تفاعلات الأكسدة والاختزال

التفاعلات الكيميائية

التفاعل الكيميائي هو عملية يتم فيها تحويل مادة واحدة أو أكثر إلى مادة مختلفة تمامًا، وتُسمى المواد المتحولة مواد متفاعلة أما المواد الناتجة تُسمى عناصر كيميائية أو مركبات، حيث يُعيد التفاعل الكيميائي ترتيب الذرات المكونة للمواد المتفاعلة لتكوين مواد مختلفة كمنتجات، وتُعد التفاعلات الكيميائية جزء لا يتجزأ من التكنولوجيا والثقافة والحياة نفسها حيث يُعد حرق الوقود، صهر الحديد، صنع الزجاج والفخار، تفاعلات الأكسدة والاختزال وغيرها الكثير من الأمثلة على الأنشطة التي تتضمن التفاعلات الكيميائية التي كانت معروفة ومستخدمة منذ آلاف السنينن.^[١]

تفاعلات الأكسدة والإختزال

تفاعل الحد من الأكسدة ويُطلق عليها أيضًا تفاعل الأكسدة والاختزال، وهو تفاعل كيميائي يتم في نقل إلكترون واحد أو أكثر من جزيء أو مركب إلى آخر، وتتأكسد الأنواع التي تفقد إلكترونات وعادةً ما تكون عامل اختزال، أما الأنواع التي تكسب إلكترونات عادةً ما تكون عامل مؤكسد، وتتضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال كل يوم في عملية التمثيل الضوئي والتنفس والاحتراق والتآكل^[٢]، وتوجد الأكسدة والاختزال دائمًا جنبًا إلى جنب أثناء تفاعلات الأكسدة والاختزال، حيث أنه عندما يتأكسد عنصر معين يجب تقليل عنصر آخر أو مركب آخر، أي أنه يجب أن نكون قادرين على تحقيق التوازن في تفاعلات الأكسدة والاختزال.^[٣]

الفرق بين الأكسدة والاختزال

هناك فرق كبير بين الأكسدة والاختزال ويكمن هذا الفرق في أن الأكسدة تعني فقد الإلكترونات في التفاعل الكيميائي، ويرتبط بعملية التأكسد عامل الاختزال حيث أن عامل الاختزال هو المادة التي تتأكسد أثناء التفاعل أي أنها تفقد إلكترونات في تفاعل الأكسدة والاختزال، ومن الأمثلة على عوامل الاختزال المعادن الأرضية وحمض الفورميك ومركبات الكبريتيت، أما الاختزال يعني كسب إلكترونات في التفاعل الكيميائي، ويرتبط عامل الأكسدة بعملية الاختزال حيث أن عامل الأكسدة هو المادة التي تُختزل أثناء التفاعل الكيميائي أي أنها تكتسب الإلكترونات، ومن الأمثلة على عوامل الأكسدة الهالوجينات ونترات البوتاسيوم وحمض النتريك.^[٤]

النظرية العامة لتفاعلات الأكسدة والاختزال

إن وصف عمليات الأكسدة والاختزال أعلاه لا ينقل الآلية التي يحدث بها هذا التغيير، حيث يُعرف الوصف الكامل للتغير الكيميائي الصافي لعملية ما باسم قياس العناصر المتفاعلة في التفاعل، والذي يوفر خاصية الجمع بين نسب العناصر والمركبات، وتُصنف ردود الفعل على أنها أكسدة أو اختزال على أساس قياس العناصر المتفاعلة سواء ذرة الأكسجين أو ذرة الهيدروجين ونقل الإلكترون، وأصبحت التعاريف الشاملة للأكسدة والاختزال ممكنة بفضل نظرية التركيب الجزيئي الحديثة والتي تنص على أن كل ذرة تتكون من نواة موجبة محاطة بإلكترونات سالبة والتي تحدد خصائص الترابط لكل عنصر، حيث أنه وعند تكوين روابط كيميائية تتبرع الذرات أو تكتسب أو تتشارك بالإلكترونات، وهذا يجعل من الممكن تخصيص رقم أكسدة لكل ذرة، ورقم الأكسدة هو الذي يحدد عدد الإلكترونات التي يمكن أن تُشارك في تكوين روابط مع ذرات أخرى من ذرات معينة في جزيء معين مع قدرات الترابط المعروفة ويتم تحديد نمط الترابط داخل الجزيء، وتُعتبر كل ذرة في حالة أكسدة معينة معبراً عنها برقم أكسدة.^[٥]

تفاعلات الأكسدة والاختزال في الحياة اليومية

تتضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال عمليات كثيرة جدًا وتدخل في تطبيقات واسعة ومختلفة، ومن هذه العمليات ما يحصل في الحياة اليومية من ظواهر وتفاعلات وعمليات حيوية، ومن أهمها ما يأتي:^[٦]

التمثيل الضوئي في النباتات

حيث أن في هذه العملية التي تحدث في الأوراق الخضراء للنباتات يتحد ثاني أكسيد الكربون والماء تحت تأثير الضوء لتكوين الأكسجين الجزيئي والجلوكوز حيث أن الجلوكوز يُستخدم كوقود لعمليات الأيض، وفي الخطوة الأولى يتم استخدام الطاقة الضوئية لتحرير ذرات الهيدروجين وتقليلها وإنشاء غاز الأكسجين وهذه الذرات تُقلل من الكربون في ثاني أكسيد الكربون، ويُمكن التعبير عن ذلك تقريبًا كما يأتي: ثاني أكسيد الكربون + ماء + طاقة ضوئية → كربوهيدرات + أكسجين + ماء.

التنفس

حيث يسمح التنفس الخلوي للكائنات بتحرير الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية للجلوكوز، أي أننا نحصل على الطاقة من الطعام، وتكون المعادلة كما يأتي:

C6H12O6 + 6 O2 --> 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP

حيث أن ATP هو أدينوسين ثُلاثي الفوسفات، وهو مركب بسيط لتوفير الطاقة حيث أنه يقود مختلف عمليات التمثيل الغذائي.

الاحتراق

قد يعتقد البعض أن الاحتراق عملية فيزيائية أكثر من كونها عملية كيميائية،إلا أن احتراق الهيدروكربونات في الوقود الأحفوري وكذلك حرق المواد العضوية في الخشب تمثل نوعًا من تفاعلات الأكسدة والاختزال، حيث يحترق الكربون الموجود في المركب مع ذرات الأكسجين في الهواء وارتباط ذرات الأكسجين مع الهيدروجين في المركب، لذلك يتأكسد المركب الذي يتم حرقه وينبعث منه ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء كمنتجات للإحتراق.

التآكل

حيث أنه عند ملامسة الماء لأنبوب حديدي على سبيل المثال فإن بعض الأكسجين الموجود في الماء يؤدي إلى أكسدة الحديد مما ينتج عنه أيونات هيدروجين، وتتحد هذه الأيونات مع الأكسجين الموجود في الهواء المحيط لتكوين الماء، وتبدأ هذه العملية من جديد عند أكسدة الحديد مما يؤدي إلى زيادة كمية الحديد المتأكسد أي الذي يحمل المزيد والمزيد من الشحنة الموجبة، ومع التفاعلات التي تحدث والأكسدة ينتج لدينا المادة ذات اللون البني المعروفة باسم الصدأ.

المراجع[+]

1. ↑ "chemical reaction", www.britannica.com, Retrieved 11-07-2019. Edited.
2. ↑ "How Are Oxidation-Reduction Reactions Used in Everyday Life?", sciencing.com, Retrieved 11-07-2019. Edited.
3. ↑ " How do you balance oxidation-reduction reactions?", www.quora.com, Retrieved 11-07-2019. Edited.
4. ↑ " What is oxidant and reductant?", www.quora.com, Retrieved 11-07-2019. Edited.
5. ↑ "Oxidation-reduction reaction", www.britannica.com, Retrieved 11-07-2019. Edited.
6. ↑ "How Are Oxidation-Reduction Reactions Used in Everyday Life?", sciencing.com, Retrieved 11-07-2019. Edited.