酸化還元反応

還元酸化は、還元酸化の略語であり、電子の正味の移動によって分類される化学反応の一種です。この反応では、一方の分子が電子を失い(酸化)、もう一方の分子が電子を獲得し(還元)します。

この 2 つを区別するために、「OIL-RIG」というフレーズは、「酸化は負け、還元は利益」の頭文字です。酸化された分子は、他の反応物を還元するため、還元剤と呼ばれます。同様に、還元された分子は、他の分子を酸化するため、酸化剤と呼ばれます。

用語が整理されたので、酸化還元反応の例、つまりミネラル酸化マグネシウムの形成を見てみましょう。反応中、各マグネシウム原子は2つの電子を失います。したがって、マグネシウムは酸化されます。各酸素原子は2つの電子を獲得します。したがって、酸素が減少します。

しかし、すべての反応が酸化還元反応というわけではありません。たとえば、酸化カルシウムと二酸化炭素の反応により炭酸カルシウムが形成されることは、酸化還元反応ではありません。では、どうすれば酸化還元反応を特定できるのでしょうか?

これを行うために、反応物から生成物に移行する各元素の酸化数を追跡します。酸化数は、原子が異なる元素への結合がイオン性である場合に原子が持つ仮想的な電荷であり、電子がより電気陰性の原子に割り当てられていることを意味します。分子内の酸化数の合計は、その分子全体の電荷に等しくなります。

酸化マグネシウムを振り返ってみましょう。中性化合物であるため、マグネシウムと酸素の酸化数の合計はゼロに等しくなります。マグネシウムは2つの電子を与えることができるので、その酸化数はプラス2です。酸素は2つの電子を受け入れることができるため、その酸化数はマイナス2です。

反応はどうですか?純粋な中性元素化合物の酸化数はゼロです。したがって、マグネシウムと酸素はどちらも酸化数がゼロから始まります。マグネシウムと酸素の両方の酸化数は反応中に変化したため、これは酸化還元反応です。

では、先ほど見た炭酸カルシウムの反応を見てみましょう。どちらの反応物も中性であるため、両方の化合物の酸化数の合計はゼロです。酸化マグネシウムで見たように、カルシウムの酸化数はプラス2、酸素はマイナス2です。すると、二酸化炭素分子中の炭素の酸化数はプラス4で、各酸素はマイナス2になります。

製品はどうですか?カルシウムは反応物と同じようにプラス2、炭素プラス4です。各酸素はマイナス2で、合計はマイナス6で、正味の酸化数はゼロです。酸化数は一切変化していないため、これは酸化還元反応ではありません。

それでは、4種類の酸化還元反応についてご紹介します。1つ目は、1つの原子が別の原子を置換する単一の置換反応です。これは、一方の金属が還元され、もう一方の金属が酸化されるテルミット反応で見られます。

次のタイプは燃焼反応で、燃料と酸化剤の間で起こり、酸化生成物と熱を形成します。これは、実験室でブンゼンバーナーを使用してメタンを酸素で燃焼させるときに見られます。

3つ目は合成反応で、アンモニアの合成のように、2つの反応物が結合して1つの生成物を形成し、窒素が水素と結合してアンモニアを形成します。

最後に、4番目のタイプは分解反応であり、反応物がその結合を切断するのに十分なエネルギーを吸収して、より小さな化合物を形成します。これは花火で起こることであり、加熱後に塩素酸カリウムが塩化カリウムと酸素に分解されます。

このラボでは、固体銅を酸化銅に変換し、その後再び固体銅に変換するさまざまなタイプの酸化還元反応を実行して同定します。