عرض مصدر أكسدة واختزال

[[ملف:Streichholz 1.jpg|تصغير|يسار| 200px|hochkant=0.7|الاحتراق – تفاعل أكسدة-اختزال حيث يستخدم فيه [[أكسجين|الأكسجين]] كمادة مؤكسدة.]]

[[ملف:Redox reaction.png|330px|تصغير|تمثيل لعملية أكسدة-اختزال : تعطي ذرة الهيدروجين إلكترونا لذرة الفلور ، ثم تتحد معه.]]
'''تفاعلات الأكسدة والاختزال''' أو '''الأكسدة والإرجاع'''<ref>[http://www.schoolarabia.net/kemya/general_chemistry/level5/alt2ksod_alegtezal/14.htm المدرسة العربية] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20171015120127/http://www.schoolarabia.net/kemya/general_chemistry/level5/alt2ksod_alegtezal/14.htm |date=15 أكتوبر 2017}}</ref> هي [[تفاعل كيميائي|تفاعلات كيميائية]] يحدث فيها تغير في [[حالة الأكسدة|عدد أكسدة]] [[ذرة|ذرات]] المواد المتفاعلة نتيجة انتقال [[إلكترون|الإلكترونات]] فيما بينها.
* '''[[أكسدة (كيمياء)|الأكسدة]]''' هي عملية فقدان [[إلكترون|للإلكترونات]] من قبل [[ذرة|الذرات]] أو [[جزيء|الجزيئات]] أو [[أيون|الأيونات]] ينتج عنها زيادة في الشحنة الموجبة أو نقصان في الشحنة السالبة.
* '''[[اختزال (كيمياء)|الاختزال]]''' أو '''الإرجاع''' هي عملية اكتساب للإلكترونات من قبل [[ذرة|الذرات]] أو [[جزيء|الجزيئات]] أو [[أيون|الأيونات]] ينتج عنها نقصان في الشحنة الموجبة أو زيادة في الشحنة السالبة.

وبتعريف أدق يمكن وصف عملية الأكسدة بالنسبة لعنصر ما (أو لجزيء يحوي عنصر تُجرى عليه هذه العملية) بأنها زيادة في عدد أكسدة هذا العنصر، في حين أن الاختزال (أو الإرجاع) هو النقصان في عدد الأكسدة.

== مثال ==
وكمثال على هذه التفاعلات، التفاعل بين [[حديد|الحديد]] و[[كبريتات النحاس الثنائي]]:

:<math> \mathrm{Fe} + \mathrm{CuSO}_{4} \longrightarrow \mathrm{FeSO}_{4} + \mathrm{Cu}</math>

حيث أن التفاعل الأيوني هو:

:<math>\mathrm{Fe} + \mathrm{Cu}^{2+} \longrightarrow \mathrm{Fe}^{2+} + \mathrm{Cu}</math>

حيث أن الحديد يتأكسد (عدد أكسدة الحديد ازداد من 0 إلى +2) :

:<math>\mathrm{Fe} \longrightarrow \mathrm{Fe}^{2+} + 2{e}^{-}</math>

والنحاس يختزل (عدد أكسدة النحاس تناقص من +2 إلى 0) :

:<math>\mathrm{Cu}^{2+} + 2{e}^{-} \longrightarrow \mathrm{Cu}</math>

== بطارية السيارة ==
{{مفصلة|بطارية الرصاص}}
[[بطارية السيارة]] هي مثال قريب لتفاعلات أكسدة-اختزال. تتكون [[بطارية الرصاص]] في أبسط صورها من لوح رصاص ولوح من أكسيد الرصاص، يوجد اللوحان في محلول [[حمض الكبريتيك|حامض الكبريتيك]] تعمل البطارية باختزال لوح أكسيد الرصاص وفي نفس الوقت يتأكسد لوح الرصاص. تستمر [[بطارية|البطارية]] بالعمل بهذا الشكل حتى «تفرغ» عندما يكون كل الرصاص قد تأكسد وكل أكسيد الرصاص قد اختزل. عندئذ تلزم إعادة شحن البطارية. ونقوم بذلك بتوصيل قطبي البطارية [[مصدر جهد كهربائي|بمصدر كهربائي خارجي]] ، أي إمدادها [[طاقة|بطاقة]] من الخارج. تعمل تلك [[طاقة كهربائية|الطاقة الكهربائية]] على عكس التفاعل الذي تم عند تفريغ البطارية، فيتأكسد لوح [[رصاص|الرصاص]] إلى [[أكسيد الرصاص]] كما كان في الأصل، ويـُختزل لوح [[أكسيد الرصاص]] ليصبح رصاصا نقيا كما كان عند شراء [[بطارية|البطارية]]. بعد شحن البطارية يمكن للبطارية أن تقوم بوظيفتها من جديد وتمدنا [[تيار كهربائي|بالتيار الكهربائي]].

== أكسدة فلز ==

عندما تتفاعل [[ذرة]] [[فلز]] (معدن) مع ذرة [[أكسجين]] يمكن وصف هذا التفاعل [[معادلة كيميائية|بمعادلات التفاعل]] الآتية:

:<math>\mathrm{M \longrightarrow M^{2+} + 2e^-}</math>

:<small>التأكسد: يعطي الفلز M اثنين من [[إلكترون|الإلكترونات]].</small>

:<math>\mathrm{O_2 + 4e^- \longrightarrow 2\ O^{2-}}</math>

:<small>الاختزال: تكتسب كل ذرة أكسجين إثنين من الإلكترونات.</small>
* مجموع هذان التفاعلين يسمى «تفاعل أكسدة-اختزال» ويكتب كالآتي:

:<math>\mathrm{2\ M + O_2 \longrightarrow 2\ M^{2+} + 2\ O^{2-}}</math>

:<small>تفاعل أكسدة-اختزال: يؤكسد الأكسجين المعدن ، ويُختزل هو ذاته.</small>

نجد أن ال<nowiki/>[[أكسجين]] يميل إلى اكتساب إلكترونين ليصل إلى غلاف إلكتروني تكافؤي كامل يحتوي على 8 إلكترونات ([[قاعدة الثمانيات]]). وأما الفلز فيمكنه عن طريق إعطاء إلكترونين للتخلص من غلاف غير كامل ويصل بذلك إلى التركيب الإلكتروني التالي الأكثر استقرارا.

ونعهد في حياتنا اليومية تأكسد [[حديد|الحديد]] وينشأ صدأ الحديد. ولصيانة الحديد من الصدأ نعتمد على تفاعلات أكسدة-اختزال.

=== تفاعلات تستخدم في الصناعات ===

يستخدم حرق [[وقود أحفوري|الوقود الأحفوري]] مثل [[فحم (توضيح)|الفحم]] و[[نفط|النفط]] و[[غاز طبيعي|الغاز الطبيعي]] في [[محطة توليد طاقة كهربائية|محطات القوى]] لإنتاج [[طاقة كهربائية|الطاقة الكهربائية]]. كذلك تستخدم كثيرا من التفاعلات في [[تعدين|التعدين]] وهي أمثلة تقليدية تبين أهمية تفاعلات أكسدة-اختزال في المجال الصناعي.

=== تفاعل الفرن العالي ===
[[ملف:Clabecq JPG01.jpg|تصغير|يسار|300px| [[فرن لافح|فرن عالي]].]]

في عملية الفرن العالي يُختزل [[حديد|الحديد]] بواسطة [[فحم حجري|الفحم الحجري]]. وينتج خلال هذا التفاعل تفاعلي جانبي ينتج عنه [[أحادي أكسيد الكربون|أول أكسيد الكربون]] وهو مادة مُختزلة جيدة. ولا يتفاعل [[أحادي أكسيد الكربون|أول أكسيد الكربون]] سريعا ويتحول إلى [[ثنائي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد الكربون]] عند انخفاض وجود أكسجين في الفرن.
.<ref>Guido Kickelbick: Chemie für Ingenieure. 1. Auflage. Pearson Studium, 2008, ISBN 978-3-8273-7267-3, S. 176,</ref>

:<math>\mathrm{1) \ C + O_2 \longrightarrow CO_2}</math>

:<small>إمداد الفرن بالحرارة بإحراق الفحم.</small>

:<math>\mathrm{2) \ CO_2 + C \rightleftharpoons 2 \ CO}</math>

:<small>فينتج غاز أول أكسيد الكربون وهو مادة مختزلة جيدة. [[توازن بودوار]]</small>

:<math>\mathrm{3) \ Fe_2O_3 + 3 \ CO \longrightarrow 3 \ CO_2 + 2 \ Fe}</math>
:<small>في الخطوة الثالثة : يُختزل أكسيد الحديد بواسطة أول أكسيد الكربون وينتج الحديد النقي .</small>

=== تفاعل الثرميت ===
{{مفصلة|تفاعل الثرميت}}
[[ملف:Velp-thermitewelding-1.jpg|تصغير|[[ثرميت|تفاعل الثرميت]] للحام قضبان السكك الحديدية]]

لتحضير عدد من معادن من أكاسيدها يمكن استخدام [[ألومنيوم|الألمونيوم]] كمادة اختزال ، وذلك عندما يكون المعدن أشد خمولا ([[فلزات نبيلة|نبيل أكثر]]) من الألمونيوم. في تلك العملية يستخدم الألمونيوم في صورة مسحوق والطريقة تسمى «طريقة الألمونيوم الحرارية».

يخلط [[أكسيد الحديد]] مع مسحوق الألمونيوم - وهذا الفاعل يسمى [[ثرميت|تفاعل الثرميت]] - ويُشعل فيُختزل أكسيد الحديد وينتج الحديد المنصهر الذي ينصب من بوتقة المخلوط. تستخدم تلك الطريقة للحام قضبان السكك الحديدية ، كما تستخدم في القنابل الحارقة.

:<math>\mathrm{2 \ Al + \ Fe_2O_3 \longrightarrow Al_2O_3 + 2 \ Fe}</math>

== في المواد الغذائية ==

لتحضير السمن الصناعي تستخدم عملية [[هدرجة|هدرجة محفزة]] تُجرى على زيوت نباتية.

:<math>\mathrm{R{-}CH{=}CH{-}R + H_2 \longrightarrow R{-}CH_2{-}CH_2{-}R}</math>

:<small> هدرجة [[حمض دهني|حمض دهني غير مشبع]] بواسطة إضافة [[هيدروجين|الهيدروجين]].</small>

كذلك تستخدم بعض الأملاح مثل [[نترات الصوديوم]] ونترات البوتاسيوم للحفاط على اللحم بتغطيته بتلك الأملاح في عملية تسمى بالإنجليزية curing. يمنع النتريت تكاثر الميكروبات كما يتفاعل مع مايوجلوبين اللحم ويعطيه لونا أحمرا زاهيا Nitrosylmyoglobin ، هذه التفاعلات هي أيضا تفاعلات أكسدة-اختزال:<ref>{{BibISBN/978-3-540-73201-3|Seite=593|format=Literatur}}</ref>

:<math>\mathrm{Mb + NO_2^- \longrightarrow MMb^+ + NO}</math>

:<small>إضافة [[نتريت|النتريت]] إلى [[ميوغلوبين|مايوجلوبين]] ينتج [[ميتمايوجلوبين]] و نتروزيل.</small>

وتضاف إلى المواد الغذائية الدهنية موادا [[مضاد تأكسد|مضادة للتأكسد]] لمنع أكسدتها وفسادها، وتتأكسد مضادات التأكسد بدلا عنها.

== تنفس الخلايا والتمثيل الضوئي ==

في عملية تنفس الخلايا و[[أيض|التمثيل الغذائي]] يتحول سكر [[جلوكوز]] بالأكسدة إلى [[ثنائي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد الكربون]] ويُختزل [[أكسجين|الأكسجين]] ويتحول إلى [[ماء]]. يمكن كتابة معادلة هذا التفاعل الكلية كالآتي:

:<math>\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 6\ O_2 \longrightarrow 6\ CO_2 + 6\ H_2O}</math>

حيث يتفاعل [[جزيء|جزيئ]] جلوكوز مع 6 جزيئات [[أكسجين]] وينتج 6 جزيئات ثاني أكسيد الكربون و 6 جزيئات ماء.

ويحدث العكس خلال عملية [[تركيب ضوئي|التمثيل الضوئي]] حيث تجري في المادة الخضراء للنبات تفاعل [[ثنائي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد الكربون]] مع [[ماء|الماء]] في وجود [[ضوء|الضوء]] الذي يمدهما ب [[طاقة]] - ويتحولان إلى [[جلوكوز]] ويتحرر [[أكسجين]]. معادلة التفاعل الكيميائي كالآتي:

:<math>\mathrm{6\; CO_2 + 12\; H_2O \longrightarrow \;C_6H_{12}O_6 + 6\; O_2 + 6\; H_2O}</math>

ذلك هو التفاعل الأساسي في النبات الذي ينتج الجلوكوز ، ومنه بتفاعلات أخرى يُنتج [[سكروز|السكروز]] و[[نشا|النشا]] وغيرها.

== تخمير الكحول ==

تعمل خلايا [[خميرة|الخميرة]] على تخمير محلول سكري وتنتج [[كحول]] و[[ثنائي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد الكربون]] :

:<math> \mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} \,+\, 2\;ADP \,+\, 2\;P_i \;\longrightarrow\; 2\;C_{2}H_{5}OH \,+\, 2\;CO_{2} \,+\, 2\;ATP} </math>

تستخدم تلك الطريقة في الصناعة على مستوى كبير بغرض إنتاج [[طاقة|الطاقة]].

== تحضير الميثان ==

يوجد نوع من [[بكتيريا|البكتريا]] يسمى أركابكتريا يمكنها تحضير [[ميثان|الميثان]] من غاز [[ثنائي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد الكربون]] عن طريق انتزاع [[أكسجين|الأكسجين]]:

:<math>\mathrm{CO_2 + 4\ H_2 \longrightarrow CH_4 + 2\ H_2 O}</math>

== كيمياء كهربية ==

الكيمياء الكهربية كأحد فروع الكيمياء الفيزيائية تهتم بدراسة التفاعلات الكيميائية والتفاعلات الكهربية. فعندما ينتج عن تفاعل أكسدة-اختزال تولد [[تيار كهربائي]] فيسمى مثل ذلك التفاعل تفاعل كهروكيميائي.

وتتم العمليات الكهروكيميائية في الكيمياء الكهربية على أسطح فاصلة بين [[طور (مادة)|طورين]] للمادة. وبناء على ذلك فإن الكيمياء الكهربية هي العلم الذي يدرس العمليات التي تتم بين موصل للإلكترونات ([[مهبط (توضيح)|مهبط]] كمادة في [[حالة صلبة|الحالة الصلبة]]) وبين موصل للأيونات ([[كهرل]]).

وتلعب هنا [[معادلة نرنست]] دورا أساسيا ، وهي تصف اعتماد جهد القطب على [[تركيز (توضيح)|تركيز]] الكهرل. ويمكن تحليل الكهرل بواسطة تحليل تفاعل أكسدة-اختزال للحصول على تركيز الأيونات في المحلول. ومن الوجهة النظرية فتصف نظرية ماركوس دخول إلكترونات من الخارج في محلول.

=== الخلية الجلفانية والمركم والكهرل ===

عندما نُسيير تفاعل أكسدة-اختزال من الخارج عن طريق توصيل [[جهد كهربائي]] به ، عندئذ نسمي العملية عملية [[تحليل كهربائي]]. أما عندما ينشأ جهد كهربائي عن تفاعل أكسدة-اختزال فنسمي ذلك [[خلية غلفانية|خلية جلفانية]]. توصف جهود تفاعل أكسدة-اختزال بواسطة [[قائمة الجهود القياسية]] ] . ونعرف من تلك القائمة «شدة» [[مؤكسد|مادة مؤكسدة]] أو [[مختزل|مادة اختزال]].

تجري تفاعلات الأكسدة والاختزال الكهركيميائية في [[خلية غلفانية|خلية جلفانية]]:
* أثناء عملية [[تحليل كهربائي|التحليل الكهربائي]] وعملية شحن [[مركم]] نقوم بإمداد النظام بطاقة كهربائية من الخارج،
* عند تشغيل [[بطارية]] أو عند اكتساب [[تيار كهربائي]] من [[خلية وقود]] نحصل على [[طاقة كهربائية]]. وعندما يتم التفاعل [[عملية عكوسية|كعملية عكوسية]] بحيث يكون التيار الكهربي مساويا للصفر (I = 0) نحصل بذلك على [[طاقة غيبس الحرة|طاقة جيبس الحرة]] للتفاعل.

== انظر أيضاً ==
* [[جهد اختزال]]
* [[جهد تحلل]]
* [[كيمياء كهربائية|كيمياء كهربية]]
* [[تحليل كهربائي]]
* [[اختزال (كيمياء)|اختزال]]
* [[أكسدة (كيمياء)|أكسدة]]
* [[مؤكسد]]
* [[تفاعل عكوس]]
* [[بطارية الرصاص]]
* [[تفكك|تفكك كيميائي]]
* [[قائمة الجهود القياسية]]
* [[عامل مكافئ]]
* [[تفاعل تناسب مشترك]]
* [[مبدأ المانح والمستقبل|مبدأ مانح-مستقبل]]

== المراجع ==

{{مراجع}}
{{مصادر طبية}}
{{ضبط استنادي}}
{{روابط شقيقة}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|الكيمياء|كيمياء تحليلية|كيمياء فيزيائية}}

[[تصنيف:آليات تفاعل]]
[[تصنيف:تفاعلات كيميائية]]
[[تصنيف:كيمياء التربة]]
[[تصنيف:كيمياء تحليلية]]
[[تصنيف:كيمياء كهربائية]]