تفاعلات الأكسدة والاختزال
Oxidation-Reduction Reactions
- غالبًا ما يُستعمل الملح على الطرق والشوارع، خلال فصل الشتاء في المناطق الباردة ، لتأثيره في ذوبان الجليد الذي يتسبب بالتزحلق والكثير من الحوادث.
- وعلى الرغم من دور الملح في جعل قيادة السيارات أكثر أمانًا ، يُمكن أن يتسبب بحدوث الصداً لبعض الأجزاء الحديدية للسيارات.
- هذه مشكلة كبيرة لدرجة أنّ بعض الناس يخشون استعمال سياراتهم في فصل الشتاء لاحتمال حدوث الصدأ فيها، فتصبح مثل السفينة الموضحة في الشكل التالي:
(أ) الأكسجين في تفاعل الأكسدة والاختزال
- احتراق الوقود في محركات السيارات، واحتراق الخشب لغرض التدفئة والتغيّرات الكيميائية للطعام التي تحدث داخل الإنسان، كلها تفاعلات تمثل مصادر للطاقة، وتتضمن عملية تُسمّى الأكسدة.
- وكان تعريف الأكسدة قديماً يعني اتحاد العنصر بالأكسجين لتكوين الأكاسيد.
- وستتعلم في هذا الجزء، أن للأكسدة معنى أحدث وأكثر انتشارًا.
- عندما يحترق الوقود أو الخشب في الهواء، فإنّه يتأكسد ويتكون ثاني أكسيد الكربون ، مثلما يحدث للفحم، كما هو موضح في الشكل التالي:
- لا تتضمن كل تفاعلات الأكسدة عملية احتراق ، فإن عملية إزالة الألوان غير المرغوب فيها أو إزالة البقع من الأقمشة بواسطة مسحوق التبييض، هي عملية أكسدة لا تتضمن احتراقًا. مثل هذه المساحيق تحوي مثلاً هيبو كلوريت الكالسيوم 2(Ca(ClO أو بورات الصوديوم Na3BO3.
- مثال آخر على عملية أكسدة لا تتضمن احتراقاً هو الصدأ، فعندما يتعرض الحديد للصدأ، فإنه يتأكسد ببطء، ويُكوّن أكسيد الحديد (Fe (III
- العملية العكسية للأكسدة تُسمّى الاختزال، وهي تعني قديمًا فقد المركب عنصر الأكسجين.
- وعلى سبيل المثال ، اختزال خام الحديد Fe2O3 وتحويله إلى حديد فلزي Fe يتضمن إزالة الأكسجين من أكسيد الحديد (III)، وتجري هذه العملية بتسخين الخام مع الفحم النباتي حيث يحدث اختزال أكسيد الفلز إلى فلز ، تُوضح المعادلة التالية هذا التفاعل:
- يُلاحظ في معادلة الاختزال السابقة حدوث عملية أكسدة للكربون ، وعلى ذلك، فإن عملية الأكسدة وعملية الاختزال تحدثان في وقت واحد ، أو بمعنى آخر ، إن عملية الأكسدة تُصاحبها دائما عملية اختزال، والعكس صحيح، فكما اختزل أكسيد الحديد (III) إلى حديد بفقد الأكسجين، فإنّ الكربون تأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون ، وذلك باكتسابه الأكسجين، ومثل هذه التفاعلات تُسمّى تفاعلات الأكسدة والاختزال.
(ب) انتقال الإلكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال
- يتضمن مفهوم تفاعلات الأكسدة والاختزال الحديث الكثير من التفاعلات التي لا علاقة لها بالأكسجين، وأصبح المفهوم هو انتقال الإلكترونات بين المتفاعلات، وعلى ذلك أُعيد تعريف عملية الأكسدة والاخنزال.
- الأكسدة تعني فقدانًا للإلكترونات، وعملية الاختزال هي كسب للإلكترونات.
- الأمثلة التي توضح ذلك هي التفاعلات التي تحدث بين الفلزات واللافلزات، فنجد أن الإلكترونات تنتقل من ذرّات الفلز إلى ذرات اللافلز.
- مثال ذلك، عند تسخين فلز المغنيسيوم مع اللافلز الكبريت ، يتكوّن المركب الأيوني كبريتيد المغنيسيوم.
- نتيجة هذا التفاعل انتقال إلكترونين من ذرة المغنيسيوم إلى ذرّة الكبريت . ولأن ذرّة المغنيسيوم فقدت الكترونين، فإنّها تأكسدت إلى كاتيون المغنيسيوم.
- ومن ناحية أخرى، اكتسبت ذرة الكبريت الإلكترونين، وعلى ذلك فإنّها اختزلت إلى أنيون الكبريتيد.
- العملية ككل، ممثلة في العمليتين الجزئيتين التاليتين:
- المادة التي تفقد الكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، تُسمى عاملًا مختزلا . لذا يُطلق على ذرة المغنيسيوم عاملاً مختزلاً نتيجة فقدانها الإلكترونات وإعطائها لذرّة الكبريت .
- أما المادة التي تكتسب إلكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال تُسمى عاملا مؤكسدًا . لذا يُطلق على ذرّة الكبريت عاملا مؤكسداً نتيجة اكتسابها الإلكترونين من ذرة المغنيسيوم.
ملخص المفاهيم في تفاعلات الأكسدة والاختزال
- الأكسدة هي عملية فقد الإلكترونات، وعملية الاختزال هي عملية اكتساب للإلكترونات.
- العامل المؤكسد : هي المادة التي تكتسب إلكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال.
- العامل المختزل : هي المادة التي تفقد الكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال.