Окисление и редукция

Нека да разгледаме молекулата на натриевия хлорид. Ако погледнем периодичната система тук, виждаме, че натрият е в първа група. Той е алкален метал. Има един валентен електрон. Той не е твърде електроотрицателен. Намира се тук в лявата страна на периодичната таблица. Знаем, че общото правило за електроотрицателността гласи, че тя се увеличава, като се придвижваме към горния десен ъгъл. Така че тези елементи тук обичат да приемат електрони. Тези елементи тук по принцип обичат да отдават електрони. Тези са електроположителни, а тези са електроотрицателни. Така че натрият, с неговия един валентен електрон, е добър кандидат за отдаване на електрон. Но от другата страна на периодичната система, ето тук имаме хлор. Той е от 7-ма група. Хлорът е халогенен елемент. И той обича повече от всичко да получи един електрон, за да достигне магичната бройка от осем електрона. Той е много електроотрицателен. Какво мислиш, че ще стане, ако тези два елемента взаимодействат? Хлорът ще прилапа единичния електрон на натрия и ще се превърне в хлориден анион. А натрият ще стане натриев катион. Катион означава просто положителен йон. Анион означава просто отрицателен йон. И сега този тук е положителен. Сега натрият е положителен. Хлорът е отрицателен йон. И те ще се привличат взаимно, ще образуват йонна връзка. Това тук е йонна връзка. Нека сега да помислим за връзка, която не е йонна, където електроните не са напълно преминали от единия атом към другия, но са общи. Един от най-ярките примери е водата. Знаем, че водата е Н2О. Всяка водна молекула съдържа един кислород, свързан с два водорода. Тези две връзки са ковалентни. Във всяка от тях имаме двойка електрони, които са общи за водорода и кислорода. Но знаем, че това не е напълно равностойно поделяне на електроните. Поглеждаме периодичната система, виждаме, че кислородът е много по-електроотрицателен от водорода. И затова електроните в тези две връзки ще прекарват повече време около кислорода, отколкото около водородните атоми. Виждали сме това и преди. Това ще придаде на кислородния край на водната молекула частично отрицателен заряд. Това е малката гръцка буква делта. Използваме я, за да означим частично отрицателно. Във водородния край на молекулата ще имаме частично положителен заряд. Това е ситуацията. Но както ще видим в бъдещи видеа, понякога е неудобно да имаме тази бъркотия от частични неща. И сега ще те запозная с нещо, което е просто един мисловен инструмент. Химиците са приели нещо, което ни позволява да разглеждаме много реакции и да разсъждаваме за начина, по който е вероятно да протекат. Този инструмент е понятието степен на окисление. Чрез степента на окисление, дори когато имаме ковалентни връзки, можем да кажем: Виж, това са частични заряди. Това са ковалентни връзки. Електроните са общи. Но аз не харесвам тези частични неща. Искам да предположа какво става, ако това са йонни връзки. И ти казваш: Ако това са йонни връзки, тогава кислородът ще изтегли електроните от тези двойки. И тогава кислородът ще има пълен отрицателен заряд, заряд 2–. А всеки от водородите ще има пълен положителен заряд. И ако трябва да запишем степените на окисление за атомите във водната молекула, нека да запиша Н2О, тогава казваме, че кислородът има степен на окисление 2–, а двата водорода ще имат степен на окисление 1+. Обърни внимание, че цялата молекула е неутрална, защото те се компенсират взаимно. Плюс 1 и плюс 1 са плюс 2. И тук имаме минус 2. И те се унищожават. Сега, аз казвам винаги минус 2, но пиша знака след двойката. Ако искам да запиша степен на окисление плюс 1, всъщност ще запиша 1+, ако приемем, че въобще някой пише плюс. Просто така е прието, знакът да се пише след числото, защото пишем йонни заряди или степен на окисление, защото степента на окисление е просто хипотетичен йонен заряд. И ако трябва да приемеш, че това не са ковалентни връзки, а йонни връзки. Още веднъж ще подчертая. Това е истинското положение. Това са ковалентни връзки. Това са частични заряди, а степента на окисление е измислен инструмент, който ни кара да се преструваме, че имаме йонни връзки. И можеш да кажеш, че това наистина има смисъл. Това включва кислорода по някакъв начин. Ето защо се нарича степен на окисление. Точно така си го представих, когато за пръв път учих за това. Казваш, виж, всеки от тези водороди е дал по един електрон на кислорода. Затова е логично да кажем, че всеки водород се е окислил, така че водородът е окислен от кислорода. Логично е, че кисло-родът ще о-кисли нещо друго. Точно това е направил. Зарядът на атома е отнет от кислорода, затова той е окислен. Противоположното на окисление е редукция. Терминът "редукция" наистина идва от идеята, че зарядът на кислорода е редуциран, т.е. е намалял. И затова можем да кажем: кислородът беше редуциран от водородните атоми. И тук се изкушаваме да кажем, ОК, винаги трябва по някакъв начин да има кислород, защото имат еднакъв корен. Но това не е така. Ако например имаме флуорна киселина във воден разтвор.. Имаме водород, който е ковалентно свързан с флуора. Тук, същото както видяхме при водата, флуорът е един от най-електроотрицателните елементи. Той ще прилапа електроните в тази ковалентна връзка. И ще има частично отрицателен заряд. Тук ще има частично отрицателен заряд. А тук ще има частично положителен заряд. Но ако го разглеждаме от гледна точка на степента на окисление, ние ще кажем, когато ножът стигне до кокала, ако това беше йонна връзка, а не ковалентна, какви щяха да са зарядите на всеки от тези атоми? И казваме, че в този случай водородът ще изгуби един електрон и ще има пълен положителен заряд. А флуорът ще придобие електрон и ще има пълен отрицателен заряд. Това е хипотетично. В действителност те са частични заряди. Това е ковалентна връзка. Но хипотетично тук имаме пълен положителен заряд, а тук пълен отрицателен заряд. И ще кажем, че степента на окисление на водорода в тази молекула е 1+, а степента на окисление на флуора в тази молекула е 1–. И ще кажем, че водородът е окислен. Че той е окислен от флуора. И ще кажем също, че флуорът, чийто хипотетичен йонен заряд е намалял, ще кажем, че флуорът е редуциран. И тук може да кажеш: "Почакай! Използваме думата окислен, въпреки че никъде тук няма кислород." Един начин да го разглеждаш, е ако някой ти каже, че те е измамил Бърни Мейдоф (голям финансов измамник в САЩ) това не означава, че ти си имал работа с Бърни Мейдоф. Това означава просто, че с теб са постъпили така, както би постъпил Бърни Мейдоф. Някой е взел парите ти, обещал е да ги инвестира, но вместо това ги е сложил в пирамида. И дори този човек да не е Бърни Мейдоф, може да се каже, че те е ужилил "Бърни Мейдоф". Тук флуорът прави с водорода това, което би направил кислородът. Той му взима електрона. Той окислява водорода. Това е начинът, по който аз го помня. Нещо се окислява, ако губи електрон. И мисля, това е нещото, което би направил кислородът. Кислородът е много електроотрицателен. Той обикновено отнема електрони от другите атоми. Има и други начини, по които можеш да запомниш кое е окисление и кое редукция. И ще ти ги покажа просто защото може да са полезни и се преподават в много курсове по химия (в САЩ). Един начин е, че лъвът ЛЕО казва ГЕР. Пиша "казва" с малки букви, защото то не участва в играта на думи. LEO the lion says GER. Това е за да запомниш, че отдаването на електрон означава окисление (LEO = Losing Electrons is Oxidation). И получаването на електрони е редукция. (GER = Gaining Electrons is Reduction). Това е просто мнемоника (начин за лесно запаметяване). Друг начин е OIL RIG. Окислението е загуба на електрони: OIL = Oxidation Is Losing electrons, редукцията е получаване на електрони RIG = Reduction Is Gaining electrons.