Значення окисно-відновних процесів у житті людини, природі й техніці.

Окисно-відновні процеси в природі та житті людини

Більшість хімічних процесів, що відбувається в природі та здійснюється людиною в практичній діяльності, є окисно-відновними реакціями.

Саме окисно-відновні реакції відіграють значну роль у біохімічних процесах: диханні, гнитті, фотосинтезі, інших реакціях обміну речовин.

Рівняння реакції, що описує фотосинтез:

Чому, навіть не визначаючи ступенів окиснення елементів, одразу можна стверджувати, що це рівняння окисно-відновної реакції?

Карбон(ІV) оксид утворюється під час спалювання органічних речовин, під час гниття, а також під час дихання. А завдяки процесу фотосинтезу з карбон(ІV) оксиду знову утворюються органічні речовини. Сонячне проміння поглинається в клітинах рослин за допомогою хлорофілу. У рослинах синтезуються вуглеводи — глюкоза, крохмаль, целюлоза й інші речовини.

Довкілля можна розглядати як гігантську лабораторію, у якій щомиті відбуваються різноманітні хімічні реакції, більшість з яких є окисно-відновними.

Розгляньмо лише деякі з них. Завдяки життєдіяльності ґрунтових бактерій рештки тварин і рослин розкладаються. При цьому виділяється амоніак NH₃. Потім цей газ під дією інших бактерій частково піддається окисненню:

А нітратна кислота вже взаємодіє з карбонатами, що є в ґрунті:

Саме тому в місцях гниття посліду тварин і решток рослин з'являється велика кількість нітратів.

Під час грозових розрядів відбувається низка таких хімічних реакцій:

Чи всі три реакції є окисно-відновними? Чи міститься серед речовин-реагентів речовина, яка одночасно є і окисником, і відновником?

Кислоти, що утворюються, разом з атмосферними опадами потрапляють у ґрунт, де перетворюються на солі — нітрати й нітрити. Таким чином на 1 га ґрунту за 1 рік потрапляє в середньому від 4 до 15 кг Нітрогену.

Не менш цікаві окисно-відновні реакції відбуваються в природі за участі Сульфуру. Сульфур, який входить до складу білків, — один з найнеобхідніших для живих істот елементів. Після загибелі рослин і тварин їхні білки розкладаються з виділенням гідроген сульфіду H₂S.

Окисно-відновні процеси в промисловості

З метою добування і використання енергії проводять доволі значну кількість окисно-відновних реакцій. Назвемо деякі з них:

а) горіння природного газу, бензину, дизельного пального у двигунах автомобілів, літаків; ракетного пального — у двигунах ракет;

б) спалювання різних видів палива на теплоелектростанціях;

в) одержання горючих газів (CO, Н₂, СН₄) з вугілля;

г) процеси окиснення і відновлення, що відбуваються в гальванічних елементах (акумулятори, батарейки).

Запишемо схему горіння метану — основного компонента природного газу:

Доведемо, що ця реакція є окисно-відновною, і перетворимо схему на рівняння:

Отже,

Окисно-відновні процеси в металургії

Метали зазвичай добувають з руд завдяки реакціям, які називають реакціями відновлення. Відновники, які найчастіше використовують, — це водень Н₂, карбон(ІІ) оксид (CO), кокс (С), активні метали (Al, Mg тощо):

В останній реакції карбон(ІІ) оксид є відновником, а хром(ІІІ) оксид — окисником, тому що атом Карбону в складі CO віддає електрони, натомість атом Хрому в складі Сr₂О₃ приймає електрони. Такі окисно-відновні реакції називають міжмолекулярними.

Міжмолекулярними називають такі окисно-відновні реакції, у яких елемент-відновник та елемент-окисник є в складі різних речовин-реагентів.

Окисно-відновні процеси в піротехніці

Для добування вибухових речовин і сумішей, виготовлення феєрверків, бенгальських вогнів тощо використовують багато різних хімічних речовин. Серед них — бертолетова сіль КСlО₃. Наведемо схему розкладання цієї солі під час нагрівання (до 550-620 °С):

Перетворимо схему реакції на рівняння, скориставшись методом електронного балансу:

Зверніть увагу на те, що КСlО₃ є і окисником, і відновником. У формульній одиниці солі містяться елемент-відновник (Оксиген) та елемент-окисник (Хлор). Такі реакції називають внутрішньомолекулярними окисно-відновними реакціями.

Внутрішньомолекулярними називають такі окисно-відновні реакції у яких атоми елемента-відновника та елемента-окисника є складовими однієї речовини-реагента.

За інших умов нагрівання (до 400 °С) розкладання бертолетової солі відбувається таким чином:

Зауважмо, що в цій реакції елемент Хлор є й окисником, і відновником.

Реакції у яких той самий елемент є й окисником, і відновником і є складовим однієї речовини-реагента, називають реакціями диспропорціонування, або реакціями самоокиснення-самовідновлення.

Окисно-відновні процеси в хімічному виробництві

Виробництво багатьох складних хімічних речовин також базується на окисно-відновних реакціях:

• амоніаку NH₃, який використовують для добування нітратної кислоти і мінеральних добрив;

• кислот: сульфатної H₂SO₄, хлоридної НСl;

• лугів тощо.

Деякі окисно-відновні реакції завдають шкоди. Вони спричиняють пожежі, псування продуктів харчування, іржавіння металів, зокрема заліза. Ви, звичайно, бачили іржаві залізні вироби.

Іржавіння — це окисно-відновна реакція за участі заліза як відновника. У ролі окисника виступає кисень повітря. Зазвичай у цьому процесі бере участь вода. Наведемо схему сумарного процесу іржавіння заліза:

Fe + О₂ + Н₂О → Fe(OH)₃

Складіть схему електронного балансу та перетворіть схему реакції на рівняння. Укажіть речовину-окисник і речовину-відновник.

Урівняти рівняння методом електронного балансу:

Al + S → Al₂S₃

KClO₃ + P → KCl + P₂O₅

Виконати інтерактивні вправи