الأكسدة والإختزال

الكيمياء الكهربية : هي فرع الكيمياء الذي يهتم بدراسة التفاعلات الكيميائية التي تحدث بتأثير الطاقة الكهربية أو التي ينتج عنها طاقة كهربية .

الأكسدة والإختزال :

أ‌-        عرفت عملية الأكسدة سابقا بأنها إتحاد العناصر بالأكسجين .

مثال : الكربون والماغنيسيوم عندما يشتعلان في الهواء يقال أنهما تأكسدأ .

C   +   O₂      ^∆          CO₂                                                                                                                                                                                                           

        2Mg   + O₂     ^∆        2MgO                                                                                                                                       

ب‌-     وكذلك أعتبر تفاعل العناصر التي يوجد بينها فرق في السالبية الكهربية نوعا من تفاعلات التأكسد .

   مثال : تفاعل الماغنسيوم مع الفلور لتكوين فلوريد الماغنسيوم .

  Mg    +   F₂             ^∆      MgF₂                                                                                                                                                                                                          

جـ - وعرفت عملية الإختزال بأنها نزع الأكسجين مع المادة .

   مثال : أكسيد الحديد III تحدث له عملية إختزال في الفرن اللافح ويتحول إلى حديد .

Fe₂O₃    +   3CO        ^∆       2Fe      +   3CO₂                                                                                                                                                               

بناء  للإكتشافات العلمية الحديثة لبنية الذرة تم تفسير عمليتي الأكسدة و الاختزال على أساس انتقال الإلكترونات من مادة إلى أخرى في التفاعلات الكيميائية .

التأكسد بمفهوم النظرية الالكترونية :

·         يمكن تمثيل تفاعل الماغنسيوم مع الأكسجين الكترونيا كالاتي :

            Mg        +     O               Mg⁺²  O^-2                                                                                                                                                                                     

التفاعل السابق يتضمن عمليتين هما :

أ‌-        فقد الماغنسيوم للإلكترونات ( أكسدة )                                                         Mg             Mg⁺²   + 2e^-

ب‌-     إكتساب الأكسجين للإلكترونات ( إختزال )                                                        O      +  2e^-           O^-2

ملاحظات : من نصفي التفاعل نلاحظ أن :

·         عمليتي الأكسدة والإختزال تحدثان في تفاعل واحد وفي آن واحد .

·         ذرة الماغنيسيوم المتعادلة قد فقدت إلكترونين من مستواها الخارجي ونتج أيون الماغنيسيوم الموجب (Mg⁺² ) .

·          ذرة الأكسجين اكتسبت إلكترونين ونتج أيون الأكسجين السالب ( O^-2 ) .

سؤال : ما الذي تسبب بأكسدة الماغنسيوم ؟

الجواب :  الأكسجين هو الذي تسبب بأكسدة الماغنسيوم لأنه أكتسب الإلكترونات . لذلك يطلق على الأكسجين العامل المؤكسد

سؤال : ما الذي تسبب باختزال الأكسجين ؟

الجوال : الماغنسيوم لأنه فقد الإلكترونات . لذلك يطلق على الماغنسيوم عامل مختزل .

تعريفات :

1-     الأكسدة : هي عملية يتم فيها فقد الإلكترونات .

2-     الإختزال : هي عملية يتم فيها إكتساب الإلكترونات .

3-     العامل المختزل : هو المادة التي تفقد  إلكترونا أو أكثر أثناء التفاعل الكيميائي .

4-     العامل المؤكسد : هو المادة التي تكتسب إلكترونا أو أكثر أثناء التفاعل الكيميائي .

مثال : تفاعل الصوديوم مع الكلور لتكوين كلوريد الصوديوم .

Na₁₁  +   Cl₁₇                      Na⁺ + Cl^-                                                                                                                                                                                                                       

السؤال : فسر هذا التفاعل بطريقة انتقال الإلكترونات ، مبينا العامل المختزل والعامل المؤكسد ؟

الجواب : التفاعل يتكون من نصفي تفاعل هما :

الصوديوم حدث له أكسدة :                                             Na                       Na⁺   +   e^-       (فهو عامل مختزل )

الكلور حدث له إختزال  :                                                         Cl     +   e^-               Cl^-   ( فهو عامل مؤكسد )

بعض أهم العوامل المؤكسدة والعوامل المختزلة الشائعة .

عوامل مؤكسدة	عوامل مختزلة
برمنجنات البوتاسيوم  KMnO4   يودات البوتاسيوم            KIO3 برومات البوتاسيوم     KBrO3   ثاني اكسيد المنجنيز      MnO2 الهالوجينات         Cl , F …..   الأكسجين                      O2	كبريتات الحديد                  FeSO4 حمض الأكساليك اللامائي H2C2O4            كبريتيد الهيدروجين            H2S      ثيوكبريتات الصوديوم      Na2S2O3 الهيدروجين                         H2

عداد التأكسد : هو عدد الشحنات الكهربائية ( موجبة أو سالبة ) التي تظهر على الذرة أو الأيون في المركب ، سواء كان أيونيا أو تساهميا .

  سؤال : ما دور أعداد التأكسد ؟

§         معرفة التغير في التركيب الإلكتروني للمواد المتفاعلة .

§         تحديد العامل المؤكسد والعامل المختزل .

ملاحظات :

·         في المركبات الأيونية يكون هناك انتقال حقيقي للإلكترونات من ذرة العنصر الأقل في السالبية إلى ذرة العنصر الأعلى سالبية

أي أن  :       عدد التأكسد لذرة  =    تكافؤها مسبوقا بإشارتها .

مثال :  في المركب   CaCl₂   ( عدد التأكسد للكالسيوم  } +2{        لأن تكافؤه   =  2

                                       ( عدد التأكسد للكلور    }-1{        لان تكافؤه    = 1

·         في المركبات التساهمية لا يحدث انتقال للإلكترونات وتحسب الالكترونات المكونة للرابطة بين ذرتين مختلفتين في السالبية للذرة ذات السالبية العالية .

مثال : في المركب   HCl  يكون إلكترونا الرابطة من نصيب الكلور وبالتالي تكتسب ذرة الهيدروجين شحنة موجبة }+1{

·         بعض العناصر الانتقالية و الهالوجينات يكون لها أكثر من عدد تأكسد .

قواعد أعداد التأكسد :

ý     عدد التأكسد للعنصر في حالته الحرة يساوي صفرا  مثل       ( N ,  Na  ,  K  ,  O  )

ý     عدد التأكسد للأيون البسيط المكون من ذرة واحدة يساوي عدد الشحنات الظاهرة عليه بإشارتها .  مثل ( Cl^-1 ,  Mg⁺², Na⁺¹)

الايون	Na+	F-	Fe+3
عدد تأكسده	+1	-1	+3

للتوضيح في الجدول المقابل :

ý     عدد التأكسد للهيدروجين  :

                                            +1 في مركباته مع اللافلزات  مثل   ( H₂O   ,    CH₄   ,  HCl  ) .

                                            -1 في مركباته مع الفلزات    ( الهيدريدات ) مثل    CaH₂   ,   NaH

ý     عدد التأكسد للأكسجين :

                                            -2 في جميع مركباته ما عدا  الحالتين الآتيتين .

                                            -1 في حالة فوق الأكاسيد مثل H₂O₂  ,  BaO₂   )    )      

                                             +2 عند إتحاده مع الفلور .   مثل ( OF₂ )

علل : عند إتحاد الأكسجين مع الفلور يكون عدد تأكسد الأكسجين يساوي  +2 ؟

ü      لأن  الفلور  أعلى من الأكسجين في السالبية الكهربية  أي أن   ( OF₂ ) مركب تساهمي .

ý     مجموع أعداد التأكسد في الأيون المركب أو مجموعة ذرية تساوي الشحنة الظاهرة عليه .

الايون	PO4-3	NO3-	CO3-2
عدد تأكسده	-3	-1	-2

               مثال :  

ý     مجموع أعداد التأكسد لجميع الذرات في الجزئ أو الصيغة الكيميائية المتعادلة تساوي صفر .

·         مثال : المركب  HNO₃

عدد تأكسد الأكسجين + عدد تأكسد النتروجين + عدد تأكسد الهيدروجين = صفر

3x-2          +    عدد تأكسدN       +   ( +1 )      = صفر          ومنها نحسب  عدد تأكسد   النتروجين N

عدد تأكسد   N  = +5

س : ما التغير الحادث في عدد التأكسد للحديد وعدد الاختزال للكلور من المعادلة الآتية :

    2Fe      +    3Cl₂                         2FeCl₃                                                                                                           

جـ :  التغير في عدد تأكسد الحديد                                                                      Fe⁰                         Fe⁺³

      التغير في عدد الإختزال للكلور                                                                     Cl₂⁰                         CL   

              اعداد  الاستاذ / محمد الشرفي