Химия

Окисление и восстановление в работах Лавуазье

Впервые о процессе окисления стали говорить после доказательства А. Лавуазье, того, что кислород – составная часть воздуха. Именно тогда ученый предложил так называемую теорию горения: горение представляет собой взаимодействие вещества с кислородом воздуха. Например, процесс горения магния на воздухе описывается уравнением:

2Mg + O₂ = 2MgO

В дальнейшем реакции горения стали рассматривать как частный случай реакций окисления. Например, медь не горит, а окисляется кислородом до оксида меди (II):

2Сu + O₂ = 2CuO

Таким образом, в результате исследований Лавуазье, появилось такое определение процесса окисления: Окисление – это взаимодействие вещества с кислородом, в результате которого образуется оксид или несколько оксидов.

До работ Лавуазье восстановлением считался любой процесс образования простого вещества. После формирования новых представлений о процессе окисления под восстановлением стали понимать процесс, обратный окислению: Восстановление – процесс «отщепления» кислорода из оксида, приводящий к образованию простого вещества.

Например, медь восстанавливается из оксида меди (II) при его нагревании с водородом:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Водород в данном случае играет роль восстановителя (т. е. он «отщепил» атомы кислорода от оксида).

Итак, после исследований Лавуазье, представления ученых о процессе горения изменились. Горение стало рассматриваться как частный случай окисления, а процесс, обратный окислению, назвали восстановлением.

Факты, противоречащие теории Лавуазье

В XIX веке представления о процессах окисления и восстановления были расширены. Дополнения, вносимые в модель, были обусловлены появлением новых экспериментальных фактов, противоречащих теории Лавуазье. Например, выяснилось, что вещества могут гореть не только в атмосфере кислорода. Таким образом, натрий горит в атмосфере хлора, при этом образуется хлорид натрия (поваренная соль):

2Na + Cl₂ = 2NaCl

Если в раствор сульфата меди (II) опустить железный гвоздь, то через некоторое время гвоздь покроется слоем меди.

Рис. 1. Взаимодействие железа с раствором сульфата меди (II)

Уравнение этой реакции:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Очевидно, что произошло восстановление меди. Но мы опять сталкиваемся с противоречием представлениям Лавуазье: в состав ни одного из участников реакции не входят атомы кислорода. Таким образом, восстановление может протекать без отщепления атомов кислорода.

Обсудим результаты еще одного опыта, в результате которого протекает все та же реакция восстановления меди из сульфата меди (II). Для этого возьмем два стакана с растворами солей – сульфата меди (II) и сульфата железа (II). В стакан с раствором сульфата меди (II) опустим графитовый электрод, а в другой стакан (с раствором сульфата железа (II)) – железный электрод. Соединим растворы в обоих стаканах трубкой, заполненной раствором соли (соляной мостик). Подсоединим электроды к амперметру. Через некоторое время увидим, что в цепи появился электрический ток, графитовый электрод покрылся слоем меди, а часть железного электрода растворилась.

Уравнение этой реакции: Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Удивительно, что в ходе этой реакции железо непосредственно не соприкасалось с раствором сульфата меди (II). Интересно и то, что в ходе реакции появился электрический ток.

И еще один удивительный факт. Оказывается, что медь можно восстановить из раствора ее соли и без какого-либо реагента. В этом случае роль восстановителя будет играть отрицательно заряженный электрод. Если в стакан с раствором хлорида меди (II) опустить два графитовых электрода и пропустить через него электрический ток, то на катоде осаждается медь, а на аноде выделяется хлор.

Список рекомендованной литературы

1. Оржековский П. А. Химия: 9-й класс: учеб. для общеобраз. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, Л. С. Понтак. – М.: АСТ: Астрель, 2007 (§19).
2. Оржековский П. А. Химия: 9-ый класс: учеб для общеобр. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013 (§10).
3. Рудзитис Г. Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009.
4. Хомченко И. Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008.
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В. А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.

Дополнительные веб-ресурсы

1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (видеоопыты по теме) (Источник)
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» (Источник)

Домашнее задание

с. 73 №№ 2-4 из учебника П. А. Оржековского «Химия: 9-ый класс» / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013.