Back to chapter

4.10:

תגובות חמצון-חיזור

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Oxidation-Reduction Reactions

Languages

Share

תהליכים מסוימים החיוניים לחיים, כולל פוטוסינתזה, בערה וקורוזיה, נכנסים לקטגוריה של תגובות הנקראות חמצון-חיזור או תגובות חמזור. תגובות חמזור מורכבות משני תהליכים מקבילים:חמצון וחיזור. המונח חמצון משמעו עלייה במספר החמצון, שתואמת להפסד אלקטרונים, בעוד המשמעות של חיזור היא הפחתה של דרגת החמצןן, שתואמת לתוספת אלקטרונים.כדי לזכור את תפקיד האלקטרונים, השתמשו בקיצור חזה חז”ת, שמשמעו:חמצון זה הפסד חיזור זה תוספת”חמזון וחיזור הם תהליכים משלימים. בתגובת חמזור בין שני מגיבים, מגיב אחד מאבד אלקטרונים ומתחמצן, בעוד לשני נוספים אלקטרונים והוא עובר חיזור. קחו לדוגמה תגובת חמצון-חיזור בין אשלגן, מתכת אלקלית, לכלור שהוא אל מתכת.האטום הניטרלי באשלגן מאבד אלקטרון והופך ליון אשלגן. האשלגן מתחמצן והמטען שלו גדל מאפס באטום הניטרלי לאחד בקטיון. לאטום הניטרלי של הכלור נוסף אלקטרון והוא הופך ליון כלורי.הכלור חוזר והמטען שלו יורד מאפס באטום הניטרלי למינוס אחד באניון. מכיוון שהאשלגן תורם אלקטרון, הוא המגיב המחזר, או המחומצן. כיוון שהכלור מקבל את האלקטרון, הוא המגיב המחוזר, או מחמצן.תהליך החמזור מוביל ליצירת אשלגן כלורי. באופן כללי בתהליך חמזור בין מתכות אלקליות או מתכות אדמה אלקליות ואל מתכות, המתכת מתחמצנת, והאל מתכת עוברת חיזור ונוצרת תרכובת יונית על ידי העברת אלקטרון שלם. תהליך כזה מתרחש לעיתים קרובות בתגובות בין מתכות אחרות או מתכות למחצה לאל מתכות, אך לא תמיד.דוגמה נוספת לתהליך חמזור היא יצירת גז מימן כלורי. כאן שני המגיבים, מימן וכלור, הם אל מתכות ואין העברה שלמה של אלקטרונים. במקום זאת, המימן חולק אלקטרון עם הכלור בהעברה חלקית או פורמלית.כך ביצירת מימן כלורי, מימן מתחמצן ונוסף לו מטען חיובי חלקי, בעוד כלור עובר חיזור ומקבל מטען שלילי חלקי. מכיוון שמתרחשים גם חמצון וגם חיזור, זהו תהליך חמזור. באופן כללי, תהליכי חמזור בין אל מתכות כוללות העברת אלקטרון חלקית בין היסודות ליצירת תרכובת קוולנטית.

4.10:

תגובות חמצון-חיזור

Oxidation–Reduction Reactions

Earth’s atmosphere contains about 20% molecular oxygen, O2, a chemically reactive gas that plays an essential role in the metabolism of aerobic organisms and in many environmental processes that shape the world. The term oxidation was originally used to describe chemical reactions involving O2, but its meaning has evolved to refer to a broad and important reaction class known as oxidation–reduction (redox) reactions. 

Some redox reactions involve the transfer of electrons between reactant species to yield ionic products, such as the reaction between sodium and chlorine to yield sodium chloride:

Eq1

It is helpful to view the process with regard to each individual reactant, that is, to represent the fate of each reactant in the form of an equation called a half-reaction:

Eq2

Eq3

These equations show that Na atoms lose electrons while Cl atoms (in the Cl2 molecule) gain electrons, the “s” subscripts for the resulting ions signifying they are present in the form of a solid ionic compound. For redox reactions of this sort, the loss and gain of electrons define the complementary processes that occur:

oxidation = loss of electrons

reduction = gain of electrons

In this reaction, sodium is oxidized and chlorine undergoes reduction. Viewed from a more active perspective, sodium functions as a reducing agent (reductant), since it provides electrons to (or reduces) chlorine. Likewise, chlorine functions as an oxidizing agent (oxidant), as it effectively removes electrons from (oxidizes) sodium.

reducing agent = species that is oxidized

oxidizing agent = species that is reduced

In general, an oxidizing agent gains an electron from the reducing agent, and itself gets reduced. The charge of an oxidizing agent becomes more negative. Similarly, a reducing agent loses an electron to the oxidizing agent, and itself gets oxidized. The charge of a reducing agent becomes more positive.

Some redox processes, however, do not involve the transfer of electrons. Consider, for example, a reaction similar to the one yielding NaCl:

Eq4

The product of this reaction is a covalent compound, so the transfer of electrons in the explicit sense is not involved. To clarify the similarity of this reaction to the previous one and permit an unambiguous definition of redox reactions, a property called oxidation number has been defined. 

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 4.2: Classifying Chemical Reactions.