산화 환원 반응

환원-산화(Reduction-Oxidation)의 줄임말인 레독스(Redox)는 전자의 순 전달에 의해 분류되는 화학 반응의 한 유형입니다. 이 반응에서 한 분자는 산화라고 하는 전자를 잃고 다른 분자는 환원이라고 하는 전자를 얻습니다.

이 둘을 구별하는 데 도움이 되도록 '산화는 잃고, 환원은 얻는다'를 의미하는 'OIL-RIG'라는 문구를 기억하십시오. 산화된 분자는 다른 반응물을 환원시키기 때문에 환원제라고 합니다. 유사하게, 환원된 분자는 다른 분자를 산화시키기 때문에 산화제라고 합니다.

이제 용어를 정리했으므로 산화 환원 반응의 예인 미네랄 산화 마그네슘의 형성을 살펴보겠습니다. 반응하는 동안 각 마그네슘 원자는 두 개의 전자를 잃습니다. 따라서 마그네슘은 산화됩니다. 각 산소 원자는 두 개의 전자를 얻습니다. 따라서 산소가 감소합니다.

그러나 모든 반응이 산화 환원 반응은 아닙니다. 예를 들어, 산화칼슘과 이산화탄소의 반응으로 탄산칼슘을 형성하는 것은 산화환원 반응이 아닙니다. 그렇다면 산화 환원 반응을 어떻게 식별할 수 있을까요?

이를 위해 우리는 반응물에서 생성물로 이동하는 각 원소의 산화수를 추적합니다. 산화수는 원자가 다른 원소에 대한 결합이 이온 일 경우 가질 가상의 전하이며, 이는 전자가 더 많은 전기 음성 원자에 할당된다는 것을 의미합니다. 분자의 산화수의 합은 전체 전하와 같습니다.

산화마그네슘에 대해 다시 살펴 보겠습니다. 그것은 중성 화합물이므로 마그네슘과 산소에 대한 산화수의 합은 0과 같습니다. 마그네슘은 두 개의 전자를 줄 수 있으므로 산화수는 플러스 2입니다. 산소는 두 개의 전자를 받아들일 수 있으므로 산화수는 마이너스 2입니다.

반응은 어떠한가? 순수한 중성 원소 화합물은 산화수가 0입니다. 따라서 마그네슘과 산소는 모두 산화수 0으로 시작합니다. 마그네슘과 산소의 산화수는 모두 반응 중에 변했기 때문에 이것이 산화 환원 반응입니다.

이제 앞서 본 탄산칼슘 반응을 살펴보자. 두 반응물은 모두 중성이므로 두 화합물에 대한 산화수의 합은 0입니다. 산화마그네슘에서 보았듯이 칼슘은 산화수 플러스 2, 산소 마이너스 2를 가지고 있습니다. 그런 다음 이산화탄소 분자의 탄소는 산화수가 플러스 4이고 각 산소는 2를 뺀 값을 갖습니다.

제품은 어떻습니까? 칼슘은 반응물과 마찬가지로 플러스 2이고 탄소는 플러스 4입니다. 각 산소는 마이너스 2, 총 마이너스 6이며 순 산화 수는 0입니다. 산화 수치가 변하지 않았기 때문에 이는 산화 환원 반응이 아닙니다.

이제 4가지 유형의 산화 환원 반응을 소개하겠습니다. 첫 번째는 한 원자가 다른 원자를 치환하는 단일 변위 반응입니다. 이것은 테르밋 반응에서 볼 수 있는데, 한 금속은 환원되고 다른 금속은 산화됩니다.

다음 유형은 연소 반응으로, 연료와 산화제 사이에서 발생하여 산화 생성물과 열을 형성합니다. 실험실에서 분젠 버너를 사용할 때 산소와 함께 메탄을 연소하는 동안 이것을 볼 수 있습니다.

세 번째는 합성 반응으로, 암모니아 합성과 같이 질소가 수소와 결합하여 암모니아를 형성하는 것과 같이 두 개의 반응물이 결합하여 하나의 생성물을 형성하는 것입니다.

마지막으로 네 번째 유형은 분해 반응으로, 반응물이 결합을 끊기에 충분한 에너지를 흡수하여 더 작은 화합물을 형성하는 것입니다. 이것은 염소산칼륨이 가열 후 염화칼륨과 산소로 분해되는 불꽃놀이에서 일어나는 일입니다.

이 실습에서는 고체 구리를 구리 산화물로 변환한 다음 다시 고체 구리로 변환하는 다양한 유형의 산화 환원 반응을 수행하고 식별합니다.