Электрон завоевал физику, а потом и химию, став для этой науки почти идолом. Окислительно-восстановительные реакции находятся во власти электронных переходов от одного атома к другому как внутри молекулы, так и между молекулами.
Перемещение электронов сопровождается изменениями степени окисления атомов, участвующих в этих процессах.

1. Требуется агрессор

Самый известный из окислителей – кислород. Он – главный виновник медленного окисления органических и неорганических веществ (гниение дерева, коррозия металлов) и быстрого окисления (горения).

А могут ли быть окислителями другие вещества, например, такие неметаллы, как водород, сера или фосфор?

2. Он окисляет воду

Существует газ-окислитель, который сильнее кислорода: в нём горит даже вода.

Что получается в результате такого горения?

3. Голубое холодное пламя

В 1796 г. немецкий химик и металлург Вильгельм Лампадиус изучал свойства серы. В одном из опытов он пропускал пары серы через слой раскаленного древесного угля, а потом – через холодильник.

В результате Лампадиус получил бесцветную жидкость с «эфирным» запахом, которая вела себя необычно: она не растворялась в воде, а нагретая стеклянная палочка вызывала её воспламенение.

Горела жидкость голубоватым пламенем. Когда Лампадиус неосторожно внес в пламя руку, он не почувствовал тепла, а лист бумаги в пламени не загорался.

Что это была за странная жидкость?

4. Поджигает... вода!

Если смешать порошок металла (цинка или алюминия) с измельчёнными кристаллами некоторого неметалла, а потом добавить каплю воды, начинается бурная окислительно-восстановительная реакция с выделением теплоты, света и фиолетовых паров.

Что это за реакция?

5. Первые спички

Немецкий химик Ян Каммерер работал учителем химии. В 1820 г. он показал своим ученикам рискованный опыт.

Смешав под водой воскообразное белое вещество с бесцветными кристаллами соли, полученной французским химиком Бертолле и названной его именем, он добавил гуммиарабик (клей), а потом погрузил в образовавшееся «тесто» пучок осиновых палочек.

Затем палочки были извлечены из смеси и осторожно высушены. Каммерер раздал палочки своим подопечным и попросил провести ими по поверхности стола.

Все палочки воспламенились, ученики были в восторге: ведь они держали в руках первые спички.

Какие вещества использовал Каммерер?

6. Холод тормозит реакции

В 1962 г. американский химик В. Соломон осуществил следующий опыт. Он охладил аммиак до -80°С и затвердевший NH₃ обработал жидким озоном.

В результате получился озонид аммония NH₄О₃ – твёрдый продукт красного цвета. И это было невероятно: хорошо известная реакция между газообразными аммиаком и озоном приводит к воспламенению смеси, а иногда к взрыву:

6NH₃ + 5О₃ → 3N₂ + 3О₂ + 9Н₂О

А вот ещё один химический парадокс. При температуре ниже -80°С и в среде диэтилового эфира кристаллический триоксид серы (один из сильнейших окислителей) присоединяет молекулы жидкого сероводорода (сильнейшего восстановителя), образуя соединение H₂S•SO₃.

В обычных условиях при контакте этих веществ тотчас идёт окислительно-восстановительная реакция:

3H₂S + SО₃ = 3H₂О + 4S↓

Как это объяснить?

7. Горючая смесь для немецких ракет

Горючее для немецких ракет «Фау», которыми фашисты обстреливали Лондон в 1944 г., представляло собой бесцветную, сильно дымящую на воздухе жидкость, хорошо растворимую в воде. В молекулах этого вещества содержались атомы только водорода и азота.

Второй компонент горючей смеси немецких ракет («окислитель») – тоже был жидким, но светло-жёлтого цвета; при комнатной температуре он начинал выделять бурые пары.

В составе молекул «окислителя» содержались атомы только азота и кислорода. Смесь «горючего» и «окислителя» самовоспламенялась.

Что это за вещества и как они взаимодействуют между собой?

8. Химический хамелеон

В XIX в. для химического анализа различных веществ применялся раствор «хамелеона». В исходном состоянии он был фиолетовым, а при реакциях с восстановителями в кислотной среде обесцвечивался.

Если реакции протекали при большом избытке щёлочи, раствор становился зелёным. А в нейтральной среде восстановители делали «хамелеона» буро-коричневым.

О каком веществе идет речь?

9. Почему отбеливает «Белизна»?

Раствор для отбеливания с этим названием сильно пахнет хлором, а попадая на руки, разъедает кожу, как щёлочь.

Какие вещества содержатся в «Белизне»?

10. Медные фокусы

В 1928 г. чешский химик И. Друце обнаружил, что, если медные стружки залить концентрированной серной кислотой и нагреть до 200°С, получается раствор зелёного цвета. При смешивании этого раствора с безводным метанолом (метиловым спиртом) выпадает белый осадок.

Друце попытался растворить этот осадок в воде и получил раствор голубого цвета, а на дне сосуда оказались крупинки металлической меди.

Какое вещество получил Друце?

11. Обновили!..

Серебряные столовые приборы часто украшают «черненым» рисунком. Подобные узоры можно встретить и на мельхиоровых ложках, вилках и ножах.

Однажды после званого ужина все ложки, вилки и ножи, залив мыльной водой, оставили в тазике из оцинкованного железа. Наутро оказалось, что все приборы из серебра и мельхиора стали белыми как снег, а столь ценный «черненый» рисунок пропал.

Что же произошло?

12. Колосс Родосский и затонувшая яхта миллионера

В III в. до н.э. на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи Гелиоса. Колосс Родосский считался одним из семи чудес света, однако он просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения.

В 20-е гг. XX в. произошла менее известная катастрофа. Рассказывают, что по заказу одного американского миллионера была построена роскошная яхта «Зов моря». Ещё до выхода в открытое море яхта полностью вышла из строя. Учёные считают, что в обоих случаях причиной произошедших событий были окислительно-восстановительные процессы.

Какие именно?

13. Гесс и «солероды»

Российский химик Герман Иванович Гесс в 1831 г. изучал химию «солеродов» (так он называл галогены). Однажды он добавил порошок йода к подкисленному водному раствору бертолетовой соли и с изумлением обнаружил, что выделяется хлор.

Химики того времени уже знали, что газообразный хлор вытесняет йод из иодидов щелочных металлов, а не наоборот.

Затем Гесс добавил красно-коричневую бромную воду к раствору тиосульфата натрия и получил бесцветную жидкость, где он обнаружил присутствие сульфат-ионов.

Когда же он высыпал в раствор тиосульфата натрия порошок йода, то йод растворился и обесцветился, но сульфат-ионы не появились.

Как объяснить опыты Гесса?

14. Радуга богини Ванадис

Раствор метаванадата аммония, подкисленный серной кислотой, пропустили через стеклянную колонку, наполненную гранулами амальгамированного цинка, и собрали несколько порций фильтрата в маленькие химические стаканы.

Первые порции жидкости были красно-жёлтого, следующие – голубого, затем – зелёного и, наконец, фиолетового цвета. Поразительно красивые цвета растворов были вызваны присутствием соединений ванадия в степенях окисления +V, +IV, +ІІІ и +ІІ.

Неудивительно, что данный элемент получил название по имени скандинавской богини весны и красоты Ванадис.

Какие соединения ванадия присутствуют в получаемых при восстановлении цинком ярко окрашенных растворах?

Подсмотреть ответы

Н.Г. Антонюк, кандидат химических наук, доцент, Национальный университет «Киево-Могилянская академия»