산화 환원 반응

산화 환원 반응 – 핵심 개념

산화 상태

화학 원소의 산화 상태는 화합물의 모든 화학 결합이 이온성인 경우 화합물에 포함된 특정 원소의 원자에 축적될 수 있는 가상의 전하입니다. 실제로 이러한 상황이 항상 발생하는 것은 아니므로(화합물이 개별 양이온과 음이온으로 분해되는 현상), 따라서 산화 상태는 일반적인 개념으로 취급되어야 합니다. 산화 상태는 특정 이온의 전하와 동일하므로 양수 또는 음수 값을 취합니다. 화학 원소 기호 뒤에 로마 숫자를 붙여 표시합니다. 서로 다른 산화 상태의 원소는 서로 다른 산화-환원 특성을 갖습니다.

산화

산화(탈전자화) 동안 환원제는 산화 상태를 증가시킵니다. 즉, 산화제에 전자를 제공합니다. 반대 반응이 일어나려면 한 화학 물질이 기증한 전자를 다른 화학 물질이 즉시 받아들여야 하기 때문에 산화나 환원은 독립적으로 진행될 수 없습니다.

절감

환원(전자화) 동안 산화제는 전자를 받아들임으로써 산화 상태를 낮춥니다. 즉, 환원은 전자를 취하는 것입니다. 이를 수행하는 화학 원소를 산화제라고 합니다.

불균형화 반응(dismutation)

불균형화 반응은 산화환원 반응의 한 유형입니다. 문헌에서는 dismutation response라는 용어도 찾을 수 있습니다. 그 특징은 산화 환원 반응 중에 동일한 원소가 동시에 산화되고 환원된다는 것입니다. 불균형이 일어나기 위해서는 문제의 원소가 적어도 세 가지 다른 산화 상태를 가져야 합니다. 이 조건이 충족되면 중간 산화 상태에 있는 화합물은 다른 두 상태에 비해 훨씬 덜 안정적입니다. 불균형 반응은 자발적으로 진행됩니다. 황, 질소, 인 또는 망간과 같은 원자는 이러한 유형의 산화환원 반응에 취약합니다.

동기화 반응

불균형화와 같은 합성반응도 일종의 산화환원반응이다. 이 과정은 서로 다른 산화 상태의 동일한 원소를 포함하는 두 개의 서로 다른 화합물이 서로 반응할 때 발생합니다. 산화-환원 반응의 결과로, 새로운 산화 상태의 해당 원소를 포함하는 또 다른 화합물이 형성됩니다.

전자 균형

일어나는 모든 산화-환원 반응에서는 동일한 수의 전자가 교환됩니다. 특정 공정에서 환원제가 예를 들어 두 개의 전자를 제공하는 경우, 쌍 중 다른 하나인 산화제도 전자 껍질에 두 개의 전자를 받아들입니다. 이러한 상황을 소위 반응의 전자 균형이라고 합니다. 전체 산화환원 반응의 경우 이 균형은 0이어야 합니다.

산화 환원 반응은 어떻게 발생합니까?

모든 산화환원 반응의 기본은 산화와 환원입니다. 이러한 점을 고려하면 전자를 주거나 받는 원자만 지정하는 소위 반 방정식을 사용하여 모든 프로세스를 작성할 수 있습니다. 따라서 전체 산화환원 반응은 어떤 면에서는 전자를 주고받는 것에 관한 것입니다. 화학적 화합물에서 하나 이상의 산화 상태에서 발생하는 원소만이 그렇게 할 수 있습니다. 산화 환원 반응을 올바르게 작성하고 균형을 맞추려면 개별 화학 물질의 상태를 아는 것이 필수적입니다. 전자의 균형을 맞추는 동안 반 방정식을 올바르게 쓰는 것 외에도 산화제와 환원제뿐 아니라 산화 및 환원 반응도 각각 표시해야 합니다. 가장 일반적으로 산화제는 전기음성도가 높은 원소( 주기율표 의 16족 및 17족), 산화 상태가 더 높은 금속 이온, 귀금속 이온 및 산화성 산(예: 질산(V)산 , 황산(VI) 산 및 기타 비금속과의 혼합물)을 포함합니다. -산화성 산). 가장 일반적인 산화제 는 KMnO ₄ , K ₂ Cr ₂ O ₇ , KClO ₃ 또는 K ₂ S ₂ O ₈ 과 같은 화합물입니다. 반면에 환원제는 양전기 원소(보통 주기율표의 1족과 2족), 산화 상태가 0인 금속, 분자 수소, 탄소, 일산화탄소 및 무기산 음이온입니다. 가장 널리 사용되는 환원제는 Na, Mg, Fe ²⁺ , Cl ^– , Br ^– , SCN ^– 입니다. 또한 산화환원 반응식은 이 과정에서 교환되는 전자의 수를 나타냅니다. 이 전자 교환 과정은 관련된 반응물의 산화환원 전위에 의해 결정됩니다. 즉, 반전지 전위 또는 전자 전위라고 할 수 있습니다. 정의에 따르면, 시스템의 전위차가 클수록 전체 산화-환원 반응의 추진력이 커집니다.

일상생활에서 산화환원반응을 관찰할 수 있나요?

산화 환원 반응은 학교 교과서 페이지와 화학 수업에만 나타나는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 그보다 더 나은 것은 없습니다. 이런 종류의 반응은 매일 우리와 함께합니다. 우리 주변의 프로세스와 환경을 더 잘 이해하면서 관찰하려면 이에 대해 더 많이 배울 가치가 있습니다. 다음은 우리 각자가 확실히 접한 일상적인 산화환원 반응의 예입니다.

• 금속 부식 – 금속 및 그 합금의 가장 일반적인 열화 과정입니다. 이는 문제의 물질 표면이 환경 및 대기 조건과 접촉하여 발생합니다. 부식 과정의 메커니즘 측면에서 가장 흔한 것은 전기화학적 부식으로, 전해질 환경, 습한 가스 또는 수분 함량이 높은 토양에서 발생합니다. 부식이 일어나는 곳에서는 소위 부식셀(corrosion cell)이 형성되어 전극의 산화-환원 반응이 일어난다. 금속 열화는 항상 양극 영역에서 발생합니다. 그곳에서 전자는 금속에 의해 기증되어 산화되고 이온 형태로 전해질 용액으로 전달됩니다. 방출된 전하는 음극으로 이동합니다. 그곳에서 그들은 전자를 받아들일 수 있는 능력을 가진 이온이나 원자와 결합합니다. 이들은 대부분 공기 중의 산소 원자(음극에서는 수산화물 이온으로 환원됨) 또는 수소 이온(분자 수소로 환원됨)입니다. 음극에서는 이러한 공정 중 하나 또는 둘 모두가 동시에 발생할 수 있습니다.
• 광합성 – 이는 매일 우리와 함께하는 과정입니다. 광합성 동안 세포는 태양 에너지를 사용하여 대기의 이산화탄소와 물을 포도당과 산소로 전환합니다. 살아있는 유기체에서 발생하는 많은 생화학적 과정과 마찬가지로 광합성에도 반응물을 구성하는 요소의 산화 상태를 변경하는 과정이 포함됩니다. 이 산화환원 반응에서 물 분자의 산소 원자는 산소 분자로 산화됩니다. 따라서 물 분자는 전자 공여체 또는 환원제입니다. 생성된 전하의 수용체 또는 산화제는 이산화탄소입니다. 네 번째 산화 상태의 구성 탄소 원자는 0 산화 상태로 감소됩니다.
• 갈바니 전지 – 전지는 동일한 전해질(또는 다른 전해질)에 담긴 두 개의 전극 배열로, 외부 회로를 통해 서로 연결됩니다. 자체 전해질(반쪽 전지)에 담긴 각 전극은 특정 전위를 나타냅니다. 결과적인 전위차, 즉 전류(전자)의 흐름은 산화-환원 반응에 의해 발생합니다. 각 전극에서 절반의 과정이 일어납니다. 산화 반응의 결과로 양극에서 전자가 기증되고, 이 전자는 환원 반응의 두 번째 전극인 음극에서 받아들여집니다. 갈바니 전지를 사용하는 가장 일반적인 장치는 자동차 등의 에너지원인 배터리입니다. 가장 일반적인 납산은 두 개의 전극으로 구성됩니다. 하나는 순수 납이고 다른 하나는 납(IV) 산화물로 코팅되어 있습니다. 둘 다 37%황산(VI)산에 담궈집니다. 이는 음극과 양극 사이에서 전자의 자유로운 교환을 허용합니다. 배터리 작동 중에는 산화 환원 반응이 일어나기 시작합니다. 이 경우 양극이 납 전극이 됩니다. 납은 산화되기 시작하여 0산화 상태에서 2차 산화 상태까지 올라갑니다. 동시에 두 개의 전자가 방출되어 전해질을 통해 음극으로 이동합니다. 여기서 네 번째 산화 상태에서 납(II)으로의 납 환원 과정이 시작됩니다. 즉, 납(IV) 산화물이 납(II) 황산염으로 변환됩니다. 배터리의 경우, 산화환원 반응은 다양한 장치에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있는 에너지원입니다.