بحث عن الاكسدة والاختزال

الأكسدة والاختزال (اختصار لتفاعل الأكسدة والاختزال) هو تفاعل كيميائي يتم فيه تغيير حالات الأكسدة في الذرات، وينطوي أي تفاعل من هذا النوع على عملية الخفض وعملية الأكسدة التكميلية، وهما مفهومان رئيسيان يشاركان في عمليات نقل الإلكترونات. تشمل تفاعلات الأكسدة والاختزال جميع التفاعلات الكيميائية التي يتم فيها تغيير حالة الأكسدة للذرات بشكل عام، وتتضمن نقل الإلكترونات بين الأنواع الكيميائية. يتم تأكيد تأكسد الأنواع الكيميائية التي يتم تجريد الإلكترون منها، بينما يتم تخفيض الأنواع الكيميائية التي يتم إضافة الإلكترون إليها .

تفسير عملية الاكسدة والاختزال

الأكسدة هي فقدان الإلكترونات أو زيادة في حالة الأكسدة بواسطة جزيء أو ذرة أو أيون، في حين أن الاختزال هو اكتساب الإلكترونات أو انخفاض في حالة الأكسدة بواسطة جزيء أو ذرة أو أيون، وعلى سبيل المثال، أثناء احتراق الخشب يتم تقليل الأكسجين من الهواء، والحصول على الإلكترونات من الكربون المؤكسد، وعلى الرغم من أن تفاعلات الأكسدة ترتبط عادة بتكوين أكاسيد من جزيئات الأكسجين، ولا يتم ضم الأكسجين بالضرورة في مثل هذه التفاعلات، لأن الأنواع الكيميائية الأخرى يمكن أن تؤدي نفس الوظيفة، ويمكن أن يحدث التفاعل ببطء نسبيا، كما هو الحال في تكوين الصد، أو بسرعة أكبر في حالة نشوب حريق، وهناك عمليات الأكسدة والاختزال البسيطة مثل أكسدة الكربون لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO2) أو تقليل الكربون بواسطة الهيدروجين لإنتاج الميثان (CH4)، وعمليات أكثر تعقيدا مثل أكسدة الجلوكوز (C6H12O6) في جسم الإنسان  .

ما هو الاختزال والاكسدة

الأكسدة” هي كلمة تجمع بين “الحد” و “التقليل”، وكانت تعني في الأصل تفاعل الأكسجين مع المواد الأخرى لتكوين الأكسيد. وكان الأكسجين هو أول عامل مؤكسد معروف (O2 (g)). وتم توسيع معنى الأكسدة ليشمل المواد الأخرى التي تشبه الأكسجين وتتفاعل بنفس الطريقة. وفي النهاية، أصبحت الأكسدة تشمل جميع العمليات التي تتضمن فقدان الإلكترونات. و”الحد” يشير إلى فقدان الوزن الذي يحدث عند تسخين خام معدني مثل أكسيد المعادن لاستخراج المعدن، ويشير “التقليل” إلى زيادة الإلكترونات. وقد أظهر أنطوان لافوازييه (1743-1794) أن فقدان الوزن يحدث بسبب فقدان الأكسجين كغاز، وبعد ذلك، أدرك العلماء أن المعادن تكتسب الإلكترونات في هذه العملية، وأصبحت “التقليل” تشمل جميع العمليات التي تتضمن زيادة الإلكترونات. وعلى الرغم من أن “التقليل” يبدو غير بديهي عند الحديث عن كسب الإلكترونات، إلا أنه يمكن اعتباره بمثابة فقدان للأكسجين لأن الإلكترونات مشحونة سالبا، ومن المفيد أيضا التفكير في الأمر على أنه انخفاض في الشحن الكهربائي .

استخدم الكيميائي الكهربائي جون بوكريس مصطلحات إلكترونية ونزع الإلكترون لوصف عمليات الأكسدة والاختزال في الأقطاب الكهربائية، وهذه المصطلحات تشبه مصطلحات البروتونات ونزع البروتون، ولكن لم تنتشر على نطاق واسع بين الكيميائيين في جميع أنحاء العالم، ويمكن استخدام مصطلح “الهدرجة” بدلا من الاختزال، حيث إن الهيدروجين هو عامل الاختزال في العديد من التفاعلات وخاصة في الكيمياء العضوية والحيوية، ومن الملاحظ أن مصطلح الأكسدة قد تم تعميمه خارج سياق العنصر الأساسي، في حين أن مصطلح الهدرجة لا يزال يحتفظ بصلته المحددة بالتفاعلات التي تضيف الهيدروجين إلى مركب آخر (على سبيل المثال، هدرجة الدهون غير المشبعة إلى دهون مشبعة، R-CH=CH-R + H2 → R-CH2-CH2-R)، وقد تم استخدام مصطلح الأكسدة لأول مرة في عام 1928 .

تعريفات عن الاختزال والاكسدة

تحدث عمليات الأكسدة والاختزال معا في نفس الوقت، ولا يمكن أن تحدث بشكل منفصل عن بعضها البعض. وبناء على تشابه تفاعل الحمض والقاعدة، يطلق على الأكسدة بمفردها والاختزال بمفرده رد فعل نصفي، لأن هذين التفاعلين النصفين يحدثان دائما معا لتشكيل تفاعل كامل. عند كتابة التفاعلات النصفية، عادة ما يتم تضمين الإلكترونات المكتسبة أو المفقودة بشكل صريح لتحقيق توازن التفاعل من حيث الشحنة الكهربائية .

على الرغم من أن هذه الأوصاف العامة تكفي لأغراض عديدة، إلا أنها غير دقيقة تماما. وعندما نشير بشكل صحيح إلى الأكسدة والاختزال، فإننا نشير إلى التغير في حالة الأكسدة، ولكنه لا يعني بالضرورة حدوث نقل للإلكترونات. فحالة أكسدة الذرة هي شحنة وهمية يمكن أن تحدثها الذرة في حالة كانت جميع الروابط بين العناصر مئوية. وبالتالي، يتم تعريف الأكسدة على أنها زيادة في حالة الأكسدة والاختزال على أنه نقص في حالة الأكسدة في الممارسة العملية. فنقل الإلكترونات يؤدي دائما إلى تغيير في حالة الأكسدة، ولكن هناك العديد من التفاعلات التي تصنف على أنها “الأكسدة والاختزال” على الرغم من عدم حدوث نقل للإلكترونات (مثل التفاعلات التساهمية) .

الحد من العوامل المؤكسدة

في عمليات الأكسدة والاختزال، يتم نقل الإلكترونات من المختزل إلى المؤكسد، وبالتالي يتأكسد المختزل ويفقد الإلكترونات، بينما يتحول المؤكسد إلى مختزل ويكتسب الإلكترونات، ويتم تسمية زوج المختزل والمؤكسد المشارك في التفاعل بزوج الأكسدة والاختزال، ويمثل زوج الأكسدة والاختزال نوعا من المختزل ويتشكل على شكل مؤكسد مقابل له، على سبيل المثال، Fe2+/Fe3 .