酸化還元反応について①

酸化還元反応
イオンや分子がさらに安定した状態になろうとして電子の引き渡しを行うこと。

酸化反応(オキシデーション)
ものが燃焼したり、金属がさびたりと、物質が酸素と化合して酸化物になる反応だと中学校では教わるが(ラボアジエの最初の定義)、実は酸素が関係しないパターンもある。すごいややこしい。
たとえば硫化水素が酸素と反応して水と硫黄になる場合は、硫化水素の硫黄原子視点で見れば、水素が外れただけ特に酸素との接点はない。
そしてなぜかこれも酸化反応(脱水素反応)という。
したがって酸化反応は酸素と結合する反応である以外に、水素が外れる反応であるとも定義できる。ここで高校生の自分は離脱した。
※硫化水素の水素原子視点で見ると、硫化水素は酸化して水になってるじゃんと誤解してしまうので注意。ここで誤解したので高校生の自分は離脱した。
さらに、電子の移動に着目すると、電子が外れる反応を酸化反応だと定義することもできる。つまり化学電池の金属板のように水溶液に溶けて陽イオンになることも酸化反応だし、陰イオンの電子が外れてイオンの状態から原子に戻ることも酸化反応である。

以上の話をまとめると酸化反応とは以下のような反応を言う。
①酸素と化合する反応。燃焼、さびなど。
②脱水素反応。
③電子の数が減ること(原子→陽イオン、陰イオン→原子)。


還元反応(リダクション)
酸化反応の逆。
①酸素がはずれる反応。
②水素がくっつく反応。
③電子の数が増えること(陽イオン→原子、原子→陰イオン)。

酸化数
したがって酸化還元反応で重要なポイントは電子のやりとりであるため、どの原子の電子が増え、どの原子の電子が減ったかを数で表す。アメリカのラティマーが考案。
電子はマイナスの電荷を持つため、反応後に酸化数が増えると電子の数が減ったことになり=酸化されたということに、反応後に酸化数が減ると電子の数が増えたことになり=還元されたということになる。
酸化数には以下の簡単なルールがある。
①水素や酸素など単体の原子の酸化数は0とする。
②化合物の場合も酸化数は0とする。このときナトリウムやカリウム原子の酸化数を+1、酸素原子の酸化数を-2としてプラマイゼロとする。

※ただし過酸化水素の時だけはプラマイゼロにならないので例外的に酸素原子の酸化数を-1として調整する。
③イオンにおいてはそのイオンの価数=酸化数とする。
※多原子イオンの場合はイオンの価数=酸化数の総和とする。

例えば硫化水素を過酸化水素(代表的な還元剤)に反応させると・・・

22 + H2S → 2H2O + S 

反応前
過酸化水素の水素の酸化数:それぞれ+1
過酸化水素の酸素の酸化数:それぞれ-1※過酸化水素の場合だけは例外で-1!
硫化水素の水素の酸化数:それぞれ+1
硫化水素の硫黄の酸化数:-2

反応後
水分子の水素の酸化数:それぞれ+1
水分子の酸素の酸化数:-2
硫黄の酸化数:単体なので0

よって・・・
酸素:-1→-2で酸化数DOWN=還元!
水素:+1のままなので酸化還元反応なし!
硫黄:-2→0で酸化数UP=酸化!

ということになる。

酸化剤と還元剤
とてもややこしいが、酸化還元反応は同時に起きるため、ある物質Aを酸化させるために用いる物質B自身は還元しないとAは酸化しないことになる。
したがって酸化剤は還元しやすい物質が、還元剤は酸化しやすい物質が用いられている。
主な酸化剤は、過酸化水素、塩素、硝酸、熱濃硫酸、過マンガン酸カリウムなど。
主な還元剤は、過酸化水素(※まさかのバイ)、水素、ナトリウム、硫化水素、シュウ酸、硫酸鉄(Ⅱ)、塩化スズ(Ⅱ)など。
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