Восстановитель - это что такое? Виды, реакции, примеры

Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе многих важных процессов в природе и промышленности. Ключевыми участниками этих реакций являются окислители и восстановители. Давайте разберемся, что из себя представляет восстановитель и какую роль он играет.

Определение восстановителя

Итак, восстановитель - это реагент, который отдает электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции. При этом сам восстановитель окисляется, то есть его степень окисления повышается. Говоря проще, восстановитель - это тот, кто жертвует своими электронами.

Основные характеристики восстановителя:

• Отдает электроны в реакции
• Степень окисления повышается
• Сам окисляется
• Является донором электронов

Роль восстановителя в реакции состоит в том, чтобы отдать свои электроны окислителю - другому участнику реакции. За счет этого окислитель восстанавливается, а сам восстановитель окисляется. То есть названия "восстановитель" и "окислитель" в реакции всегда относительны.

Примеры типичных восстановителей

• Металлы (Na, Mg, Al, Zn и др.)
• Водород
• Оксид углерода(II)
• Сера в низших степенях окисления

На практике восстановители широко используются при получении металлов, восстановлении органических соединений, очистке сточных вод и во многих других процессах.

Восстановитель это элементы в низшей степени окисления

Как мы уже выяснили, восстановитель - это реагент, способный отдавать электроны. А способность к отдаче электронов определяется степенью окисления элемента.

Степень окисления показывает, сколько электронов атом может потерять или принять при образовании химических связей. Чем выше степень окисления, тем больше электронов атом уже потерял и тем меньше он готов отдать. И наоборот - чем ниже степень окисления, тем больше у атома осталось электронов, и тем охотнее он будет ими делиться.

Поэтому восстановительными свойствами обладают в основном элементы, находящиеся в низких степенях окисления . У них достаточно электронов, чтобы поделиться ими с окислителем.

Примеры восстановителей в различной степени окисления:

Как видно из примеров, металлы в нулевой степени окисления являются наиболее сильными восстановителями. С повышением степени окисления их восстановительная активность снижается.

Реакционная способность типичных восстановителей

Восстановителем является любой реагент, способный отдавать электроны и восстанавливать другие вещества. Рассмотрим реакционную способность некоторых типичных представителей.

Щелочные и щелочноземельные металлы

Щелочные (Na, K, Li и др.) и щелочноземельные металлы (Mg, Ca, Ba и др.) в силу своей низкой степени окисления (+1 и +2 соответственно) являются очень активными восстановителями. Они легко отдают электроны, восстанавливая кислород, галогены, оксиды тяжелых металлов и другие трудновосстановимые соединения.

Восстановительные свойства углерода

Углерод в свободном состоянии имеет степень окисления 0, то есть это типичный восстановитель. Оксид углерода(II) или угарный газ, также обладает выраженными восстановительными свойствами, о чем свидетельствует его применение при получении металлов.

Силиций и алюминий в роли восстановителей

Металлоид кремний и легкий металл алюминий в нулевой степени окисления проявляют восстановительные свойства. Например, кремний применяют для восстановления галогенов, а алюминий - при получении многих металлов.

Аммиак и гидриды как эффективные восстановители

Аммиак NH3 благодаря наличию неподеленной электронной пары азота проявляет восстановительные свойства. Он используется для восстановления оксидов металлов в лаборатории и промышленности. Еще более сильными восстановителями являются аммиачные растворы щелочных металлов, например Na, Li, K.

Гидриды металлов, содержащие атом водорода с высоким отрицательным окислительным числом, тоже проявляют восстановительную активность. Гидриды щелочных металлов используются для восстановления многих органических соединений.

Сравнение реакционной способности разных восстановителей

Активность восстановителей можно сравнить по их стандартным электродным потенциалам. Чем меньше (отрицательнее) этот потенциал, тем сильнее восстановительные свойства реагента. Расположим некоторые типичные восстановители в порядке уменьшения силы:

1. Щелочные металлы (Na, Li)
2. Углерод
3. Водород
4. Сера (-2)
5. Алюминий

Конкретные значения потенциалов и, следовательно, активности могут меняться в зависимости от условий реакции и состава раствора.

Примеры использования восстановителей

Процессы с участием восстановителей находят широкое применение в различных областях - металлургии, органическом синтезе, очистке сточных вод и других.

Получение металлов восстановлением из оксидов

Многие металлы промышленным способом получают восстановлением их оксидов углеродом, алюминием или водородом. Классический пример - производство чугуна в доменной печи.

Восстановление органических соединений

В органической химии широко применяют реакции восстановления карбонильных соединений (альдегидов, кетонов и др.) до спиртов с помощью гидридов металлов или комплексных гидридов.