ОВР Теория

Окислительно-Восстановительные реакции и жизнь

Окислительно-восстановительные реакции играют важную роль в биохимических процессах и поддержании жизни.

Клеточное дыхание. В результате окисления глюкозы выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности организма.
Фотосинтез. В растениях с участием солнечной энергии и хлорофилла происходит превращение углекислого газа и воды в глюкозу и кислород.
Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Окисление жирных кислот является важным этапом обмена веществ, позволяющим организму получать энергию.
Аминокислоты и нуклеотиды. Многие из этих молекул участвуют в окислительно-восстановительных реакциях.
Антиоксиданты. В организме существуют молекулы, такие как витамины E и C, которые действуют как антиоксиданты, нейтрализуя свободные радикалы, которые могут вызывать повреждения клеток. Эти молекулы защищают клетки от окислительного стресса, приводящему к старению и различным заболеваниям.
Биосинтез. Окислительно-восстановительные реакции участвуют в синтезе многих биомолекул, включая нуклеотиды, липиды и углеводы.
Детоксикация. Многие токсичные вещества в организме окисляются и затем выводятся из организма.

Окислительно-Восстановительные реакции

Основные понятия и определения

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов, входящих в реагенты и продукты.

Степень окисления – условный заряд атома в молекуле (положительной, отрицательной, нулевой), вычисленный в соответствии с предположением, что все связи в соединении ионные (электронные пары полностью смещены в сторону атомов с большей электроотрицательностью), а соединение – электронейтральное.

Окислитель - атом, молекула или ион, принимающий электроны. Процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом приводит к понижению степени окисления элемента и называется – восстановлением.

Пример:

Br₂⁰ + 2e^- = 2Br^-1
Zn⁺² + 2e^- = Zn⁰

Восстановитель - атом, молекула или ион, отдающий электроны. Процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом приводит к повышению степени окисления элемента и называется – окислением.

Пример:

H₂⁰ - 2e^- = 2H⁺¹
Zn⁰ - 2e^- = Zn⁺²

Окисление и восстановление – взаимосвязанные процессы. Число электронов, отданных окислителем в ОВР, всегда равно числу электронов, принятых восстановителем.

Важнейшие окислители и восстановители

Окислители	Восстановители
Простые вещества: неметаллы - кислород, фтор, хлор, бром, и другие.	Простые вещества: металлы, Н₂, С, СО;
Соединения, содержащие элемент в максимальной степени окисления: KMnO₄, K₂Cr₂O₇, K₂CrO₄, HNO₃, H₂SO₄ (конц.), HClO₃ и другие.	Соединения неметаллов, содержащие элемент в минимальной степени окисления: S^-2, N^-3, Cl^-1 и другие.
Соединения, содержащие элемент в промежуточной степени окисления: H₂O₂, MnO₂, NaNO₂, анод при электролизе.	Соединения, содержащие элемент в промежуточной степени окисления: SO₂, H₂SO₃, HNO₂, H₃PO₄, катод при электролизе.

Соединения, содержащие элементы в:

Высших степенях окисления являются только окислителями;
Низших степенях окисления могут быть только восстановителями;
Промежуточных степенях окисления, могут быть как окислителями, так и восстановителями.

Пример расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса

Пример 1

Задание. Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, укажите окислитель и восстановитель:

Al + HCl → AlCl₃ + H₂

Решение

Запишите уравнение реакции:

Al + HCl → AlCl₃ + H₂

Определите степени окисления элементов и найдите элементы, которые изменяют степени окисления:

Al⁰ + H⁺¹Cl^-1 → Al⁺³Cl₃^-1 + H₂⁰

Напишите уравнения процессов окисления и восстановления:

Al⁰ – 3e^- = Al⁺³;
2H⁺ + 2e^- = H₂⁰

Посчитайте число отданных и принятых электронов и определите коэффициенты при окислителе и восстановителе:

Al⁰ – 3e^- = Al⁺³ | 2 – восстановитель
2H⁺ + 2e^- = H₂⁰ | 3 – окислитель
______________________
2Al⁰ + 6H⁺ = 2Al⁺³ + 3H₂⁰

Перенесите полученные коэффициенты с учетом числа атомов элементов, участвующих в процессах, в молекулярное уравнение и, используя закон сохранения массы, проверьте число атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения:

В левой части	В правой части
2 атома Al	2 атома Al
6 атомов H	6 атомов H
6 атомов Cl	6 атомов Cl