التأكسد والاختزال

تفاعلات الأكسدة والاختزال تحدث متلازمة ومتزامنة. يحدث تفاعل الاختزال بشرط حدوث تفاعل الأكسدة والعكس بالعكس. حدوث تفاعل الأكسدة يصاحبة فقدان في الإلكترونات ، بينما تفاعل الاختزال يصاحبه كسب في الإلكترونات. العامل المؤكسد هو مادة كيميائية لديها ميل كبير لكسب الإلكترونات، بينما عامل الاختزال مادة كيميائية تتأكسد مسببة اختزال مواد أخرى.
مثال على تفاعل الأكسدة والاختزال كما في معادلة 1 في ملحق 1:
يمكننا أن نرى أن فلز النحاس Cu(s يتحول إلى أيونات النحاس Cu +2(أكسدة). بينما أيونات الفضة Ag+(aq تتحول إلى فلز الفضة Ag(s (اختزال).
يمكننا تقسيم تفاعل الأكسدة والاختزال إلى تفاعلين نصفيين، أحدهما للأكسدة والآخر للاختزال كما في الملحق 1.
معادلة تفاعل الاختزال مضروبة بالعدد 2 حتى تتساوى أعداد الإلكترونات في كلا التفاعلين النصفيين. نلاحظ هنا أن فلز الفضة يتكون نقيا من محلول ملح الفضة، إذن يمكن استخدام هذه الطريقة لانتاج فلزات صلبة من محاليل أملاحها.
التفاعل السابق يمكن تصنيفه تحت باب تفاعل الاستبدال، والذي فيه عنصر نشط كهركيميائيا يتفاعل مع ملح فلز آخر نشط كهركيميائيا.
يتفاعل فلز الخارصين مع محلول كبريتات النحاس CuSO4، وذلك لأن الخارصين أنشط كهركيميائيا من فلز النحاس . لذلك عند غمس قطعة من فلز الخارصين في محلول كبريتات النحاس، فإن قطعة الخارصين تذوب في المحلول بناء على المعادلة الكيميائية 2 في الملحق 1.
كذلك يمكننا كتابة هذا التفاعل على شكل معادلتين نصفيتين كما هو موضح في الملحق 1.
تطبيق آخر لتفاعلات الأكسدة والاختزال هو بناء الخلايا الكهركيميائية، وهي نوعان:
الخلايا الجلفانية: خلايا كهركيميائية يحدث فيها تفاعلا الأكسدة والاختزال تلقائيا وفيها تتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
الخلايا الإلكترولايتية: خلايا كهركيميائية تحتاج الطاقة الكهربائية من مصدر خارجي لتحث تفاعل الأكسدة والاختزال على الحدوث. في هذه الخلايا تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية.
تتكون الخلايا الكهركيميائية من قطبين كل منهما منغمس في محلول الكترولايتي محدد ويمر التيار الكهربائي عبر الخلية إذا توفر الشرطان:
1- إيصال القطبين بموصل كهربائي (سلك نحاس)
2- كلا المحولان متصلان بطريقة تسمح لأيونات محددة بالانتقال من محلول لأخر.
الشكل المبين في ملحق 2 يبين خلية جلفانية يحدث بداخلها تفاعل أكسدة واختزال
في هذا النظام، يحث تفاعل الأكسدة في الدورق الأول، حيث أن ذرات الخارصين Zn تنتقل خارج قطب الخارصين تاركة وراءها إلكترونين ينتقلان عبر السلك الموصل باتجاه قطب النحاس. وبالتالي فإن قطب الخارصين (القطب السالب) يصغر باستمرار طالما أن تفاعلا الأكسدة والاختزال مستمران.
في الدورق (2) يحدث تفاعل اختزال حيث تنجذب أيونات النحاس Cu + 2نحو قطب النحاس
( القطب الموجب) مستقبلة الإلكترونات وبالتالي تترسب أيونات النحاس Cu + 2على قطب النحاس بشكل ذرات النحاس، إذن قطب النحاس يكبر باستمرار طالما أن تفاعلا الأكسدة والاختزال مستمران.
الجسر الملحي يمكن أيونات الكبريتات SO4 2-(aq بالانتقال بين الدورقين وبالتالي يغلق الدارة الكهربائية ويضمن استمرار اتزان الشحنات الكهربائية في النظام.
يستمر تفاعل الأكسدة والاختزال حتى يصل النظام إلى حالة الاتزان الكيميائي.
الخلية الكهركيميائية السابقة يمكن كتابتها بالطريقة الموضحة في ملحق 3.
هذه الطريقة في الكتابة متفق عليها في المجتمع العلمي.

lol!