التفاعلات المؤكسدة والاختزالية
مبدأ الحيادية الإلكترونية
يتمثل مبدأ الحيادية الإلكترونية لبولينج في طريقة تقريبية لتقدير الشحنة في الجزيئات أو الأيونات المعقدة؛ ويفترض هذا المبدأ أن توزع الشحنة دائمًا بالقرب من الصفر (أي -1، 0، +1).
خلال التفاعل الكيميائي المؤكسد والاختزالي، تحدث سلسلة من التفاعلات الجزئية تسمى تفاعلات نصفية أو تفاعلات جزئية.
- تفاعل نصف اختزال:
- تفاعل نصف أكسدة:
أو ما يُعرف أكثر بالمعادلة العامة:
يُقاس الميل إلى اختزال أو أكسدة العناصر الأخرى بواسطة الجهد القياسي للاختزال، المعروف أيضًا باسم الجهد المؤكسد والاختزالي.
تُعدّ عملية المعايرة المؤكسدة والاختزالية تلك التي يُشير فيها مُؤشر كيميائي إلى التغير في نسبة التفاعل المؤكسد والاختزالي من خلال تغيير اللون بين المؤكسد والمحفز.
الأكسدة
الأكسدة هي تفاعل كيميائي يفقد فيه عنصر إلكترونات، وبالتالي يزيد من حالة الأكسدة الخاصة به.
يجب مراعاة أن الأكسدة أو الاختزال هي عملية تغير في حالة الأكسدة للمركب. هذا التغيير لا يعني بالضرورة تبادل أيونات. يشير إلى أن جميع المركبات المتكونة من خلال عملية أكسدة واختزال تكون أيونية، لأنها في هذه المركبات لا تزال ترتبط روابط أيونية، وهي نتيجة لنقل الإلكترونات.
على سبيل المثال، في تفاعل تكوين كلوريد الهيدروجين من غازي الهيدروجين والكلور، تحدث عملية أكسدة واختزال، ومع ذلك يتكون مركب تساهمي.
تحدث هاتين العمليتين دائمًا معًا؛ أي عندما يُؤكسد مادة ما، يكون ذلك دائمًا بسبب تأثير مادة أخرى تتفاعل معها. إحدى المواد تفقد الإلكترونات والأخرى تستقبلها. لهذا السبب، يُفضل المصطلح العام للتفاعلات المؤكسدة والاختزالية.
الحياة نفسها ظاهرة أكسدة واختزال. الأكسجين هو أفضل عامل مؤكسد موجود لأنه جزيء غير تفاعلي (بسبب الرابطة المزدوجة)، ومع ذلك فهو ذو كهروسلبية عالية، تقريبًا مثل الفلور.
أقوى عامل مؤكسد موجود هو الكاتيون KrF+ لأنه يتشكل بسهولة Kr و F+.
من بين أمثلة أخرى، يوجد برمنجنات البوتاسيوم (KMnO4)، وكرومات البوتاسيوم (K2Cr2O7)، والماء الأكسجيني (H2O2)، وحمض النيتريك (HNO3)، والهيبوهالوجينات والهالوجينات (مثل هيبوكلوريت الصوديوم (NaClO) عامل مؤكسد قوي في الوسط القلوي، والبرومايت البوتاسيوم (KBrO3)). الأوزون (O3) عامل مؤكسد قوي:
يُشتق اسم “الأكسدة” من حقيقة أن نقل الإلكترونات في معظم هذه التفاعلات يحدث من خلال اكتساب ذرات الأكسجين (فقدان الإلكترونات) أو العكس. ومع ذلك، يمكن أن تحدث الأكسدة والاختزال دون تبادل الأكسجين: على سبيل المثال، أكسدة يوديد الصوديوم إلى اليود بواسطة اختزال الكلور إلى كلوريد الصوديوم: