциации в растворе появляются реальные ионы:
CuSO4 = Cu2+ + SO42-.
Чтобы подчеркнуть, что это реальные ионы, числа пишут перед знаком заряда (а в степенях окисления атомов - наоборот).
Кроме метода электронного баланса при уравнивании окислительно- восстановительных реакций часто используется метод электронно- ионного баланса. Он иногда имеет определенные преимущества.
СН3ОН — метанол C4H9OH — бутанол С2Н5ОН — этанол C5H11OH — пентанол С3H7ОН — пропанол С6Н13ОН — гексанол Структурная изомерия предельных (алифатических) одноатомных спиртов определяется строением углеродной цепи и положением гидроксильной группы в цепи. Например, существуют четыре изомера бутанола С4Н9ОН. Нумерацию цепи начинают с того края, ближе к которому расположена ОН-группа.
Низшие спирты (до С12) при комнатной температуре — жидкости, высшие — твердые вещества. Температуры кипения спиртов намного выше температур кипения алканов с такой же молекулярной массой. Например, t°кип (С2Н5ОН — этанол)=78°С, а t°кип (С3Н8 — пропан)=42°С; t°кип (С7Н15ОН — гептанол-1)=180°С, а t°кип (C8H18 — октан)=126°С. Причиной этого является высокая полярность связи О—Н и легкость образования водородных связей молекулами спирта. Итак, спирты имеют аномально высокие температуры кипения благодаря водородным связям.
При испарении жидкости водородные связи между молекулами разрываются, что требует дополнительной затраты энергии. Следовательно, увеличение молекулярной массы приводит к росту температуры кипения, а разветвленные спирты кипят при более низкой температуре, чем неразветвленные
гы Окислительно-восстановительные реакции часто довольно громоздки и, тем не менее, их нужно уметь уравнивать. Для этой цели используют предельно простую модель молекулы. Прежде всего вводят понятие о степени окисления атома в молекуле. Начнем с конкретных примеров. Степень окисления атомов в молекулах простых веществ (H2, F2, O2, O3, графит, алмаз, металлы) принимается равной нулю. Атомы щелочных металлов во всех соединениях с неметаллами имеют степень окисления равную +1 (если вспомнить о ионном характере связи в этих молекулах, то это действительно так). Атомы фтора (самого активного из всех неметаллов) во всех соединениях имеют степень окисления равную -1. В соединениях с металлами, где имеется ионный тип связи, это действительно так. Но выше мы уже видели, что в молекуле HF электронная пара, образующая химическую связь, лишь немного смещена к атому фтора и у него (исходя из величины дипольного момента) появляется заряд равной -0.4. При введении понятия "степень окисления" постулируется, что все ковалентные полярные связи становятся ионными. И только после этого нужно вычислиь тот заряд, который был бы у данного атома, а величину этого заряда в целых единицах принимают за степень окисления.
Атомы кислорода во всех соединениях (кроме O2, O3, H2O2 и ее производных, F2O) имеют степень окисления равную -2.
Дальше начинается элементарный подсчет. Любая молекула в целом электронейтральна: сумманое число положительных степеней окисления в молекуле равно суммарному числу отрицательных степеней окисления. Рассмотрим оксиды азота:
Так как степень окисления атомов кислорода равна -2, то степень окисления атомов азота можно легко подсчитать (они приведены под формулами оксидов).
Водород в соединениях с металлами (в молекулах гидридов металлов) имеет степень окисления равную -1. Водород в соединениях с неметаллами (как самый слабый из неметаллов) имеет степень окисления равную +1.
Итак, степень окисления атома в молекуле равна тому заряду, который был бы на данном атоме, если бы все ковалентные полярные связи стали ионными.
В качестве примера уравнивания окислительно- восстановительной реакции рассмотрим реакцию горения угля:
C + O2 = CO2,
Подытожим все сказанное.
Химические реакции, в которых атомы одного или нескольких элементов изменяют свою степень окисления, называются окислительно- восстановительными.
Окислители - это вещества, которые в результате химической реакции присоединяют к себе электроны (в разобранной реакции это и кислород, и молекулы кислорода, и атомы кислорода - можно использовать любое название).
Восстановители - это вещества, которые в результате химической реакции отдают электроны (в разобранной реакции это углерод или атом углерода).
Восстановители в результате окислительно-восстановительной реакции окисляются (у атомов восстановителя отбираются электроны).
Окислители в результате окислительно-восстановительной реакции восстанавливаются (атомы окислителя присоединяют к себе электроны).
В сульфате меди степень окисления атома меди равна +2 (Cu+2), атома кислорода -2 (О-2). При электролитической диссоциации в растворе появляются реальные ионы:
CuSO4 = Cu2+ + SO42-.
Чтобы подчеркнуть, что это реальные ионы, числа пишут перед знаком заряда (а в степенях окисления атомов - наоборот).
Кроме метода электронного баланса при уравнивании окислительно- восстановительных реакций часто используется метод электронно- ионного баланса. Он иногда имеет определенные преимущества.
СН3ОН — метанол C4H9OH — бутанол
С2Н5ОН — этанол C5H11OH — пентанол
С3H7ОН — пропанол С6Н13ОН — гексанол
Структурная изомерия предельных (алифатических) одноатомных спиртов определяется строением углеродной цепи и положением гидроксильной группы в цепи. Например, существуют четыре изомера бутанола С4Н9ОН. Нумерацию цепи начинают с того края, ближе к которому расположена ОН-группа.
Низшие спирты (до С12) при комнатной температуре — жидкости, высшие — твердые вещества. Температуры кипения спиртов намного выше температур кипения алканов с такой же молекулярной массой. Например, t°кип (С2Н5ОН — этанол)=78°С, а t°кип (С3Н8 — пропан)=42°С; t°кип (С7Н15ОН — гептанол-1)=180°С, а t°кип (C8H18 — октан)=126°С. Причиной этого является высокая полярность связи О—Н и легкость образования водородных связей молекулами спирта. Итак, спирты имеют аномально высокие температуры кипения благодаря водородным связям.
При испарении жидкости водородные связи между молекулами разрываются, что требует дополнительной затраты энергии. Следовательно, увеличение молекулярной массы приводит к росту температуры кипения, а разветвленные спирты кипят при более низкой температуре, чем неразветвленные