الاكسدة والاختزال

بداية هل تعلم ان صدأ الحديد يكلف العالم سنويا قرابة 20 مليار دولار ؟؟!!! ويرجع ذلك الى عملية اكسدة الحديد ، فما هى الاكسدة ولماذا تسبب هذا الضرر ؟؟! 

 بدأ مفهوم الأكسدة تاريخياً عندما أطلقه العلماء على اتحاد الأوكسجين بالعناصر الأخرى ، فمثلاً في التفاعل :

تأكسد الكبريت ، ولكن المفهوم سرعان ما اتسع وتطور ليشمل تفاعلات لا يشارك فيها الأوكسجين وربط به مفهوم آخرمترافق معه دائماً هو مفهوم الاختزال . 

و تطور هذا المفهوم وتعدل ، شأنه في ذلك شأن المفاهيم والحقائق العلمية الأخرى التي تخضع للتبدلات والتغيرات ، فبعد اكتشاف مكونات الذرة ، وتحديد مفهوم الذرية  لم تعد تفاعلات الأكسدة والاختزال ترتبط بإضافة الأوكسجين أو نزعه ، بل أصبحت تشير إلى أي تفاعل يحدث فيه تبادل الكتروني بين بعض المواد المتفاعلة مما يؤدي إلى تغير في ذرياتها وظهورها بثوب جديد في النواتج . ولتوضيح ذلك ،

لندرس تفاعل اتحاد الصوديوم والكلور لتكوين ملح الطعام : 

ولو طلبنا منك أن تحدد نوع هذا التفاعل ، لقلت بلا تردد (وقولك صحيح) إنه تفاعل اتحاد مباشر ، ولكن دعنا ننظر إلى الموضوع من زاويةٍ أخرى .ففي هذا التفاعل تمنح كل ذرة من ذرات الصوديوم إلكتروناً لكل ذرة من ذرات الكلور ، وهكذا تتغير ذرية الصوديوم فبعد أن كانت تساوي  صفرعندما كان الصوديوم لوحده Na_(s)i وقبل أن يدخل في تفاعل مع الكلور ، أصبحت ذريته +1 في أثناء وبعد دخوله التفاعل أي أنه أصبح أيونNa⁺¹ . إن ذرة الصوديوم ازدادت عددياً من المواد المتفاعلة إلى النواتج وهذا واضح من أن +1 أكبر من صفر . وهذا ما اتفق العلماء على تسميته تأكسداً .

أما ذرة الكلور فبعد أن أخذت الالكترون من ذرية الصوديوم تحولت إلى أيون الكلوريد السالب Cl^-1 ، لقد نقصت ذرية الكلور عددياً من المواد المتفاعلة إلى النواتج وهذا واضح من أن -1 أصغر من صفر ، وهذا ما اتفق العلماء على تسميته اختزالاً (إرجاعاً) .

لاحظ أن كل ذرة صوديوم تمنح الكتروناً تجد من يأخذه منها حالاً وهو ذرة الكلور ، وليس هنالك أية الكترونات تضيع أثناء هذه العملية المتواقتة ، فكلما تأكسدت ذرة صوديوم اختزلت مقابلها ذرة كلور ، وهكذا فالأكسدة والاختزال عمليتان مترافقتان ولا يمكن أن تحدث إحداهما دون حدوث الأخرى.

فمفهوم الذربة هو أساس في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، ومفهوم الذربة يرتبط بكسب وخسارة الالكترونات وبالروابط ، فما هي النقطة المرجعية في تحديد ذرية العنصر ؟؟!

 إن النقطة المرجعية هي ذربة واحدة من العنصر ، فذرية الصوديوم +1 لأن ذرة واحدة منه تمنح الكتروناً واحداً وذرية الكلور -1 لأن ذرة واحدة منه تقبل الكتروناً واحداً . نُذكرك أيضاً بوجود مصطلحٍ آخر مرادفٍ لمصطلح الذرية وهو رقم الأكسدة (أو عدد التأكسد) وعلى الرغم من وجود اختلافاتٍ بين مفهوم الذربة ومفهوم عدد التأكسد إلا أنهم يستخدمان غالبا كمترادفين .

الذرية :  عدد الروابط التي تعملها ذرة واحدة من العنصر حينما تدخل في اتحادٍ كيميائي مع ذرةٍ أخرى .

يستخدم مصطلح الذرية عادةً مع المركبات التساهمية (ذات الروابط المشتركة) التي يكون طرفاها أو أطرافها من اللافلزات مثل الماء وحمض الكبريتيك H₂SO₄ .

رقم الأكسدة (عدد التأكسد) : هو الشحنة التي يبدو وكأن الذرة تحملها حينما تعد الالكترونات حسب قواعد متفقٌ عليها (وسنبحث هذه القواعد بالتفصيل بعد قليل) .

يُستخدم مصطلح رقم الأكسدة في حالة المركبات الأيونية التي تجمع بين فلزٍ ولا فلز أو بين فلزٍ ومجموعةٍ سالبة مثلNaCl ، CaS  ، KNO₃  Mg i(OH)₂ .

قواعد متفق عليها في حساب الذرية وأرقام التأكسد

لأجل أن تفهم بسهولة تفاعلات التأكسد والاختزال ، عليك دراسة القواعد التالية التي اتفق عليها عُلماء الكيمياء واعتبروها من المسلمات ، وهي قواعد تخص مفهوم رقم التأكسد أو بمصطلحٍ آخر الذرية . لا تحاول استظهار هذه القواعد بسرعة ومرةً واحدة (إذا أمكنك فعل ذلك فلا بأس) وستجد أنك ستعرفها بمرور الزمن ، ونتيجةً لاستمرارك في تطبيقها والتعامل معها أثناء دراسة الموضوعات الكيميائية ، وبشكلٍ خاص الموضوعات المتعلقة بالتأكسد والاختزال .

 تعتبر القواعد التالية هامة جداً لأجل أن تفهم تفاعلات التأكسد والاختزال :

(ا) ذرية (رقم تأكسد) العنصر المنفرد النقي = صفر ، مثلاً ذرية O2 , Al  , Na .. وأي عنصر آخر قبل دخوله التفاعل = صفر

(ب) صيغة المركب متعادلة أي أن مجموع الشحنات الموجبة والسالبة = صفر ، مثلا NaCl متعادل فأيون الصوديوم Na+1  يتعادل مع أيون الكلوريد Cl-1   أمثلة  CO2 ، KBr ،Al2O3  وأي مركب آخر مجموع شحناته = صفر .

ج) ذرية الأوكسجين في مركباته = -2 وهذه الذرية متوافقة مع المجموعة السادسة التي ينتمي إليها ويتزعمها .

مثال : في مركب BaO ذرية الأكسجين -2 إذن ذرية الباريوم +2 وذلك لأن الصيغة BaO متعادلة حسب القاعدة السابقة (ب) .

د) ذرية الهيدروجين في مركباته +1 .

مثال : ما ذرية الكبريت  H₂S ؟ لا شك أنك عرفتها لوحدك ، إنها (-2) وقد تمكنت من حسابها اعتماداً على هذه القاعدة وقاعدة (ب) .

هـ) ذرية عناصر المجموعة الأولى ثابتة في كل مركباتها وهي +1 .

ما ذرية الفلور في مركب KF ؟ إنها = --------- لأن ذرية البوتاسويم +1 .

و) ذرية عناصر المجموعة الثانية ثابتة في كل مركباتها وهي +2 .ومثلها ذرية الخارصين في كل مركباته فهي (+2) أيضاً .

مثال : ما ذرية اليود في مركب CaI₂ ؟ إنها = -2 ÷ 2 = -1 

ز) ذرية عناصر المجموعة الثالثة ثابتة وهي +3 وأشهرها الألومنيوم .

مثال : ما ذرية الكلور في مركب AlCl₃ ؟

ح) تكون اللافلزات أيونات سالبة حينما تتحد مع الفلزات (تذكر أن الفلزات تكون أيونات موجبة دائماً)  .

مثال : في مركب ZnBr₂ الأيون الموجب هو أيون الخارصين (Zn⁺²) والأيون السالب هو أيون البروميد (Br ^-1) .

ط) تكون اللافلزات روابط مشتركة (تساهمية) حينما تتحد مع بعضها هنالك رابطتان تساهميتان  مثلاً في H2O

إذن ذرية الأكسجين (2) لأن ذرة الأكسجين الواحدة تعمل رابطتين ، وذرية الهيدروجين (1) لأن ذرة الهيدروجين الواحدة تعمل رابطة واحدة . 

شاركها مع أصدقائك!

تابعني→

Tweet

أبدي اعجابك →

شارك! →