氧化剂

氧化还原反应中获电子的物质

氧化剂是在 氧化还原反应 中,获得 电子 的物质。氧化剂具有氧化性,得到电子 化合价 降低,发生还原反应,得到 还原产物 。

简介

在氧化还原反应中,获得电子的物质称作氧化剂,与此对应,失去电子的物质称作 还原剂 。狭义地说,氧化剂又可以指可以使另一物质得到氧的物质,以此类推, 氟化剂 是可以使物质得到氟的物质。 氯化剂 、溴化剂等亦然。

(注:这两种定义有不同,前者强调电子的得失,后者则强调 氧 的得失。根据前者定义,一些物质,如 二氟化氙 是 强氧化剂 ,而根据后者定义,则为氟化剂。本词条主要描述前者。)

含有容易得到电子元素的物质,即氧化性强的物质常用氧化剂。

化学性质

氧化剂具有的得电子的性质称为氧化性,氧化性的决定因素是该物质中高价态元素的得电子倾向。在溶液中,根据双电层理论,氧化性的大小反映为氧化剂的标准氢电极 电势 :电势越高,则氧化性越强;电势越低,则氧化性越弱,相对应的,其还原态的还原性则越强。

在水中,大部分氧化剂的氧化反应分为三个步骤:解离,亲和,合。这三步决定了氧化反应半反应的焓,对氧化剂的氧化性有非常大的影响。

氢离子也对含氧的氧化剂的氧化性起到非常大的作用,原因是氢离子具有非常大的反极化能力,使得X-O键不稳定(X指氧化剂中心原子)。因此一般在酸性条件下,含氧化剂的氧化性比其在碱性时强。对于一些不受氢离子影响的物种,如Cl2,Br2等,其氧化性则与 pH 无关。

另外,氧化剂的氧化性还受到分子对称性的影响,一般分子越对称越稳定,如 高氯酸 在水中完全 电离 出 高氯酸根 ,其对称性相当好,使得高氯酸根在水中的氧化性并不是很强。因此对于非金属 含氧酸 ,一般是高价态氧化性不如低价态。

分类

根据物质的得 电子 能力强弱,可将其分为 强氧化剂 、中等强度氧化剂与弱氧化剂,以大致描述其在 氧化还原反应 中的表现。然而这个分类的界线是模糊的,有时以氧气(O2/H2O,E∅=1.229V)和铁离子(Fe3+/Fe2+,E∅=0.771V)。为界,氧化性超过氧气的物种为强氧化剂,弱于铁离子的为弱氧化剂,介于两者之间的为中等强度氧化剂。

按其危险性大小,分为一级氧化剂和二级氧化剂。

氧化剂按照 化学 组成分为 无机化合物 氧化剂和 有机氧化剂 。又可按照氧化反应所要求的介质分为以下3类:

(1)酸性介质氧化剂(例: 过氧化氢 、 过氧乙酸 、 重铬酸钠 、铬酸、 硝酸 、 高锰酸钾 、 过硫酸铵 )。

(2)碱性介质氧化剂(例: 次氯酸钠 、 过 碳酸钠 、 过硼酸 钠 、过硼酸钾)。

(3)中性氧化剂(例:溴、碘)。

应用

(1)在 化学工业 中,广泛用于多种原料和成品生产。在冶金中常用氧化剂以去除杂质而 提纯 所熔炼的金属,如炼钢过程中所用的氧化剂有铁矿石、铁磷、空气或工业纯氧等。在 化学电池 中,常用氧化剂以去除正极上所放出的氧,称为“去除剂”,如干电池中所用的 二氧化锰 。

(2)氧化剂遇热分解,易引起燃烧爆炸,所以不得受热。

(3)许多氧化剂易爆炸,如 氯酸盐 类、 硝酸盐 类,特别是 有机过氧化物 等,经摩擦、撞击、震动等作用后,易引起爆炸,所以要轻装轻卸。

(4)遇 有机化合物 、易燃物品、 可燃物 等会发生强烈反应,甚至会引起燃烧爆炸。所以氧化剂的包装材料、仓库和运输车辆等,必须彻底清扫干净,以防混入杂质,发生危险。

(5)大多数氧化剂遇酸剧烈反应,甚至发生爆炸,如 氯酸钾 、过氧化苯甲酰等,遇 硫酸 即发生爆炸。 所以这些氧化剂不得与酸类或碱性物质接触;万一起火,就不可用酸碱灭火器扑救。

(6)有些氧化剂遇水分解,特别是活泼金属的 过氧化物 ,如 过氧化钠 等,遇水分解发热,并放出氧,易使可燃物燃烧,所以这类氧化剂不得受潮;灭火时禁止用水。

(7)有些氧化剂与其他氧化剂接触后能发生 复分解反应 而产生高温,引起燃烧甚至爆炸。例如 亚硝酸盐 ,次 亚氯酸 等遇到比它强的氧化剂时,即显出还原性,会发生剧烈反应而导致危险。所以各种氧化剂也不可任意放。

(8)有些氧化剂,如 溴酸银 等遇日光照射即分解,所以应该避光。有许多氧化剂有腐蚀性和毒性,如如 三氧化铬 ,尚需注意人体防护。

常见氧化剂

常见的氧化剂中, 氟气 的氧化性最强,相应的,氟离子的还原性最弱,实际上,仅有少数化合物能氧化氟离子生成氟气,且基本为 歧化反应 。

凡品名中有"高"、"重"、“过”字的,如 高氯酸盐 、 高锰酸盐 、 重铬酸盐 , 过氧化钠 等,都属于此类物质。常见的氧化剂有 氧气 (或空气)、 氯 、重铬酸钠、 重铬酸钾 、 高锰酸钾 、 硝酸 等。常见的这类物质有:

氯酸盐 :ClO3-;高氯酸盐:ClO4-; 无机过氧化物 :Na2O2、K2O2、MgO2、CaO2、BaO2、 过氧化氢 ; 硝酸盐 :NO3-;高锰酸盐:MnO4-。

举例:

注意事项

选择氧化剂应当考虑如下几点:

(1)氧化效率和用量。

(2)与被氧化体系配合性,在反应过程中稳定,不易挥发降低效力,不发生副反应,不影响最终产品的性能。

(3)氧化剂本身在储存过程中不易变质失效。

(4)使用复合氧化剂制得的胶黏剂明显优于单一氧化剂的作用。

(5)低毒安全,不损害健康,不污染环境。

(6)价廉易得。

存储和运输

(1)除不燃烧气体外,不得与其他性质抵触的物品共同储存;不同品种的氧化剂应分垛存放,严禁混入有机 可燃物 。仓库储存前后与运输车辆装卸前后,均应彻底清扫,严防混入杂质。

(2)包装要完好、密扎不得撒漏,以免危险。如遇包装破损,应立即采取措施,漏出部分须彻底扫除。

(3)仓库不得漏水,并应防止 酸雾 等侵入,严禁与酸类混放。仓库应阴凉通风,防止日光曝晒。

(4)储运过程中应避免摩擦、撞击。可参照爆炸物品。

(5)应单独装运,不得与酸类、 有机化合物 、 还原剂 等并车装运。在一般情况下,一级 无机化合物 氧化剂不得与 有机氧化剂 配装; 亚硝酸盐 类、 亚氯酸盐 类与次亚氯酸盐不得与其他无机氧化剂配装。

氧化剂与自燃、易燃、遇水燃烧品不得混装。

参考资料

  1. 慎接触!漂白粉、双氧水、消毒液……|危化品防护专题 m.toutiao.com 2022-06-23