Степень окисления. Окислители и восстановители.
При реакциях окисления или восстановления происходит перемещение части или всех валентных электронов от ионов, атомов или молекул одного из вступающих в реакцию веществ к частицам другого. При этом элемент, электроны которого смещаются к атомам другого элемента (полностью в случае ионной связи или частично в случае ковалентной), проявляет положительную окисленность. Элемент, к атомам которого смещаются электроны атома другого элемента, проявляют отрицательную окисленность. Для характеристики состояния элемента в соединениях пользуются понятием степени окисления.
Степенью окисления (С.О.) называется электрический заряд (в единицах заряда электрона) атома в молекуле, вычисленный в предположении, что молекула состоит из ионов и в целом электронейтральна.
Для определения степени окисления атомов в химических соединениях различного типа необходимо знать:
1. Атомы кислорода имеют степень окисления во всех соединениях –2. Исключение составляют фторид кислорода, F2О, где кислород имеет С.О.= +2 и пероксиды, где С.О.= –1, например, Н2О2.
2. Водород во всех соединениях с неметаллами имеет С.О.=+1, в гидридах металлов степень окисления водорода С.О.= –1, пример - СаН2.
3. Степень окисления атомов в простых ионных соединениях для данного иона равна по знаку и по величине его электрическому заряду. Например, в NaCl степень окисления Na равна +1, а хлора –1, что обычно отмечается соответствующей цифрой над символом элемента: Na+1Cl-1
4. В простых веществах ( 
и др.) степени окисления элементов всегда равны нулю, так как здесь не происходит одностороннее оттягивание электронов к какому-либо одному атому.
5. Элементы главных подгрупп I, II, III групп периодической системы имеют постоянные степени окисления, равные номеру группы: Na+1Cl, Mg+2O, Al+3(NO3)3.
6. Для элементов с непостоянной степенью окисления ее значение нетрудно подчитать, зная формулу соединения и учитывая, что сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю. Определим, например, степень окисления хрома в соединении K2Cr2O7. Степень окисления калия =+1, кислорода =–2, обозначим через х степень окисления хрома. Тогда 2(+1)+2х+7(–2) =0, следовательно, х=+6. Степень окисления хрома =+6.
7. Для химических элементов положительная степень окисления не может превышать величину, равную номеру группы периодической системы Д.И.Менделеева, в которой находится данный элемент.
8. Низшая степень окисления металлов равна нулю, а неметаллов – номеру группы периодической системы Д.И. Менделеева, в которой находится данный элемент, за вычетом восьми.
Химические реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ, называются окислительно–восстановительными:
Mg + Cl2 = MgCl2
Mg0 – 2e = Mg+2
Cl20 + 2е = 2Cl-
Процесс отдачи частицей электронов, сопровождающийся повышением степени окисления, называется окислением. Процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления, называется восстановлением.В реакциях эти два процесса протекают одновременно: одни частицы окисляются, другие восстанавливаются, следовательно, окислительно-восстановительные процессы представляют собой единство двух противоположных тенденций.
Вещества, присоединяющие электроны, называются окислителями, а вещества, теряющие электроны, –восстановителями. В приведенном примере Cl2– окислитель, Mg – восстановитель.
Окислитель, присоединивший электроны, понижает свою степень окисления (восстанавливается). Восстановитель, отдавший свои электроны, повышает степень окисления (окисляется).
Только восстановителями могут быть:
а) свободные атомы металлов всех семейств (s, p, d, f);
б) элементы с наименьшей степенью окисления.
Проявление свободными металлами только восстановительных свойств объясняется способностью их атомов терять полностью или частично валентные электроны.
К восстановителям, указанным в пункте «б», относятся атомы неметаллических элементов с отрицательной степенью окисления: C-4H4, N-3H3, H2S-2, HCl-1 и другие.
Только окислителями могут быть:
а) атомы элементов с наивысшей положительной степенью окисления в соединениях;
б) атомы и молекулы фтора и кислорода.
В реакциях окисления–восстановления некоторые вещества могут выступать в зависимости от условий и окислителями, и восстановителями. Такими веществами являются: а) атомы и молекулы неметаллов главных подгрупп IV–VII групп, бор, водород; б) атомы элементов с промежуточной (между высшей и низшей) положительной степенью окисления в соединении; в) перекисные соединения. Это связано со способностью соответствующих элементов отдавать или принимать электроны, повышая или понижая при этом степень окисления. Например,
Н- ← Н → Н+,
Cl- ← Cl0 → Cl+1 → Cl+3 → Cl+5 → Cl+7
Для соединений марганца характерны степени окисления +2, +3, +4, +6, +7. Примеры веществ с разными степенями окисления: Mn0, Mn+2O, Mn+32O3, Mn+4O2, Mn+72O7. Все формы соединений марганца со степенями окисления +2, +3, +4, +6 в зависимости от условий могут проявлять окислительную и восстановительную функции, например,
Mn+4O2 + 4HCl-1 = Mn+2Cl2 + Cl02 + 2H2O
Mn+4 – окислитель
Mn+4O2 + KNO3 + K2CO3 = K2Mn+6O4 + KNO2 + CO2
Mn+4 – восстановитель.
Во многих реакциях, протекающих в водных растворах, участвуют соединения, атомы которых не изменяют степени окисления. Такие вещества в окислительно-восстановительных процессах часто играют роль среды: нейтральной, щелочной, кислотной. Подкисление обычно осуществляется разбавленной серной кислотой, окислительная функция которой не проявляются в присутствии более сильных окислителей.