предыдущий параграф

следующий параграф

Взаимодействие водорода с кислородом, как это установил еще сэр Генри Кавендиш, приводит к образованию воды. Давайте на этом простом примере поучимся составлять уравнения химических реакций.
Что получается из водорода и кислорода, мы уже знаем:

Теперь учтем, что атомы химических элементов в химических реакциях не исчезают и не появляются из ничего, не превращаются друг в друга, а соединяются в новых комбинациях, образуя новые молекулы. Значит, в уравнении химической реакции атомов каждого сорта должно быть одинаковое количество до реакции (слева от знака равенства) и после окончания реакции (справа от знака равенства), вот так:

Это и есть уравнение реакции - условная запись протекающей химической реакции с помощью формул веществ и коэффициентов.

Это значит, что в приведенной реакции два моля водорода должны прореагировать с одним молем кислорода, и в результате получится два моля воды.

Взаимодействие водорода с кислородом - совсем не простой процесс. Он приводит к изменению степеней окисления этих элементов. Чтобы подбирать коэффициенты в таких уравнениях, обычно пользуются методом "электронного баланса".

Когда из водорода и кислорода образуется вода, то это значит, что водород поменял свою степень окисления от 0 до +I, а кислород - от 0 до −II. При этом от атомов водорода к атомам кислорода перешло несколько (n) электронов:

2Н2 + О2 = 2Н2О

Водород, отдающий электроны, служит здесь восстановителем, а кислород, принимающий электроны - окислителем.

Задание 33. Окислители и восстановители

Посмотрим теперь, как выглядят процессы отдачи и приема электронов по отдельности. Водород, встретившись с "грабителем"-кислородом, теряет все свое достояние - два электрона, и его степень окисления становится равной +I:

Получилось уравнение полуреакции окисления водорода.

А бандит-кислород О₂, отняв последние электроны у несчастного водорода, очень доволен своей новой степенью окисления -II:

Это уравнение полуреакции восстановления кислорода.

Остается добавить, что и "бандит", и его "жертва" потеряли свою химическую индивидуальность и из простых веществ - газов с двухатомными молекулами Н₂ и О₂ превратились в составные части нового химического вещества - воды Н₂О.

Дальше будем рассуждать следующим образом: сколько электронов отдал восстановитель бандиту-окислителю, столько тот и получил. Число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем.

Значит, надо уравнять число электронов в первой и второй полуреакциях. В химии принята такая условная форма записи уравнений полуреакций:

	2      Н20 − 2e− = 2Н+I
	1      O20 + 4e− = 2O−II

Здесь числа 2 и 1 слева от фигурной скобки - это множители, которые помогут обеспечить равенство числа отданных и принятых электронов. Учтем, что в уравнениях полуреакций отдано 2 электрона, а принято 4. Чтобы уравнять число принятых и отданных электронов, находят наименьшее общее кратное и дополнительные множители. В нашем случае наименьшее общее кратное равно 4. Дополнительные множители будут для водорода равны 2 (4 : 2 = 2), а для кислорода - 1 (4 : 4 = 1)
Полученные множители и будут служить коэффициентами будущего уравнения реакции:

Водород окисляется не только при встрече с кислородом. Примерно так же на водород действуют и фтор F₂, галоген и известный "разбойник", и казалось бы, безобидный азот N₂:

H20 + F20 = 2H+IF−I

3H20 + N20 = 2N−IIIH3+I

При этом получается фтороводород HF или аммиак NH₃.

В обоих соединениях степень окисления водорода становится равной +I, потому что партнеры по молекуле ему достаются "жадные" до чужого электронного добра, с высокой электроотрицательностью - фтор F и азот N. У азота значение электроотрицательности считают равным трем условным единицам, а у фтора вообще самая высокая электроотрицательность среди всех химических элементов - четыре единицы. Так что немудрено им оставить бедняжку-атом водорода без всякого электронного окружения.

Но водород может и восстанавливаться - принимать электроны. Это происходит, если в реакции с ним будут участвовать щелочные металлы или кальций, у которых электроотрицательность меньше, чем у водорода.

При встрече молекул водорода с такими металлами он сам становится "бандитом" и "охотником за электронами" и отнимает у металлов их электронное "достояние":

2Na0 + H20 = 2Na+IH−I

Ca0 + H20 = Ca+IIH2−I

В обоих случаях получаются гидриды металлов - гидрид натрия NaH и гидрид кальция СаН₂, в которых водород имеет степень окисления −I. Таким образом, мы выяснили, что водород в окислительно-восстановительных реакциях может быть и охотником за электронами, и жертвой.

Задание 34. Уравнения окислительно-восстановительных реакций

предыдущий параграф

Читайте КОНСПЕКТ

следующий параграф