Окисления

Окисления (рус. окисление (оксигенирование), англ. Oxygenation; нем. Oxygenation f) – химический процесс, при котором элемент (или соединение) теряет электроны, при этом степень окисления ее элементов повышается. Название связано с кислородом, поскольку взаимодействие субстанций с кислородом, озоном, пероксидами и другими окислителями с образованием кислородных соединений принадлежит к наиболее распространенным (и первых изученных) процессов окисления.


Окисления Вещество A как восстановитель отдает один электрон.



Восстановление: Вещество В качестве окислителя принимает электрон.



Окислительно-восстановительная реакция: Вещество А отдает электрон веществе В.

При окислении вещества в результате отдачи электронов увеличивается его степень окисления. Атомы окислителя называются акцепторами электронов в противовес атомам восстановителя, что теряют электроны и потому называются донорами. В некоторых случаях, молекула исходного соединения может стать на стабильный и распасться на более стабильные и более мелкие составляющие. При этом некоторые из атомов имеют более высокую степень окисления, чем те же атомы в исходной молекуле.
Окислитель, когда принимает электроны, приобретает восстановительных свойств и превращается в сопряженный восстановитель:
окислитель + e- сопряженный восстановитель.
Окисления, в частности - это реакции соединения кислорода с простыми и сложными веществами. Эти реакции происходят с разными скоростями. Если реакции окисления проходят быстро и сопровождаются выделением значительного количества тепла и света (пламя), их называют реакциями горения, или просто горением. Медленно происходят тления, гниения и дыхания.
Вследствие А., например, угля происходит снижение относительного содержания водорода и углерода при увеличении содержания кислорода. Одновременно снижается удельная теплота сгорания, повышается влажность, зольность, выход летучих веществ, снижается, а иногда и полностью теряется коксовая способность. Окислитель - реагентов, с помощью которого вводится кислород в субстрат (т.е. последний окисляется).
В атмосфере воздуха (и в чистом кислороде) могут гореть различные вещества: большинство металлов, сера, сероводород H 2 S, монооксид углерода CO, пирит FeS 2 и огромное количество органических веществ. Однако наибольшее практическое значение как горючие вещества (топливо) имеют: природный газ, нефть, уголь, торф и т.д. Эти вещества состоят главным образом из углерода и водорода, а также содержат в незначительных количествах серу, азот и другие элементы.
Конечными продуктами горения (окисления) простых веществ является их оксиды, а полного сгорания обычного топлива - CO 2, H 2 O, SO 2 и N 2. Для полного сгорания всегда нужен некоторый избыток кислорода (воздуха). При неполном сжигании (при недостатке кислорода) могут образовываться CO, S и т.д. Например:
В чистом кислороде горение происходит гораздо энергичнее, чем в атмосфере воздуха. Так, если тлеющую лучинку внести в чистый кислород, она загорается и горит ярким пламенем. Зажженная сера на воздухе горит едва заметным голубоватым пламенем, а в атмосфере кислорода интенсивно сгорает ярким пламенем:
Раскаленная железная провод на воздухе не горит, а в кислороде сгорает с треском, разбрасывая искры:
При горении равенстве вещества в чистом кислороде и в воздухе выделяется одинаковое количество тепла. Но горения в кислороде происходит быстрее и за единицу времени тепла выделяется больше. Кроме того, при горении в кислороде тепло не тратится на нагрев азота. Поэтому температура горения в чистом кислороде значительно выше, чем температура горения в воздухе.
Процессы горения (с выделением тепла и света) могут происходить не только в атмосфере кислорода (воздуха), но и в атмосфере некоторых других газов. Например, раскаленная железная провод горит в атмосфере хлора, а медная фольга - в парах серы:
При этом хлор и сера является окислителями. Однако для процессов горения топлива практическое значение как окислитель имеет только кислород.
Не все процессы окисления с участием кислорода являются процессами горения. Многие из них происходит медленно уже при обычной температуре. К таким процессам относятся, в частности, явления тления, гниения и дыхания.
Процессы тления и гниения имеют чрезвычайно большое гигиенически-санитарное значение, поскольку при этом все остатки растительных и животных организмов превращаются в неорганические соединения, главным образом в CO 2, H 2 O и N 2.
Во время медленного окисления органических веществ выделяется такое же количество тепла, как и при их горении. Однако вследствие медленного процесса небольшие количества тепла, выделяемых успевают рассеяться в окружающей среде, и поэтому гниющая вещество не нагревается. Но когда отвод тепла затруднен (например, в больших кучах), тогда она нагревается. Этим, в частности, объясняется разогрев влажного сена в стогах, сырого зерна и т.п. На этом основывается также применение навоза для нагрева почвы в парниках.
Медленное окисление горючих веществ при плохом отводе тепла может привести даже к их самовозгоранию. Так, самовозгораться может угля, составленное в большие кучи, загрязненные минеральным маслом тряпки, которые долго лежат кучей и т.д.
Дыхание
Медленное окисление лежит в основе и такого важного жизненного процесса, как дыхание. При дыхании кислород воздуха в легких соединяется с гемоглобином крови, образуя оксигемоглобин, который предоставляет артериальной крови ярко-красной окраски и разносится по всему организму. Там оксигемоглобин разлагается и кислород, который выделяется, окисляет питательные вещества организма, образуя CO 2, H 2 O и другие продукты. Диоксид углерода растворяется в крови и выносится ней по венам в легкие, где выдыхается. Лишенная оксигемоглобина венозная кровь имеет темно-красный цвет. При медленном окислении питательных веществ организма выделяется тепло, которое и обеспечивает нормальную жизнедеятельность и температуру организма.
Примером применения окисления в органической химии может служить лабораторный метод получения бензойной кислоты с толуен: