تعريف عملية الأكسدة والاختزال وكلاء التدخل

كانديلا روسيو باربيسان | يناير. 2022
مهندس كيميائي

تتضمن كل عملية الأكسدة والاختزال تفاعلين تقليديين: الاختزال والأكسدة. في الاختزال ، يكون أحد الأنواع قادرًا على تقليل حالة الأكسدة بسبب حقيقة أنه قادر على قبول الإلكترونات من نوع آخر. في الأكسدة ، يكون النوع قادرًا على التبرع بالإلكترونات وبالتالي زيادة حالة الأكسدة.

لنلقِ نظرة على المثال التالي لتوضيح المشكلة:

رقم_(س) → نا +_(أ)+ 1 هـ^-

Cl_{2 غ)}+ 2 هـ^- → 2Cl^-_(أ)

نلاحظ تفاعلين ، الأول هو تفاعل الأكسدة ، حيث يزيد الصوديوم من حالة الأكسدة ليصبح نوعًا مشحونًا (كاتيون) بعد فقدانه إلكترون. بدلاً من ذلك ، يقلل الكلور الجزيئي من حالة الأكسدة عن طريق اكتساب إلكترون. يُطلق على كل منها اسم ردود الفعل النصفية أو التفاعلات النصفية ، حيث يحدث التفاعل الكامل عندما يحدث كلاهما في وقت واحد وسيكون كالتالي:

2Na_(س)+ Cl_{2 غ)}+ 2 هـ^- → 2Na⁺_(أ)+ 2 هـ^-+ 2 سل^-_(أ)

العوامل المؤكسدة والمختزلة

هناك نوعان من العوامل المتداخلة الأساسية في عملية الأكسدة والاختزال: المؤكسد والمخفض. الأنواع التي يتم تقليلها قادرة على توليد أكسدة أنواع أخرى ، لذلك يطلق عليها عامل مؤكسد. في حين أن الأنواع المؤكسدة قادرة على تعزيز اختزال أنواع أخرى ، لهذا السبب ، فإنها تسمى عامل الاختزال.

إذا رأينا الحالة المذكورة أعلاه ، فإن الصوديوم زاد حالة الأكسدة من 0 إلى +1 ، لذلك ، يتأكسد ، ثم Na هو عامل مختزل. في حالة Cl₂، من خلال اكتساب الإلكترونات ، انتقل من حالة الأكسدة 0 إلى -1 ، لذلك فهو عامل مؤكسد.

يتم استغلال هذه التفاعلات صناعياً في الخلايا الكهروكيميائية. في نفوسهم ، تقوم بإدخال ملف التيار الكهربائي يسمح بتدفق الإلكترونات عبر الدائرة ، وبالتالي يمكن أن يحدث تفاعل الأكسدة والاختزال. إذا كان رد فعل الأكسدة والاختزال الذي يحدث عفويًا ، فعندئذٍ خلية - زنزانة إنها ليست أكثر من كومة مثل تلك التي نعرفها من منازلنا. الآن ، إذا حدثت عملية الأكسدة والاختزال في الخلية ، من تلقاء نفسهابمعنى ، يتم استخدام التيار لتشكيل رد فعل في اتجاه معين ، تُعرف وحدة الخلية باسم التحليل الكهربائي.

هذا يجعلنا فكر في أنه من الضروري فهم عمليات الأكسدة والاختزال بشكل شامل. لهذا سوف ندرس كيف تكون عفويتها. عندما يحدث التفاعل بشكل طبيعي ، دون الحاجة إلى تكوين تيار معين ضروري لحدوثه ، فإن عملية الأكسدة والاختزال تكون تلقائية. هذه هي حالة العملية التالية:

2Ag⁺_(أ)+ نحاس_(س) → نحاس⁺²_(أ)+ 2Ag_(س)

في هذه الحالة ، إذا كانت ورقة فلز نحاس صلب داخل أ المحلول تحتوي على Ag + أيونات (كاتيونات الفضة) ، عند الوصول إلى الرصيد، لوحظ أن الصفيحة النحاسية لها طبقة بيضاء ، نتاج ترسبات الفضة الصلبة على سطحها.

بملاحظة هذا نفهم أن Ag⁺ (الكاتيون الفضي) يتحول إلى فضة صلبة ، لذلك فهو عامل مؤكسد. في حين أن النحاس الصلب هو عامل مختزل يتأكسد لأنواع النحاس + التي توجد في المحلول. ثم ، بمرور الوقت ، ينخفض ​​وجود الكاتيونات الفضية في المحلول ويزداد تركيز الكاتيونات Cu + 2. يحدث هذا بهذا المعنى منذ حدوث عملية الأكسدة والاختزال العفوية.

الآن ، إذا كان لنفس الصفيحة النحاسية من تجربة سابقًا نغمسها في محلول يحتوي على أيونات الزنك (بدلاً من أيونات الفضة) لن نلاحظ رواسب صلبة على لوح النحاس وتركيزات أيونات النحاس⁺² في الحل والزنك⁺² في الحل لا تختلف. وذلك لأن تيارًا معينًا يدور عبر الخلية الكهروكيميائية مطلوب حتى يحدث التفاعل في هذا الاتجاه.

لذلك ، تلخيصًا للحالات المذكورة أعلاه ، فإن التفاعل بين Cu و Ag⁺ يمكن إجراؤها في خلية ، بينما التفاعل بين النحاس والزنك⁺² لإنتاج الزنك الصلب ، يجب أن يتم تنفيذه في خلية إلكتروليتية.