الكيمياء فصل أول

التوجيهي علمي

icon

 

الـتأكسد والاختزال

استخدم الكيميائيون القدامى مصطلح التأكسد لوصف تفاعل المادَّة مع الأكسجين، ومصطلح الاختزال لوصف نزع الأكسجين من المادَّة.

وقد تطوُّرَ مفهوم التأكسد والاختزال ليشمل تفاعلاتٍ أخرى لا تتضمَّن التفاعل مع الأكسجين،

فقد عرّف الكيميائيون التأكسد بأنه فَقْدُ المادَّة للإلكترونات خلال التفاعل الكيميائي،

أما الاختزال فهو كسبُ المادَّة للإلكترونات خلال التفاعل الكيميائي.

ويسمّى التفاعلُ الذي تحدث فيه عمليتا التأكسد والاختزال معًا تفاعل التأكسد والاختزال.

ويمكن كتابة معادلة لعملية التأكسد بصورة منفصلة  تسمى نصف تفاعل التأكسد  تمثل فقد المادة للإلكترونات خلال عمليّة التأكسد،

وكذلك بالنسبة لعملية الاختزال حيث تكتب معادلة بصورة منفصلة تسمى نصف تفاعل الاختزال تمثل اكتساب المادة للإلكترونات خلال عمليّة الاختزال.

 

عدد التأكسد Oxidation Number

يعرَّفُ عددُ التأكسد Oxidation Number بأنه الشحنة الفعليَّة لأيون الذرّة في المركَّبات الأيونيَّة.

هناك العديد من التفاعلات تؤدي إلى تكوين مركَّبات جزيئيَّة ترتبط ذرّاتُ عناصرها بروابطَ تساهميّة؛ إذ لا تحدث فيها عمليّة فقدٍ وكسبٍ للإلكترونات.

إلا أن إلكترونات الرابطة تكون مزاحة نحو الذرة الأكثر سالبة كهربائية مما يكسبها شحنة جزئية سالبة، بينما يظهر على الذرة الأخرى المكونة للرابطة شحنة جزئية موجة نتيجة إزاحة الاكترونات عنها، وبالتالي يمكن التعامل مع هذه الشحنات كأنها عدد تأكسد لهذه الذرات وبالتالي يصبح مفهوم التأكسد والاختزال تتضمَّن أيضًا تكوين المركَّبات الجزيئيَّة ترتبط ذرّاتُ عناصرها بروابطَ تساهميّة؛ وبناء على ذلك تم تطوير مفهوم عدد التأكسد هذا النوع من المركبات.

تعريف عدد التأكسد:  هو الشحنة الفعليَّة لأيون الذرّة في المركَّبات الأيونيَّة، أو الشحنة التي يفترض أن تكتسبها الذرّة المكوِّنة للرابطة التساهميَّة مع ذرّة أخرى فيما لو انتقلت إلكتروناتُ الرابطة كُلِّيًّا إلى الذرّة التي لها أعلى سالبيَّة كهربائيَّة.

وهناك مجموعة من القواعد لابد من معرفتها لحساب عدد التأكسد للذرة أو الايون سواء في المركبات الأيونية أو المركبات الجزيئية.

التأكسد والاختزال والتغيُّر في أعداد التأكسد

يُستفاد من حساب أعداد التأكسد في معرفة ذرّات أو أيونات العناصر التي تأكسدت أو اختُزلت في تفاعلات التأكسد والاختزال.

وذلك من خلال معرفة التغير في أعداد التأكسد للذرات أو الأيونات خلال التفاعل، كما يلي:

حيث يوصف التأكسد بأنه الزيادة في عدد التأكسد خلال التفاعل، أما الاختزال فيوصف بالنقص في عدد التأكسد  خلال التفاعل. 

وبالتالي فإن تفاعلات التأكسد والاختزال لا بد أن يرافقها تغيرا في عدد التأكسد للأيونات أو ذرات العناصر في التفاعل.

 العوامل المؤكسدة والعوامل المُختزلة

عندما تتأكسد المادة فإنها تفقد الإلكترونات لمادة أخرى في التفاعل، مما يسبب اختزال تلك المادة ولذلك تسمى المادة التي تتأكسد بأنها عامل مختزل.

وعندما تختزل المادة في التفاعل فإنها تكتسب الإلكترونات من مادة أخرى ، أي أنها تعمل على أكسدتها،  ولذلك تسمى  المادة التي تختزل بأنها عامل مؤكسد.

التأكسد والاختزال الذاتي

يعرف التأكسد والاختزال الذاتي: بأن المادَّة نفسَها تسلك كعامل مؤكسد وكعامل مُختزل في التفاعل نفسه.

حيث يزداد عدد تأكسدها في أحد النواتج ويقل في ناتج آخر كما يلي: 

                                                                        2H2O2-1         2H2O-2  +   O02

موازنة معادلات التأكسد والاختزال

 

تحقق معادلة التأكسد والاختزال الموزونة قانون حفظ الكتلة؛ ممّا يعني أنَّ أنواع وأعداد ذرّات العناصر المكوِّنة للمواد المتفاعلة مماثلةٌ لها في المواد الناتجة.

وكذلك تحقق قانون حفظ الشحنة؛ أي أنَّ مجموع شحنات المواد المتفاعلة مساوٍ لمجموعها في المواد الناتجة،

ويتحقق ذلك عندما يكون عددُ الإلكترونات المكتسبة في أثناء تفاعل الاختزال مساويًا لعدد الإلكترونات المفقودة خلال تفاعل التأكسد.

وتتم موازنة المعادلات بطريقة نصف التفاعل، سواء حدث التفاعل في الوسط الحمضي أو القاعدي عبر سلسلة من الإجراءات المتبعة بشكل متسلسل كما يلي:

1- قسمة المعادلة إلى نصفي تفاعل: نصف تفاعل تأكسد ونصف تفاعل اختزال.

ثمَّ موازنة كل نصف تفاعل منفردًا  وفق الخطوات الآتية:

موازنة  أعدادُ الذرّات بالضرب بأعداد منسبة تحقق تساوي الأعداد على جانبي المعادلة.( ما عدا الأكسجين والهيدروجين) 

موازنة ذرات الأكسجين بإضافة جزيء ماء مقابل كل ذرة أكسجين تنقص في أحد الأطراف.

موازنة ذرات الهيدروجين بإضافة أيون +H ما مقابل كل ذرة هيدروجين تنقص في أحد الأطراف.

موازنة الشحنات بإضافة عدد من الإلكترونات يساوي فرق مجموع الشحنة على طرفي المعادلة ، وتضاف إلى الجهة الأكثر موجبية،

2- تكرر الخطوات السابقة للنصف الثاني من التفاعل.

3-  مساواة عدد الإلكترونات المفقودة والمكتسبة لنصفي التفاعل،

4- يتم جمع نصفي التفاعل للحصول على المعادلة الموزونة، ( حيث يتم حذف الإلكترونات واختصار  أعداد الصيغ المتشابهة على طرفي التفاعل.

تتم الخطوات السابقة لموازنة المعادلات في الوسط الحمض،

أما في الوسط القاعدي ، فيتبع هذه الخطوات إضافة عدد من أيونات -OH إلى نصفي التفاعل يساوي عدد أيونات +H في المعادلة الكلية، 

حيث تتعادل أيوناتُ الهيدروجين +H مع أيونات الهيدروكسيد -OH مكوِّنةً عددًا ماثلا من جُزيئات الماء H2

ثمَّ تُختَصَرُ جُزيئات الماء في طرفي المعادلة بحيث تَظهر في أحد أطراف المعادلة الكُلِّيَّة الموزونة فقط.