تفاعلات الأكسدة والإختزال
OXIDATON AND REDUCTION REACTIONS
الأكسدة Oxidation : هى العملية التى تفقد فيها الذرة أو الأيون الكتروناً واحداً أو أكثر.
الإختزال Reduction: هى العملية التى تكتسب فيها الذرة أو الأيون الكتروناً واحداً أو أكثر.
|
اختــــزال |
|
- |
|
+ |
K + Br K + Br KBr
|
أكســـــــدة |
|
+ |
|
- |
ذرة K تسمى عامل مختزل لأنها تسببت في إختزال ذرة Br ( أي أن K منحت إلكترون لذرة Br ) .
ذرة Br تسمى عامل مؤكسد لأنها تسببت في أكسدة ذرة K ( أي أن Br استقبلت إلكترون من ذرة K ) .
العامل المختزل Reducting agent
هو العامل الذى يفقد الكترونات ويختزل تبعاً لذلك إلى حالة من حالات التكافؤ الأقل ( العامل المختزل تحدث له عملية أكسدة ) .
العامل المؤكسد Oxidizing agent
هو العامل الذى يكتسب الكترونات ويختزل تبعاً لذلك إلى حالة من حالات التكافؤ الأقل ( العامل المؤكسد تحدث له عمليةاختزال ) .
خواص الأكسدة والإختزال
1- الأكسدة والاختزال عمليتان متلازمتان ، أينما وجدت إحداهما لابد من وجود الأخرى في نفس التفاعل .
2- المادة التي حدثت لها عملية أكسدة تعتبر عامل مختزل والمادة التي حدثت لها عملية اختزال تعتبر عامل مؤكسد .
3- العامل المؤكسد والعامل المختزل يكونان ضمن المواد المتفاعلة ( وليس ضمن المواد الناتجة من التفاعل ) .
4- المادة التي لم يحدث لها أكسدة أو اختزال فهي ليست عامل مختزل ولا عامل مؤكسد .
5- عدد الالكترونات المفقودة في عملية الأكسدة يساوي تماما عدد الالكترونات المكتسبة في عملية الاختزال .
6- هناك تفاعلات لا يحدث فيها انتقال كامل للإلكترونات لتفسير مثل هذه التفاعلات تم استخدام مفهوم رقم التأكسد .
رقم التأكســــــد Oxidation number
تعريفه : ـ
هو العدد الذي يمثل الشحنة الكهربائية سواء كانت موجبة أم سالبة التي تحملها ذرة العنصر في المركبات الكيمائية سواء كانت أيونية أم تساهمية .
1ـ في المركبات الأيونية : ـ
ý رقم تأكسد الشق الفلزي : هو نفس تكافؤ العنصر مسبوقاً بإشارة موجبة
لأن الفلزات تفقد إلكترونات فتكون أيونات موجبة .
ý رقم تأكسد الشق اللافلزي : هو نفس تكافؤ العنصر مسبوقاً بإشارة سالبة لأن اللافلزات تكتسب إلكترونات فتكون أيونات سالبة .
- جدول أرقام تأكسد بعض العناصر الفلزية واللافلزية:
|
العنصر |
التكافؤ |
رقم التأكسد |
|
فلـــــزات : ـ Na Ca Al Mg Ag
لا فلـــــزات :ـ O Cl Br I |
1 2 3 2 1
2 1 1 1 |
+1 +2 +3 +2 +1
-2 -1 -1 -1 |
2ـ في المركبات التساهمــــــــية : ـ
ý في الذرات المختلفة في الكهروسالبية الذرة الأعلى كهروسالبية تقوم بجذب الالكترونات المشتركة نحوها .
ý تحسب هذه الالكترونات المشتركة وكأنها على الذرة الأكثر كهروسالبية .
ý الذرة الأكثر كهروسالبية يكون عدد تأكسدها سالب ( - ) .
ý الذرة الأقل كهروسالبية تبتعد عنها الالكترونات المشتركة .
ý الذرة الأقل كهروسالبية يكون رقم تأكسدها موجب ( + ) .
|
0 |
ý في الذرات المتماثلة في الكهروسالبية ( مثل H2 H × H) .
الكهروسالبية : ـ هي قدرة العنصر على جذب الإلكترونات نحوه وعكسها الكهروإيجابية .
- جدول أرقام تأكسد بعض العناصر :
|
العنـــــــصر |
رقم تأكسده |
ملاحظـــــــــــــات |
|||
|
العناصر الحرة : ـ 1ـ ذرات مفردة : ـ Na , C , S , Al ....... إلخ 2ـ جزيئات ثنائية : ـ Cl2 , N2 , O2 . H2 .... الخ 3ـ جزيئات عديدة الذرات : ـ O3 , S8 , P4 ..... إلخ |
صــــــــــــــفر |
لأن ذرات العنصر الواحد متماثلة في الكهروسالبية . |
|||
|
في المركبــــات : ـ 1ـ فلزات المجموعة الأولى : Li , Na ..... إلخ . 2ـ فلزات المجموعة الثانية : Mg , Ca ... الخ . 3ـ فلزات المجموعة الثالثة : ـ Al , Ga .... الخ . |
+1
+2
+3 |
لأن فلزات هذه المجموعات لها كهروسالبية منخفضة وتميل لفقد الكترونات التكافؤ فتكون أيونات موجبة . |
|||
|
4 ـ الهيدروجيـــــن H
|
+1 |
ما عدا : ـ في الهيدريدات رقم تأكسدH= -1 ( الهيدريد مركب يتكون من فلز H+) مثل : ـ NaH , MgH2 |
|||
|
5 ـ الأكســـــــــــــجين O |
-2 |
ما عدا في : ـ أـ فوق الأكاسيد : رقم تأكسده يكون-1 مثل : ـ H2O2 , K2O2 , Na2O2 ب ـ سوبر أكسيد : رقم تأكسده يكون- ½ مثل : ـ KO2 , RbO2 ج ـ مركباته مع الفلور ( المركبات الفلوروأكسجينية ) . يكون رقم تأكسده = موجب دائما . فمثلاً : ـ O2F2 رقم التأكسد = +1 OF2 يكون رقم التأكسد = +2 لأن الفلور أعلى العناصر كهروسالبية فيكون رقم تأكسد الفلور دائما = - 1 بينما رقم تأكسد الأكسجين = + |
|||
|
الفلـــــــــــــــور F |
-1 دائما |
في جميع مركباته لأن الفلور أعلى العناصر كهروسالبية على الإطلاق . |
|
||
|
بقية الهالوجينـــــــــــات : ـ Br , I , Cl |
-1 |
ما عدا في : ـ أ ـ مركباتها الأكسجينية مثل : ـ NaClO هيبوكلوريت الصوديوم KBrO3 برومات البوتاسوم NaIO3 يودات الصوديوم HClO4 حمض فوق الكلوريك HClO2 حمض الكلوروز يتراوح رقم تأكسد الهالوجين ما بين ( +1 ......... +7 ) .
ب ـ مركبات الهالوجينات الداخلية : ـ مثل : ـ الهالوجين الأعلى كهروسالبية يكون عدد تأكسده سالباً بينما الهالوجين الأقل كهروسالبية يكون رقم تأكسده موجباً ترتيب الهالوجينات تنازلياً حسب الكهروسالبية : ـ F Cl Br I |
|
||
لحســـــــاب رقم تأكسد عنصر ما في مركب تتبع القاعدة التالية : ـ
|
عدد ذرات العنصر A × رقم تأكسده + عدد ذرات العنصر B × رقم تأكسده +....... = صفر |
ولحســــــاب رقم تأكسد عنصر ما في مجموعة أيونية تتبع الآتي :
|
عدد ذرات العنصر A × رقم تأكسده + عدد ذرات العنصر B × رقم تأكسده +....... = شحنة المجموعة الأيونية |
أمثلـــــــــــــــــة للتوضيح والشرح : ـ
1- احسب رقم تأكسد العنصر الذي تحته خط : ـ
** H2SO4
2H + S + 4 O = zero
2( +1 ) + S + 4(-2) = zero
S = +8 – 2
S = +6
|
-2 |
** Cr 2O 7
الحـــــل : ـ
2 Cr + 7 O = -2
2Cr + 7 ( -2 ) = -2
2 Cr + -14 = -2
2Cr = +14 – 2
2Cr = +12
Cr = +6
-------------------------------------------------------------------
لحساب رقم تأكسد عنصر ما في مركب يحتوى على مجموعة أيونية نستخدم عدد تأكسد المجموعة الأيونية دون تجزئتها للعناصر المكونة لها .
2ـ احسب رقم تأكسد الحديد في المركب Fe ( NO3 )3
|
_ |
|
_ |
مجموعة النترات ( NO3 ) رقم تأكسدها = -1
Fe + 3( NO3 ) = zero
Fe + 3 ( -1 ) = 0
Fe + -3 = 0
Fe = +3
أما إذا كان السؤال هو لحساب رقم تأكسد أحد العناصر المكونة للمجموعة الأيونية فلابد من تجزئة المجموعة الأيونية إلى عناصرها .
3ـ إحسب رقم تأكسد الكبريت في المركب : ـ Al2 (SO4)3
الحـــــل : ـ
بما أن رقم تأكسد الألمونيوم = +3 = التكافؤ .
وبما أن عدد تأكسد SO4 = -2
في هذا المركب يجب أن نقوم بتفكيك المركب تماما أي نضرب ما بداخل القوس بما خارج القوس من أرقام
يصبح المركب كالآتي : ـ
Al2S3O12
2Al + 3S + 12 O = 0
2 ( +3 ) + 3S + -24 = 0
3S = +24 – 6
3S = +18
S = +6
ملاحظــــة هامة : ـ
الإشارات الموجبة والسالبة هامة جدا، أي يجب عند حل مثل هذه المسائل ألا ننسى الإشارات , وإلا ستتغير المسألة بالكامل .
4 – احسب رقم تأكسد النحاس في المركب المعقد الآتي [ Cu ( H2O SO4]
الحـــــل : ـ
رقم تأكسد الماء دائما = صفر
رقم تأكسد مجموعة الكبريتات = -2
Cu + 4 H2O + SO4 = 0
Cu + 4 ( 0 ) + ( -2) = 0
Cu = +2
ملاحظة بسيطة : ـ
نلاحظ من المثال السابق أن رقم التأكسد = التكافؤ ولكن بإشارة موجبة أو سالبة
الفرق بين التكـــــافؤ ورقم التأكسد
|
وجه المقارنة |
التكـــــافؤ |
رقم التأكســــد |
|
تعريــــــــــفه |
هو عدد الإلكترونات التي تفقدها الذرة أو تكتسبها أو تشارك بها عند تفاعلها مع ذرة عنصر آخر . |
هو مقدار الشحنة الكهربائية التي تحملها ذرة العنصر في المركبات الأيونية أو التساهمية . |
|
قيمتـــــه |
عدد صحيح ليس لــــــه إشارة موجبة أو سالبـــــــــــة . |
قد يكون عدد صحيح أو كسر لكن لا بد أن يكون موجباً أو سالباً ( لأنه يمثل شحنة ) . |
مفهــــوم الأكسدة والاختزال باستخدام رقم التأكسد : ـ
الأكســــدة : ـ هي عملية يحدث فيها زيادة في رقم التأكسد ( فقد الكترونات ) .
الاختزال : ـ هو عملية يحدث فيها نقصان في رقم التأكسد ( كسب الكترونات ) .
العامل المؤكســــد : ـ هو مادة تحتوي على عنصر يقل فيه رقم التأكسد .
العامل المختزل : ـ هو مادة تحتوي على عنصر يزيد فيه رقم التأكسد .
** عند دراسة مختلف تفاعلات الأكسدة والاختزال يلاحظ الآتي : ـ
1ـ هناك بعض المواد تقوم بدور العامل المؤكسد فقط ، إذا كانت المادة تحتوي على عنصر له أعلى قيمة في عدد التأكسد فإن هذه القيمة لا يمكن أن تزيد لأكثر من ذلك ، إذن هذه المادة لا تقوم بدور العامل المختزل بل يمكن لهذه القيمة أن تقل ، إذن هذه المادة تقوم بدور العامل المؤكسد فقط مثل برمنجانات البوتاسيوم KMnO4 عدد تأكسد Mn = + 7 وهي أعلى قيمة، وبما أن هذه القيمة لا يمكن أن تزيد إذن KMnO4لا يقوم بدور العامل المختزل لكن يمكن أن تقل هذه القيمة إذن KMnO4 يقوم بدور العامل المؤكسد فقط .
2ـ بعض المواد تقوم بدور العامل المختزل فقط إذا كانت هذه المادة تحتوي على عنصر له أقل قيمة في عدد التأكسد فإن هذه القيمة لا يمكن أن تقل لأقل من ذلك إذن هذه المادة لا تقوم بدور العامل المؤكسد بل يمكن لهذه القيمة أن تزيد إذن تقوم هذه المادة بدور العامل المختزل فقط .
3- بعض المواد تقوم بدور العامل المؤكسد في تفاعل ما والعامل المختزل في تفاعل آخر إذا كانت المادة تحتوي على عنصر له قيمة وسطى في عدد التأكسد ، فإذا زادت هذه القيمة فإن المادة تقوم بدور العامل المختزل وإذا قلت هذه القيمة فإن المادة تقوم بدور العامل المؤكسد مثل مركب فوق أكسيد الهيدروجين H2O2 فإن قيم أرقام تأكسد الأكسجين في مختلف الحالات هي : ـ
( +2 ، +1 ، - ½ ، -1 ، -2 ) فإذا زادت هذه القيمة فإنه يقوم بدور العامل المختزل وإذا قلت هذه القيمة فإنه يقوم بدور العامل المؤكسد .
تطبيقات عملية على تفاعلات الأكسدة والاختزال :ـ
1- استخلاص الفلزات من خاماتها .
2- قصر الألوان: قصر الألوان تعني إزالة الألوان أو التبييض، فمثلاً: تحتوي الدهانات الزيتية على مركبات الرصاص أي تحتوي على أيون الرصاص الثنائي الذي يتفاعل مع غاز كبريتيد الهيدروجين الموجود في الهواء الجوي وبمرور الوقت يتكون كبريتيد الرصاص الأسود مما يعمل على اسوداد اللوحات الزيتية، فيستخدم فوق أكسيد الهيدروجين كعامل مؤكسد لإزالة قتامة اللوحات الزيتية أى يعمل على إزالة ألوان الشعر والحرير حيث يؤكسد اللون فيحوله إلى مركب عديم اللون، وكذلك يستخدم غاز ثاني أكسيد الكبريت المذاب في الماء كعامل مختزل في إزالة ألوان لب الخشب المستخدم في صناعة الورق الأبيض، لكن من الملاحظ أنه بمرور الوقت يتاكسد الورق بواسطة أكسجين الهواء الجوي فيعود إليه الاصفرار مرة أخرى وهذا ما نلاحظه في الأوراق القديمة .
المصدر: بعض المقالات من على شبكة الانترنت
