При образовании веществ с ионной связью валентные электроны практически полностью переходят от атома одного элемента к атому другого. Степень окисления - это условный, воображаемый заряд атома в химическом соединении, который определяется, исходя из предположения, что соединение состоит из ионов. При обозначении степени окисления положительный или отрицательный знак ставится обычно перед цифрой.
До участия в окислительно-восстановительной реакции электронная плотность в металле литии и в молекуле фтора (простые вещества) равномерно распределена. Для атомов, входящих в состав простых веществ, степень окисления равна нулю.
В сложных химических соединениях с ионными и ковалентными связями принята следующая шкала степеней окисления:
- щелочные металлы (+1);
- щелочноземельные металлы (+2);
- фтор (-1), кислород (-2);
- водород в большинстве соединений (+1).
Степень окисления простых веществ, например таких как Н2, О2, Cl2, N2 и др., принята равной нулю. Окислительно-восстановительными называются реакции, протекающие с изменением степени окисления атомов, входящих в состав химических соединений.
Окислители в химических реакциях присоединяют электроны (восстанавливаются). Восстановители отдают электроны (окисляются).
Пластинка металла, опущенная в раствор соли оказывается в неустойчивом состоянии (рис. 36, а). Об этом можно судить по наблюдаемому процессу окисления:
М1 ® М1+ + е-.
Частицы металла М1 в виде ионов переходят в раствор, оставляя электроны на электроде. Процесс растворения прекращается, когда отрицательный заряд электрода достигнет величины, препятствующей дальнейшему переходу положительно заряженных ионов в раствор.
а) электронейтральный электрод; б) отрицательно заряженный электрод
Электрод, на котором происходит реакция окисления, называется анодом.
Природа металла определяет направления окислительно-восстановительного процесса. Для некоторых металлов при прочих равных условиях наблюдаются реакции восстановления, если опустить металл М2 в раствор его соли:
М2+ + е-® М2.
Электрод приобретает положительный заряд в случае протекания на электроде восстановительной реакции (рис. 37). Катионы металла М2+ поступают из раствора, достраивают кристаллическую решетку электрода и создают некоторый недостаток электронов на нем.
Электрод, на котором происходит реакция восстановления, называется катодом.
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ - химический источник тока, вкотором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергииокислительно-восстановительной реакцией. В состав гальванического элемента входят два разнородныхэлектрода (один - содержащий окислитель, другой - восстановитель), контактирующие с электролитом.
Для гальванического элемента принята следующая форма записи (на примере элемента Даниэля):
Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu,
где вертикальная линия | обозначает границу раздела фаз, а двойная вертикальная линия || - солевой мостик. Электрод, на котором происходит окисление, называется анодом; электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом. Гальванический элемент принято записывать так, чтобы анод находился слева.
Электродные полуреакции принято записывать как реакции восстановления (таблица 12.1), поэтому общая реакция в гальваническом элементе записывается как разность между реакциями на правом и левом электродах:
Правый электрод: Cu2+ + 2e = Cu
Левый электрод: Zn2+ + 2e = Zn
Общая реакция: Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+
Уравнение Нернста — уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциалами окислительно-восстановительных пар.
и — активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции.
