الدرس: 4-3 تفاعلات التأكسد والاختزال

• التأكسد: عبارة عن تغير كيميائي تفقد فيه الذرة أو مجموعة من الذرات الإلكترونات ويصحبه زيادة في عدد تأكسد العنصر.
• الاختزال: عبارة عن تغير كيميائي تكشتسب فيه الذرة أو مجموعة من الذرات الإلكترونات ويصحبه نقصان في عدد تأكسد العنصر.
• تفاعلات التأكسد والاختزال: هي تفاعلات كيميائية تنتقل فيها الإلكترونات من مادة إلى أخرى، وتحدث عندما يتوفر عنصران يختلفان في استعدادهما لفقدان واكتساب الإلكترونات حيث تنتقل الإلكترونات من العنصر ذات الميل الأعلى لفقدان الإلكترونات ويدعى العامل المختزل إلى العنصر ذات الميل الأوطأ ويدعى العامل المؤكسد فيتأكسد الأول ويختزل الثاني.

مثال للتوضيح: حدد العنصر الذي يعاني تاكسداً والعنصر الذي يعاني اختزالاً مع كتابة نصفي التفاعل للتأكسد والاختزال ولماذا يسمى تفاعل تأكسد واختزال ⁺Cr²⁺ + Co³$\to$Cr³⁺ + Co²؟

لو أخذنا حالة الكروم نلاحظ أن أيون ⁺Cr² تحول إلى أيون ⁺Cr³ نتيجة اكتسابه إلكتروناً واحداً إذاً يعاني تأكسداً عند تفاعله مع أيون ويسمى نصف تفاعل (اختزال) كما موضح في المعادلة:

${\mathrm{Cr}}^{2+}\to {\mathrm{Cr}}^{3+}+1\mathrm{e}$

لو أخذنا حالة الكوبلت نلاحظ أن أيون ⁺Co³ تحول إلى أيون ⁺Co² نتيجة اكتسابه إلكتروناً واحداً إذاً نتيجة اكتسابه إلكتروناً واحداً إذاً عانى اختزالاً عند تفاعله مع أيون ⁺Cr² ويسمى نصف تفاعل (اختزال) كما موضح في المعادلة:

${\mathrm{Co}}^{3+}+1{\mathrm{e}}^{-}\to {\mathrm{Co}}^{2+}$

ولو جمعنا معادلتي التأكسد والاختزال بعد أن نجعل عدد الإلكترونات المفقودة والمكتسبة متساوية نحصل على التفاعل العام:

${\mathrm{Cr}}^{+}\to {\mathrm{Cr}}^{3+}+1{\mathrm{e}}^{-}$

${\mathrm{Co}}^{3+}+1{\mathrm{e}}^{-}\to {\mathrm{Co}}^{2+}$

بالجمع:

${\mathrm{Cr}}^{2+}+{\mathrm{Co}}^{3+}\to {\mathrm{Cr}}^{3+}+{\mathrm{Co}}^{2+}$

الكروم زاد عدد تأكسده والعملية تسمى تأكسداً، بينما قل عدد تأكسد الكوبلت والعملية تسمى اختزالاً إذاً يسمى هذا التفاعل تفاعل تأكسد واختزال.

حدد العنصر الذي يعاني تأكسداً والعنصر الذي يعاني اختزالاً في التفاعل الآتي:

Cu + 4HNO₃ $\to$ Cu ( NO₃)₂ + 2 NO₂ + 2H₂O

لتبسيط المسالة نضع فوق كل عنصر أو جذر أيوني حالته التأكسدية (بغض النظر عن موازنة المعادلة) وعلى ضوء القواعد آنفة الذكر كما موضح أدناه:

نلاحظ نقصان عدد تأكسد النيتروجين من (5+ إلى +4) يعاني اختزالاً.

زاد عدد تأكسد النحاس من (صفر إلى 2 +) يعاني تاكسداً.

$\mathrm{Cu}\to {\mathrm{Cu}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}$ نصف تفاعل (تأكسد).

${\mathrm{N}}^{5+}+1{\mathrm{e}}^{-}\to {\mathrm{N}}^{4+}$ نصف تفاعل (اختزال).

أما عنصري الهيدروجين والأوكسجين فلم تتغير أعداد تأكسدهما في التفاعل.

على ضوء ذلك يمكننا أن نستنتج ما يأتي:

• لا يمكن أن تحدث عملية تأكسد من دون عملية اختزال مرافقة لها.
• عدد الإلكترونات المفقودة في عملية التأكسد تساوي عدد الإلكترونات المكتسبة في عملية الاختزال.
• يمكن الحصول على التفاعل العام من خلال جمع معادلتي تفاعلي (التأكسد والاختزال) بعد حذف الإلكترونات المفقودة والمكتسبة.
• معرفة أعداد التأكسد تساعدنا في الحكم على أي تفاعل فيما إذا كان تفاعل أكسدة واختزال أم لا من خلال متابعة أعداد التأكسد للعناصر المشمولة في التفاعل.

حدد التفاعلات التي تعاني تأكسد وتلك التي تعاني اختزال مع كتابة أنصاف التفاعل للتأكسد والاختزال؟

• Cl₂+2I^-$\to$2Cl^-+I₂

الكلور قل عدد تأكسده إذاً يعاني اختزالاً.

اليود زاد عدد تأكسده إذاً يعاني تاكسداً.

${\mathrm{Cl}}_2+2\mathrm{e}\to 2{\mathrm{Cl}}^{-}$ تفاعل اختزال.

$2{\mathrm{I}}^{-}\to {\mathrm{I}}_2+2\mathrm{e}$ تفاعل تأكسد.

بالجمع:

${\mathrm{Cl}}_2+2{\mathrm{I}}^{-}\to 2{\mathrm{Cl}}^{-}+{\mathrm{I}}_2$

Mg + Fe²⁺$\to$Mg ²⁺ + Fe

المغنسيوم زاد عدد تأكسده إذاً يعاني تاكسداً، بينما الحديد قل عدد تأكسده إذاً يعاني اختزالاً.

$\mathrm{Mg}\to {\mathrm{Mg}}^{2+}+2\mathrm{e}$

${\mathrm{Fe}}^{2+}+2\mathrm{e}\to \mathrm{Fe}$

بالجمع:

$\mathrm{Mg}+{\mathrm{Fe}}^{2+}\to {\mathrm{Mg}}^{2+}+\mathrm{Fe}$

حدد الذرات التي تعاني تأكسداً وتلك التي تعاني اختزالاً في التفاعلات الآتية مع كتابة أنصاف التفاعل للتأكسد والاختزال؟

Zn + Cu²⁺$\to$Zn⁺⁺ + Cu

الخارصين زاد عدد تأكسده من صفر إلى 2+ إذاً يعاني تأكسداً والنحاس قل عدد تأكسده من 2+ إلى صفر إذاً يعاني اختزالاً وعليه يسمى التفاعل تفاعل تأكسد واختزال.

$\mathrm{Zn}\to {\mathbf{Zn}}^{++}+2{\mathrm{e}}^{-}$ نصف تفاعل (تأكسد).

${\mathrm{Cu}}^{++}+2{\mathrm{e}}^{\mathrm{\prime }}\to \mathrm{Cu}$ نصف تفاعل (اختزال).

جمع المعادلتين:

$\mathrm{Zn}+{\mathrm{Cu}}^{2+}\to {\mathrm{Zn}}^{++}+\mathrm{Cu}$

Mg + 2 HCl$\to$MgCl₂ + H₂

المغنسيوم زاد عدد تأكسده من صفر إلى 2+ إذاً يعاني تأكسداً والهيدروجين قل عدد تأكسده من 1+ إلى صفر إذاً يعاني اختزالاً وعليه يسمى التفاعل تفاعل تأكسد واختزال.

$\mathrm{Mg}\to {\mathrm{Mg}}^{++}+2{\mathrm{e}}^{-}$ نصف تفاعل (تأكسد).

$2{\mathrm{H}}^{+}+2{\mathrm{e}}^{-}\to {\mathrm{H}}_2$ نصف تفاعل (اختزال).

$\mathrm{Mg}+2\mathrm{HCl}\to {\mathrm{MgCl}}_2+{\mathrm{H}}_2$