Окиснення та відновлення
Окисно-відновна реакція передбачає зміну формального розподілу електронів. Окиснення означає втрату електронів або зростання ступеня окиснення, а відновлення — приєднання електронів або зменшення ступеня окиснення. Обидва процеси завжди відбуваються разом.
Ступені окиснення
Ступінь окиснення — формальний бухгалтерський інструмент, а не обов’язково реальний заряд атома. Його використовують, щоб виявити, які центри формально віддали чи прийняли електронну густину.
Напівреакції
Складну redox-реакцію зручно розділити на окиснювальну та відновну напівреакції. У кожній спочатку балансують атоми й заряд, потім множать рівняння так, щоб число відданих і прийнятих електронів збіглося.
Кисле середовище
У водному кислому середовищі O часто балансують H₂O, H — H⁺, а заряд — e⁻. Після складання напівреакцій електрони мають повністю скоротитися, бо в сумарному рівнянні вони не є окремим реагентом.
Основне середовище
Один надійний спосіб — спочатку збалансувати як у кислому середовищі, а потім додати OH⁻ до обох частин для нейтралізації H⁺. Після утворення H₂O однакові молекули води скорочують.
Окисник і відновник
Окисник приймає електрони і сам відновлюється. Відновник віддає електрони і сам окиснюється. Назва описує дію на партнера, тому вона часто здається “навпаки” на першому знайомстві.
Не кожна реакція redox
Осадження AgCl з Ag⁺ і Cl⁻ або проста кислотно-основна нейтралізація можуть відбуватися без зміни ступенів окиснення. Перенесення йонів або протонів саме по собі не є доказом redox.
Електрохімічний сенс
Просторове розділення напівреакцій у гальванічній комірці змушує електрони проходити зовнішнім колом. Так хімічна вільна енергія може бути перетворена на електричну роботу.
Кількість електронів
У стехіометричному балансі число електронів важливе для зв’язку з зарядом. Один моль електронів переносить заряд, пов’язаний зі сталою Фарадея; це основа кількісної електрохімії.
Redox без буквального перенесення цілого електрона
У багатьох ковалентних реакціях електронна густина перерозподіляється без існування моменту, коли цілий електрон класично перестрибує з одного атома на інший. Ступені окиснення все одно дозволяють формально вести електронний баланс. Саме тому їх треба відрізняти від часткових зарядів, отриманих з електронної густини. В електродних процесах перенесення заряду може бути реально локалізованішим, але й там розчинник, поверхня та електронні стани електрода важливі. Redox-баланс є надійним законом збереження заряду, тоді як картинка “електрон передали з руки в руку” — лише одна з можливих моделей механізму.
Вправа
У реакції Zn→Zn²⁺+2e⁻ цинк окиснюється чи відновлюється?
Розв’язання
Окиснюється, бо віддає два електрони і його формальний ступінь окиснення зростає від 0 до +2.