تفاعلات الأكسدة والاختزال

ثلاثة تعريفات

• الأكسجين والهيدروجين: اكتساب الأكسجين أو فقد الهيدروجين أكسدة، والعكس اختزال.
• الإلكترونات: فقد الإلكترونات أكسدة، واكتسابها اختزال.
• أعداد التأكسد: الزيادة أكسدة والنقصان اختزال، وهو التعريف الأعم.

التلازم والعوامل

لا بد أن تكتسب مادةٌ أخرى الإلكترونات المفقودة، لذا تحدث الأكسدة والاختزال معًا وتتوازن الإلكترونات المنتقلة. والمادة التي تؤكسد غيرها وتُختزل هي العامل المؤكسد، والتي تختزل غيرها وتتأكسد هي العامل المختزل. ففي CuO + H₂ → Cu + H₂O يكون H₂ العامل المختزل وCuO العامل المؤكسد.

أعداد التأكسد والموازنة

عدد تأكسد العناصر في حالتها الحرة صفر، وفي المركبات يكون الهيدروجين عادةً +1 والأكسجين عادةً −2، ومجموع الأعداد في المركب المتعادل صفر. وتُوازن المعادلات المعقدة بتقسيمها إلى نصفَي تفاعل للأكسدة والاختزال، وموازنة الذرات والشحنات، ومساواة الإلكترونات، ثم إعادة الجمع.

أمثلة

الصدأ والاحتراق واستخلاص الفلزات وشحن البطاريات وتفريغها والتحليل الكهربائي كلها عمليات أكسدة واختزال. وفي الكائنات الحية يؤكسد البناء الضوئي الماء ويختزل ثاني أكسيد الكربون، بينما يؤكسد التنفس الخلوي الغلوكوز لإطلاق الطاقة.

المراجع

1. Atkins, P., & Jones, L. (2010). Chemical Principles: The Quest for Insight (5th ed.). W. H. Freeman.
2. Zumdahl, S. S., & Zumdahl, S. A. (2014). Chemistry (9th ed.). Cengage.
3. IUPAC. (2019). Compendium of Chemical Terminology (the Gold Book), entries 'oxidation' and 'reduction'. International Union of Pure and Applied Chemistry.
4. Lavoisier, A.-L. (1789). Traité élémentaire de chimie. Cuchet.
5. Latimer, W. M. (1952). The Oxidation States of the Elements and Their Potentials in Aqueous Solutions (2nd ed.). Prentice-Hall.
6. Housecroft, C. E., & Sharpe, A. G. (2018). Inorganic Chemistry (5th ed.). Pearson.
7. Karen, P., McArdle, P., & Takats, J. (2016). Comprehensive definition of oxidation state (IUPAC Recommendations 2016). Pure and Applied Chemistry, 88(8), 831-839.
8. Marcus, R. A. (1956). On the theory of oxidation-reduction reactions involving electron transfer. I. Journal of Chemical Physics, 24(5), 966–978.