الأكسدة والإختزال

أحيانا نريد معرفة ما إذا كانت مادتين ستتفاعلان معا أم لا،‬ وأحيانا نريد معرفة ما إذا كانت مادة ستلتقط الإلكترونات أم تتخلى عنها. هذا مفيد عند بناء البطاريات. الأمر سهل بالنسبة للعناصر التي تكون أيونات عادة: الفلزات تريد التخلص من إلكترونات، ولا فلزات تريد الحصول عليها. لماذا؟ لننظر إلى الإلكترونات الخارجية للذرات. هذين عنصرين. لنسميهما X وY. لنفرض X هو فلز به القليل من الإلكترونات في مداره الخارجي. وY لا فلز، وبه الكثير من الإلكترونات في مداره الخارجي، لكنه يحتاج للمزيد لملئ غلاف تكافؤه. عندما يتفاعل كل من X وY معا، يقوم X بالتخلي عن إلكتروني تكافؤه، ولأن كل ذرة Y تحتاج لإلكترون واحد فقط، فيجب أن يكون هناك ذرتين من Y. لذا يكونان مركب XY2. كمية الشحنة التي يفقدها أو يكتسبها العنصر عندما يكون مركبا جديدا تسمى بحالة الأكسدة لذلك العنصر. فقد X إلكترونين، وهذا يعني أن شحنته أصبحت موجب اثنين. لذا في حالة الأكسدة له هي زائد إثنين. إكتسب Y إلكترونا واحدا، وهذا يعني أن شحنته أصبحت سالب واحد. لذا في حالة الأكسدة له هي ناقص واحد. زادت حالة أكسدة العنصر X. نقول أنه تأكسد. تأتي الكلمة من واقع أن معظم العناصر التي تتفاعل مع غاز الأكسجين تزيد حالة أكسدتها. لكن نفس الكلمة تستخدم في التفاعلات مع العناصر الأخرى غير الأكسجين. انخفضت حالة أكسدة Y. نقول أنه أُختزل. التفاعلات الكيميائية التي تتغير خلالها حالة الأكسدة تسمى بتفاعلات الأكسده. في تفاعلات الأكسده، لا يجب أن يتغير إجمالي حالة الأكسده، فلكل خطوة أكسدة للأعلى، يجب أن تكون هناك خطوة اختزال للأسفل. أحيانا عندما نقوم بخلط مادتين تريد كل منهما التخلص من إلكترونات، أو تريد كل منهما اكتساب الإلكترونات، لا يحدث شيء. لكن كيف يمكننا معرفة أي المواد يمكنها التأكسد أوالإختزال؟ نعرف ذلك من خلال معرفة حالة الأكسدة - أو رقم الأكسدة - للعنصر. عنصر واحد فقط، مثل N إثنان أو O ثلاثه، ولا يكون في مركب مع عنصر آخر، تكون حالة أكسدة ذرات ذلك العنصر دائما صفر. إذا كونت الذرات أيونات، يكون للأيونات دائما رقم أكسدة مساو لشحنتها. هذا يعني أنه عندما يتحول عنصر ما مثل النيتروجين إلى أيون بشحنة سالب ثلاثة… …تكتسب كل ذرة نيتروجين ثلاث إلكترونات… تغيرت حالة أكسدة كل ذرة من صفر إلى سالب ثلاثة. لذا فالنيتروجين قد اختزل. هذا مثال آخر. يمكن أن يكون لأيون النحاس شحنة واحدة موجبة. من هناك، يمكن حدوث أحد شيئين: يمكن أن يتأكسد خطوة ويُكون النحاس إثنان زائد، أو أن يُختزل خطوة إلى ذرة نحاس بحالة أكسدة صفر. إذا تفاعل أيون نحاس واحد موجب مع شئ يريد اكتساب الإلكترونات، فإنه سيتأكسد، وإذا تفاعل مع شئ يريد التخلص من الإلكترونات فإنه سيُختزل. لكن ما فائدة هذا؟ حسنا، بعض التفاعلات تزيد فرصة حدوثها عندما يجتمع عنصرين أحدهما سهل التأكسد والآخر سهل الإختزال معا، وهذا أيضا مفيد إذا أردنا معرفة ما إذا كان عنصر ما يريد اكتساب الإلكترونات أم التخلص منها. هذا هو سبب حاجتنا لمعرفة حالة الأكسدة للعنصر. إنها تخبرنا كم إلكترونا يكتسبه أو يفقده العنصر عندما يتفاعل مع العناصر أخرى.