คำจำกัดความของกระบวนการรีดอกซ์และสารแทรกแซง

Candela Rocío Barbisan | ม.ค. 2022
วิศวกรเคมี

กระบวนการรีดอกซ์ทุกกระบวนการเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาคลาสสิกสองประการ: รีดักชันและออกซิเดชัน ในการลดลงสปีชีส์หนึ่งสามารถลดสถานะออกซิเดชันได้เนื่องจากสามารถรับอิเล็กตรอนจากสปีชีส์อื่นได้ ในการเกิดออกซิเดชัน สปีชีส์หนึ่งสามารถบริจาคอิเล็กตรอนและเพิ่มสถานะออกซิเดชันได้

มาดูตัวอย่างต่อไปนี้เพื่อชี้แจงปัญหา:

ไม่_(ส) → นา+_(ค)+1^-

Cl_{2 กรัม)}+2e^- → 2Cl^-_(ค)

เราสังเกตปฏิกิริยาสองอย่าง ปฏิกิริยาแรกคือปฏิกิริยาออกซิเดชัน โดยที่โซเดียมเพิ่มสถานะออกซิเดชันให้กลายเป็นสปีชีส์ที่มีประจุ (ไอออนบวก) หลังจากสูญเสีย อิเล็กตรอน. โมเลกุลคลอรีนจะลดสถานะออกซิเดชันโดยรับอิเล็กตรอน แต่ละคนเรียกว่าครึ่งปฏิกิริยาหรือครึ่งปฏิกิริยาเนื่องจากปฏิกิริยาที่สมบูรณ์เกิดขึ้นเมื่อทั้งสองเกิดขึ้นพร้อมกันและจะเป็นดังนี้:

2Na_(ส)+Cl_{2 กรัม)}+2e^- → 2Na⁺_(ค)+2e^-+ 2Cl^-_(ค)

ตัวออกซิไดซ์และรีดิวซ์

มีสารแทรกแซงสองชนิดที่เป็นพื้นฐานในกระบวนการรีดอกซ์: สารออกซิแดนท์และรีดิวเซอร์ สปีชีส์ที่รีดิวซ์สามารถสร้างออกซิเดชันของสปีชีส์อื่นได้จึงเรียกว่าตัวออกซิไดซ์ ในขณะที่สปีชีส์ที่ถูกออกซิไดซ์สามารถส่งเสริมการลดลงของสปีชีส์อื่น ด้วยเหตุนี้ จึงเรียกว่าตัวรีดิวซ์

หากเราเห็นกรณีข้างต้น โซเดียมเพิ่มสถานะออกซิเดชันจาก 0 เป็น +1 ดังนั้น มันถูกออกซิไดซ์ ดังนั้น Na จึงเป็นตัวรีดิวซ์ ในกรณีของCl₂ถูกทำให้ลดลงโดยการเพิ่มอิเล็กตรอน มันเปลี่ยนจากสถานะออกซิเดชัน 0 เป็น -1 ดังนั้นจึงเป็นตัวออกซิไดซ์

ปฏิกิริยาเหล่านี้ถูกใช้ในทางอุตสาหกรรมในเซลล์ไฟฟ้าเคมี ในนั้น คุณป้อน a กระแสไฟฟ้า ที่ยอมให้อิเล็กตรอนไหลผ่านวงจรจึงเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ได้ ถ้าปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นเอง แสดงว่า เซลล์ มันไม่มีอะไรมากไปกว่ากองเหมือนที่เรารู้จักจากบ้านเรา ทีนี้ ถ้าเกิดกระบวนการรีดอกซ์ในเซลล์ โดยธรรมชาตินั่นคือกระแสใช้เพื่อสร้างปฏิกิริยาที่หน่วยเซลล์เรียกว่าอิเล็กโทรไลต์ในทิศทางที่แน่นอน

ทำให้เรา คิด ว่าจำเป็นต้องเข้าใจกระบวนการรีดอกซ์อย่างครอบคลุม สำหรับสิ่งนี้เราจะศึกษาว่าความเป็นธรรมชาติของมันเป็นอย่างไร เมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้นตามธรรมชาติ โดยไม่จำเป็นต้องสร้างกระแสที่จำเป็นเพื่อให้เกิดขึ้น กระบวนการรีดอกซ์จะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เป็นกรณีของกระบวนการต่อไปนี้:

2 Ag⁺_(ค)+ Cu_(ส) → คู⁺²_(ค)+ 2 Ag_(ส)

ในกรณีนี้ถ้าแผ่นของ โลหะ ทองแดงที่เป็นของแข็งภายใน a สารละลาย ที่มีไอออน Ag+ (ไพเพอร์เงิน) เมื่อไปถึง สมดุลสังเกตได้ว่าแผ่นทองแดงมีการเคลือบสีขาว เป็นผลคูณของการสะสมเงินแข็งบนพื้นผิว

สังเกตสิ่งนี้เราเข้าใจว่า Ag⁺ (ซิลเวอร์ไอออน) ถูกรีดิวซ์เป็นเงินแข็ง จึงเป็นตัวออกซิไดซ์ ในขณะที่ทองแดงที่เป็นของแข็งเป็นสารรีดิวซ์ที่ออกซิไดซ์เป็น Cu+ สปีชีส์ที่จะพบได้ในสารละลาย จากนั้นเมื่อเวลาผ่านไป การปรากฏตัวของซิลเวอร์ไอออนในสารละลายจะลดลงและความเข้มข้นของไอออนบวก Cu+2 จะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นในแง่นี้เนื่องจากกระบวนการรีดอกซ์เกิดขึ้นเอง

ตอนนี้ถ้าเป็นแผ่นทองแดงเดียวกันของ การทดลอง ก่อนหน้านี้ เราจุ่มลงในสารละลายที่มีไอออนของสังกะสี (แทนที่จะเป็นไอออนเงิน) เราจะไม่สังเกตเห็นการสะสมของของแข็งบนแผ่นทองแดงและความเข้มข้นของไอออน Cu⁺² ในสารละลายและZn⁺² ในการแก้ปัญหาไม่แตกต่างกัน เนื่องจากจำเป็นต้องมีกระแสไฟฟ้าหมุนเวียนผ่านเซลล์ไฟฟ้าเคมีเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในทิศทางนั้น

ดังนั้น สรุปกรณีข้างต้น ปฏิกิริยาระหว่าง Cu และ Ag⁺ สามารถทำได้ในเซลล์ในขณะที่ปฏิกิริยาระหว่าง Cu และ Zn⁺² ในการผลิตสังกะสีที่เป็นของแข็ง ควรทำในเซลล์อิเล็กโทรไลต์