1. Окисление и восстановление в работах Лавуазье

Впер­вые о про­цес­се окис­ле­ния стали го­во­рить после до­ка­за­тель­ства А. Ла­ву­а­зье, того, что кис­ло­род – со­став­ная часть воз­ду­ха. Имен­но тогда уче­ный пред­ло­жил так на­зы­ва­е­мую тео­рию го­ре­ния: го­ре­ние пред­став­ля­ет собой вза­и­мо­дей­ствие ве­ще­ства с кис­ло­ро­дом воз­ду­ха. На­при­мер, про­цесс го­ре­ния маг­ния на воз­ду­хе опи­сы­ва­ет­ся урав­не­ни­ем:

2Mg + O₂ = 2MgO

В даль­ней­шем ре­ак­ции го­ре­ния стали рас­смат­ри­вать как част­ный слу­чай ре­ак­ций окис­ле­ния. На­при­мер, медь не горит, а окис­ля­ет­ся кис­ло­ро­дом до ок­си­да меди (II):

2Сu + O₂ = 2CuO

Таким об­ра­зом, в ре­зуль­та­те ис­сле­до­ва­ний Ла­ву­а­зье, по­яви­лось такое опре­де­ле­ние про­цес­са окис­ле­ния: Окис­ле­ние – это вза­и­мо­дей­ствие ве­ще­ства с кис­ло­ро­дом, в ре­зуль­та­те ко­то­ро­го об­ра­зу­ет­ся оксид или несколь­ко ок­си­дов.

До работ Ла­ву­а­зье вос­ста­нов­ле­ни­ем счи­тал­ся любой про­цесс об­ра­зо­ва­ния про­сто­го ве­ще­ства. После фор­ми­ро­ва­ния новых пред­став­ле­ний о про­цес­се окис­ле­ния под вос­ста­нов­ле­ни­ем стали по­ни­мать про­цесс, об­рат­ный окис­ле­нию: Вос­ста­нов­ле­ние – про­цесс «от­щеп­ле­ния» кис­ло­ро­да из ок­си­да, при­во­дя­щий к об­ра­зо­ва­нию про­сто­го ве­ще­ства.

На­при­мер, медь вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся из ок­си­да меди (II) при его на­гре­ва­нии с во­до­ро­дом:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Во­до­род в дан­ном слу­чае иг­ра­ет роль вос­ста­но­ви­те­ля (т.е. он «от­ще­пил» атомы кис­ло­ро­да от ок­си­да).

Итак, после ис­сле­до­ва­ний Ла­ву­а­зье, пред­став­ле­ния уче­ных о про­цес­се го­ре­ния из­ме­ни­лись. Го­ре­ние стало рас­смат­ри­вать­ся как част­ный слу­чай окис­ле­ния, а про­цесс, об­рат­ный окис­ле­нию, на­зва­ли вос­ста­нов­ле­ни­ем.

 2. Факты, противоречащие теории Лавуазье

В XIX веке пред­став­ле­ния о про­цес­сах окис­ле­ния и вос­ста­нов­ле­ния были рас­ши­ре­ны. До­пол­не­ния, вно­си­мые в мо­дель, были обу­слов­ле­ны по­яв­ле­ни­ем новых экс­пе­ри­мен­таль­ных фак­тов, про­ти­во­ре­ча­щих тео­рии Ла­ву­а­зье. На­при­мер, вы­яс­ни­лось, что ве­ще­ства могут го­реть не толь­ко в ат­мо­сфе­ре кис­ло­ро­да. Таким об­ра­зом, на­трий горит в ат­мо­сфе­ре хлора, при этом об­ра­зу­ет­ся хло­рид на­трия (по­ва­рен­ная соль):

2Na + Cl₂ = 2NaCl

Если в рас­твор суль­фа­та меди (II) опу­стить же­лез­ный гвоздь, то через неко­то­рое время гвоздь по­кро­ет­ся слоем меди.

Рис. 1. Вза­и­мо­дей­ствие же­ле­за с рас­тво­ром суль­фа­та меди(II)

Урав­не­ние этой ре­ак­ции:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Оче­вид­но, что про­изо­шло вос­ста­нов­ле­ние меди. Но мы опять стал­ки­ва­ем­ся с про­ти­во­ре­чи­ем пред­став­ле­ни­ям Ла­ву­а­зье: в со­став ни од­но­го из участ­ни­ков ре­ак­ции не вхо­дят атомы кис­ло­ро­да. Таким об­ра­зом, вос­ста­нов­ле­ние может про­те­кать без от­щеп­ле­ния ато­мов кис­ло­ро­да.

Об­су­дим ре­зуль­та­ты еще од­но­го опыта, в ре­зуль­та­те ко­то­ро­го про­те­ка­ет все та же ре­ак­ция вос­ста­нов­ле­ния меди из суль­фа­та меди (II). Для этого возь­мем два ста­ка­на с рас­тво­ра­ми солей – суль­фа­та меди (II) и суль­фа­та же­ле­за (II). В ста­кан с рас­тво­ром суль­фа­та меди (II) опу­стим гра­фи­то­вый элек­трод, а в дру­гой ста­кан (с рас­тво­ром суль­фа­та же­ле­за (II)) – же­лез­ный элек­трод. Со­еди­ним рас­тво­ры в обоих ста­ка­нах труб­кой, за­пол­нен­ной рас­тво­ром соли (со­ля­ной мо­стик). Под­со­еди­ним элек­тро­ды к ам­пер­мет­ру. Через неко­то­рое время уви­дим, что в цепи по­явил­ся элек­три­че­ский ток, гра­фи­то­вый элек­трод по­крыл­ся слоем меди, а часть же­лез­но­го элек­тро­да рас­тво­ри­лась.

Урав­не­ние этой ре­ак­ции: Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Уди­ви­тель­но, что в ходе этой ре­ак­ции же­ле­зо непо­сред­ствен­но не со­при­ка­са­лось с рас­тво­ром суль­фа­та меди (II). Ин­те­рес­но и то, что в ходе ре­ак­ции по­явил­ся элек­три­че­ский ток.

И еще один уди­ви­тель­ный факт. Ока­зы­ва­ет­ся, что медь можно вос­ста­но­вить из рас­тво­ра ее соли и без ка­ко­го-ли­бо ре­а­ген­та. В этом слу­чае роль вос­ста­но­ви­те­ля будет иг­рать от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ный элек­трод. Если в ста­кан с рас­тво­ром хло­ри­да меди (II) опу­стить два гра­фи­то­вых элек­тро­да и про­пу­стить через него элек­три­че­ский ток, то на ка­то­де оса­жда­ет­ся медь, а на аноде вы­де­ля­ет­ся хлор.