Redox. Окислювально-відновні реакції: опис, приклади

Окислювально-відновні реакції - редокс - являють собою взаємодію зустрічно-паралельного характеру. У процесі цих явищ змінюються деякі характеристики компонентів. Дані взаємодії реалізуються шляхом перерозподілу електронів. Цей процес відбувається між атомами-окислювачами і відновниками.

властивості компонентів

Органічна хімія передбачає використання широкого ряду окислювачів і відновників. Це дозволяє вибирати певний реагент, який володіє селективністю. Тобто, компонент здатний впливати вибірково на ті або інші функціональні категорії. Крім того, завдяки такій широті вибору, з`являється можливість отримати продукти в заданій ступеня окислення. Так, наприклад, борогід Na здатний не вступати у взаємодію зі складними ефірами і амидами. При цьому він відновлює альдегіди або кетони до спиртів. Серед другої групи компонентів також існують високоселективні з`єднання. Як приклад можна привести комплекс CrO₃ і піридин. Ця структура окисляє в кетони спирти з високим виходом. При цьому з`єднання не зачіпає С-С зв`язку. Високу селективність відрізняється і SeO₂. з`єднання окисляє альдегіди і кетони до альфа-дікарбонільних з`єднань.

Загальна інформація

Окислювально-відновні реакції передбачають різну зміна властивостей вхідних компонентів. Воно залежить від характеру взаємодії. Так, при відновленні знижується, а при окисленні - підвищується ступінь окислення елементів. Спочатку термін трактувався досить просто для розуміння. Так, окисленням вважалося додаток кисню, відновленням - відібрання його, відповідно. Після введення в науку електронних уявлень, визначення було кілька розширено. З того моменту поняття поширюється і на взаємодії, в яких кисень не бере.

характеристика процесів

Окислювально-відновні реакції формально представляють собою переміщення електронів. Компоненти від атома одного реагенту переходять до атому іншого. Так, окислення, простіше кажучи, являє собою віддачу електронів. У ряді випадків у процесі молекула в вихідну речовину може стати нестабільною. В результаті вона може розпастися на більш дрібні, але при цьому і з високим ступенем стабільності, компоненти. Атоми окисляються, прийнято називати донорами електронів, структурні елементи окислювача - акцептами, відповідно. Прямо протилежно протікає процес приєднання електронів. Називається він відновленням. У взаємодії цього роду можуть приймати різні елементи. Наприклад, вуглець, водень та інші. Відновленню можуть піддаватися різні сполуки. наприклад, органічні кислоти в спирти і альдегіди.

Типи окислювально-відновних реакцій

Відповідно до формальними ознаками розглядаються взаємодії поділяють на внутрішньо-і міжмолекулярні. До останніх, наприклад, можна віднести 2SO₂ + O₂ - SO₃. Також окислювально-відновні реакції класифікують на діспропорціонние і репропорціонние. У першому випадку один і той же елемент має різні властивості. Так, компонент може одночасно бути і відновником і окислювачем:

Cl₂ + H₂O - HClO + HCl.

Інший вид - репропорціонірованіе або конпропорціонірованіе - являє собою дещо інші взаємодії. У таких реакціях з двох різних ступенів окислення у одного елемента виходить одна:

NH₄NO₃ - N₂O + 2H₂O

каталітичні процеси

Усередині даних взаємодій забезпечується висока здатність до селективності. Так, наприклад, відповідно до каталізатором і умовами ацетиленові вуглеводні можна вибірково піддавати гидрированию до насичених або етиленових. А відновлення СО₂ до СО електрохімічного виду у водному середовищі при наявності 1,4,8,11-тетраазаціклотетрадекана нікелевого комплексу дає можливість провести процес при знижених потенціалах і пригнічувати одночасно електроліз води при утворенні Н₂. Ця взаємодія має ключове значення при перетворенні через СО СО₂ в різні органічні речовини.

значення

Окислювально-відновні реакції каталітичного характеру виконують важливі завдання в промисловості. Вони досить широко поширені в природі і використовуються в техніці. Також в основі життєдіяльності лежать окислювально-відновні реакції, що протікають при транспорті електронів, дихальної діяльності, фотосинтезі. Ці взаємодії забезпечують основну частку енергоспоживання людей за рахунок спалювання різного органічного палива.

перебіг взаємодій

Часто окислювально-відновні реакції супроводжуються підвищеним виділенням енергії. Це дозволяє їх використовувати при отриманні, наприклад, електроенергії. Найбільш бурхливо взаємодії протікають при відсутності розчинника. При його наявності такі реакції можуть не відбутися. Це може бути пов`язано з тим, що станеться взаємодія одного або обох компонентів з розчинником. Можна навести такий приклад. У водному розчині реакція 2Na + F<sub>2</sub> - 2NaF неможлива. Це пов`язано саме з тим, що фтор і натрій відрізняються бурхливим взаємодією з Н₂О. На властивості іонів при окислювально-відновних реакціях великий вплив робить комплексообразование. Так, наприклад, відбувається з [C0₂+(CN)₆]₄-. Цей комплекс, вважається сильним відновником, на відміну від СО₂+ гідратованого іона.

Органічна хімія. Окислювально-відновні реакції

У даній дисциплінарної сфері застосування узагальнених концепцій і понять про перебіг і характер процесу вважається малопродуктивним. Це особливо актуально при наявності незначної полярності межатомной зв`язку. У органічної хімії прийнято розглядати окислення як процес підвищення кратності кислотовмісних або підвищення кількості водородосодержащих зв`язків. У ряді випадків використовується підхід, що передбачає приписування в молекулі атомів С різні ступені окислення.

Це, в свою чергу, залежить від кількості зв`язків, сформованих з компонентом, які мають велику електронегативність, ніж водень. В такому випадку розташування функціональних похідних буде здійснюватися в порядку зростання ступенів окислення. Так, наприклад, насичені вуглеводні слід відносити до нульової групи (ст. Оксиди. - 4), ROH, RNH<sub>2</sub>, RCl - до першої (-2), R2CCl2 і R<sub>2</sub>CO - до 2-ї (0), RCCl<sub>3</sub> і RCONH<sub>2</sub> - до 3-й (+2), СО<sub>2</sub> і CCl<sub>4</sub> - до 4-ї (+4). В даному випадку зрозуміло, що окислення є процес, при якому з`єднання переходять на більш високий рівень, а відновлення - процедура зворотна. При дослідженні взаємодій особливу увагу слід приділяти механізмам, завдяки яким протікають процеси. Треба відзначити, що дані фактори дуже різноманітні. Так, реакції можуть проходити по гомолитически або гетеролітичні механізму. Однак у багатьох випадках в якості початкової стадії взаємодії виступає процедура одноелектронного переносу. Процес окислення, як правило, характеризується перебігом щодо положень з найвищою щільністю, а відновлення - по позиціях, де електронна щільність становить мінімум.