3. Восстановители, окислители. Процессы окисления и восстановления

1.3.1. Восстановители

Восстановителями могут быть нейтральные атомы, отрицательно заряженные ионы неметаллов, положительно заряженные ионы металлов в низшей степени окисления, сложные ионы и молекулы, содержащие атомы в состоянии промежуточной степени окисления, электрический ток на катоде.

Рассмотрим некоторые из них.

– Нейтральные атомы.Типичными восстановителями из нейтральных атомов являются металлы. К металлам относятсяS-элементы (кроме водорода и гелия),d–,f–элементы и 10p–элементов. Электронная конфигурация последнего электронного слоя типичных металлов-восстановителей заканчивается так:ns¹,ns²,ns²np¹,ns²(n-1)d¹.

Из нейтральных атомов восстановительные свойства могут проявлять и некоторые неметаллы, например, водород, углерод. В реакциях металлы легко отдают электрон, т.к. их энергия ионизации малая величина, и сами окисляются, повышая величину степени окисления

– это ОВР

восстановитель Mg^o – 2ē = Mg⁺²процесс окисления

окислитель 2Н⁺ + 2ē = Н₂↑процесс восстановления

^ē

восстановитель 2Zn–4ē = 2Zn⁺²окисление

окислитель O₂^o+4ē = 2O^–2восстановление

– Отрицательно заряженные ионы неметаллов.Эти ионы образуются присоединением к нейтральному атому неметалла, имеющего большое сродство к электрону, одного или нескольких электронов и превращением их в отрицательно заряженный ион. Например, электронная конфигурация атома серы такова:1s²2s²2p⁶3s²3p⁴. До завершения внешнего слоя 8-ю электронами сере не хватает двух электроновS^o….3s²3p⁴ + 2ē = …3s²3p⁶ => S^2–

У атома брома последний электронный слой имеет 7 электронов и до завершения брому не хватает одного электрона 4s²4p⁵+ ē = 4s²4p⁶==>Br¯. Отрицательно заряженные ионы являются сильными восстановителями, т.к. они легко могут отдавать не только слабо удерживаемые избыточные электроны, но и другие электроны внешнего уровня.

Восстановительная способность отрицательно заряженных ионов с одинаковым зарядом возрастает с увеличением радиуса атома. Например, восстановительная способность галогенид-ионов в ряду растет слева направо Cl^¯→Br^¯→I^¯, а фторид ион – (F^¯) восстановительных свойств вообще не проявляет. В соединенияхH₂S, H₂Se, H₂Te, PH₃, NH₃, HI, HCl, HBr, AsH₃ионы восстановители:S^2–, Se^2–, Te^2–, P^3–, N^3–, I^–, Cl^–, Br^–, As^3–.

– Положительно заряженные ионы металлов в низшей степени окисления.

Такие ионы образуются из нейтральных атомов металлов в результате потери части электронов с внешней и предвнешней оболочки, например, электронная формула марганца такова: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s². Марганец отдав 2 электрона с внешней оболочки превращается в положительно заряженный ионMn²⁺

Mn…3s²3p⁶3d⁵4s² – 2ē = …3s²3p⁶3d⁵4s^o → Mn²⁺

₂₄Cr[Ar]…3d⁵4s¹ – 2ē = ₂₄Cr[Ar]3d⁴4s^o → Cr²⁺

₂₆Fe[Ar]…3d⁶4s² – 2ē = ₂₆Fe[Ar]…3d⁶4s^o → Fe²⁺

Положительно заряженные ионы металлов в низшей степени окисления в реакциях проявляют восстановительные свойства, например:

10FeSO₄+8H₂SO₄+2KMnO₄ → 5Fe₂(SO₄)₃+K₂SO₄+2MnSO₄+8H₂O

восстановитель 2Fe²⁺ – 2ē = 2Fe³⁺окисление

окислитель MnO₄^– + 8H⁺ + 5ē = Mn²⁺ + 4H₂O восстановление

или 2Fe – 2ē = 2Fe³⁺; Mn⁺⁷ + 5ē = Mn⁺²

– Сложные ионы и молекулы, содержащие атомы в состоянии промежуточной степени окисления,являются восстановителями. Например,

5NaNO₂+2KMnO₄+3H₂SO₄ → 2MnSO₄+5NaNO₃+K₂SO₄+3H₂O

восстановитель NO₂^– + H₂O – 2ē = NO₃^– + 2H⁺

окислитель MnO₄^–+8H⁺ + 5ē = Mn²⁺ + 4H₂O

или – 2ē =

+ 5ē =

В соединении MnO₂марганец находится в промежуточной степени окисления (+4), а в процессе отдачи электронов он окисляется и его степень окисления возрастает до 6.

восстановитель	–2ē =	3процесс окисления
окислитель	+ 6ē=	1процесс восстановления

восстановитель	MnO2 + 4OH– – 2ē = MnO42– + 2H2O	3процесс окисления
окислитель	ClO3– + 3H2O + 6ē = Cl– + 6OH–	1процесс восстановления