Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Восстанавливающий агент (также называемый восстановителем или редуктором ) представляет собой элемент или соединение , которое теряет (или «жертвует») электроны на реципиент электронов ( окислитель ) в окислительно - восстановительной химической реакции.

Таким образом, восстановитель окисляется, когда он теряет электроны в окислительно-восстановительной реакции. Восстановители «восстанавливают» (или «окисляются») окислителями. Окислители «окисляют» (то есть восстанавливаются) восстановители.

Исторически восстановление относилось к удалению кислорода из соединения, отсюда и название «восстановление». Современный смысл донорства электронов является обобщением этой идеи, признавая, что другие компоненты могут играть аналогичную химическую роль с кислородом.

В их предреакционных состояниях у восстановителей есть лишние электроны (то есть они сами по себе восстанавливаются), а у окислителей нет электронов (то есть они сами по себе окисляются). Восстановитель обычно находится в одной из своих более низких возможных степеней окисления и известен как донор электронов. Примеры восстановителей включают земельные металлы, муравьиную кислоту , щавелевую кислоту и сульфитные соединения.

Например, рассмотрим общую реакцию на аэробное клеточное дыхание :

C 6 H 12 O 6 (т) + 6O 2 (г) → 6CO 2 (г) + 6H 2 O (л)

Кислорода (O 2 ) сокращается, так что окислитель. Глюкозы (С 6 Н 12 О 6 ) будет окисляться, так что восстанавливающий агент.

В органической химии восстановление обычно относится к добавлению водорода к молекуле, хотя вышеупомянутое определение все еще применимо. Например, бензол восстанавливается до циклогексана в присутствии платинового катализатора :

С 6 Н 6 + 3 Н 2 → С 6 Н 12

Характеристики [ править ]

Рассмотрим следующую реакцию:

2 [Fe (CN) 6 ] 4- + Cl
2→ 2 [Fe (CN) 6 ] 3− + 2 Cl-

Восстановителем в этой реакции является ферроцианид ( [Fe (CN) 6 ] 4– ). Он отдает электрон, окисляясь до феррицианида ( [Fe (CN) 6 ] 3– ). Одновременно в окислителе хлор восстанавливается до хлорида .

Сильные восстановители легко теряют (или отдают) электроны. Атом с относительно большим атомным радиусом, как правило, является лучшим восстановителем. У таких разновидностей расстояние от ядра до валентных электронов настолько велико, что эти электроны не сильно притягиваются. Эти элементы обычно являются сильными восстановителями. Хорошие восстановители, как правило, состоят из атомов с низкой электроотрицательностью , способностью атома или молекулы притягивать связывающие электроны, а частицы с относительно небольшой энергией ионизации также служат хорошими восстановителями. Мера материала для уменьшения или получения электронов известна как его восстановительный потенциал. [1]В таблице ниже показаны несколько потенциалов восстановления (которые можно изменить на потенциалы окисления, изменив знак на противоположное). Восстановители могут быть ранжированы по увеличению силы путем ранжирования их восстановительных потенциалов. Восстановитель сильнее, когда он имеет более отрицательный восстановительный потенциал, и слабее, когда он имеет более положительный восстановительный потенциал. В следующей таблице представлены потенциалы восстановления указанного восстановителя при 25 ° C. Например, среди Na, Cr, Cu + и Cl - Na является самым сильным восстановителем, а Cl - самым слабым.

[2]

Обычные восстановители включают металлы калий, кальций, барий, натрий и магний, а также соединения, содержащие ион H - , например NaH , LiH , [3] LiAlH 4 и CaH 2 .

Некоторые элементы и соединения могут быть как восстановителями, так и окислителями . Газообразный водород является восстановителем, когда он реагирует с неметаллами, и окислителем, когда он реагирует с металлами.

2 Li (тв) + H 2 (г) → 2 LiH ( тв ) [а]

Водород действует как окислитель, потому что он принимает донорские электроны от лития, что вызывает окисление Li.

H 2 (г) + F 2 (г) → 2 HF (г) [б]

Водород действует как восстанавливающий агент, потому что он отдает свои электроны фтору, что позволяет восстанавливать фтор.

Важность [ править ]

Восстановители и окислители ответственны за коррозию , то есть «разложение металлов в результате электрохимической активности». [1] Коррозия требует наличия анода и катода . Анод - это элемент, который теряет электроны (восстановитель), поэтому окисление всегда происходит на аноде, а катод - это элемент, который приобретает электроны (окислитель), поэтому восстановление всегда происходит на катоде. Коррозия возникает всякий раз, когда есть разница в окислительном потенциале. Когда он присутствует, металл анода начинает разрушаться, если есть электрическое соединение и присутствие электролита .

Пример окислительно-восстановительной реакции [ править ]

Пример восстановительно-окислительной реакции между натрием и хлором с мнемоникой OIL RIG [4]

Образование оксида железа (III) ;

4Fe + 3O 2 → 4Fe 3+ + 6O 2− → 2Fe 2 O 3

В приведенном выше уравнении железо (Fe) имеет степень окисления 0 до и 3+ после реакции. Для кислорода (O) степень окисления начиналась с 0 и снижалась до 2–. Эти изменения можно рассматривать как две « полуреакции », которые происходят одновременно:

  1. Половина реакции окисления: Fe 0 → Fe 3+ + 3e -
  2. Половина реакции восстановления: O 2 + 4e - → 2 O 2−

Железо (Fe) окислилось, потому что степень окисления увеличилась. Железо является восстановителем, потому что оно дало электроны кислороду (O 2 ). Кислород (O 2 ) был восстановлен, потому что степень окисления уменьшилась, и является окислителем, потому что он забирает электроны у железа (Fe).

Общие восстановители [ править ]

  • Литий - алюминий гидрид (LiAlH 4 ), очень сильный восстановитель
  • Red-Al (NaAlH 2 (OCH 2 CH 2 OCH 3 ) 2 ), более безопасная и стабильная альтернатива алюмогидриду лития
  • Возникающий (атомарный) водород
  • Водород без подходящего катализатора или с ним, например катализатор Линдлара.
  • Амальгама натрия (Na (Hg))
  • Натрий-свинцовый сплав (Na + Pb)
  • Амальгама цинка (Zn (Hg)) (реагент для восстановления Клемменсена )
  • Диборан
  • Боргидрид натрия (NaBH 4 )
  • Соединения, содержащие ион Fe 2+ , такие как сульфат железа (II)
  • Соединения, содержащие ион Sn 2+ , такие как хлорид олова (II)
  • Диоксид серы (иногда также используется как окислитель ), сульфитные соединения
  • Дитионаты , например Na 2 S 2 O 6
  • Тиосульфаты , например Na 2 S 2 O 3 (в основном в аналитической химии)
  • Йодиды , например KI (в основном в аналитической химии)
  • Перекись водорода ( H
    2    О
    2    ) - в основном окислитель, но иногда может действовать как восстановитель (обычно в аналитической химии).
  • Гидразин ( восстановление Вольфа-Кишнера )
  • Гидрид диизобутилалюминия (DIBAL-H)
  • Щавелевая кислота ( C
    2    ЧАС
    2    О
    4    )
  • Муравьиная кислота (HCOOH)
  • Аскорбиновая кислота (C 6 H 8 O 6 )
  • Уменьшение сахара
  • Фосфиты , гипофосфиты и фосфористая кислота
  • Дитиотреитол (DTT) - используется в биохимических лабораториях, чтобы избежать связей SS.
  • Окись углерода (CO)
  • Цианиды в гидрохимических металлургических процессах
  • Углерод (C)
  • Трис-2-карбоксиэтилфосфина гидрохлорид (TCEP)

См. Также [ править ]

  • Органическое восстановление
  • Окислитель
  • Электрохимия
  • Акцептор электронов
  • Электронный донор
  • Электросинтез
  • Коррозия
  • Электролит
  • Редокс
  • Уменьшающий эквивалент

Заметки [ править ]

  1. ^ Половинные реакции : 2 Li 0 (s) → 2 Li + (s) + 2 e -  ::::: H 2 0 (g) + 2 e - → 2 H - (g)
  2. ^ Половинные реакции : H 2 0 (g) → 2 H + (g) + 2 e -  ::::: F 2 0 (g) + 2 e - → 2 F - (g)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «Значения электродного восстановления и окислительного потенциала» . www.siliconfareast.com . Проверено 29 марта 2018 года .
  2. ^ "Стандартные электродные потенциалы" . hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Проверено 29 марта 2018 года .
  3. ^ Aufray МЫ, Menuel S, Форт Y, Эшбы J, D Rouxel, Винсент В (2009). «Новый синтез наноразмерных оксидов ниобия и частиц ниобата лития и их характеристика с помощью анализа XPS» (PDF) . Журнал нанонауки и нанотехнологий . 9 (8): 4780–4789. DOI : 10,1166 / jnn.2009.1087 . PMID 19928149 .  
  4. ^ http://bbc.co.uk/bitesize/guides/zx2bh39/revision/5

Дальнейшее чтение [ править ]

  • «Химические принципы: поиски понимания», третье издание. Питер Аткинс и Лоретта Джонс стр. F76

Внешние ссылки [ править ]

  • Таблица, обобщающая силу восстановителей на Wayback Machine (архивная копия от 11 июня 2011 г.)