• ما هي تفاعلات الأكسدة والاختزال؟
• خصائص تفاعلات الأكسدة والاختزال
• أنواع تفاعلات الأكسدة والاختزال
• أمثلة على تفاعلات الأكسدة والاختزال
• تطبيقات صناعية

نفسر ماهية تفاعلات الأكسدة والاختزال والأنواع الموجودة وتطبيقاتها وخصائصها وأمثلة على تفاعلات الأكسدة والاختزال.

في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، يفقد جزيء الإلكترونات ويأخذها آخر.

ما هي تفاعلات الأكسدة والاختزال؟

في كيمياء، تُعرف باسم تفاعلات الأكسدة والاختزال ، تفاعلات اختزال الأكسدة أو تفاعلات الأكسدة الاختزالية للتفاعلات الكيميائية التي يتم فيها تبادل الإلكترونات بين الذرات أو الجزيئات متضمن.

ينعكس هذا التبادل في تغيير حالة أكسدة من الكواشف. المتفاعل الذي يتخلى عن الإلكترونات يخضع للأكسدة والمتفاعل الذي يستقبلها ، ويختزل.

تشير حالة الأكسدة إلى كمية الإلكترونات التي تتخلى عنها ذرة عنصر كيميائي أو تقبلها عندما تكون جزءًا من تفاعل كيميائي. يمكن أيضًا تفسيرها على أنها مفترضة الشحنة الكهربائية التي يمكن أن تمتلكها ذرة معينة إذا كانت جميع روابطها مع الذرات الأخرى أيونية تمامًا. يسمى أيضًا رقم الأكسدة أو فالنسيا.

يتم التعبير عن حالة الأكسدة في أعداد صحيحة، كونها صفر حالة الأكسدة للعناصر المحايدة. وبالتالي ، يمكن أن تأخذ قيمًا موجبة أو سلبية اعتمادًا على نوع الذرة ورد الفعل الذي تشارك فيه. من ناحية أخرى ، بعض ذرات لديهم حالات أكسدة متغيرة اعتمادًا على التفاعل الذي يشاركون فيه.

تعرف على كيفية التحديد الصحيح للحالة أو رقم الأكسدة لكل ذرة في أ مركب كيميائي من الضروري فهم وتحليل تفاعلات الأكسدة والاختزال. هناك قواعد معينة تسمح لك بحساب قيمها:

• عدد أكسدة العناصر أو الجزيئات المحايدة هو صفر. على سبيل المثال: المعادن الصلبة (الحديد ، النحاس ، الزنك ...) ، الجزيئات (O2 ، N2 ، F2).
• ال الأيونات مركبات ذرة واحدة لها عدد أكسدة مساوٍ لشحنتها. على سبيل المثال: Na +، Li +، Ca2 +، Mg2 +، Fe2 +، Fe3 +، Cl–.
• يحتوي الفلور دائمًا على حالة أكسدة -1 لأنه أكثر العناصر الكهربية الموجودة (F–).
• يحتوي الهيدروجين دائمًا على رقم أكسدة +1 (H +) ، باستثناء هيدرات المعادن (هيدريد البوتاسيوم ، KH) ، حيث يحتوي على رقم أكسدة -1 (H–).
• يحتوي الأكسجين على عدد أكسدة -2 ، مع استثناءات قليلة:
  • عندما يشكل مركبات بالفلور ، يكون له عدد أكسدة 2+. على سبيل المثال: ثنائي فلوريد الأكسجين (OF2).
  • عندما تشكل بيروكسيدات ، يكون لها رقم أكسدة -1 (O22-). على سبيل المثال: بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) ، بيروكسيد الصوديوم (Na2O2).
  • عندما تشكل الأكاسيد الفائقة ، يكون لها رقم الأكسدة - (O2–). على سبيل المثال: فوق أكسيد البوتاسيوم (KO2).
• المجموع الجبري لأعداد أكسدة الذرات التي يتكون منها المركب المحايد هو صفر.
• المجموع الجبري لأعداد أكسدة الذرات التي يتكون منها أيون متعدد الذرات يساوي شحنة الأيون. على سبيل المثال: أنيون الكبريتات (SO42-) له عدد أكسدة -2 ، والذي يساوي مجموع أعداد أكسدة الكبريت والأكسجين ، كل مضروب في كمية كل ذرة في المركب ، في هذه الحالة ، له واحد ذرة كبريت وأربع ذرات أكسجين.
• عدد أكسدة البعض العناصر الكيميائية يمكن أن تختلف اعتمادًا على المركب المحايد أو الأيونات التي تشكل جزءًا منها. بعد ذلك ، من الممكن حساب عدد أكسدة ذرة في مركب على النحو التالي:

أين رقم() يعني رقم التأكسد ، والعنصر الكيميائي موجود داخل الأقواس.

بهذه الطريقة ، يوجد في كل تفاعل أكسدة اختزال نوعان من المواد المتفاعلة ، أحدهما يتخلى عن الإلكترونات والآخر يقبلها:

• عامل مؤكسد. إنها الذرة التي تلتقط الإلكترونات. بهذا المعنى ، تنخفض حالة الأكسدة الأولية الخاصة به ، ويتم اختبار الاختزال. بهذه الطريقة ، تزيد شحنتها الكهربائية السالبة عن طريق اكتساب الإلكترونات.
• عامل مختزل. إنها الذرة التي تتخلى عن الإلكترونات وتزيد من حالة الأكسدة الأولية ، وتخضع للأكسدة. بهذه الطريقة ، تزيد شحنتها الكهربائية الموجبة بالتخلي عن الإلكترونات.

يمكن أكسدة بعض المواد الكيميائية وتقليلها في نفس الوقت. تسمى هذه العناصر ampholytes ، وتسمى العملية التي يحدث فيها هذا باسم ampholytes.

تفاعلات الأكسدة والاختزال هي واحدة من أكثر التفاعلات الكيميائية شيوعًا في كون، لأنها جزء من عمليات البناء الضوئي في ال النباتات و عمليه التنفس في الحيوانات ، مما يسمح باستمرارية الحياة.

خصائص تفاعلات الأكسدة والاختزال

ردود فعل الأكسدة والاختزال في كل مكان حولنا على أساس يومي. أكسدة المعادن، ال الإحتراق الغازات في المطبخ أو حتى أكسدة الجلوكوز للحصول عليها ATP في أجسامنا بعض الأمثلة.

في معظم الحالات ، تطلق تفاعلات الأكسدة والاختزال كمية كبيرة من طاقة.

بشكل عام ، يتكون كل تفاعل الأكسدة والاختزال من مرحلتين أو نصف تفاعلات. في أحد التفاعلات النصفية ، تحدث الأكسدة (يتأكسد المتفاعل) وفي الآخر يحدث الاختزال (يتم تقليل المادة المتفاعلة).

غالبًا ما يطلق على تفاعل الأكسدة والاختزال الكلي ، الذي يتم الحصول عليه نتيجة الجمع بين جميع التفاعلات النصفية جبريًا ، "رد الفعل الشامل". من المهم ملاحظة أنه عندما يتم الجمع بين التفاعلات شبه جبريًا ، يجب تعديل كل من الكتلة والشحنة. أي أن عدد الإلكترونات المنبعثة أثناء الأكسدة يجب أن يكون هو نفسه عدد الإلكترونات المكتسبة أثناء الاختزال ، ويجب أن تساوي كتلة كل مادة متفاعلة كتلة كل منتج.

فمثلا:

• تقليل رد الفعل النصفي. انقاص من نحاس عن طريق التقاط إلكترونين. يقلل من حالة الأكسدة.
  
• شبه تفاعل الأكسدة. أكسدة الحديد بفقدان إلكترونين. يزيد من حالة الأكسدة.
  
  رد الفعل العالمي:
  

أنواع تفاعلات الأكسدة والاختزال

تطلق تفاعلات الاحتراق (تفاعلات الأكسدة والاختزال) طاقة يمكن أن تخلق الحركة.

هناك أنواع مختلفة من تفاعلات الأكسدة والاختزال تتمتع بخصائص مختلفة. الأنواع الأكثر شيوعًا هي:

• الإحتراق. الاحتراق عبارة عن تفاعلات كيميائية الأكسدة والاختزال التي تطلق كمية كبيرة من الطاقة في شكل الحرارة ص خفيفة. هذه التفاعلات هي الأكسدة السريعة التي تنتج الكثير من الطاقة. يمكن استخدام الطاقة المنبعثة بطريقة محكومة لتوليد الحركة في محركات السيارات. عنصر يسمى مؤكسد (الذي يتم اختزاله وأكسدته إلى الوقود) وعنصر وقود (يتأكسد ويختزل إلى عامل مؤكسد). بعض الأمثلة على الوقود هي البنزين والغاز الذي نستخدمه في مطابخنا ، في حين أن أكثر العوامل المؤكسدة المعروفة هي الأكسجين الغازي (O2).
• أكسدة من المعادن. إنها تفاعلات أبطأ من الاحتراق. توصف عادة بأنها تحلل بعض المواد ، وخاصة المواد المعدنية ، بفعل الأكسجين عليها. إنها ظاهرة معروفة عالمياً وكل يوم ، خاصة في المناطق الساحلية ، حيث تعمل الأملاح من البيئة على تسريع (تحفيز) التفاعل. لهذا السبب يجب تنظيف السيارة بعد نقلنا إلى الشاطئ من جميع آثار المياه المالحة.
• تفاوت. تُعرف أيضًا باسم تفاعلات التفكيك ، وهي تقدم كاشفًا واحدًا يتم تقليله وأكسدته في نفس الوقت. الحالة النموذجية لذلك هي تحلل بيروكسيد الهيدروجين (H2O2).
• تمرير بسيط. وتسمى أيضًا "تفاعلات الاستبدال البسيطة" ، وتحدث عندما يتبادل عنصران مكانهما داخل نفس المركب. أي أن عنصرًا ما يحل محل عنصر آخر في مكانه المحدد في الصيغة ، مع موازنة الشحنات الكهربائية الخاصة بكل منهما مع الذرات الأخرى حسب الاقتضاء. مثال على ذلك ما يحدث عندما يزيح معدن الهيدروجين في حمض وتتشكل الأملاح ، كما يحدث عندما البطاريات من جهاز تعطل.

أمثلة على تفاعلات الأكسدة والاختزال

أمثلة على تفاعلات الأكسدة والاختزال كثيرة جدًا. سنحاول إعطاء مثال لكل نوع من الأنواع الموصوفة سابقًا:

• احتراق الاوكتان. أوكتان هو الهيدروكربون مكون من البنزين يستخدم لتشغيل محرك سياراتنا. عندما يتفاعل الأوكتان مع الأكسجين ، يتأكسد الأوكتان ويتم تقليل الأكسجين ، مما يؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة نتيجة لهذا التفاعل. تُستخدم هذه الطاقة المنبعثة لتوليد العمل في المحرك ، وكذلك إنتاج ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء في العملية. المعادلة التي تمثل هذا التفاعل هي:
  
• تحلل بيروكسيد الهيدروجين. إنه تفاعل تفكك يتحلل فيه بيروكسيد الهيدروجين إلى العناصر المكونة له ، الماء والأكسجين. في هذا التفاعل ، يتم تقليل الأكسجين عن طريق تقليل عدد الأكسدة من -1 (H2O2) إلى -2 (H2O) ، ويتأكسد بزيادة عدد الأكسدة من -1 (H2O2) إلى 0 (O2).
  
• إزاحة الفضة بالنحاس. إنه رد فعل الإزاحة بسيطة يمكنك من خلالها معرفة كيفية غمر قطعة من النحاس المعدني في محلول من نترات الفضة ، اللون من المحلول يتحول إلى اللون الأزرق وتترسب طبقة رقيقة من الفضة المعدنية على قطعة النحاس. في هذه الحالة ، يتم تحويل جزء من النحاس المعدني (Cu) إلى أيون Cu2 + ، كجزء من نترات النحاس (II) (Cu (NO3) 2) ، الذي يكون لمحلوله لون أزرق جميل. من ناحية أخرى ، يتم تحويل جزء من Ag + الكاتيون ، وهو جزء من نترات الفضة (AgNO3) ، إلى الفضة المعدنية (Ag) التي تترسب.
  
• تفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك المخفف. إنه تفاعل إزاحة بسيط يتم فيه إزاحة الهيدروجين في حمض الهيدروكلوريك (aq) بواسطة الزنك لتكوين ملح.
  
• أكسدة الحديد. يتأكسد الحديد المعدني عندما يتلامس مع الأكسجين من هواء. يظهر هذا في الحياة اليومية عندما تشكل الأجسام الحديدية طبقة من الصدأ البني عند تعرضها للهواء لفترات طويلة من الزمن. في هذا التفاعل ، يتحول الحديد المعدني (Fe) ، الذي له حالة أكسدة 0 ، إلى Fe3 + ، أي أن حالة الأكسدة تزداد (يتأكسد). لهذا السبب يقال بشكل حدسي أو عام: صدأ الحديد.
  

تطبيقات صناعية

في محطات توليد الطاقة ، تكون تفاعلات الأكسدة والاختزال قادرة على تحريك المحركات الكبيرة.

التطبيقات الصناعية لتفاعلات الأكسدة والاختزال لا حصر لها. على سبيل المثال ، تعتبر تفاعلات الاحتراق مثالية للإنتاج مهنة التي تعمل على توليد حركة في المحركات الكبيرة المستخدمة في محطات توليد الطاقة كهرباء.

تتكون العملية من حرق الوقود الحفري للحصول على الحرارة والإنتاج بخار الماء في المرجل ، يستخدم هذا البخار لدفع المحركات أو التوربينات الكبيرة. من ناحية أخرى ، تُستخدم تفاعلات الاحتراق أيضًا لتشغيل محرك السيارات التي تستخدم الوقود الأحفوري ، مثل سياراتنا.

من ناحية أخرى ، تعد تفاعلات الأكسدة والاختزال الخاصة بالإحلال والإزاحة مفيدة للحصول على عناصر معينة في حالة نقاء لا تُرى غالبًا في طبيعة سجية. على سبيل المثال ، الفضة شديدة التفاعل. على الرغم من أنه من النادر العثور عليها نقية في التربة المعدنية التحتية ، يمكن الحصول على درجة عالية من النقاء من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال. يحدث الشيء نفسه عندما يتعلق الأمر بالحصول على الأملاح وغيرها مجمعات سكنية.