الأكسدة والاختزال

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 11 صور
الموسوعة الحرة

يُعطي الصوديوم إلكترونًا واحدًا من غلافه الخارجي للفلور ، مُشكلاً رابطةً بينهما لتكوين فلوريد الصوديوم . تتأكسد ذرة الصوديوم، بينما يُختزل الفلور.
عند إضافة بضع قطرات من الجلسرين (عامل اختزال معتدل) إلى مسحوق برمنجنات البوتاسيوم (عامل مؤكسد قوي)، يبدأ تفاعل أكسدة واختزال عنيف مصحوبًا بالاشتعال الذاتي.
مثال على تفاعل الاختزال والأكسدة بين الصوديوم والكلور، مع الاختصار OIL RIG [ 1 ]

تفاعل الأكسدة والاختزال (يُلفظ /ˈrɛdɒks / ريدوكس، /ˈriːdɒks / رييدوكس ، ويُعرف أيضًا بالأكسدة والاختزال [ 2 ] أو الأكسدة والاختزال [ 3 ] : 150 ) هو نوع من التفاعلات الكيميائية التي تتغير فيها حالات أكسدة المواد المتفاعلة . [ 4 ] الأكسدة هي فقدان الإلكترونات أو زيادة في حالة الأكسدة، بينما الاختزال هو اكتساب الإلكترونات أو انخفاض في حالة الأكسدة. تحدث عمليتا الأكسدة والاختزال في آنٍ واحد في التفاعل الكيميائي .

تنقسم تفاعلات الأكسدة والاختزال إلى فئتين. في نقل الإلكترون ، ينتقل عادةً إلكترون واحد من الذرة أو الأيون أو الجزيء الذي يتأكسد إلى الذي يُختزل، وهي حالة تُوصف غالبًا باستخدام أزواج الأكسدة والاختزال وجهود الأقطاب الكهربائية. أما في نقل الذرة، فتنتقل الذرة من مادة إلى أخرى؛ فعلى سبيل المثال، في صدأ الحديد ، تزداد حالة أكسدة ذرات الحديد مع تحول المعدن إلى أكسيد ، بينما يُختزل الأكسجين عند استقباله الإلكترونات المنطلقة. ورغم أن الأكسدة ترتبط عادةً بتكوين الأكاسيد، إلا أن أنواعًا كيميائية أخرى يمكن أن تؤدي الوظيفة نفسها؛ [ 5 ] ففي الهدرجة ، تُختزل روابط مثل الرابطة المزدوجة C=C بانتقال ذرات الهيدروجين .

تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال في الطبيعة والصناعة على نطاق واسع. فالتنفس الخلوي، والتمثيل الضوئي ، والاحتراق ، وتآكل المعادن ، كلها تتم عبر تفاعلات الأكسدة والاختزال، وكذلك التفاعلات التي تُشغل البطاريات والخلايا الكهروكيميائية الأخرى . وتستخدم الصناعة تفاعلات الأكسدة والاختزال لاستخلاص المعادن من خاماتها عن طريق الصهر ، ولطلاء الأجسام بالكهرباء ، ولتصنيع مواد كيميائية مثل حمض النيتريك ؛ وفي التربة والرواسب والمياه، تُحرك تدرجات الأكسدة والاختزال الدورة البيوجيوكيميائية للعناصر.

مصطلحات

"Redox" هو مصطلح مُركّب من كلمتي "reduction" و"oxidation". وقد استُخدم هذا المصطلح لأول مرة في مقال نُشر عام 1928 بقلم ليونور مايكليس ولويس ب. فليكسنر . [ 6 ] [ 7 ]

الأكسدة هي عملية تفقد فيها المادة إلكترونات. أما الاختزال فهو عملية تكتسب فيها المادة إلكترونات.

تحدث عمليتا الأكسدة والاختزال في آنٍ واحد، ولا يمكن أن تحدثا بشكل منفصل. [ 5 ] في عمليات الأكسدة والاختزال، ينقل العامل المختزل الإلكترونات إلى العامل المؤكسد. وبالتالي، في التفاعل، يفقد العامل المختزل الإلكترونات ويتأكسد، بينما يكتسب العامل المؤكسد الإلكترونات ويختزل.

يُطلق على زوج العامل المؤكسد والعامل المختزل المشارك في تفاعل معين اسم زوج الأكسدة والاختزال. ويتكون زوج الأكسدة والاختزال من نوع كيميائي مختزل ونظيره المؤكسد، [ 8 ] على سبيل المثال، Fe²⁺/ Fe 3+يُطلق على كل من الأكسدة وحدها والاختزال وحده اسم نصف تفاعل، لأن نصفي التفاعل يحدثان دائمًا معًا لتكوين تفاعل كامل. [ 5 ]

في التفاعلات الكهروكيميائية، تحدث عمليات الأكسدة والاختزال في وقت واحد ولكنها منفصلة مكانيًا.

المؤكسدات

الرمز الدولي للمواد الكيميائية المؤكسدة

كان مصطلح الأكسدة في الأصل يشير إلى تفاعل مع الأكسجين لتكوين أكسيد. لاحقًا، تم توسيع نطاق المصطلح ليشمل المواد التي تُجري تفاعلات كيميائية مشابهة لتلك التي يُجريها الأكسجين. في النهاية، تم تعميم المعنى ليشمل جميع العمليات التي تتضمن فقدان الإلكترونات أو زيادة حالة الأكسدة لنوع كيميائي. [ 9 ] : A49 تُسمى المواد التي لديها القدرة على أكسدة مواد أخرى (تسبب فقدانها للإلكترونات) مواد مؤكسدة، وتُعرف باسم عوامل مؤكسدة أو مؤكسدات. يقوم المؤكسد بإزالة الإلكترونات من مادة أخرى، وبالتالي يتم اختزاله. [ 9 ] : A50 ولأنه "يستقبل" الإلكترونات، يُطلق على العامل المؤكسد أيضًا اسم مستقبل الإلكترونات . عادةً ما تكون المؤكسدات مواد كيميائية تحتوي على عناصر في حالات أكسدة عالية [ 3 ] : 159 (مثل النيتروجين ).2 O4 ،MnO − 4 ،CrO3 ،Cr2 O 2− 7 ،OsO4 ) ، أوالعناصر ذات السالبية الكهربية العالية (مثلO₂، F₂،Cl₂، Br₂،I₂)التييمكنهااكتسابإلكتروناتإضافيةعنطريقأكسدة مادة أخرى.[ 3 ]:909

المؤكسدات هي عوامل مؤكسدة، ولكن هذا المصطلح يُستخدم بشكل أساسي للإشارة إلى مصادر الأكسجين، وخاصة في سياق الانفجارات. حمض النيتريك مؤكسد قوي. [ 10 ]

المختزلات

تُعرف المواد التي لديها القدرة على اختزال مواد أخرى (أي جعلها تكتسب إلكترونات) باسم المواد المختزلة، وتُسمى عوامل الاختزال. ينقل عامل الاختزال الإلكترونات إلى مادة أخرى، وبالتالي يتأكسد هو نفسه. [ 3 ] : 159 ولأنه يمنح الإلكترونات، يُسمى عامل الاختزال أيضًا مانح الإلكترونات . يمكن لمانحات الإلكترونات أيضًا تكوين معقدات نقل الشحنة مع مستقبلات الإلكترونات. في الأصل، كانت كلمة "اختزال" تشير إلى فقدان الوزن عند تسخين خام معدني ، مثل أكسيد المعدن ، لاستخلاص المعدن. بعبارة أخرى، كان الخام "يُختزل" إلى معدن. [ 11 ] أثبت أنطوان لافوازييه أن فقدان الوزن هذا كان بسبب فقدان الأكسجين كغاز. لاحقًا، أدرك العلماء أن ذرة المعدن تكتسب إلكترونات في هذه العملية. ثم عُمم معنى الاختزال ليشمل جميع العمليات التي تتضمن اكتساب الإلكترونات. [ 11 ] يشير مصطلح "المكافئ المختزل" إلى الأنواع الكيميائية التي تنقل ما يعادل إلكترونًا واحدًا في تفاعلات الأكسدة والاختزال. يشيع هذا المصطلح في الكيمياء الحيوية . [ 12 ] يمكن أن يكون المكافئ المختزل إلكترونًا أو ذرة هيدروجين على شكل أيون هيدريد . [ 13 ]

تتنوع عوامل الاختزال في الكيمياء تنوعاً كبيراً. وتُعدّ الفلزات العنصرية الموجبة كهربائياً ، مثل الليثيوم والصوديوم والمغنيسيوم والحديد والزنك والألومنيوم ، عوامل اختزال جيدة. وتمنح هذه الفلزات الإلكترونات بسهولة نسبية . [ 14 ]

تُختزل كواشف نقل الهيدريد ، مثل NaBH₄ و LiAlH₄ ، عن طريق نقل الذرات، حيث تنقل ما يعادل أيون الهيدريد أو H⁻ . تُستخدم هذه الكواشف على نطاق واسع في اختزال مركبات الكربونيل إلى كحولات . [ 15 ] [ 16 ] وتتضمن طريقة اختزال أخرى استخدام غاز الهيدروجين (H₂ ) كمصدر لذرات الهيدروجين. [ 3 ] : 288

الإلكترونات وإزالة الإلكترونات

اقترح عالم الكيمياء الكهربائية جون بوكريس مصطلحي "الإلكترونة" و"نزع الإلكترونات" لوصف عمليتي الاختزال والأكسدة، على التوالي، عند حدوثهما على الأقطاب الكهربائية . [ 17 ] وهذان المصطلحان مماثلان لمصطلحي "البروتنة" و "نزع البروتون" . [ 18 ] وقد اعتمد الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) مصطلحي "الإلكترونة" [ 19 ] و"نزع الإلكترونات". [ 20 ]

المعدلات والآليات والطاقات

يمكن أن تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال ببطء، كما هو الحال في تكوين الصدأ ، أو بسرعة، كما هو الحال في احتراق الوقود . وتكون تفاعلات نقل الإلكترون سريعة بشكل عام، حيث تحدث خلال فترة الخلط. [ 21 ]

تتسم آليات تفاعلات نقل الذرات بتنوعها الكبير نظرًا لإمكانية نقل أنواع عديدة من الذرات، ولأن هذه التفاعلات قد تتضمن عدة خطوات. في المقابل، تسير تفاعلات نقل الإلكترون عبر مسارين متميزين. في نقل الإلكترون داخل الغلاف الإلكتروني ، يتشارك المتفاعلان رابطة جسرية يمر الإلكترون من خلالها؛ [ 22 ] أما في نقل الإلكترون خارج الغلاف الإلكتروني ، فينتقل الإلكترون بين متفاعلين تبقى أغلفة التناسق الخاصة بهما سليمة. [ 23 ] وقد نال هنري تاوب جائزة نوبل في الكيمياء عام 1983 لاكتشافه هذين المسارين من خلال تجارب أجراها على معقدات فلزية . [ 24 ]

يصف معدل انتقال الإلكترون في الغلاف الخارجي نظرية ماركوس ، التي وضعها رودولف أ. ماركوس . [ 25 ] تُعبّر النظرية عن طاقة التنشيط بدلالة كميتين: التغير القياسي في الطاقة الحرة للتفاعل، وطاقة إعادة التنظيم، وهي الطاقة اللازمة لتشويه المتفاعلات والمذيب المحيط بها إلى بنية النواتج قبل انتقال الإلكترون. [ 25 ] تتنبأ النظرية بوجود "منطقة معكوسة"، حيث ينخفض ​​المعدل بمجرد أن تتجاوز القوة الدافعة طاقة إعادة التنظيم. [ 25 ] حصل ماركوس على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1992 عن هذه النظرية. [ 26 ]

يُتيح تحليل طاقات الروابط وطاقات التأين في الماء حساب الجوانب الديناميكية الحرارية لتفاعلات الأكسدة والاختزال. [ 27 ]

جهود الأقطاب الكهربائية القياسية (جهود الاختزال)

لكل نصف تفاعل جهد قطب قياسي ( E o cell )، وهو يساوي فرق الجهد أو الجهد عند التوازن في ظل الظروف القياسية للخلية الكهروكيميائية التي يكون فيها تفاعل الكاثود هو نصف التفاعل المعتبر، ويكون الأنود عبارة عن قطب هيدروجين قياسي حيث يتأكسد الهيدروجين: [ 28 ]

½ H₂ → H⁺ + e⁻​​​

يُعرف جهد القطب لكل نصف تفاعل أيضًا بجهد الاختزال ( E <sub>o </sub>red )، أو الجهد الذي يحدث عنده نصف التفاعل عند المهبط. يُعد جهد الاختزال مقياسًا لميل العامل المؤكسد للاختزال. وقيمته صفرٌ لتفاعل H<sup> + </sup> + e<sup> -</sup> → ½ H <sub> 2 </sub> بحكم التعريف، وموجبة للعوامل المؤكسدة الأقوى من H<sup> +</sup> (مثل +2.866 فولت لـ F<sub> 2 </sub>)، وسالبة للعوامل المؤكسدة الأضعف من H <sup>+</sup> (مثل -0.763 فولت لـ Zn <sup>2+</sup> ). [ 9 ] : 873

بالنسبة لتفاعل الأكسدة والاختزال الذي يحدث في الخلية، يكون فرق الجهد كما يلي:

E o cell = E o cathode − E o anode

ومع ذلك، يُعبر أحيانًا عن جهد التفاعل عند المصعد بجهد الأكسدة :

E o ox = − E o red

يُعد جهد الأكسدة مقياسًا لميل العامل المختزل إلى التأكسد، ولكنه لا يُمثل الجهد الفيزيائي عند القطب. وبناءً على هذه الصيغة، تُكتب معادلة جهد الخلية بعلامة زائد.

E o cell = E o red(cathode) + E o ox(anode)

أمثلة على تفاعلات الأكسدة والاختزال

رسم توضيحي لتفاعل الأكسدة والاختزال

في التفاعل بين الهيدروجين والفلور ، يتأكسد الهيدروجين ويختزل الفلور:

H₂ + F₂ → 2 HF

يُطلق هذا التفاعل التلقائي كمية كبيرة من الطاقة (542 كيلوجول لكل 2 غرام من الهيدروجين) لأن رابطتي HF أقوى بكثير من رابطة HH ورابطة FF. [ 29 ] يمكن تحليل هذا التفاعل على أنه نصفا تفاعل . يحوّل تفاعل الأكسدة الهيدروجين إلى بروتونات .

H 2 → 2 H + + 2 e −

يحوّل تفاعل الاختزال الفلور إلى أيون الفلوريد:

F 2 + 2 e − → 2 F −

يتم دمج نصفي التفاعلات بحيث تلغي الإلكترونات بعضها بعضاً:

ح2→2 H + + 2 e −
F2 + 2 e−→2 F −
H 2 + F 2→2 H + + 2 F −

تتحد البروتونات والفلورايد لتكوين فلوريد الهيدروجين في تفاعل غير مؤكسد-مختزل:

2 H + + 2 F − → 2 HF

رد الفعل العام هو:

H₂ + F₂ → 2 HF

إزاحة المعدن

يُعد تفاعل الأكسدة والاختزال القوة الدافعة وراء الخلية الكهروكيميائية، مثل الخلية الجلفانية الموضحة في الصورة. تتكون البطارية من قطب زنك مغمور في محلول كبريتات الزنك (ZnSO₄) ، موصول بسلك وقرص مسامي إلى قطب نحاسي مغمور في محلول كبريتات النحاس (CuSO₄ ) .

في هذا النوع من التفاعلات، تُستبدل ذرة فلز في مركب أو محلول بذرة فلز آخر. على سبيل المثال، يترسب النحاس عند وضع فلز الزنك في محلول كبريتات النحاس الثنائي .

Zn(s) + CuSO4 ( aq) → ZnSO4 ( aq) + Cu(s)

في التفاعل المذكور أعلاه، يحل فلز الزنك محل أيون النحاس (II) من محلول كبريتات النحاس، مما يؤدي إلى تحرير فلز النحاس الحر. التفاعل تلقائي وينتج عنه إطلاق 213 كيلوجول لكل 65 غرامًا من الزنك.

المعادلة الأيونية لهذا التفاعل هي:

Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu

وباعتبارها نصف تفاعلين ، يتضح أن الزنك يتأكسد:

Zn → Zn 2+ + 2 e −

ويتم اختزال النحاس:

Cu 2+ + 2 e − → Cu

أمثلة أخرى

2 NO − 3 + 10 e − + 12 H + → N 2 + 6 H 2 O

التآكل والصدأ

تتشكل الأكاسيد، مثل أكسيد الحديد (III) أو الصدأ ، الذي يتكون من أكاسيد الحديد (III) المائية Fe2O3 · nH2O وأكسيد هيدروكسيد الحديد (III) ( FeO(OH)، Fe(OH) 3 ) ، عندما يتحد الأكسجين مع عناصر أخرى.
صدأ الحديد في مكعبات البيريت
  • يشير مصطلح التآكل إلى الأكسدة الكهروكيميائية للمعادن عند تفاعلها مع عامل مؤكسد كالأكسجين. يُعدّ الصدأ ، أي تكوّن أكاسيد الحديد ، مثالًا معروفًا على التآكل الكهروكيميائي، إذ يتكوّن نتيجة أكسدة معدن الحديد . غالبًا ما يُشير الصدأ الشائع إلى أكسيد الحديد الثلاثي ، المتكوّن في التفاعل الكيميائي التالي:
4 Fe + 3 O 2 → 2 Fe 2 O 3
Fe 2+ → Fe 3+ + e −
H₂O₂ + 2 e⁻ → 2 OH⁻​
تتضمن المعادلة الإجمالية هنا إضافة معادلة الاختزال إلى ضعف معادلة الأكسدة، بحيث يتم إلغاء الإلكترونات:
2 Fe²⁺ + H₂O₂ + 2 H⁺ → 2 Fe³⁺ + 2 H₂O

عدم التناسب

تفاعل عدم التناسب هو تفاعل تتأكسد فيه مادة واحدة وتختزل في آن واحد. على سبيل المثال، يمكن لأيون الثيوسلفات الذي يحتوي على الكبريت في حالة الأكسدة +2 أن يتفاعل في وجود الحمض لتكوين الكبريت العنصري (حالة الأكسدة 0) وثاني أكسيد الكبريت (حالة الأكسدة +4).

S₂O₂⁻ + 2H⁺ → S + SO₂ + H₂O​​​

وهكذا، تُختزل ذرة كبريت واحدة من +2 إلى 0، بينما تتأكسد الأخرى من +2 إلى +4. [ 9 ] : 176

تفاعلات الأكسدة والاختزال في الصناعة

الحماية الكاثودية هي تقنية تُستخدم للتحكم في تآكل سطح معدني بجعله مهبطًا في خلية كهروكيميائية . تعتمد إحدى طرق الحماية البسيطة على ربط المعدن المحمي بمصعد تضحية أكثر عرضة للتآكل ليعمل كمصعد . في هذه الحالة، يتآكل معدن التضحية بدلًا من المعدن المحمي.

تُستخدم الأكسدة في العديد من الصناعات، مثل إنتاج منتجات التنظيف وأكسدة الأمونيا لإنتاج حمض النيتريك ، والذي يتمثل مساره الصناعي الرئيسي في الأكسدة التحفيزية للأمونيا في عملية أوستوالد . [ 30 ]

تُعدّ تفاعلات الأكسدة والاختزال أساس الخلايا الكهروكيميائية، التي تُولّد الطاقة الكهربائية أو تدعم عملية التخليق الكهربائي . غالبًا ما تحتوي خامات المعادن على معادن في حالات مؤكسدة، مثل الأكاسيد أو الكبريتيدات، حيث تُستخلص المعادن النقية منها عن طريق الصهر في درجات حرارة عالية بوجود عامل مُختزل. [ 31 ] تستخدم عملية الطلاء الكهربائي تفاعلات الأكسدة والاختزال لتغطية الأجسام بطبقة رقيقة من مادة ما، كما هو الحال في طلاء قطع غيار السيارات بالكروم ، وطلاء أدوات المائدة بالفضة ، والجلفنة، وطلاء المجوهرات بالذهب . [ 32 ]

تفاعلات الأكسدة والاختزال في علم الأحياء

يُعدّ التسمير الأنزيمي مثالاً على تفاعل الأكسدة والاختزال الذي يحدث في معظم الفواكه والخضراوات.

تتضمن العديد من العمليات البيولوجية الأساسية تفاعلات الأكسدة والاختزال. وقبل أن تبدأ بعض هذه العمليات، يجب استيعاب الحديد من البيئة. [ 33 ]

التنفس الخلوي الهوائي ، على سبيل المثال، هو أكسدة المواد المتفاعلة [في هذه الحالة: الجلوكوز ( C6H12O6 ) ] واختزال الأكسجين إلى ماء . المعادلة الموجزة للتنفس الهوائي هي :

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + الطاقة [ 13 ]

تعتمد عملية التنفس الخلوي بشكل كبير على اختزال NAD + إلى NADH والتفاعل العكسي (أكسدة NADH إلى NAD + ). تُعدّ عملية البناء الضوئي والتنفس الخلوي عمليتين متكاملتين، لكن البناء الضوئي ليس عكس تفاعل الأكسدة والاختزال في التنفس الخلوي.

6 CO 2 + 6 H 2 O + طاقة ضوئية → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 [ 13 ]

تُخزَّن الطاقة الحيوية وتُحرَّر غالبًا باستخدام تفاعلات الأكسدة والاختزال. تتضمن عملية البناء الضوئي اختزال ثاني أكسيد الكربون إلى سكريات وأكسدة الماء إلى أكسجين جزيئي. أما التفاعل العكسي، وهو التنفس الخلوي، فيؤكسد السكريات لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء. وفي خطوات وسيطة، تُستخدم مركبات الكربون المختزلة لاختزال نيكوتيناميد أدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD + ) إلى NADH، الذي يُسهم بدوره في تكوين تدرج بروتوني ، مما يُحفز تخليق أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) ويُحافظ عليه عن طريق اختزال الأكسجين. وفي الخلايا الحيوانية، تؤدي الميتوكوندريا وظائف مماثلة. [ 13 ]

يُستخدم مصطلح حالة الأكسدة والاختزال غالبًا لوصف توازن GSH/GSSG وNAD + /NADH و NADP + /NADPH في نظام بيولوجي كخلية أو عضو . تنعكس حالة الأكسدة والاختزال في توازن عدة مجموعات من المستقلبات (مثل اللاكتات والبيروفات ، وبيتا-هيدروكسي بوتيرات وأسيتوأسيتات )، ويعتمد تحولها المتبادل على هذه النسب. [ 34 ] كما تتحكم آليات الأكسدة والاختزال في بعض العمليات الخلوية. يجب أن تتواجد بروتينات الأكسدة والاختزال وجيناتها في نفس الموقع لتنظيم الأكسدة والاختزال وفقًا لفرضية CoRR لوظيفة الحمض النووي في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء . [ 35 ]

دورة الأكسدة والاختزال

تُختزل العديد من المركبات العطرية إنزيميًا لتكوين جذور حرة تحتوي على إلكترون إضافي مقارنةً بمركباتها الأصلية. وعمومًا، يكون مانح الإلكترونات إنزيمًا فلافينيًا أو أحد مرافقاته الإنزيمية . وبمجرد تكوّنها، تُختزل هذه الجذور الحرة الأنيونية الأكسجين الجزيئي إلى فوق الأكسيد ، وتُعيد تكوين المركب الأصلي دون تغيير. والنتيجة النهائية هي أكسدة المرافقات الإنزيمية للإنزيم الفلافيني واختزال الأكسجين الجزيئي لتكوين فوق الأكسيد. وقد وُصف هذا السلوك التحفيزي بأنه دورة غير مثمرة أو دورة أكسدة واختزال. [ 36 ]

تفاعلات الأكسدة والاختزال في الجيولوجيا

أفران الصهر في مصنع ترينيتس للحديد والصلب ، جمهورية التشيك

المعادن هي عمومًا مشتقات مؤكسدة للفلزات. يُستخرج الحديد على شكل خامات مثل المغنتيت (Fe₃O₄ ) والهيماتيت ( Fe₂O₃ ) . يُستخرج التيتانيوم على شكل ثاني أكسيده، وعادةً ما يكون على هيئة الروتيل ( TiO₂ ) . يجب اختزال هذه الأكاسيد للحصول على الفلزات المقابلة ، ويتم ذلك غالبًا بتسخينها مع الكربون أو أول أكسيد الكربون كعوامل اختزال. أفران الصهر هي المفاعلات التي تُدمج فيها أكاسيد الحديد مع فحم الكوك (أحد أشكال الكربون) لإنتاج الحديد المنصهر. التفاعل الكيميائي الرئيسي لإنتاج الحديد المنصهر هو: [ 37 ]

الحديد 2 O 3 + 3 CO → 2 الحديد + 3 CO 2

تفاعلات الأكسدة والاختزال في التربة

تُعدّ تفاعلات نقل الإلكترون أساسيةً للعديد من العمليات والخصائص في التربة، ويُعتبر جهد الأكسدة والاختزال ، المُقاس بـ Eh (جهد قطب البلاتين ( فولتية ) بالنسبة إلى قطب الهيدروجين القياسي) أو pe (المُشابه للأس الهيدروجيني كـ -log نشاط الإلكترون)، متغيرًا رئيسيًا، إلى جانب الأس الهيدروجيني، يتحكم في التفاعلات الكيميائية والعمليات البيولوجية ويتأثر بها. وقد ساهمت الأبحاث النظرية المبكرة، التي طُبّقت على التربة المغمورة وإنتاج الأرز، في تشكيل الأعمال اللاحقة حول الجوانب الديناميكية الحرارية للأكسدة والاختزال ونمو جذور النباتات في التربة. [ 38 ] ثمّ وسّعت الدراسات اللاحقة نطاقها ليشمل تفاعلات الأكسدة والاختزال المتعلقة بتغيرات حالة أكسدة المعادن الثقيلة، وتكوين التربة وشكلها، وتحلل المركبات العضوية وتكوينها، وكيمياء الجذور الحرة ، وتحديد الأراضي الرطبة ، ومعالجة التربة ، وطرق توصيف حالة الأكسدة والاختزال في التربة. [ 39 ] [ 40 ]

تقنيات التذكر

قد تكون المصطلحات الأساسية المتعلقة بتفاعلات الأكسدة والاختزال مُربكة. [ 41 ] [ 42 ] على سبيل المثال، يفقد الكاشف المؤكسد إلكترونات، ومع ذلك يُشار إليه باسم العامل المُختزل. وبالمثل، يكتسب الكاشف المُختزل إلكترونات ويُشار إليه باسم العامل المؤكسد. [ 43 ] يستخدم الطلاب هذه الوسائل التذكيرية عادةً للمساعدة في حفظ المصطلحات: [ 44 ]

  • " منصة النفط " - الأكسدة هي فقدان الإلكترونات ، والاختزال هو اكتساب الإلكترونات [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]​
  • " يقول الأسد ليو GER [grr] " - فقدان الإلكترونات هو الأكسدة ، واكتساب الإلكترونات هو الاختزال [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]
  • "LEORA says GEROA" - يُطلق على فقدان الإلكترونات اسم الأكسدة (عامل مختزل)؛ ويُطلق على اكتساب الإلكترونات اسم الاختزال (عامل مؤكسد). [ 43 ]
  • "القط الأحمر" و"الثور"، أو "الثور-القط الأحمر" ("الثور-القط الأحمر") - يحدث الاختزال عند المهبط، بينما يكون المصعد للأكسدة.
  • "القط الأحمر يكسب ما يفقده الأكسيد" - الاختزال عند المهبط يكسب (الإلكترونات) ما يفقده الأكسيد عند المصعد (الإلكترونات).
  • "PANIC" - المصعد الموجب والمهبط السالب. ينطبق هذا على الخلايا الإلكتروليتية التي تُطلق الكهرباء المخزنة، ويمكن إعادة شحنها بالكهرباء. لا ينطبق مصطلح "PANIC" على الخلايا التي يمكن إعادة شحنها بمواد الأكسدة والاختزال. تُنتج هذه الخلايا الجلفانية أو الفولتية ، مثل خلايا الوقود ، الكهرباء من تفاعلات الأكسدة والاختزال الداخلية. في هذه الحالة، يكون القطب الموجب هو المهبط والقطب السالب هو المصعد.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "المعادن" . بايت سايز . بي بي سي. مؤرشف من الأصل في 3 نوفمبر 2022.
  2. ↑ "الاختزال والاختزال - تعريف الاختزال والاختزال باللغة الإنجليزية | قواميس أكسفورد" . قواميس أكسفورد | الإنجليزية . مؤرشف من الأصل في 1 أكتوبر 2017. تم الاطلاع عليه في 15 مايو 2017 .
  3. 1 2 3 4 5 بيتروتشي، رالف هـ.؛ هاروود، ويليام س.؛ هيرينغ، ف. جيفري (2002). الكيمياء العامة ( الطبعة الثامنة). برنتيس هول. ISBN  0-13-014329-4.
  4. ↑ "تفاعلات الأكسدة والاختزال" . wiley.com. مؤرشف من الأصل في 30 مايو 2012. تم الاطلاع عليه في 9 مايو 2012 .
  5. 1 2 3 هاوستين، كاثرين هينجا (2014). "تفاعل الأكسدة والاختزال" . في ك. لي ليرنر؛ بريندا ويلموث ليرنر (محرران). موسوعة غيل للعلوم ( الطبعة الخامسة). فارمنجتون هيلز، ميشيغان: مجموعة غيل. 
  6. ↑ هاربر، دوغلاس. "redox" . قاموس أصل الكلمات على الإنترنت .
  7. ↑ مايكليس، ل.؛ فليكسنر، لويس ب. (1928). "أنظمة الأكسدة والاختزال ذات الأهمية البيولوجية" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 79 (2): 689-722 . doi : 10.1016/S0021-9258(20)79958-8 .
  8. ^ بينجارون، خوسيه م. لابودا، جان؛ بارك، جيري؛ بريت، كريستوفر MA؛ كامويس، ماريا فيلومينا؛ فوجتا، ميروسلاف؛ هيبرت، د. برين (2020). "مصطلحات طرق التحليل الكهروكيميائية (توصيات IUPAC 2019)" . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 92 (4): 641-694 . دوى : 10.1515/باك-2018-0109 .
  9. 1 2 3 4 بيتروتشي، رالف هـ.؛ هاروود، ويليام س.؛ هيرينغ، ف. جيفري (2017). الكيمياء العامة: المبادئ والتطبيقات الحديثة ( الطبعة الحادية عشرة). تورنتو: بيرسون. ISBN  978-0-13-293128-1.
  10. ↑ "صحيفة حقائق حمض النيتريك" (ملف PDF) . قسم السلامة البيئية والاستدامة وإدارة المخاطر . جامعة ميريلاند. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 3 يونيو 2025. تم الاطلاع عليه في 12 فبراير 2024 .
  11. 1 2 ويتن، كينيث دبليو؛ جايلي، كينيث دي؛ ديفيس، ريموند إي. (1992). الكيمياء العامة ( الطبعة الرابعة). منشورات كلية سوندرز. ص 147. ISBN   0-03-072373-6.
  12. ↑ جاين جيه إل (2004). أساسيات الكيمياء الحيوية . إس. تشاند. رقم ISBN 81-219-2453-7.
  13. 1 2 3 4 لينينجر إيه إل، نيلسون دي إل، كوكس إم إم (1 يناير 2017). مبادئ لينينجر في الكيمياء الحيوية (الطبعة السابعة ). نيويورك، نيويورك: دبليو إتش فريمان. ISBN  9781464126116. OCLC 986827885 . 
  14. ↑ "عوامل مؤكسدة ومختزلة" .
  15. ↑ هودليكي، ميلوش (1996). الاختزالات في الكيمياء العضوية . واشنطن العاصمة: الجمعية الكيميائية الأمريكية. ص 429. ISBN  978-0-8412-3344-7.
  16. ↑ هودليكي ، ميلوش (1990). الأكسدة في الكيمياء العضوية . واشنطن العاصمة: الجمعية الكيميائية الأمريكية. ص 456. ISBN  978-0-8412-1780-5.
  17. ↑ بوكريس، جون أو إم؛ ريدي، أموليا كيه إن (1970). الكيمياء الكهربائية الحديثة . مطبعة بلينوم. ص 352-353 . 
  18. ↑ بوكريس، جون أو إم؛ ريدي، أموليا كيه إن (2013) [1970]. الكيمياء الكهربائية الحديثة . المجلد 1. سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 494. ISBN   9781461574675تم الاطلاع عليه في 29 مارس 2020. إن تفاعلات نقل البروتون المتجانسة الموصوفة تشبه تفاعلات نقل الإلكترون المتجانسة من حيث أنه يمكن تقسيم تفاعل نقل الإلكترون الكلي إلى تفاعل إلكترون واحد وتفاعل إزالة إلكترون واحد.
  19. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC). موسوعة المصطلحات الكيميائية، الطبعة الثانية (الكتاب الذهبي). جمعها أ. د. ماكنوت وأ. ويلكنسون. منشورات بلاكويل العلمية، أكسفورد (1997). النسخة الإلكترونية (2019-) من إعداد س. ج. تشالك. رقم ISBN 0-9678550-9-8https://goldbook.iupac.org/terms/view/R05222​
  20. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC). موسوعة المصطلحات الكيميائية، الطبعة الثانية (الكتاب الذهبي). جمعها أ. د. ماكنوت وأ. ويلكنسون. منشورات بلاكويل العلمية، أكسفورد (1997). النسخة الإلكترونية (2019-) من إعداد س. ج. تشالك. رقم ISBN 0-9678550-9-8https://goldbook.iupac.org/terms/view/O04362​
  21. ↑ مايلو، رايان ج. (أبريل 2015). " تدريس أساسيات تفاعلات نقل الإلكترون في الميتوكوندريا وإنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية والكشف عنها" . بيولوجيا الأكسدة والاختزال . 4 : 381-398 . doi : 10.1016/j.redox.2015.02.001 . PMC 4348434. PMID 25744690 .  
  22. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " انتقال الإلكترون في المجال الداخلي ". doi : 10.1351/goldbook.I03052
  23. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " انتقال الإلكترون في الغلاف الخارجي ". doi : 10.1351/goldbook.O04351
  24. ↑ تاوب، هنري (1984). "انتقال الإلكترون بين المركبات المعدنية: نظرة استرجاعية". مجلة ساينس . 226 : 1028-1036 . doi : 10.1126/science.6494920 .
  25. 1 2 3 ماركوس، ر. أ.؛ سوتين، نورمان (1985). "انتقال الإلكترونات في الكيمياء والبيولوجيا". مجلة بيوكيميكا إت بيوفيزيكا أكتا (BBA) - مراجعات في علم الطاقة الحيوية . 811 : 265-322 . doi : 10.1016/0304-4173(85)90014-X .
  26. ↑ ماركوس، رودولف أ. (1993). "تفاعلات نقل الإلكترون في الكيمياء: النظرية والتجربة". مراجعات الفيزياء الحديثة . 65 : 599-610 . doi : 10.1103/RevModPhys.65.599 .
  27. ↑ "طاقة الرابطة والمحتوى الحراري" .
  28. ↑ براون، ثيودور ل.، محرر. (2015). الكيمياء: العلم المركزي ( الطبعة 13). بوسطن، ماساتشوستس: بيرسون. ص. الفصل 4. ISBN   978-0-321-91041-7.
  29. ↑ "15.11: طاقات الروابط والتفاعلات الطاردة أو الماصة للحرارة" . نصوص الكيمياء الحرة . 9 مايو 2016. مؤرشف من الأصل في 14 فبراير 2026. تم الاطلاع عليه في 15 نوفمبر 2025 .
  30. ↑ "حمض النيتريك" . موسوعة بريتانيكا . مؤرشف من الأصل في 13 مايو 2026. تم الاطلاع عليه في 15 يونيو 2026 .
  31. ↑ "الصهر" . موسوعة بريتانيكا . مؤرشف من الأصل في 11 نوفمبر 2025. تم الاطلاع عليه في 15 يونيو 2026 .
  32. ↑ "الطلاء الكهربائي" . موسوعة بريتانيكا . مؤرشف من الأصل في 17 فبراير 2026. تم الاطلاع عليه في 15 يونيو 2026 .
  33. ↑ "عناوين المجلدات من 1 إلى 44 في سلسلة أيونات المعادن في الأنظمة البيولوجية" . المعادن، والميكروبات، والمعادن - الجانب البيوجيوكيميائي للحياة . دي جرويتر. 2021. الصفحات 23-24 . doi : 10.1515/9783110589771-005 . ISBN  9783110588903. S2CID 242013948 . 
  34. ↑ شيفر، فريا كيو؛ بوتنر، غاري آر. (2001). "بيئة الأكسدة والاختزال في الخلية كما تُرى من خلال حالة الأكسدة والاختزال لزوج ثنائي كبريتيد الجلوتاثيون/الجلوتاثيون". بيولوجيا الطب والجذور الحرة . 30 (11): 1191-1212 . doi : 10.1016/S0891-5849(01)00480-4 . PMID 11368918 . 
  35. ↑ ألين، جون ف. (2015). "لماذا تحتفظ البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا بجينوماتها وأنظمتها الجينية الخاصة: التواجد المشترك لتنظيم التعبير الجيني عن طريق الأكسدة والاختزال" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 112 (33): 10231-10238 . doi : 10.1073/pnas.1500012112 .
  36. ↑ كابوس، هيرمان؛ سيس، هيلموت (1981). "التأثيرات السامة للأدوية المرتبطة باستقلاب الأكسجين: دورة الأكسدة والاختزال وبيروكسدة الدهون". إكسبيرينتيا . 37 (12): 1233-1241 . doi : 10.1007/BF01948335 .
  37. ^ أوترز، فرانز؛ أوتو، مانفريد. ميلر، هاينريش. لونغن، هانز بودو؛ كولترمان، مانفريد. بور، أندرياس. ياغي، جون إيشيرو؛ فورمانك، لوثار؛ روز، فريتز. فليكنشايلد، يورغن؛ هوك، رولف. ستيفن، رولف. سكروتش، راينر. ماير شوينينج، جيرنوت؛ بوناجل، هاينز لوثار؛ هوف، هانز جورج (2006). "حديد". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-VCH. دوى : 10.1002/14356007.a14_461.pub2 . رقم ISBN 978-3-527-30673-2.
  38. ↑ بونامبيروما، ف. ن. (1972). كيمياء التربة المغمورة . التقدم في علم الزراعة. المجلد 24. الصفحات 29-96 . doi : 10.1016/S0065-2113(08)60633-1 . ISBN   978-0-12-000724-0.
  39. ↑ بارتليت، ريتشموند جيه؛ جيمس، بروس آر. (1991). "كيمياء الأكسدة والاختزال للتربة". التقدم في علم الزراعة . 39 : 151-208 .
  40. ↑ جيمس، بروس ر.؛ بروس، دومينيك أ. (2012). "ظواهر الأكسدة والاختزال". في: هوانغ، بان مينغ؛ لي، يونكونغ؛ سومنر، مالكولم إي. (محررون). دليل علوم التربة: الخصائص والعمليات (الطبعة الثانية ). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي . الصفحات 14-1 – 14-24 . ISBN   978-1-4398-0305-9.
  41. 1 2 3 روبرتسون، ويليام (2010). المزيد من أساسيات الكيمياء . الرابطة الوطنية لمعلمي العلوم. ص 82. ISBN  978-1-936137-74-9.
  42. 1 2 3 فيليبس، جون؛ ستروزاك، فيكتور؛ ويستروم، شيريل (2000). الكيمياء: مفاهيم وتطبيقات . جلينكو ماكجرو هيل. ص 558. ISBN  978-0-02-828210-7.
  43. 1 2 3 4 رودجرز، جلين (2012). الكيمياء غير العضوية الوصفية، وكيمياء التناسق، وكيمياء الحالة الصلبة . بروكس/كول، سينجج ليرنينج. ص 330. ISBN  978-0-8400-6846-0.
  44. 1 2 3 زومدال، ستيفن؛ زومدال، سوزان (2009). الكيمياء . هوتون ميفلين. ص 160. ISBN  978-0-547-05405-6.

للمزيد من القراءة

  • شورينج، J.؛ شولز، HD؛ فيشر، WR. بوتشر، J .؛ دوينيسفلد، WH، محرران. (1999). الأكسدة: الأساسيات والعمليات والتطبيقات . هايدلبرغ: سبرينغر-فيرلاغ. ص.  246.HDL : 10013 / epic.31694.d001 . رقم ISBN 978-3-540-66528-1.
  • تراتنيك، بول ج.؛ غروندل، تيموثي ج.؛ هادرلين، ستيفان ب.، محرران. (2011). كيمياء الأكسدة والاختزال المائية . سلسلة ندوات الجمعية الكيميائية الأمريكية. المجلد  1071. doi : 10.1021/bk-2011-1071 . ISBN 978-0-8412-2652-4.