واکنش‏های اکسایش کاهش– مثال‏ها

با کمک مثال‏های متنوع از واکنش‏های اکسایش کاهش (ردوکس) ذکر شده در این مقاله، دانش‏آموزان به آسانی معنی واکنش‏های اکسایش – کاهش و فرایندهای شیمیایی در حال وقوع در آن‏ها را درک می‏کنند.
مفهوم اکسایش و کاهش مبنای اولیه‏ی کلاس‏های شیمی در مدارس و دانشگاه‏ها می‏باشد. هنگامی که دانش‏آموزان شروع به آموختن واکنش‏های شیمیایی می‏کنند، آن‏ها مفهوم اکسایش و کاهش را که به آن‏ها جهت تفسیر تغییر در معادلات شیمیایی و تشکیل محصولات یا ترکیبات کمک می‏کنند، را درک می‏کنند.
واکنش‏های ردوکس چیست؟
کلمه‏ی ردوکس، مخفف برای اکسایش – کاهش بوده که در یک واکنش شیمیایی خاص اتفاق می‏افتد. به بیان ساده‏تر، این واکنش‏ها آن دسته از معادلات شیمیایی هستند که در آن‏ها عدد اکسایش اتم‏های درگیر در واکنش شیمیایی زمانی که واکنش رخ می‏دهد، تغییر می‏کند. این تعریف به ما مفهوم اساسی دیگری در شیمی به نام عدد اکسایش معرفی می‏کند که اهمیت حیاتی دارد. اجازه دهید که این عدد را تعریف کنیم.
عدد اکسایش دقیقا شبیه ظرفیت یک اتم بوده، اما حامل یک علامت با آن است. این علامت بیان کننده‏ی ماهیت بار بر روی گونه‏های متناظر، زمانی که آن‏ها از یک اتم خنثی تشکیل می‏شوند، می‏باشد. اجازه دهید این موضوع را با یک مثال درک کنیم. عدد اکسایش کلر در هیدروکلریک اسید 1-، کلریک اسید 5+ و پرکلریک اسید 7+ می‏باشد.
چگونه عدد اکسایش را محاسبه کنیم؟ خب، برای محاسبه ی عدد اکسایش، حالات مختلف اکسیداسیون همه ی اتم ها در یک مولکول را در نظر بگیرید و سگس مجموع همه ی آن ها را با بار خالص بر روی مولکول برابر کنید. قوانین مختلفی برای یافتن عدد اکسایش یک اتم در یک مولکول وجود دارد، با این حال، در این جا تنها نحوه ی یافتن عدد اکسایش کلر در HClO3 خواهید دید.
عدد اکسایش هیدروژن= 1+
عدد اکسایش کلر = Z (فرض کنید)
عدد اکسایش اکسیژن= 2-
بنابراین،
1+ + Z + 3 (2-) = 0
بنابراین بار خالص HClO3 صفر است. از این رو،
+1 + Z + (-6) = 0
این دلالت بر این دارد که:
Z= +5
بنابراین به طور کلی اکسایش شامل هر گونه تغییر زیر می‏باشد:
از دست دادن الکترون‏ها
به دست آوردن اکسیژن
افزایش در حالت اکسیداسیون
به طور مشابه کاهش زمانی اتفاق می‏افتد که هر کدام از تغییرات زیر رخ دهد:
به دست آوردن الکترون‏ها
از دست دادن اتم‏های اکسیژن
کاهش در حالت اکسیداسیون
مثال‏ها
در این‏جا، یکی از ساده‏ترین مثال‏های این واکنش ها بیان شده، که به شما به کمک خواهد کرد تا این مفهوم را بهتر درک کنید.
تشکیل هیدروژن فلوراید
واکنش:
H2 + F2 = 2HF
ماده‏ی اکسید شده: هیدروژن
ماده‏ی کاهش یافته: فلور
واکنش اکسایش:
H2 → 2H+ + 2e-
واکنش کاهش:
F2 + 2e- → 2F-
در واکنش اول، هیدروژن توسط افزایش عدد اکسایش خود از صفر به 1+ اکسید می‏شود، در حالی که در واکنش دوم، فلور توسط کاهش عدد اکسایش خود از صفر به 1- کاهش می‏یابد. در نهایت، بار خالص بر روی مولکول‏های تشکیل شده صفر می‏باشد، به صورتی که تعداد الکترون‏های به دست آمده در طول اکسیداسیون در طول فرایند کاهش مصرف می‏شود.
در نهایت، معادله به صورت زیر می‏باشد:
H2 → 2H+ + 2e- + F2 + 2e- → 2F- = H2 + F2 = 2H+ + 2F-
H2 + F2 → 2H+ + 2F- → 2HF
در مثال های زیر، تنها واکنش های کامل به جای واکنش های نیمه سلولی ذکر شد.
واکنش بین (Fe(II و محلول سولفات مس
Fe + CuSO4 + → FeSO4 + Cu
که در آن آهن اکسید شده و مس کاهش یافته است.
اکسیداسیون آهن (II) به آهن (III) توسط پراکسید هیدروژن و اسید:
2 Fe2+ + H2O2 + 2 H+ → 2 Fe3+ 2 H2O
اکسیداسیون گلوکز به کربن دی اکسید:
C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O
واکنش بین پتاسیم پرمنگنات و سدیم سولفیت:
2 KmnO4 + 3 Na2SO3 + H2O → 2 MnO2 + 3 Na2SO4 + 2 KOH
واکنش یک اسید و یک باز:
3 CuS + 8 HNO3 → 3 CuSO4 + 8 NO (g) + 4 H2O
در شیمی و بیولوژی، نمونه‏های بی‏شماری وجود دارد که در آن فرایند اکسایش و کاهش اتفاق می‏افتد. در واقع، واکنش‏های اکسایش – کاهش یک نقش حیاتی را در واکنش های بیوشیمیایی، فرایندهای صنعتی و دیگر کارهای شیمیایی ایفاء می‏کند. انتقال سلول‏ها و اکسیداسیون گلوکز در بدن نیز مثال‏هایی کلاسیک از این نوع واکنش‏ها می‏باشد. واکنش‏ها در کارخانه‏های شیمیایی، واکنش‏های الکتروشیمیایی، به دست آوردن فلزات از سنگ معدن آن‏ها و تهیه‏ی کودهای خالص، همه مثال‏هایی از واکنش‏های اکسایش کاهش هستند.