הגדרה של תהליך חיזור וגורמים מתערבים

קנדלה רוסיו ברביסאן | ינואר 2022
מהנדס כימי

כל תהליך חיזור כולל שתי תגובות קלאסיות: הפחתה וחמצון. בהפחתה, מין אחד מסוגל להפחית את מצב החמצון שלו בשל העובדה שהוא מסוגל לקבל אלקטרונים ממין אחר. בחמצון, מין מסוגל לתרום אלקטרונים ובכך להגביר את מצב החמצון שלו.

הבה נסתכל על הדוגמה הבאה כדי להבהיר את הנושא:

לא_(ים) → Na+_(ac)+1e^-

Cl_{2 גרם)}+2e^- → 2Cl^-_(ac)

אנו רואים שתי תגובות, הראשונה היא תגובת חמצון, שבה נתרן מגביר את מצב החמצון שלו והופך למין טעון (קטיון) לאחר איבוד אֶלֶקטרוֹן. במקום זאת, כלור מולקולרי מוריד את מצב החמצון שלו על ידי השגת אלקטרון. כל אחת מהן נקראת חצי תגובות או חצי תגובות, שכן התגובה השלמה מתרחשת כאשר שתיהן מתרחשות בו-זמנית והיא תהיה הבאה:

2Na_(ים)+Cl_{2 גרם)}+2e^- → 2Na⁺_(ac)+2e^-+ 2Cl^-_(ac)

חומרי החמצון והמפחיתים

ישנם שני גורמים מתערבים שהם בסיסיים בתהליך החיזור: המחמצן והמפחית. המין המופחת מסוגל ליצור חמצון של מין אחר, ולכן הוא נקרא חומר מחמצן. בעוד שהמין שמתחמצן מסוגל לקדם הפחתה של מין אחר, מסיבה זו הוא נקרא חומר מפחית.

אם אנו רואים את המקרה שלעיל, נתרן העלה את מצב החמצון שלו מ-0 ל-1+, אז הוא התחמצן, אז Na הוא חומר מפחית. במקרה של Cl₂, הופחת על ידי השגת אלקטרונים, הוא עבר ממצב חמצון 0 ל-1, כך שהוא חומר מחמצן.

תגובות אלו מנוצלות באופן תעשייתי בתאים אלקטרוכימיים. בהם אתה מזין א זרם חשמלי המאפשר זרימת אלקטרונים דרך מעגל ולכן יכולה להתרחש תגובת חיזור. אם תגובת החיזור שמתרחשת היא ספונטנית, אז זה תָא זה לא יותר מערימה כמו אלה שאנחנו מכירים מהבתים שלנו. כעת, אם מתרחש תהליך חיזור בתא, ספּוֹנטָנִי, כלומר, הזרם משמש ליצירת בכיוון מסוים את התגובה יחידת התא מכונה אלקטרוליטית.

זה עושה אותנו לַחשׁוֹב שיש צורך להבין תהליכי חיזור באופן מקיף. בשביל זה נלמד איך הספונטניות שלו. כאשר תגובה מתרחשת באופן טבעי, ללא צורך ביצירת זרם מסוים הדרוש לה להתרחש, תהליך החיזור הוא ספונטני. כך הוא המקרה של התהליך הבא:

2 אג'⁺_(ac)+ Cu_(ים) → Cu⁺²_(ac)+ 2Ag_(ים)

במקרה זה, אם גיליון של מַתֶכֶת נחושת מוצקה בתוך א פִּתָרוֹן המכילים יוני Ag+ (קטיונים כסף), עם הגעה ל- איזון, נצפה כי ליריעת הנחושת יש ציפוי לבנבן, תוצר של משקע הכסף המוצק על פניו.

בהתבוננות בכך אנו מבינים כי Ag⁺ (קטיון כסף) מופחת לכסף מוצק, לכן זהו חומר מחמצן. ואילו נחושת מוצקה היא חומר מפחית שמתחמצן למין Cu+ שיימצא בתמיסה. לאחר מכן, עם חלוף הזמן, נוכחותם של קטיוני כסף בתמיסה פוחתת וריכוז הקטיונים Cu+2 עולה. זה מתרחש במובן זה מאז התרחש תהליך חיזור ספונטני.

עכשיו, אם לאותו גיליון נחושת של לְנַסוֹת קודם נטבול אותו בתמיסה המכילה יוני אבץ (במקום יוני כסף) לא נצפה במשקעים מוצקים על יריעת הנחושת ובריכוז יוני Cu⁺² בתמיסה ו-Zn⁺² בפתרון לא משתנים. הסיבה לכך היא שנדרש זרם מסוים שמסתובב בתא האלקטרוכימי כדי שהתגובה תתרחש בכיוון זה.

אז, בסיכום המקרים לעיל, התגובה בין Cu ו-Ag⁺ יכול להתבצע בתא, בעוד התגובה בין Cu ו-Zn⁺² כדי לייצר Zn מוצק זה צריך להתבצע בתא אלקטרוליטי.