0:00
[МУЗЫКА] Не
менее важными, чем кислотно-основные свойства воды,
являются окислительно-восстановительные свойства этого соединения и закономерности
протекания окислительно-восстановительных реакций в растворе.
Как любое сложное вещество,
вода обладает окислительно- восстановительной двойственностью.
Она может проявлять свойства как окислителя за счет водорода
в положительной степени окисления,
так и восстановителя — за счет кислорода в отрицательной степени окисления.
Вода как окислитель способна реагировать с активными металлами,
например с кальцием, с неметаллами,
такими как углерод, со сложными веществами,
такими как гидрид калия или пропан.
Хотелось бы заметить, что последняя реакция является основной в
реакции в получении водорода для промышленных нужд в настоящее время.
Вода как восстановитель
способна взаимодействовать с такими активными неметаллами, как галогены,
со фтором и хлором — правда,
в последнем случае реакция идет главным образом на свету,
или со сложными веществами, такими как перманганат калия.
И вот тот бурый налет, который вы видите на стенках сосудов,
в которых хранился водный раствор перманганата калия — это как раз продукт
восстановления перманганата молекулами воды.
Если говорить о возможности существования
химических форм в водных растворах, то, как вы знаете,
она определяется значениями восстановительных потенциалов.
На слайде представлены области, соответствующие
запрещенным формам в стандартном кислом растворе.
В стандартном кислом растворе с точки зрения термодинамики не могут
существовать восстановленные формы с отрицательным значением
восстановительного потенциала, то есть с потенциалом меньшим,
чем потенциал восстановительного разложения воды, а также окисленные формы,
имеющие потенциал больше потенциала окислительного разложения воды.
Хочу сразу же заметить, что это термодинамика.
Не забудем, что кинетика может вносить свои поправки.
Кроме того, приведенная схема относится к стандартным растворам — к растворам с ph,
равным 0, и с концентрацией ионов 1 моль/литр.
Значение потенциалов разложения воды сильно зависит от величины ph,
что может быть учтено с помощью уравнения Нернста.
Как видите, при повышении ph происходит уменьшение величин
потенциалов как восстановительного, так и окислительного разложения воды.
Проанализируем, как будут меняться
окислительно-восстановительные свойства при движении
по периоду периодической системы.
На слайде представлены значения восстановительных потенциалов,
соответствующих полуреакции восстановления элементов из
высших положительных степеней окисления в степень окисления 0.
Мы с вами привыкли говорить, что при
движении вниз по группе восстановительная способность вещества увеличивается,
следовательно, можно ожидать, что окислительная способность элементов
в высших степенях окисления должна ослабевать.
Однако, как видно из представленных данных, это не совсем так.
Элементы четвертого периода, а точнее, p-элементы четвертого периода,
занимают здесь промежуточные положения между такими
зависимостями для p-элемента второго и третьего периода.
Причина — уже известное вам явление вторичной периодичности,
оно проявляется именно у 4 p-элементов, и вот эта своеобразная
инверсия наблюдается именно, начиная с галлия.
Хотелось бы также отметить неожиданное на первый взгляд
положение потенциала перехода Li+/Li.
Несмотря на то что литий считается малоактивным щелочным металлом,
его восстановительный потенциал более отрицателен, чем для натрия и для калия.
Причина — сильная гидратация иона лития в водном растворе,
приводящая к стабилизации этого катиона.
Рассмотрим далее изменение восстановительного потенциала в
группах периодической системы.
Как мы видим, при переходе от второго к третьему периоду
восстановительные потенциалы приобретают более отрицательные значения,
то есть окислительная способность элементов в высшей степени
окисления падает, что представляется вполне закономерным.
А вот при переходе далее от третьего периода к четвертому,
наоборот, происходит нарастание окислительной
способности элементов в высшей степени окисления.
Проявляется эффект вторичной периодичности.
Еще сильнее этот эффект должен проявляться при переходе к 6 p-элементам,
к элементам шестого периода.
И как мы видим, соединения, содержащие эти элементы в высших степенях окисления,
становятся, судя по потенциалам, еще более сильными окислителями.
Таким образом, мы с вами могли увидеть,
что на свойствах растворов отчетливо
проявляются все те моменты, о которых мы говорим,
обсуждая современное состояние периодического закона.
Те из вас, кто хочет подробнее познакомиться с
проявлением периодического закона на свойствах раствора,
могут прочитать книгу Луки Стояновича Лилича
и Марии Кирилловны Хрипун «Растворы как химические системы».
А наша встреча на этом закончена.
Благодарю вас за внимание.
Успехов вам!
Тимошкин Алексейдоцент, и.о. зав. каф. общей и неорганической химии
Хрипун Василий ДмитриевичКандидат химических наук
Левин Олег Владиславовичканд. хим. наук, доцент
Боярский Вадим Павловичд-р хим. наук, профессор
