في دراسة الأكسدة والاختزال في التفاعلات الكيميائية وقابلية المعرفة العلمية، يتم التركيز على التطور والتجديد بناء على الاكتشافات والدراسات والأبحاث المجراة.
ومن نتائج هذه الأبحاث التطور في مفهوم عمليات “الأكسدة والاختزال” والتقدم في مجال “كيمياء التفاعلات”.
كان مفهوم التأكسد في البداية يقتصر على تفاعل المادة مع الأكسجين، والاختزال هو إزالة ذرات الأكسجين من المركب.
يمكنكم الاطلاع على موقع مقال لفهم الأكسدة والاختزال في التفاعلات الكيميائية بشكل مفصل.
التفاعلات الكيميائية
عملية الأكسدة والاختزال تعد واحدة من التفاعلات الكيميائية المهمة في حياتنا اليومية، وتحدث في معظم المناطق المحيطة بنا والبيئة التي نعيش فيها.
الطعام الذي نتناوله يتأكسد في أجسامنا ليمدنا بالطاقة التي نحتاجها للعمل والحركة، والطائرات والسيارات تتحرك بفضل الطاقة التي تنتج عن أكسدة الوقود.
بالإضافة إلى ذلك، نحصل على التيار الكهربائي من خلال البطاريات، عن طريق عمليات الأكسدة والاختزال، واستخلاص الفلزات.
تتم صناعة المعادن مثل الألومنيوم والحديد عن طريق خفض خاماتها، والحديد يتأكسد بسبب التعرض لعملية الصدأ.
التفاعلات الكيميائية هي عملية يتم فيها تحويل مادة أو أكثر إلى مادة أخرى تكون مختلفة تماما، وتطلق على المواد المتحولة اسم مواد متفاعلة.
وتسمى المواد الناتجة مركبات أو عناصر كيميائية، حيث يعيد التفاعل الكيميائي ترتيب الذرات المكونة للمواد المتفاعلة لتكوين مواد مختلفة مثل المنتجات.
التفاعلات الكيميائية تعتبر جزءا لا يتجزأ من الثقافة التكنولوجية والحياة نفسها، حيث يعتبر صنع الفخار والزجاج وصهر الحديد جزءا منها.
احتراق الوقود نتيجة لتفاعلات التأكسد والاختزال والعديد من الأنشطة، التي تمتد لآلاف السنين.
شاهد أيضًا: ما هو تصنيف التفاعلات الكيميائية وأنواعها المتعددة
تفاعلات الأكسدة والاختزال
يطلق عليها تفاعل الحد من الأكسدة، وهو عبارة عن تفاعل كيميائي يتم بنقل مركب لآخر كيميائي معروف، والذي يستخدم أكثر من جزيء أو إلكترون واحد.
الأنواع التي تفقد إلكترونات تكون مؤكسدة، وعادة ما تكون عامل اختزال، بينما الأنواع التي تكتسب إلكترونات غالبا تكون مؤكسدة.
عمليات الأكسدة والاختزال تتضمن كل يوم في عملية التنفس، الاهتزاز والهضم والاحتراق، الأكسدة والاختزال موجودة دائما جنبا إلى جنب.
لتجنب عدم التوازن خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال، وذلك عندما يحدث تأكسد لعنصر ما، يجب تقليل مركب آخر أو عنصر آخر، ويجب أن نحقق التوازن في تفاعلات الأكسدة والاختزال.
مثال1
التفاعل بين كبريتات النحاس والحديد
التفاعل الأيوني هو:
- الحديد يتأكسد، وقيمة أكسدة الحديد تتزايد من 0 إلى +2
- النحاس يتأكسد، وقيمة أكسدة النحاس تتراوح من +2 إلى 0
الفرق بين الأكسدة والاختزال
هناك فرق كبير بين الأكسدة والاختزال، ويكمن هذا الفرق في أن الأكسدة تعني فقدان الإلكترونات في التفاعل الكيميائي، أما عملية الاختزال فتتعلق بزيادة التأكسد.
في هذا السياق، المادة التي تتأكسد خلال التفاعل هي المعروفة بالعامل الاختزالي، وهي التي تفقد الإلكترونات في عملية الأكسدة والاختزال.
من أمثلة عوامل التخفيض هي حمض الفورميك والمعادن الأرضية ومركبات الكبريت.
الاختزال يعني اكتساب الإلكترونات في التفاعل الكيميائي، والأكسدة تتعلق بعملية الاختزال.
ويحدث ذلك عندما تكون المادة عاملا مؤكسدا، حيث يتم تخزينها خلال التفاعل الكيميائي واكتسابها للإلكترونات.
من أمثلة مواد الأكسدة نجد نترات البوتاسيوم، والهالوجينات، وحمض النتريك.
أنواع تفاعلات الأكسدة والاختزال
من الصعب تصنيف العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال، بما في ذلك الطعام الذي نتناوله في أجسامنا.
لتزويدنا بالطاقة، يتم أكسدة الوقود لجعل المركبات والآليات تتحرك، ويتعرض الحديد لعملية الأكسدة.
وبسبب ذلك، يمكن للتيار الكهربائي الحصول عليه من البطاريات، ويتم استخلاص الفلزات من خلال تخفيض خاماتها.
تم تصنيف تفاعلات الأكسدة والاختزال إلى أربعة أنواع رئيسية، حسب طريقة التفاعل، وهي كالتالي:
اقرأ أيضًا: بحث كامل عن الحسابات الكيميائية والمعادلات الكيميائية
التحلل بالحرارة
التحلل بالحرارة هو عملية تحلل المادة بواسطة التسخين، حيث يتفاعل مادتين أو أكثر من المركبات البسيطة.
ويترافق هذا العملية بانتقال الإلكترونات بين الذرات المكونة للمركب المتحلل.
ومن أمثلة التحلل بالحرارة ما يلي:
- تحليل أملاح الكلورات.
- تحلل الأكاسيد.
- تحليل أملاح النترات.
الاحتراق
عملية الاحتراق هي التفاعل الذي يحدث فيه الأكسجين بشكل أسرع مع المركبات التي يمكن أن تتأكسد، وذلك لإنتاج مواد أكثر بساطة وجديدة.
وتكون المشتقات البترولية للحصول على الطاقة نتيجة لإنتاج الطاقة بسرعة والتفاعلات، وهذه هي التي تحدثها.
ومن أمثلة الاحتراق ما يلي:
- احتراق البنتان بسبب وجود الأكسجين بكمية كافية لإنتاج الطاقة.
الاتحاد المباشر
الاتحاد المباشر هو تفاعل ينطوي على اتحاد مادتين لإنتاج مادة واحدة، وتحدث هذه التفاعلات بين العناصر والمركبات أو بين العناصر.
كل التفاعلات التي تحدث بين اللافلزات أو بين اللافلزات والفلزات هي تفاعلات أكسدة واختزال.
ومن أمثلة الاتحاد المباشر ما يلي:
تفاعل اتحاد الغيمة البنفسجية، حيث يحدث تفاعل بين الألومنيوم واليود بوجود قطرة ماء، بهدف إنتاج AII3 وإطلاق كمية كافية من الطاقة لتبخير اليود وتشكيل غيمة بنفسجية.
الإحلال البسيط
الاحلال البسيط هو تفاعل يحل فيه عنصر مكان عنصر آخر في مركب، وذلك لإنتاج مركب جديد، ويسمى هذا التفاعل الاحلال المنفرد أو الاحلال البسيط.
وذلك بسبب تميزه عن تفاعلات التحلل المزدوج، حيث يتم فيه تبادل الأيونات فقط دون حدوث عملية التأكسد والاختزال.
ومن أمثلة الإحلال البسيط ما يلي:
- تتفاعل بعض الفلزات النشطة مع الحموضة لإنتاج غاز الهيدروجين.
أهمية تفاعلات الأكسدة والاختزال بحياتنا
تفاعلات الأكسدة والاختزال تعتبر نوعا هاما من العمليات الكيميائية التي تحدث في حياتنا اليومية.
بسبب أهمية عملية الأكسدة والاختزال في حياتنا، هناك بعض التطبيقات العملية لتفاعلات الأكسدة والاختزال.
ومنها ما يلي:
- أولاً أكسدة الفلزات.
- ثانياً بطارية السيارة.
- ثالثاً الصناعات والتعدين.
- رابعاً المواد الغذائية.
- خامساً كيمياء كهربية.
- سادساً تنفس الخلايا والتمثيل الضوئي.
- سابعاُ قصر الألوان.
- ثامناً آلية عمل أفلام التصوير بالكاميرات.
اخترنا لك: بحث عن المعادلات الكيميائية الحرارية
هذه نبذة عن البحث في عملية الأكسدة والاختزال في التفاعلات الكيميائية، حيث يمكنكم الحصول على فكرة عامة عن التفاعلات الكيميائية، وعملية الأكسدة والاختزال، والاختلاف بينهما، وأنواع التفاعلات الكيميائية المتعلقة بالأكسدة والاختزال، وأهمية هذه التفاعلات في حياتنا.
