تفاعلات الأكسدة والاختزال

ما كنت تعرفه:

• الأكسدة إضافة أكسجين للمادة أو نزع هيدروجين منها، والاختزال العكس.
• لكن توجد تفاعلات تحدث فيها أكسدة واختزال دون أن يظهر أكسجين أو هيدروجين؛
• لذلك نحتاج إلى مفهوم أعمّ قائم على انتقال الإلكترونات.

لنتأمل تفاعل الخارصين مع كبريتات النحاس:

Zn + Cu²⁺SO₄²⁻ → Zn²⁺SO₄²⁻ + Cu

• قبل التفاعل: الخارصين ذرات متعادلة، والنحاس في المحلول أيونات موجبة (Cu²⁺).

• أثناء التفاعل: تفقد ذرة الخارصين إلكترونين وتتحول إلى أيون خارصين موجب (Zn²⁺). هذا هو نصف تفاعل الأكسدة:

  Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

• يكتسب أيون النحاس هذين الإلكترونين ويتحول إلى ذرة نحاس متعادلة. وهذا نصف تفاعل الاختزال:

  Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

التعريفات (المصطلحات بالضبط كما وردت)

• الأكسدة: عملية كيميائية تفقد فيها الذرة أو الأيون إلكترونًا أو أكثر.
• الاختزال: عملية كيميائية تكتسب فيها الذرة أو الأيون إلكترونًا أو أكثر.
• العامل المؤكسد: المادة التي تكتسب إلكترونًا أو أكثر أثناء التفاعل (فتؤكسد غيرها).
• العامل المختزل: المادة التي تفقد إلكترونًا أو أكثر أثناء التفاعل (فتختزل غيرها).

في المثال: الخارصين عامل مختزل (يفقد إلكترونات ويتأكسد)، وأيونات النحاس في كبريتات النحاس عامل مؤكسد (تكتسب إلكترونات وتُختزل).

قاعدة مهمة:

• الأكسدة والاختزال عمليتان متلازمتان؛
• أي تحدثان معًا دائمًا، فلا تحدث أكسدة دون اختزال، لأن الإلكترونات التي يفقدها شيء لا بد أن يكتسبها شيء آخر.
• ويمكنك تذكر ذلك بعبارة: "العامل المختزل يتأكسد، والعامل المؤكسد يُختزل".

تدريب:

• في التفاعل Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu، حدّد المؤكسد والمختزل.
• الحل: الحديد يفقد إلكترونين (Fe → Fe²⁺) فهو المختزل، وأيون النحاس Cu²⁺ يكتسبهما فهو المؤكسد.

ملخص الدرس الأول:

• أنواع التفاعلات الرئيسة هي: الاتحاد المباشر، الانحلال، الإحلال البسيط (فلز مع حمض أو ماء أو محلول ملح)، الإحلال المزدوج (تعادل، حمض مع ملح، ترسيب)، وكل التفاعلات التي يتغير فيها عدد الإلكترونات هي أكسدة واختزال.
• ومتسلسلة النشاط هي المفتاح للتنبؤ بحدوث تفاعلات الإحلال البسيط.