تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

شارح الدرس: الأكسدة والاختزال العلوم

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نحدِّد تفاعلات الأكسدة والاختزال ونحلِّلها.

الأكسدة والاختزال هما عمليتان كيميائيتان يمكن اعتبارهما متعاكستين. ويمكن تفسير كلتيهما بطرق مختلفة.

أحد أبسط الأمثلة على ذلك احتراقُ الكربون. فعندما يحترق الفحم، وهو أحد أشكال الكربون، يتأكسد الكربون ليُنتج ثاني أكسيد الكربون. توضح المعادلة الآتية أكسدة الكربون: أأان+C()+O()CO()sgg22

وبناءً على ذلك، يمكننا وصْف الأكسدة ببساطة بأنها عملية إضافة الأكسجين.

والتفاعل المقابل هو فقْد الأكسجين أو إزالته. يمكن وصْف هذه العملية بالاختزال.

عندما يُمرَّر تيارٌ من غاز الهيدروجين على عينة ساخنة من أكسيد النحاس، يُزيل الهيدروجينُ الأكسجينَ من أكسيد النحاس ليُنتج فلزَّ النحاس.

يمكن التعبير عن هذا التفاعل بالمعادلة الكيميائية الآتية: أاسروسء++CuO()+H()Cu()+HO()sgsl22

بما أن أكسيد النحاس فَقَد الأكسجين، يمكننا وصْف هذا التفاعل بالاختزال.

لكن الهيدروجين اكتسب أكسجينًا، لذا، يمكننا أيضًا وصْف هذا التفاعل بالأكسدة.

في هذا التفاعل، اختُزِل أكسيد النحاس وتأكسَد غاز الهيدروجين.

يمكننا أيضًا وصْف كل مادة اشتركت في التفاعل السابق باستخدام المصطلحين «العامل المؤكسِد» و«العامل المُختزِل».

ففي تفاعُل أكسيد النحاس مع الهيدروجين، يمكننا اعتبار أكسيد النحاس عاملًا مؤكسِدًا؛ لأنه يؤكسِد غاز الهيدروجين.

ويمكننا اعتبار الهيدروجين عاملًا مُختزِلًا؛ لأنه يختزل أكسيد النحاس إلى فلزِّ النحاس.

من المخطط السابق، يمكننا ملاحظة أن العامل المؤكسِد يُختَزل والعامل المختزِل يتأكسد.

يمكننا أيضًا تفسير الأكسدة والاختزال من حيث اكتساب الهيدروجين أو فقْده.

في مخطط التفاعل الأتي، يمكننا ملاحظة أن غاز الأمونيا يفقد الهيدروجين ويصبح مؤكسَدًا، بينما يكتسب البرومُ الهيدروجينَ ويصبح مُختزَلًا.

يمكننا أيضًا تعريف الأكسدة على أنها عملية فقْد الهيدروجين، والاختزال بأنه عملية اكتساب الهيدروجين.

والآن دعونا نعزِّز فَهْمَنا من خلال بعض التعريفات.

تعريف: الأكسدة

الأكسدة عملية كيميائية تؤدي إلى زيادة نسبة الأكسجين أو نقص نسبة الهيدروجين في المادة.

تعريف: الاختزال

الاختزال عملية كيميائية تؤدي إلى نقص نسبة الأكسجين أو زيادة نسبة الهيدروجين في المادة.

مثال ١: تسمية العملية الكيميائية التي تزداد فيها نسبة الأكسجين في المركَّب

ما الاسم الذي يُطلَق على العملية الكيميائية التي تزداد فيها نسبة الأكسجين في المادة؟

  1. الاختزال
  2. التعادل
  3. الاحتراق
  4. الاستبدال
  5. الأكسدة

الحل

في هذا السؤال، علينا اختيار الاسم الصحيح للعملية التي تزداد فيها نسبة الأكسجين في المادة.

في تفاعُل الاختزال، تقلُّ نسبة الأكسجين.

أما التعادل، فهو التفاعل بين الأحماض والقواعد.

وفي تفاعلات الاحتراق، تحترق المادة في وجود الأكسجين. وعلى الرغم من أن ذلك قد يزيد من نسبة الأكسجين، فهذا لا يحدُث دائمًا.

وفي تفاعل الاستبدال، يحل الفلز الأكثر نشاطًا محل الفلز الأقل نشاطًا في المركَّب.

أما في تفاعُل الأكسدة، فتزداد نسبة الأكسجين في المادة، وهذا يطابق الوصف المذكور في السؤال. إذن الإجابة الصحيحة هي الخيار هـ، الأكسدة.

كما رأينا، تحدُث تفاعلات الأكسدة والاختزال معًا. وفي التفاعلات، يمكننا تحديد العامل المؤكسِد والعامل المُختزِل.

تعريف: العامل المؤكسِد

العامل المؤكسِد يَمنح الأكسجين أو يُزيل الهيدروجين من المادة أثناء التفاعل الكيميائي.

تعريف: العامل المُختزِل

العامل المختزِل يَمنح الهيدروجين أو يُزيل الأكسجين من المادة أثناء التفاعل الكيميائي.

ناقشْنا حتى الآن الأكسدة باعتبارها عمليةَ إضافة الأكسجين أو فقْد الهيدروجين. ولكن من الممكن أيضًا تعريف الأكسدة والاختزال من حيث اكتساب الإلكترونات أو فقْدها.

ووصْف الأكسدة والاختزال من حيث اكتساب الإلكترونات أو فقْدها يَسمح لنا بتفسير التفاعلات التي لا تتضمن الأكسجين أو الهيدروجين.

انظر تفاعُل الاتحاد البسيط الآتي حيث يتفاعل فلز الصوديوم مع الكلور: دمررادم+2Na()+Cl()2NaCl()sgs2

التوزيع الإلكتروني لفلز الصوديوم هو ٢، ٨، ١، بينما التوزيع الإلكتروني لغاز الكلور هو ٢، ٨، ٧.

أثناء التفاعل الكيميائي، تتكون أيونات الصوديوم والكلوريد.

تَمنح ذرة الصوديوم إلكترونًا لذرة الكلور ليتكوَّن أيون صوديوم موجب +١ توزيعه الإلكتروني ٢، ٨.

وتستقبل ذرة الكلور إلكترونًا لتتحول إلى أيون كلوريد توزيعه الإلكتروني ٢، ٨، ٨.

فَقَدَت ذرة الصوديوم إلكترونًا، بينما اكتسبَت ذرة الكلور إلكترونًا. ويمكننا تعريف الأكسدة والاختزال وفقًا لذلك.

الأكسدة هي عملية فقْد الإلكترونات.

وفي التفاعل الكيميائي السابق، تفقد ذرات الصوديوم إلكترونات وتصبح مؤكسَدة، وتؤدي ذرات الكلور دور العامل المؤكسِد.

على النقيض من ذلك، تكتسب ذرات الكلور إلكترونات وتصبح مختزَلة، وتؤدي ذرات الصوديوم دور العامل المختزِل.

تعريف: الأكسدة

الأكسدة تفاعُل تَفقد فيه المادة إلكترونات.

تعريف: الاختزال

الاختزال تفاعُل تَكتسب فيه المادة إلكترونات.

مثال ٢: تحديد الأنواع المؤكسَدة في التفاعل بين فلز الصوديوم وغاز الكلور

بالنظر إلى التفاعل بين الصوديوم والكلور: Cl()+2Na()2NaCl()2gss

أي الأنواع الكيميائية يتأكسد في هذا التفاعل؟

  1. ذرات الصوديوم
  2. أيونات الصوديوم
  3. ذرات الكلور
  4. أيونات الكلوريد

الحل

يمكن تعريف الأكسدة والاختزال من حيث اكتساب الإلكترونات أو فقْدها.

تتضمن الأكسدة فقْد الإلكترونات، ومن ثم علينا تحديد أيُّ الأنواع الكيميائية يَفقد إلكترونات أثناء هذا التفاعل الكيميائي.

عندما يتفاعل الصوديوم بوصفه فلزًّا، فإنه يكوِّن أيونات موجبة نتيجة فقْده إلكترونات من غلاف التكافؤ. على النقيض من ذلك، تَكتسب ذرات الكلور إلكترونات وتكوِّن أيونات الكلوريد في الناتج النهائي، NaCl.

وبما أن ذرات الصوديوم فَقَدَت إلكترونات لتكوين أيونات الصوديوم، هذا يعني أنها تأكسدت. إذن، الإجابة الصحيحة هي أ.

في مثال آخر، يمكننا ملاحظة أن فلز المغنيسيوم الأكثر نشاطًا يحل محل النحاس الموجود في كبريتات النحاس: متاستامس++Mg()+CuSO()MgSO()+Cu()saqaqs44

لتعزيز فهْمنا لحركة الإلكترونات، يمكننا استخدام المعادلات النصفية للتركيز على الأجزاء المهمة من التفاعل الكيميائي.

في المثال الذي يتضمن تفاعل المغنيسيوم مع كبريتات النحاس، تفقد ذرات المغنيسيوم إلكترونات وتصبح مؤكسَدة. يمكننا توضيح ذلك باستخدام المعادلة النصفية الآتية: Mg()Mg()+2esaq2+

توضح هذه المعادلة النصفية عدد الإلكترونات المشتركة في التفاعل. وبما أن المغنيسيوم يمكنه تكوين أيونات +٢، فإنه يفقد إلكترونين.

لننظر الآن إلى أيونات النحاس فقط التي تمثِّل جزءًا من مركَّب كبريتات النحاس الأيوني. يمكننا ملاحظة أن هذه الأيونات توجد في البداية في صورة أيونات شحنتها +٢.

وأثناء التفاعل الكيميائي، تَكتسب أيونات النحاس إلكترونين، فتصبح مختزَلة. يمكننا التعبير عن ذلك بالمعادلة النصفية الآتية: Cu()+2eCu()2+aqs

لاحظ كيف يتساوى عدد الإلكترونات في المعادلتين النصفيتين.

يمكننا دمج هاتين المعادلتين النصفيتين لنحصل على معادلة أيونية كُلية لهذا التفاعل الكيميائي: Mg()+Cu()Cu()+Mg()saqsaq2+2+

وأخيرًا، بما أنه يمكننا تعريف الأكسدة والاختزال بدلالة الإلكترونات، يمكننا تعريف العوامل المؤكسِدة والمختزِلة بدلالة الإلكترونات أيضًا.

تعريف: العامل المؤكسِد

العامل المؤكسِد مادة يمكنها اكتساب إلكترونات من مادة أخرى أثناء التفاعل الكيميائي.

تعريف: العامل المُختزِل

العامل المختزل مادة يمكنها منْح إلكترونات لمادة أخرى أثناء التفاعل الكيميائي.

مثال ٣: وصْف العامل المؤكسِد بأكثر من طريقة

أيُّ العبارات الآتية يمكن استخدامها لوصف العامل المؤكسِد؟

  1. ١، ٢، ٥
  2. ١، ٣، ٤
  3. ٢، ٥
  4. ٢، ٣، ٤
  5. ١، ٥

الحل

يمكن تعريف الأكسدة والاختزال بأكثر من طريقة. على سبيل المثال، يمكننا تعريفهما من حيث اكتساب أو فقْد الأكسجين أو الهيدروجين أو الإلكترونات.

وبالمثل، يمكن تعريف العوامل المؤكسِدة والمُختزِلة بالطريقة نفسها.

يؤكسد العامل المؤكسِد مادة كيميائية أخرى تفقد بدورها إلكترونات أثناء هذه العملية. ويَكتسب العامل المؤكسِد هذه الإلكترونات، ما يعني أن العبارة ٢ جزء من الإجابة الصحيحة.

ويمكن وصْف الأكسدة أيضًا بأنها زيادة في نسبة الأكسجين في المادة، وهو ما يتطلب وجود عامل مؤكسِد ليَمنح الأكسجين. لذا يمكننا اعتبار العبارة ٣، أيْ مَنْح الأكسجين، صحيحةً أيضًا.

وأخيرًا، يمكن تعريف الأكسدة بأنها عملية فقْد الهيدروجين. وبالنسبة إلى العامل المؤكسِد، يعني ذلك إزالة الهيدروجين من نوع كيميائي آخر. ومن ثم، فالعبارة ٤ صحيحة أيضًا.

وبذلك نكون قد توصلنا إلى أن العبارات ٢، و٣، و٤ تصف العامل المؤكسِد. ومن ثم، فالإجابة الصحيحة هي د.

الأكسدة والاختزال عمليتان متزامنتان (أيْ تَحدثان في الوقت نفسه). فلا يمكن لمادة أن تتأكسد دون أن تُختزَل مادة أخرى.

مثال ٤: وصْف العلاقة بين تفاعلات الأكسدة والاختزال

أيُّ العبارات الآتية صواب عن عمليتَي الأكسدة والاختزال؟

  1. يُمكن أن تَحدُث الأكسدة على نحو مستقلٍّ عن الاختزال.
  2. يحدُث الاختزال قبل الأكسدة.
  3. تحدُث الأكسدة قبل الاختزال.
  4. تحدُث عمليتا الأكسدة والاختزال في الوقت نفسه.

الحل

يطلب منا هذا السؤال تحديد العبارة الصحيحة حول تفاعلات الأكسدة والاختزال.

يمكننا وصْف تفاعلات الأكسدة والاختزال من حيث انتقال الإلكترونات أو ذرات الأكسجين أو ذرات الهيدروجين بين المتفاعلات.

فعندما تكتسب مادة كيميائية ذرة أكسجين، هذا يعني أن مادة كيميائية أخرى لا بد أن تكون قد فقدت هذه الذرة.

وبالمثل، إذا فقدت مادةٌ ذراتِ هيدروجين، فهذا يعني أن مادة أخرى لا بد أن تكون قد اكتسبت هذه الذرات.

وأخيرًا، إذا اكتسبت مادة إلكترونات أو فقدتها، فهذا يعني أن هذه الإلكترونات قد جاءت من مادة كيميائية أخرى أو انتقلت إليها.

توضح جميع العبارات الثلاث السابقة أن الأكسدة والاختزال عمليتان مرتبطتان إحداهما بالأخرى. فلكي تحدُث إحداهما، لا بد أن تحدُث الأخرى أيضًا.

لكي تحدُث الأكسدة، لا بد أن يحدُث الاختزال أيضًا في التفاعل نفسه. بعبارة أخرى، العمليتان تحدُثان في الوقت نفسه. إذن، الإجابة الصحيحة هي د.

دعونا نتناول تفاعلًا واحدًا أخيرًا.

يتفاعل كلوريد الحديد الثلاثي مع غاز الهيدروجين ليُكوِّن كلوريد الحديد الثنائي وحمض الهيدروكلوريك: 2FeCl()+H()2FeCl()+2HCl()322aqgaqaq

دعونا نركز فقط على ما يحدُث للحديد أثناء هذا التفاعل.

في المتفاعل، FeCl3، يوجد الحديد في صورة أيون +٣، بينما في الناتج، FeCl2، يوجد الحديد في صورة أيون +٢. فاكتسب أيون الحديد +٣ إلكترونًا ليصبح أيون الحديد +٢، ما يعني أنه اختُزِل.

وقد اكتسب الأيون هذا الإلكترون من ذرة هيدروجين، ما يجعلها العامل المُختزِل. وبوصفها العامل المُختزِل، تفقد ذرة الهيدروجين إلكترونًا وتتأكسد لتصبح أيون هيدروجين. ومن ثم، يكوِّن أيون الهيدروجين هذا جزءًا من الناتج، وهو حمض الهيدروكلوريك.

وتظل أيونات الكلوريد كما هي دون تغيير طوال التفاعل؛ فلا تتأكسد أو تُختَزل.

يمكننا كتابة معادلتَي الأكسدة والاختزال النصفيتين لهذا التفاعل.

فيما يخص اختزال Fe3+، نكتب: Fe()+eFe()3+2+aqaq

وفيما يخص الأكسدة، نكتب: H()2e+2H()2+gaq

يمكننا التعبير عن هذا التفاعل بمعادلة أيونية، دون ايونات الكلوريد: 2Fe()+H()2Fe()+2H()3+22++aqgaqaq

النقاط الرئيسية

  • يمكن النظر إلى الأكسدة على أنها عملية اكتساب الأكسجين أو فقْد الهيدروجين أو فقْد الإلكترونات.
  • يمكن النظر إلى الاختزال على أنه عملية فقْد الأكسجين أو اكتساب الهيدروجين أو اكتساب الإلكترونات.
  • العوامل المؤكسِدة مواد يمكنها أن تؤكسد مادة أخرى، بينما هي نفسها تُختزَل.
  • العوامل المختزِلة مواد يمكنها أن تَختزِل مادة أخرى، بينما هي نفسها تَتأكسَد.
  • يكتسب العامل المؤكسِد الإلكترونات التي تفقدها المادة المؤكسَدة.
  • يفقد العامل المختزِل الإلكترونات التي تكتسبها المادة المختَزَلة.
  • الأكسدة والاختزال عمليتان متزامنتان.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.