ปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชัน

บางที เราก็อยากรู้ว่าสารสองชนิด จะทำปฏิกิริยากันหรือไม่ และบางที เราก็อยากรู้ว่าสารตัวนั้น ต้องการอิเล็กตรอนเพิ่มหรือ ต้องการกำจัดออก ความรู้นี้มีประโยชน์ในการสร้าง แบตเตอรี่ สำหรับธาตุที่ชอบสร้างไอออนนั้น มีกฎง่ายๆอยู่: โลหะต้องการกำจัดอิเล็กตรอนออก ส่วน อโลหะต้องการอิเล็กตรอนเพิ่ม ทำไมล่ะ? มาดูที่อิเล็กตรอนชั้นนอกสุดของ อะตอมกันเถอะ นี่คือธาตุสองธาตุ เรียกว่าธาตุ X และ ธาตุ Y ละกัน X เป็นโลหะ มันมีอิเล็กตรอนแค่ไม่กี่ตัวใน เปลือกชั้นนอก Y เป็นอโลหะ ซึงมีอิเล็กตรอนจำนวนมากในเปลือกชั้นนอก สุด แต่มันยังต้องการมากขึ้นอีก เพื่อที่จะมีให้ครบ เมื่อธาตุ X และ Y ทำปฏิกิริยากัน โลหะ X จะสละอิเล็กตรอนให้สองตัว และเนื่องจากธาตุ Y ต้องการอิเล็กตรอน เพิ่มแค่ตัวเดียว เราจึงต้องการอะตอม Y สองตัว พวกมันได้สร้างสารประกอบขึ้นมา XY2 จำนวนของประจุที่ธาตุเสียไป หรือได้มาระหว่างการสร้างสารประกอบนั้น เรียกว่าสถานะออกซิเดชัน หรือเลข ออกซิเดชัน X เสียอิเล็กตรอนไป 2 ตัว ซึ่งหมายความว่ามันมีประจุบวกเท่ากับ 2 ดังนั้นสถานะออกซิเดชันก็คือ บวกสอง Y ได้อิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นหนึ่งตัว มันจึงมีประจุลบ 1 สถานะออกซิเดชันของมันคือ ลบ 1 เวลาที่สถานะออกซิเดชัน ของธาตุ X เพิ่มขึ้น เราจะเรียกว่า ธาตุ X ถูกออกซิไดซ์ ที่เราใช้คำว่าออกซิไดซ์ ก็เพราะว่าธาตุส่วนใหญ่ที่ทำปฏิกิริยากับ ก๊าซออกซิเจน จะมีสถานะออกซิเดชันเพิ่มขึ้นนั่นเอง แต่เราใช้คำๆนี้ กับการเกิดปฏิกิริยา ระหว่างธาตุอื่นๆที่ไม่ใช่ออกซิเจนด้วย สถานะออกซิเดชันของธาตุ Y นั้น ลดลง มันถูกรีดิวซ์ ปฏิกิริยาเคมีที่มีการเปลี่ยนแปลงของ สถานะออกซิเดชันนั้น เรียกว่า ปฏิกิริยา 'รีดอกซ์' ทุกๆครั้ง เมื่อเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงของ สถานะออกซิเดชันทั้งหมดเลย นี่หมายความว่าหากมีสถานะออกซิเดชัน เพิ่มขึ้น ก็ต้องมีสถานะออกซิเดชันลดลง ในธาตุตัวอื่น บางครั้ง เวลาที่เราผสมสารสองชนิด ที่อยากจะกำจัดอิเล็กตรอนออกทั้งคู่ หรืออยากได้อิเล็กตรอนเพิ่มทั้งคู่ เข้าด้วยกัน ก็จะไม่มีอะไรเกิดขึ้นเลย แต่เราจะรู้ได้ยังไงล่ะ ว่าสารตัวไหน สามารถถูกออกซิไดซ์หรือถูกรีดิวซ์? เราสามารถดูที่สถานะออกซิเดชัน หรือเลขออกซิเดชันของ ธาตุนั้นๆ เวลาที่โมเลกุลประกอบด้วยธาตุๆเดียว เช่น N สอง หรือ O สาม และไม่ได้สร้างสารประกอบกับธาตุอื่นๆ อะตอมจะมีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ ศูนย์เสมอ ถ้าอะตอมสร้างไอออนขึ้นมา ไอออนนั้นจะมีเลขออกซิเดชัน เท่ากับจำนวนของประจุของมัน นี่หมายความว่าเวลาที่ธาตุ เช่นไนโตรเจน กลายเป็นไอออนที่มีประจุลบสาม... ...อะตอมไนโตรเจนแต่ละตัวจะได้อิเล็กตรอน เพิ่มขึ้นสามตัว สถานะออกซิเดชันของอะตอมแต่ละตัว ได้เปลี่ยนจากศูนย์เป็นลบสาม... ดังนั้น แปลว่าไนโตรเจนถูกรีดิวซ์ มาดูอีกตัวอย่าง ไอออนของทองแดง สามารถมีประจุ บวก 1 และจากตรงนี้ มันสามารถเปลี่ยนไปได้สอง แบบ มันอาจถูกออกซิไดซ์ขึ้นไป กลายเป็นทองแดง "สองบวก" หรืออาจถูกรีดิวซ์ลงมา กลายเป็นอะตอมทองแดง ที่มีสถานะออกซิเดชันเป็นศูนย์ ถ้าไอออนทองแดง "หนึ่งบวก" ทำปฏิกิริยากับ สิ่งที่ อยากแย่งอิเล็กตรอนของมัน มันก็จะถูก ออกซิไดซ์ แต่ถ้ามันทำปฏิกิริยากับสิ่งที่อยากสละ อิเล็กตรอน มันจะถูกรีดิวซ์ ตอนนี้ เรารู้อะไรบ้างแล้วนะ? ปฏิกิริยาเคมีมักจะเกิดขึ้น เมื่อสารที่ถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย มาเจอกับสารที่ถูกรีดิวซ์ได้ ง่าย นอกจากนี้ จะมีประโยชน์มากเมื่อ เรารู้ว่า สารตัวไหนอยากได้อิเล็กตรอนเพิ่ม หรือสารตัวไหนอยากกำจัดอิเล็กตรอนออก นี่เป็นเหตุผลที่ว่าทำไมเราถึงต้องรู้ สถานะออกซิเดชันของธาตุนั้นๆ มันบอกเราว่าธาตุๆนั้นสามารถสละหรือรับ อิเล็กตรอนได้กี่ตัว ขณะที่มันทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นๆ