الأكسدة والاختزال (اختصار لتفاعل الأكسدة والاختزال) هو تفاعل كيميائي تتغير فيه حالات الأكسدة في الذرات، وينطوي أي تفاعل من هذا القبيل على كل من عملية الخفض وعملية الأكسدة التكميلية، وهما مفهومان رئيسيان يشاركان في عمليات نقل الإلكترون، وتشمل تفاعلات الأكسدة والاختزال جميع التفاعلات الكيميائية التي تتغير فيها حالة الأكسدة للذرات بشكل عام، وتتضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال نقل الإلكترونات بين الأنواع الكيميائية، ويقال إن الأنواع الكيميائية التي يتم تجريد الإلكترون منها قد تم تأكسدها، بينما يقال إن الأنواع الكيميائية التي أضيف إليها الإلكترون قد انخفضت .
تفسير عملية الاكسدة والاختزال
الأكسدة هي فقدان الإلكترونات أو زيادة في حالة الأكسدة بواسطة جزيء أو ذرة أو أيون، بينما الاختزال هو اكتساب الإلكترونات أو انخفاض في حالة الأكسدة بواسطة جزيء أو ذرة أو أيون، وعلى سبيل المثال أثناء احتراق الخشب يتم تقليل الأكسجين من الهواء، والحصول على الإلكترونات من الكربون المؤكسد، وعلى الرغم من أن تفاعلات الأكسدة ترتبط عادة بتكوين أكاسيد من جزيئات الأكسجين، ولا يتم تضمين الأكسجين بالضرورة في مثل هذه التفاعلات، لأن الأنواع الكيميائية الأخرى يمكن أن تخدم نفس الوظيفة، ويمكن أن يحدث التفاعل ببطء نسبيا، كما هو الحال في تكوين الصد أو بسرعة أكبر في حالة نشوب حريق، وهناك عمليات الأكسدة والاختزال البسيطة مثل أكسدة الكربون لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO2) أو تقليل الكربون بواسطة الهيدروجين لإنتاج الميثان (CH4) ، وعمليات أكثر تعقيدا مثل أكسدة الجلوكوز (C6H12O6) في جسم الإنسان .
ما هو الاختزال والاكسدة
“الأكسدة” هي عبارة عن كلمة “الحد” و “التقليل”، وكانت كلمة الأكسدة تعني في الأصل تفاعل الأكسجين لتكوين أكسيد، حيث أن الأكسجين (O2 (g)) كان تاريخيا أول عامل مؤكسد معروف، وفي وقت لاحق تم توسيع المصطلح ليشمل المواد الشبيهة بالأكسجين التي حققت تفاعلات كيميائية موازية، وفي نهاية المطاف تم تعميم المعنى ليشمل جميع العمليات التي تنطوي على فقدان الإلكترونات، ويشير الحد من الكلمات في الأصل إلى فقدان الوزن عند تسخين خام معدني مثل أكسيد المعادن لاستخراج المعدن، وبعبارة أخرى تم “اختزال” المعدن إلى المعدن، وأظهر أنطوان لافوازييه (1743-1794) أن فقدان الوزن هذا يرجع إلى فقدان الأكسجين كغاز، وفي وقت لاحق أدرك العلماء أن ذرة المعادن تكسب الإلكترونات في هذه العملية، ثم أصبح معنى الاختزال معمما ليشمل جميع العمليات التي تنطوي على زيادة الإلكترونات، وعلى الرغم من أن “التخفيض” يبدو غير بديهي عند الحديث عن كسب الإلكترونات، إلا أنه قد يساعد على اعتبار التخفيض بمثابة فقدان للأكسجين، والذي كان معناه التاريخي نظرا لأن الإلكترونات مشحونة سالبا، ومن المفيد أيضا التفكير في هذا الأمر على أنه انخفاض في الشحن الكهربائي .
واستخدم عالم الكيمياء الكهربائية جون بوكريس الكلمات الإلكترونية وإلغاء الإلكترون لوصف عمليات الاختزال والأكسدة على التوالي عندما تحدث في الأقطاب الكهربائية، وهذه الكلمات تشبه البروتونات و نزع بروتون، لكنها لم تعتمد على نطاق واسع من قبل الكيميائيين في جميع أنحاء العالم، ويمكن استخدام مصطلح “الهدرجة” بدلا من الاختزال، حيث أن الهيدروجين هو عامل الاختزال في عدد كبير من التفاعلات وخاصة في الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية، ولكن على عكس الأكسدة التي تم تعميمها خارج عنصر الجذر، وحافظت الهدرجة على ارتباطها المحدد بالتفاعلات التي تضيف الهيدروجين إلى مادة أخرى (على سبيل المثال ، هدرجة الدهون غير المشبعة في دهون مشبعة ، R − CH = CH − R + H2 → R-CH2-CH2-R) وتم استخدام كلمة “الأكسدة” لأول مرة في عام 1928 .
تعريفات عن الاختزال والاكسدة
تحدث عمليات الأكسدة والاختزال في وقت واحد ولا يمكن أن تحدث بشكل مستقل عن بعضها البعض، وعلى غرار تفاعل قاعدة الحمض يطلق على كل من الأكسدة وحدها والاختزال بمفرده رد فعل نصف، لأن تفاعلين نصفين يحدثان دائما معا لتشكيل تفاعل كامل عند كتابة تفاعلات نصفية، وعادة ما يتم تضمين الإلكترونات المكتسبة أو المفقودة بشكل صريح من أجل موازنة نصف التفاعل فيما يتعلق بالشحنة الكهربائية .
وعلى الرغم من أنها كافية لأغراض عديدة، إلا أن هذه الأوصاف العامة ليست صحيحة تماما، وعلى الرغم من أن الأكسدة والاختزال يشيران بشكل صحيح إلى التغير في حالة الأكسدة فإن النقل الفعلي للإلكترونات قد لا يحدث أبدا، وحالة أكسدة الذرة هي الشحنة الوهمية التي يمكن أن تحدثها الذرة إذا كانت جميع الروابط بين ذرات العناصر المختلفة أيونية 100٪، وبالتالي يتم تعريف الأكسدة على نحو أفضل على أنه زيادة في حالة الأكسدة والحد على أنه نقص في حالة الأكسدة في الممارسة العملية، وسيؤدي نقل الإلكترونات دائما إلى حدوث تغيير في حالة الأكسدة، ولكن هناك العديد من ردود الفعل التي تصنف على أنها “الأكسدة والاختزال” على الرغم من عدم حدوث نقل إلكتروني (مثل تلك التي تتضمن روابط تساهمية) .
الحد من العوامل المؤكسدة
في عمليات الأكسدة والاختزال ينقل الاختزال الإلكترونات إلى المؤكسد، وهكذا في التفاعل أيضا حيث يفقد العامل المختزل أو العامل المختزل الإلكترونات ويتأكسد، ويكسب العامل المؤكسد أو المؤكسد الإلكترونات وينخفض، ويطلق على زوج عامل مؤكسد ومختزل مشارك في تفاعل معين اسم زوج الأكسدة والاختزال، وزوج الأكسدة والاختزال هو نوع مختزل وشكله المؤكسد المقابل، على سبيل المثال ، Fe2 + / Fe3 .
تفسير عملية الاكسدة والاختزال
الأكسدة هي فقدان الإلكترونات أو زيادة في حالة الأكسدة بواسطة جزيء أو ذرة أو أيون، بينما الاختزال هو اكتساب الإلكترونات أو انخفاض في حالة الأكسدة بواسطة جزيء أو ذرة أو أيون، وعلى سبيل المثال أثناء احتراق الخشب يتم تقليل الأكسجين من الهواء، والحصول على الإلكترونات من الكربون المؤكسد، وعلى الرغم من أن تفاعلات الأكسدة ترتبط عادة بتكوين أكاسيد من جزيئات الأكسجين، ولا يتم تضمين الأكسجين بالضرورة في مثل هذه التفاعلات، لأن الأنواع الكيميائية الأخرى يمكن أن تخدم نفس الوظيفة، ويمكن أن يحدث التفاعل ببطء نسبيا، كما هو الحال في تكوين الصد أو بسرعة أكبر في حالة نشوب حريق، وهناك عمليات الأكسدة والاختزال البسيطة مثل أكسدة الكربون لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO2) أو تقليل الكربون بواسطة الهيدروجين لإنتاج الميثان (CH4) ، وعمليات أكثر تعقيدا مثل أكسدة الجلوكوز (C6H12O6) في جسم الإنسان .
ما هو الاختزال والاكسدة
“الأكسدة” هي عبارة عن كلمة “الحد” و “التقليل”، وكانت كلمة الأكسدة تعني في الأصل تفاعل الأكسجين لتكوين أكسيد، حيث أن الأكسجين (O2 (g)) كان تاريخيا أول عامل مؤكسد معروف، وفي وقت لاحق تم توسيع المصطلح ليشمل المواد الشبيهة بالأكسجين التي حققت تفاعلات كيميائية موازية، وفي نهاية المطاف تم تعميم المعنى ليشمل جميع العمليات التي تنطوي على فقدان الإلكترونات، ويشير الحد من الكلمات في الأصل إلى فقدان الوزن عند تسخين خام معدني مثل أكسيد المعادن لاستخراج المعدن، وبعبارة أخرى تم “اختزال” المعدن إلى المعدن، وأظهر أنطوان لافوازييه (1743-1794) أن فقدان الوزن هذا يرجع إلى فقدان الأكسجين كغاز، وفي وقت لاحق أدرك العلماء أن ذرة المعادن تكسب الإلكترونات في هذه العملية، ثم أصبح معنى الاختزال معمما ليشمل جميع العمليات التي تنطوي على زيادة الإلكترونات، وعلى الرغم من أن “التخفيض” يبدو غير بديهي عند الحديث عن كسب الإلكترونات، إلا أنه قد يساعد على اعتبار التخفيض بمثابة فقدان للأكسجين، والذي كان معناه التاريخي نظرا لأن الإلكترونات مشحونة سالبا، ومن المفيد أيضا التفكير في هذا الأمر على أنه انخفاض في الشحن الكهربائي .
واستخدم عالم الكيمياء الكهربائية جون بوكريس الكلمات الإلكترونية وإلغاء الإلكترون لوصف عمليات الاختزال والأكسدة على التوالي عندما تحدث في الأقطاب الكهربائية، وهذه الكلمات تشبه البروتونات و نزع بروتون، لكنها لم تعتمد على نطاق واسع من قبل الكيميائيين في جميع أنحاء العالم، ويمكن استخدام مصطلح “الهدرجة” بدلا من الاختزال، حيث أن الهيدروجين هو عامل الاختزال في عدد كبير من التفاعلات وخاصة في الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية، ولكن على عكس الأكسدة التي تم تعميمها خارج عنصر الجذر، وحافظت الهدرجة على ارتباطها المحدد بالتفاعلات التي تضيف الهيدروجين إلى مادة أخرى (على سبيل المثال ، هدرجة الدهون غير المشبعة في دهون مشبعة ، R − CH = CH − R + H2 → R-CH2-CH2-R) وتم استخدام كلمة “الأكسدة” لأول مرة في عام 1928 .
تعريفات عن الاختزال والاكسدة
تحدث عمليات الأكسدة والاختزال في وقت واحد ولا يمكن أن تحدث بشكل مستقل عن بعضها البعض، وعلى غرار تفاعل قاعدة الحمض يطلق على كل من الأكسدة وحدها والاختزال بمفرده رد فعل نصف، لأن تفاعلين نصفين يحدثان دائما معا لتشكيل تفاعل كامل عند كتابة تفاعلات نصفية، وعادة ما يتم تضمين الإلكترونات المكتسبة أو المفقودة بشكل صريح من أجل موازنة نصف التفاعل فيما يتعلق بالشحنة الكهربائية .
وعلى الرغم من أنها كافية لأغراض عديدة، إلا أن هذه الأوصاف العامة ليست صحيحة تماما، وعلى الرغم من أن الأكسدة والاختزال يشيران بشكل صحيح إلى التغير في حالة الأكسدة فإن النقل الفعلي للإلكترونات قد لا يحدث أبدا، وحالة أكسدة الذرة هي الشحنة الوهمية التي يمكن أن تحدثها الذرة إذا كانت جميع الروابط بين ذرات العناصر المختلفة أيونية 100٪، وبالتالي يتم تعريف الأكسدة على نحو أفضل على أنه زيادة في حالة الأكسدة والحد على أنه نقص في حالة الأكسدة في الممارسة العملية، وسيؤدي نقل الإلكترونات دائما إلى حدوث تغيير في حالة الأكسدة، ولكن هناك العديد من ردود الفعل التي تصنف على أنها “الأكسدة والاختزال” على الرغم من عدم حدوث نقل إلكتروني (مثل تلك التي تتضمن روابط تساهمية) .
الحد من العوامل المؤكسدة
في عمليات الأكسدة والاختزال ينقل الاختزال الإلكترونات إلى المؤكسد، وهكذا في التفاعل أيضا حيث يفقد العامل المختزل أو العامل المختزل الإلكترونات ويتأكسد، ويكسب العامل المؤكسد أو المؤكسد الإلكترونات وينخفض، ويطلق على زوج عامل مؤكسد ومختزل مشارك في تفاعل معين اسم زوج الأكسدة والاختزال، وزوج الأكسدة والاختزال هو نوع مختزل وشكله المؤكسد المقابل، على سبيل المثال ، Fe2 + / Fe3 .
