Окисно-відновлювальні реакції, або "окисно-відновні" реакції представляють одну з основних класифікацій реакцій у хімії. Реакції обов’язково передбачають перенесення електронів від одного виду до іншого. Хіміки називають втрату електронів окисленням, а приріст електронів відновленням. Балансування хімічного рівняння відноситься до процесу регулювання кількості кожного реагенту та продукту таким чином, щоб сполуки на лівій та правій сторонах реакційної стрілки - реагенти та продукти, відповідно - містять однакову кількість кожного типу атом. Цей процес є наслідком першого закону термодинаміки, який стверджує, що матерію не можна ні створити, ні зруйнувати. Окисно-відновлювальні реакції роблять цей процес ще одним кроком далі, також збалансувавши кількість електронів на кожній стороні стрілка, оскільки, як і атоми, електрони мають масу і тому регулюються першим законом Росії термодинаміка.
Напишіть незбалансоване хімічне рівняння на аркуші паперу та визначте види окислюваних та відновлених видів, досліджуючи заряди на атомах. Наприклад, розглянемо незбалансовану реакцію перманганат-іона, MnO4 (-), де (-) являє собою заряд на іон негативний і оксалатний іон, C2O4 (2-) у присутності кислоти, H (+): MnO4 (-) + C2O4 (2-) + H (+) → Mn (2+) + CO2 + H2O. Кисень майже завжди приймає заряд від’ємних двох у сполуках. Таким чином, MnO4 (-), якщо кожен кисень підтримує від’ємний два заряди, а загальний заряд - від’ємний, тоді марганець повинен мати заряд позитивного семи. Вуглець у C2O4 (2-) аналогічним чином має заряд позитивних трьох. З боку продукту марганець має позитивний заряд два, а вуглець - чотири позитивні. Таким чином, у цій реакції марганець відновлюється, оскільки його заряд зменшується, а вуглець окислюється, оскільки його заряд збільшується.
Напишіть окремі реакції - так звані напівреакції - для процесів окиснення та відновлення та включіть електрони. Mn (+7) в MnO4 (-) стає Mn (+2), поглинаючи п'ять додаткових електронів (7 - 2 = 5). Однак будь-який кисень у MnO4 (-) повинен стати водою, H2O, як побічний продукт, і вода не може утворюватися з атомами водню, H (+). Отже, протони H (+) необхідно додати до лівої частини рівняння. Збалансована напівреакція тепер стає MnO4 (-) + 8 H (+) + 5 e → Mn (2+) + 4 H2O, де e являє собою електрон. Напівреакція окислення аналогічно стає C2O4 (2-) - 2e → 2 CO2.
Збалансуйте загальну реакцію, переконавшись, що кількість електронів у напівреакціях окислення та відновлення дорівнює. Продовжуючи попередній приклад, окиснення оксалат-іона, C2O4 (2-), включає лише два електрони, тоді як відновлення марганцю включає п'ять. Отже, всю реакцію половини марганцю потрібно помножити на два, а всю реакцію оксалатів помножити на п'ять. Це дозволить довести кількість електронів у кожній половині реакції до 10. Дві напівреакції тепер стають 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 10 e → 2 Mn (2+) + 8 H2O та 5 C2O4 (2-) - 10 e → 10 CO2.
Отримайте збалансоване загальне рівняння, підсумувавши дві збалансовані половинні реакції. Зверніть увагу, що реакція марганцю включає приріст 10 електронів, тоді як оксалатна реакція передбачає втрату 10 електронів. Отже, електрони відміняються. На практиці це означає, що п’ять оксалатних іонів переносять загалом 10 електронів на два перманганат-іони. У підсумку загальне збалансоване рівняння стає 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 5 C2O4 (2-) → 2 Mn (2+) + 8 H2O + 10 CO2, що представляє збалансоване окислювально-відновне рівняння.