• ปฏิกิริยารีดอกซ์คืออะไร?
• ลักษณะของปฏิกิริยารีดอกซ์
• ประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์
• ตัวอย่างปฏิกิริยารีดอกซ์
• งานอุตสาหกรรม

เราอธิบายว่าปฏิกิริยารีดอกซ์คืออะไร ประเภทที่มีอยู่ การนำไปใช้ ลักษณะเฉพาะ และตัวอย่างของปฏิกิริยารีดอกซ์

ในปฏิกิริยารีดอกซ์ โมเลกุลหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนและอีกโมเลกุลรับไป

ปฏิกิริยารีดอกซ์คืออะไร?

ใน เคมีเรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์ ปฏิกิริยารีดักชันออกไซด์ หรือปฏิกิริยารีดักชัน-ออกซิเดชันต่อปฏิกิริยาเคมีซึ่งมีการแลกเปลี่ยน อิเล็กตรอน ระหว่างอะตอมหรือ โมเลกุล ที่เกี่ยวข้อง.

การแลกเปลี่ยนนี้สะท้อนให้เห็นในการเปลี่ยนแปลงสถานะของ ออกซิเดชัน ของรีเอเจนต์ สารตั้งต้นที่ให้อิเล็กตรอนได้รับการออกซิเดชันและตัวรับอิเล็กตรอนจะลดลง

สถานะออกซิเดชันระบุจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมขององค์ประกอบทางเคมียอมแพ้หรือยอมรับเมื่อเป็นส่วนหนึ่งของ ปฏิกิริยาเคมี. นอกจากนี้ยังสามารถตีความได้ว่า ค่าไฟฟ้า ว่าอะตอมบางตัวจะมีถ้าพันธะทั้งหมดกับอะตอมอื่นเป็นไอออนิกอย่างสมบูรณ์ เรียกอีกอย่างว่าเลขออกซิเดชันหรือ วาเลนเซีย.

สถานะออกซิเดชันแสดงเป็น เลขจำนวนเต็มเป็นศูนย์สถานะออกซิเดชันสำหรับองค์ประกอบที่เป็นกลาง ดังนั้นจึงสามารถใช้ค่าบวกหรือค่าลบขึ้นอยู่กับชนิดของอะตอมและปฏิกิริยาที่มันมีส่วนร่วม ในทางกลับกัน บ้าง อะตอม พวกมันมีสถานะออกซิเดชันที่แปรผันได้ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้อง

รู้วิธีกำหนดสถานะหรือเลขออกซิเดชันของแต่ละอะตอมอย่างถูกต้องใน a สารประกอบเคมี จำเป็นต้องเข้าใจและวิเคราะห์ปฏิกิริยารีดอกซ์ มีกฎบางอย่างที่ช่วยให้คุณสามารถคำนวณค่าได้:

• จำนวนออกซิเดชันขององค์ประกอบหรือโมเลกุลที่เป็นกลางคือศูนย์ ตัวอย่างเช่น: โลหะแข็ง (Fe, Cu, Zn…), โมเลกุล (O2, N2, F2)
• ดิ ไอออน สารประกอบของอะตอมเดี่ยวมีเลขออกซิเดชันเท่ากับประจุ ตัวอย่างเช่น: Na +, Li +, Ca2 +, Mg2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cl–
• ฟลูออรีนมีสถานะออกซิเดชัน -1 เสมอเพราะเป็นองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาทีฟมากที่สุด (F–)
• ไฮโดรเจนมีเลขออกซิเดชัน +1 เสมอ (H +) ยกเว้นเมทัลไฮไดรด์ (โพแทสเซียมไฮไดรด์ KH) โดยจะมีเลขออกซิเดชัน -1 (H–)
• ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชัน -2 โดยมีข้อยกเว้นบางประการ:
  • เมื่อสร้างสารประกอบที่มีฟลูออรีน จะมีเลขออกซิเดชัน 2+ ตัวอย่างเช่น ออกซิเจนไดฟลูออไรด์ (OF2)
  • เมื่อเกิดเปอร์ออกไซด์ จะมีเลขออกซิเดชัน -1 (O22-) ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) โซเดียมเปอร์ออกไซด์ (Na2O2)
  • เมื่อก่อตัวเป็นซูเปอร์ออกไซด์ จะมีเลขออกซิเดชัน -½ (O2–) ตัวอย่างเช่น: โพแทสเซียมซูเปอร์ออกไซด์ (KO2)
• ผลรวมเชิงพีชคณิตของเลขออกซิเดชันของอะตอมที่ประกอบเป็นสารประกอบที่เป็นกลางเป็นศูนย์
• ผลรวมเชิงพีชคณิตของเลขออกซิเดชันของอะตอมที่ประกอบเป็นโพลีอะตอมมิกไอออน เท่ากับประจุบนไอออน ตัวอย่างเช่น ซัลเฟตแอนไอออน (SO42-) มีเลขออกซิเดชัน -2 ซึ่งเท่ากับผลรวมของเลขออกซิเดชันของซัลเฟอร์และออกซิเจน แต่ละตัวคูณด้วยปริมาณของอะตอมแต่ละอะตอมในสารประกอบ ในกรณีนี้ จะมีหนึ่ง อะตอมกำมะถันและอะตอมออกซิเจนสี่อะตอม
• เลขออกซิเดชันของบางส่วน องค์ประกอบทางเคมี พวกมันสามารถแปรผันได้ขึ้นอยู่กับสารประกอบที่เป็นกลางหรือไอออนที่พวกมันเป็นส่วนหนึ่ง จากนั้นจึงคำนวณเลขออกซิเดชันของอะตอมในสารประกอบได้ดังนี้

ที่ไหน ไม่() หมายถึงเลขออกซิเดชันและองค์ประกอบทางเคมีอยู่ในวงเล็บ

ด้วยวิธีนี้ ในทุกปฏิกิริยารีดอกซ์จะมีสารตั้งต้นสองประเภท ชนิดหนึ่งที่ปล่อยอิเล็กตรอนและอีกประเภทหนึ่งที่ยอมรับพวกมัน:

• ตัวออกซิไดซ์ เป็นอะตอมที่จับอิเล็กตรอน ในแง่นี้ สถานะออกซิเดชันเริ่มต้นจะลดลง และมีประสบการณ์การลดลง ด้วยวิธีนี้ มันจะเพิ่มประจุไฟฟ้าเชิงลบโดยการดึงดูดอิเล็กตรอน
• เป็นตัวรีดิวซ์ เป็นอะตอมที่ปล่อยอิเล็กตรอนและเพิ่มสถานะออกซิเดชันเริ่มต้นโดยเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ด้วยวิธีนี้ มันจะเพิ่มประจุไฟฟ้าบวกโดยการละอิเล็กตรอน

สารเคมีบางชนิดสามารถออกซิไดซ์และลดลงได้ในเวลาเดียวกัน องค์ประกอบเหล่านี้เรียกว่าแอมโฟไลต์และกระบวนการที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่าแอมโฟไลเซชัน

ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นหนึ่งในปฏิกิริยาเคมีที่พบบ่อยที่สุดใน จักรวาลเนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการของ การสังเคราะห์ด้วยแสง ใน พืช และของ การหายใจ ในสัตว์ซึ่งทำให้มีความต่อเนื่องของ ชีวิต.

ลักษณะของปฏิกิริยารีดอกซ์

ปฏิกิริยารีดอกซ์อยู่รอบตัวเราทุกวัน การเกิดออกซิเดชันของ โลหะ, ที่ การเผาไหม้ ของก๊าซในครัวหรือแม้กระทั่งการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสเพื่อให้ได้ ATP ในร่างกายของเราเป็นตัวอย่างบางส่วน

ในกรณีส่วนใหญ่ ปฏิกิริยารีดอกซ์จะปล่อย .จำนวนมาก พลังงาน.

โดยทั่วไป ปฏิกิริยารีดอกซ์แต่ละครั้งประกอบด้วยสองขั้นตอนหรือครึ่งปฏิกิริยา ในปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งจะเกิดออกซิเดชัน (สารตั้งต้นถูกออกซิไดซ์) และในอีกปฏิกิริยาหนึ่งจะเกิดการลดลง (สารตั้งต้นจะลดลง)

ปฏิกิริยารีดอกซ์ทั้งหมดซึ่งเป็นผลมาจากการรวมปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาทั้งหมดเกี่ยวกับพีชคณิตมักเรียกว่า "ปฏิกิริยาทั่วโลก" สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าเมื่อผสมกึ่งปฏิกิริยาเชิงพีชคณิต จะต้องปรับทั้งมวลและประจุ นั่นคือจำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเกิดออกซิเดชันจะต้องเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับในระหว่างการลดลง และมวลของสารตั้งต้นแต่ละตัวจะต้องเท่ากับมวลของแต่ละผลิตภัณฑ์

ตัวอย่างเช่น:

• ลดครึ่งปฏิกิริยา การลดลงของ ทองแดง โดยการจับอิเล็กตรอนสองตัว ลดสถานะออกซิเดชัน
  
• ปฏิกิริยากึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน การเกิดออกซิเดชันของเหล็กโดยการสูญเสียอิเล็กตรอนสองตัว เพิ่มสถานะออกซิเดชัน
  
  ปฏิกิริยาทั่วโลก:
  

ประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ (ปฏิกิริยารีดอกซ์) ปล่อยพลังงานที่สามารถสร้างการเคลื่อนไหว

มีปฏิกิริยารีดอกซ์หลายประเภทซึ่งมีลักษณะแตกต่างกัน ประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือ:

• การเผาไหม้. การเผาไหม้คือปฏิกิริยาเคมีรีดอกซ์ที่ปล่อยพลังงานออกมาเป็นจำนวนมากในรูปของ ความร้อน Y แสงสว่าง. ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นออกซิเดชันที่รวดเร็วซึ่งให้พลังงานจำนวนมาก พลังงานที่ปล่อยออกมาสามารถนำมาใช้ในการควบคุมเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวในเครื่องยนต์ของรถยนต์ องค์ประกอบที่เรียกว่า ออกซิไดเซอร์ (ซึ่งถูกรีดิวซ์และออกซิไดซ์ให้กับเชื้อเพลิง) และธาตุเชื้อเพลิง (ซึ่งถูกออกซิไดซ์และลดลงไปยังตัวออกซิไดเซอร์) ตัวอย่างของเชื้อเพลิง ได้แก่ น้ำมันเบนซินและก๊าซที่เราใช้ในครัวของเรา ในขณะที่ตัวออกซิไดเซอร์ที่รู้จักกันดีคือออกซิเจนในก๊าซ (O2)
• ออกซิเดชัน ของโลหะ เป็นปฏิกิริยาที่ช้ากว่าการเผาไหม้ โดยทั่วไปมักอธิบายว่าเป็นการเสื่อมสภาพของวัสดุบางชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุที่เป็นโลหะ โดยการกระทำของออกซิเจนกับพวกมัน เป็นปรากฏการณ์ที่รู้จักกันทั่วโลกและเกิดขึ้นทุกวัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประชากรชายฝั่ง โดยที่เกลือจากสิ่งแวดล้อมเร่งปฏิกิริยา (เร่งปฏิกิริยา) นั่นคือเหตุผลที่รถหลังจากพาเราไปที่ชายหาดแล้วต้องทำความสะอาดน้ำเกลือทั้งหมด
• ไม่สมส่วน ยังเป็นที่รู้จักกันในนามปฏิกิริยาการเปลี่ยนรูป พวกมันนำเสนอรีเอเจนต์เดียวที่ลดลงและออกซิไดซ์ในเวลาเดียวกัน กรณีนี้โดยทั่วไปคือการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2)
• เลื่อนง่าย. เรียกอีกอย่างว่า "ปฏิกิริยาการแทนที่อย่างง่าย" เกิดขึ้นเมื่อธาตุสองธาตุแลกเปลี่ยนตำแหน่งตามลำดับภายในสารประกอบเดียวกัน นั่นคือองค์ประกอบหนึ่งแทนที่องค์ประกอบอื่นในตำแหน่งที่แน่นอนในสูตรโดยปรับสมดุลประจุไฟฟ้าตามลำดับกับอะตอมอื่นตามความเหมาะสม ตัวอย่างคือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อโลหะแทนที่ไฮโดรเจนในกรดและเกิดเกลือขึ้น ดังเช่นเมื่อ แบตเตอรี่ ของเครื่องพัง

ตัวอย่างปฏิกิริยารีดอกซ์

ตัวอย่างของปฏิกิริยารีดอกซ์มีอยู่มากมาย เราจะพยายามยกตัวอย่างของแต่ละประเภทที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้:

• การเผาไหม้ออกเทน ออกเทนคือ ไฮโดรคาร์บอน ส่วนประกอบของน้ำมันเบนซินที่ใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องยนต์ของรถยนต์ของเรา เมื่อค่าออกเทนทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ค่าออกเทนจะถูกออกซิไดซ์และออกซิเจนจะลดลง โดยปล่อยพลังงานจำนวนมากอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยานี้ พลังงานที่ปล่อยออกมานี้ใช้เพื่อสร้างงานในเครื่องยนต์ รวมถึงผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำในกระบวนการด้วย สมการที่แสดงปฏิกิริยานี้คือ:
  
• การสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เป็นปฏิกิริยาการเปลี่ยนรูปที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์แตกตัวเป็นองค์ประกอบ น้ำ และออกซิเจน ในปฏิกิริยานี้ ออกซิเจนจะลดลงโดยการลดเลขออกซิเดชันจาก -1 (H2O2) เป็น -2 (H2O) และออกซิไดซ์โดยการเพิ่มเลขออกซิเดชันจาก -1 (H2O2) เป็น 0 (O2)
  
• การแทนที่ของเงินด้วยทองแดง มันเป็นปฏิกิริยาของ การกระจัด ง่าย ๆ ซึ่งคุณสามารถดูได้โดยการจุ่มเศษทองแดงโลหะลงในสารละลายซิลเวอร์ไนเตรต สี ของสารละลายจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินและมีชั้นบาง ๆ ของโลหะเงินวางอยู่บนเศษทองแดง ในกรณีนี้ ส่วนหนึ่งของทองแดงที่เป็นโลหะ (Cu) จะถูกเปลี่ยนเป็นไอออน Cu2 + โดยเป็นส่วนหนึ่งของทองแดง (II) ไนเตรต (Cu (NO3) 2) ซึ่งสารละลายมีสีฟ้าสวยงาม ในทางกลับกัน ส่วนหนึ่งของ Ag + cation ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของซิลเวอร์ไนเตรต (AgNO3) จะถูกแปลงเป็นโลหะเงิน (Ag) ที่สะสมอยู่
  
• ปฏิกิริยาของสังกะสีกับกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง เป็นปฏิกิริยาการกระจัดอย่างง่ายที่ไฮโดรเจนใน HCl (aq) ถูกแทนที่โดยสังกะสีเพื่อสร้างเกลือ
  
• การเกิดออกซิเดชันของเหล็ก เหล็กที่เป็นโลหะออกซิไดซ์เมื่อสัมผัสกับออกซิเจนจาก อากาศ. สิ่งนี้จะเห็นได้ในชีวิตประจำวันเมื่อวัตถุที่เป็นเหล็กก่อตัวเป็นชั้นของสนิมสีน้ำตาลเมื่อสัมผัสกับอากาศเป็นเวลานาน ในปฏิกิริยานี้ เหล็กโลหะ (Fe) ซึ่งมีสถานะออกซิเดชันเป็น 0 จะถูกเปลี่ยนเป็น Fe3 + นั่นคือสถานะออกซิเดชันจะเพิ่มขึ้น (ออกซิไดซ์) ด้วยเหตุนี้ จึงกล่าวโดยสัญชาตญาณหรือโดยสังเขปว่า สนิมเหล็ก
  

งานอุตสาหกรรม

ในโรงไฟฟ้า ปฏิกิริยารีดอกซ์สามารถเคลื่อนมอเตอร์ขนาดใหญ่ได้

การใช้งานในอุตสาหกรรมของปฏิกิริยารีดอกซ์ไม่มีที่สิ้นสุด ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาการเผาไหม้เหมาะสำหรับการผลิต งาน ที่ทำหน้าที่สร้าง ความเคลื่อนไหว ในมอเตอร์ขนาดใหญ่ที่ใช้ในโรงไฟฟ้าเพื่อผลิต ไฟฟ้า.

กระบวนการประกอบด้วยการเผาไหม้ พลังงานจากถ่านหิน เพื่อรับความร้อนและผลิตผล ไอน้ำ ในหม้อไอน้ำ ไอน้ำนี้จะใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องยนต์ขนาดใหญ่หรือกังหัน ในทางกลับกัน ปฏิกิริยาการเผาไหม้ยังใช้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องยนต์ของยานยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น รถยนต์ของเรา

ในทางกลับกัน ปฏิกิริยารีดอกซ์ทดแทนและการกระจัดกระจายมีประโยชน์ในการได้รับองค์ประกอบบางอย่างในสภาวะบริสุทธิ์ที่ไม่ค่อยพบเห็นใน ธรรมชาติ. ตัวอย่างเช่น เงินมีปฏิกิริยาสูง แม้ว่าจะหายากที่จะพบว่ามันบริสุทธิ์ในดินใต้ผิวดินของแร่ แต่สามารถรับความบริสุทธิ์ในระดับสูงได้จากปฏิกิริยารีดอกซ์ เช่นเดียวกับการได้รับเกลือและอื่นๆ สารประกอบ.