4.10: 酸化-還元反応

酸化–還元反応

地球の大気には、約 20% の分子酸素（ O₂）が含まれています。これは化学反応性ガスで、好気性微生物の代謝や、世界を形成する多くの環境プロセスにおいて重要な役割を果たします。 酸化という用語はもともと O₂を含む化学反応を表すために使われていましたが、その意味は酸化還元（レドックス）反応と呼ばれる広範囲かつ重要な反応クラスを指すように進化しました。  

一部の酸化還元反応では、反応物質種間の電子の移動によってイオン性の生成物が得られるものがあります。たとえば、ナトリウムと塩素の反応で塩化ナトリウムが得られます。

このプロセスは、個々の反応物に関して見ると便利です。つまり、各反応物の運命を半反応と呼ばれる式の形で表すことができます。

これらの方程式は、 Na 原子が電子を失い、 Cl₂ 分子中の Cl 原子が電子を獲得していることを示しています。これは、生成されるイオンの下付き文字「 s 」で、固体のイオン化合物の形で存在していることを示しています。 この種の酸化還元反応では、電子の喪失と獲得が、相補的なプロセスとして発生します。

酸化 = 電子の喪失

還元 = 電子の獲得

この反応では、ナトリウムが酸化され、塩素が還元されます。 ナトリウムは塩素に電子を供給（または還元）するので、より能動的な観点から見ると、還元剤（リダクタント）として機能します。 同様に、塩素は酸化剤（オキシダント）として機能し、ナトリウムから電子を効果的に除去します。

還元剤 = 酸化される種

酸化剤 = 還元される種

一般的に、酸化剤は還元剤から電子を得、それ自体が減少します。 酸化剤の電荷はより陰性になります。 同様に、還元剤は酸化剤に電子を奪われ、それ自体は酸化されます。 そして還元剤の電荷がより陽性になります。

しかし、一部の酸化還元プロセスでは電子の伝達は行われません。 たとえば、 NaCl を生成する反応と同様の反応を考えてみます。

この反応の生成物は共有結合化合物であるため、明示的な感覚での電子の伝達は関与しません。 この反応と以前ものとの類似性を明らかにし、酸化還元反応の明確な定義を可能にするために、酸化番号と呼ばれる特性が定義されています。  

このテキストは 、 Openstax, Chemistry 2e, Section 4.2: 化学反応の分類、に基づいています。