مترجم: سهیلا حاجیزاده
منبع:راسخون
منبع:راسخون
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.
