Back to chapter

4.10:

تفاعلات الأكسدة-اختزال

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

بعض العمليات المهمة في الحياة بما في ذلك التمثيل الضوئي والاحتراق والتآكل،تقع في فئة التفاعلات التي تسمى الأكسدة-الاختزال،أو تفاعلات ريدوكس. تتكون تفاعلات الأكسدة والاختزال من عمليتين متزامنتين:الأكسدة والاختزال. مصطلح الأكسدة يعني زيادة في عدد الأكسدة،والذي يتوافق مع فقدان الإلكترونات،بينما يعني الاختزال انخفاض في عدد الأكسدة،وهو ما يتوافق مع اكتساب الإلكترونات.لتذكر دور الإلكترونات،استخدم الاختصار OIL RIG،والتي تعني:الأكسدة فقد،الاختزال اكتساب”الأكسدة والاختزال عمليات متكاملتان. في تفاعل الأكسدة والاختزال بين متفاعلين،احد المتفاعلين يفقد الإلكترونات ويتأكسد،بينما يكتسب المتفاعل الآخر إلكترونات ويختزل. ضع في اعتبارك تفاعل الأكسدة والاختزال بين البوتاسيوم و هو معدن قلوي والكلور،اللافلزي.تفقد ذرة البوتاسيوم المحايدة إلكترونًا لتصبح أيون البوتاسيوم. يتأكسد البوتاسيوم وشحنته تزيد من صفر في الذرة المحايدة إلى واحد زائد في الكاتيون. تكتسب ذرة الكلور المحايدة إلكترونًا لتصبح أيون كلوريد.يتم اختزال الكلور وتنخفض شحنته من الصفر في الذرة المحايدة إلى واحد ناقص في الأنيون. بما أن البوتاسيوم يتبرع بإلكترون،يعد هو العامل المختزل أو المختزل. في حين يقبل الكلور الإلكترون،لذلك فهو عامل مؤكسد،أو مؤكسد.تؤدي عملية الأكسدة والاختزال إلى تكوين كلوريد البوتاسيوم. بشكل عام،في تفاعلات الأكسدة والاختزال بين القلويات أو معادن الأرض القلوية واللافلزات تتأكسد المعادن،بينمااللافلزات يتم اختزالها لتكون مركب أيوني من خلال النقل الكامل للإلكترون. هذا صحيح غالبًا للتفاعلات بين المعادن الأخرى،أو أشباه فلزات واللا فلزات أيضًا،ولكن ليس دائمًا.مثال آخر على عملية الأكسدة والاختزال،هو تكوين غاز كلوريد الهيدروجين. هنا،كلا المتفاعلين الهيدروجين والكلور لا فلزات،لذلك لا يوجد نقل كامل للإلكترونات. بدلاًمن ذلك،يشترك الهيدروجين في الإلكترون مع الكلور في نقل إلكتروني جزئي أو رسمي.وهكذا،في تكوين كلوريد الهيدروجين،يتأكسد الهيدروجين ويكتسب شحنة موجبة جزئية،بينما الكلور يتم اختزاله ويكتسب شحنة سالبة جزئية. نظراًلحدوث كلاًمن عمليات الأكسدة والاختزال،يعتبر هذا هو تفاعل الأكسدة والاختزال. بشكل عام،تفاعلات الأكسدة والاختزال بين اللافلزات تتضمن النقل الجزئي للإلكترون بين العناصر لتشكيل مركب تساهمي.

4.10:

تفاعلات الأكسدة-اختزال

تفاعلات الأكسدة–الاختزال

يحتوي الغلاف الجوي للأرض على حوالي 20% من الأكسجين الجزيئي، الأكسجين O2، وهو غاز تفاعلي كيميائي يلعب دوراً أساسياً في استقلاب الكائنات الحية الهوائية وفي العديد من العمليات البيئية التي تشكل العالم. تم استخدام مصطلح الأكسدة في الأصل لوصف التفاعلات الكيميائية التي تتضمن الأكسجين O2، ولكن معناها قد تطور للإشارة إلى فئة تفاعل واسعة وهامة تعرف بتفاعلات الأكسدة–الاختزال (ريدوكس).  

تتضمن بعض تفاعلات الأكسدة والاختزال انتقال الإلكترونات بين الأنواع المتفاعلة لإنتاج منتجات أيونية، مثل التفاعل بين الصوديوم والكلور لإنتاج كلوريد الصوديوم:

Eq1

من المفيد عرض العملية فيما يتعلق بكل تفاعل فردي، أي تمثيل مصير كل مادة متفاعلة في صورة معادلة تسمى نصف التفاعل:

Eq2

Eq3

توضح هذه المعادلات أن ذرات Na تفقد الإلكترونات بينما تكتسب ذرات Cl (in the Cl2 جزيء) إلكترونات، بينما تكون “s” الأرقام السفلية للأيونات الناتجة تشير إلى أنها موجودة في شكل مركب أيوني صلب. بالنسبة لتفاعلات الأكسدة والاختزال من هذا النوع، يحدد فقدان الإلكترونات وكسب الإلكترونات العمليات التكميلية التي تحدث:

الأكسدة = فقدان الإلكترونات

التقليل = اكتساب الإلكترونات

في هذا التفاعل، يتم أكسدة الصوديوم ويخضع الكلور للاختزال. عند النظر إليه من منظور أكثر شمولية، يعمل الصوديوم كعامل اختزال (مختزِل)، لأنه يوفر الإلكترونات للكلور (أو يختزل). وعلى نحو مماثل، يعمل الكلور كعامل أكسدة (مادة مؤكسدة)، لأنه يزيل بشكل فعّال الإلكترونات من (يؤكسد) الصوديوم.

عامل التخفيض = أنواع مؤكسدة

عامل الأكسدة = أنواع مخفّضة

بشكل عام، يكتسب العامل المؤكسِد إلكترون من العامل المختزِل، ويختزل نفسه. تصبح شحنة العامل المؤكسد أكثر سلبية. وعلى نحو مماثل، يفقد العامل المختزِل إلكترون إلى مادة مؤكسِدة، وهو ذاته يصبح مؤكسداً. وتصبح شحنة عامل الاختزال أكثر إيجابية.

ولكن بعض عمليات الأكسدة والاختزال لا تتضمن نقل الإلكترونات. ولنتأمل هنا على سبيل المثال تفاعل مماثل للتفاعل الذي ينتج عنه NaCl:

Eq4

ناتج هذا التفاعل هو مركب تساهمي، لذا لا يتضمن انتقال الإلكترونات بالمعنى الصريح. لتوضيح تشابه هذا التفاعل مع التفاعل السابق والسماح بتعريف غير واضح لتفاعلات الأكسدة، تم تحديد خاصية تسمى رقم الأكسدة.  

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 4.2: Classifying Chemical Reactions.