4.10: 산화 환원 반응

산화-환원 반응

지구 대기에는 약 20%의 산소 분자, O_2가 포함되어 있습니다. O_2는 호기성 유기체의 신진 대사와 세상을 형성하는 많은 환경 과정에서 필수적인 역할을 하는 화학적 반응성 가스입니다. 산화라는 용어는 원래 O_2와 관련된 화학 반응을 설명하는 데 사용되었지만 그 의미는 산화-환원(산화환원) 반응으로 알려진 광범위하고 중요한 반응 종류를 나타내도록 발전했습니다.

일부 산화환원 반응은 나트륨과 염소 사이의 반응으로 염화나트륨을 생성하는 것과 같이 반응물 종 사이에 전자를 이동하여 이온 생성물을 생성하는 것을 포함합니다.

각 개별 반응물에 관한 과정을 보는 것, 즉 반쪽 반응이라는 방정식의 형태로 각 반응물의 운명을 나타내는 것은 도움이 됩니다.

이 방정식은 Na 원자가 전자를 잃는 반면 Cl_2 분자의 Cl 원자는 전자를 얻는다는 것을 보여줍니다. 결과 이온에 대한 "s" 첨자는 이것이 고체 이온 화합물의 형태로 존재함을 나타냅니다. 이러한 종류의 산화환원 반응에서 전자의 손실과 이득은 발생하는 보완적인 과정을 정의합니다.

산화 = 전자 손실

환원 = 전자 획득v

이 반응에서 나트륨은 산화되고 염소는 환원된다. 보다 적극적인 관점에서 볼 때 나트륨은 염소에 전자를 제공(또는 환원)하므로 환원제(환원제)로 기능합니다. 마찬가지로 염소는 나트륨에서 전자를 효과적으로 제거(산화)하므로 산화제(산화제) 역할을 합니다.

환원제 = 산화된 종

산화제 = 환원되는 종

일반적으로 산화제는 환원제로부터 전자를 얻어 자신이 환원됩니다. 산화제의 전하는 더욱 음이 됩니다. 마찬가지로, 환원제는 산화제에게 전자를 잃고 그 자체가 산화됩니다. 환원제의 전하가 더욱 양으로 변합니다.

그러나 일부 산화환원 공정에는 전자 이동이 포함되지 않습니다. 예를 들어, NaCl을 생성하는 반응과 유사한 반응을 생각해 보십시오.

이 반응의 생성물은 공유결합 화합물이므로 명시적인 의미에서 전자의 이동은 관여하지 않습니다. 이 반응의 이전 반응과의 유사성을 명확히 하고 산화환원 반응의 명확한 정의를 허용하기 위해 산화수라는 특성이 정의되었습니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section 4.2: Classifying Chemical Reactions.

광합성, 연소, 부식을 포함하여 생명에 필수적인 일부 과정들은 산화-환원 또는 리독스 반응이라고 불리는 반응 부류에 속합니다. 산화 환원 반응은 산화 및 환원이라는 두 가지 동시적인 과정을 포함합니다. 산화라는 용어는 전자를 잃어 산화수가 증가됨을 의미하며 환원은 전자를 얻어서 산화수가 감소됨을 의미합니다.

전자의 역할을 기억하려면 OIL RIG라는 약자를 사용하세요. 이 약자는 산화는 감소하고 있고, 환원은 증가하고 있다. 를 나타냅니다.

산화 및 환원은 상호 보완적인 과정입니다. 두 반응물 사이의 산화 환원 반응에서 한 반응물은 전자를 잃고 산화되는 반면, 다른 반응물은 전자를 얻고 환원됩니다. 알칼리 금속인 칼륨과 비금속인 염소 사이의 산화 환원 반응을 생각해보세요.

중성인 칼륨 원자는 전자를 잃고 칼륨 이온이 됩니다. 이 때 칼륨은 산화되며 그 전하는 중성 원자 상태의 0에서 양이온 상태의 일 플러스로 증가합니다. 중성인 염소 원자는 전자를 얻고 염화 이온이 됩니다.

이 때 염소는 환원되며 그 전하는 중성 원자 상태의 0에서 음이온 상태의 일 마이너스로 감소합니다. 칼륨은 전자를 기증하기 때문에 환원 매질 즉 환원제입니다. 염소는 전자를 받아들이기 때문에 산화 매질 즉 산화제입니다.

이런 산화 환원 과정에 의해 염화칼륨이 생성됩니다. 일반적으로 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 비금속 사이의 산화 환원 반응에서 완전한 전자 이동을 통해 금속은 산화되고 비금속은 환원되어 이온화합물을 생성합니다. 이것은 일반적으로 다른 금속이나 준금속, 비금속 사이의 반응에도 해당되지만 항상 그런 것은 아닙니다.

산화 환원 과정의 또 다른 예는 기체 염화 수소의 생성입니다. 여기서 두 반응물인 수소와 염소는 모두 비금속입니다. 그래서 전자가 완전히 이동하지는 않습니다.

대신 수소는 부분적으로 혹은 형식적인 전자 전달을 통해 염소와 전자를 공유합니다. 따라서 염화수소가 형성되는 과정에서 수소가 산화되어 부분적인 양전하를 띠는 반면 염소는 환원되어 부분적인 음전하를 띱니다. 산화 과정과 환원 과정이 모두 발생하므로 이는 산화 환원 반응입니다.

일반적으로 비금속들 사이의 산화 환원 반응에서는 원소들 사이에 부분적인 전자 전달을 통해 공유 화합물을 생성합니다.