تفاعلات التأكسد والاختزال

تقسيم جميع تفاعلات التأكسد والاختزال إلى عمليتين؛ هما: عملية التأكسد وعملية الاختزال، إذ تحدث عمليتا التأكسد والاختزال دائمًا في وقتٍ واحد، وفي تفاعلٍ واحد هو تفاعل التأكسد والاختزال، وه تعد تفاعلات شائعة وحيوية لبعض الوظائف الأساسية للحياة، بما في ذلك التمثيل الضوئي، والتنفس، والاحتراق، والتآكل أو الصدأ، وفيما يأتي تعريف كل من التأكسد والاختزال:[١][٢][٣]

  • التأكسد: يتضمن التأكسد فقدان الإلكترونات أو زيادة حالة الأكسدة.
  • الاختزال: يتضمن الاختزال اكتساب الإلكترونات أو انخفاض في حالة الأكسدة.


أسئلة على التأكسد والاختزال

فيما يأتي أسئلة متنوعة على التأكسد والاختزال مع حلولها:


السؤال:

ما أهمية تفاعلات التأكسد والاختزال؟[٤]


الحل:

تفاعلات التأكسد والاختزال مهمة لأنها تعتبر إحدى مصادر الطاقة الطبيعية أو البيولوجية الرئيسية على هذا الكوكب، فعادة ما تطلق أكسدة الجزيئات كميات كبيرة من الطاقة عن طريق إزالة الهيدروجين واستبداله بالأكسجين.






السؤال:

ما الفرق بين التأكسد والاختزال؟[٤]



الحل:
  • التأكسد: هو عملية فقد (منح) الإلكترونات.
  • الاختزال: هو عملية كسب (أخذ) الإلكترونات.





السؤال:

ما هي العوامل المؤكسدة؟[٥]


الحل:

العامل المؤكسد هو نوع يقبل الإلكترون ويتم اختزاله بسهولة في تفاعل التأكسد والاختزال، وتميل أعداد تأكسد هذه الأنواع إلى الانخفاض في تفاعلات الأكسدة والاختزال، ومن الأمثلة عليها: حمض النيتريك (HNO3).




السؤال:

ما هي العوامل المُختَزِلة؟[٥]


الحل:

العوامل المُختَزِلة هي الأنواع التي تتبرع بالإلكترون أن تفقد الإلكترون، والتي تخضع بسهولة للأكسدة في تفاعلات التأكسد والاختزال، وتميل هذه الأنواع إلى فقد الإلكترونات في تفاعلات التأكسد والاختزال وتكون أعداد تأكسدها مرتفعة؛ مثل: الزنك (Zn)، والليثيوم (Li).






السؤال:

وضح كيفية تحديد ما إذا كان تفاعل التأكسد والاختزال قد حدث أم لا؟[٥]


الحل:

1. تعيين عدد التأكسد لجميع الذرات.

2. مقارنة أعداد التأكسد بين المواد المتفاعلة والمواد الناتجة.

3. في حالة تفاعل التأكسد والاختزال، تتغير أعداد تأكسد العنصرين من جانب المواد المتفاعلة إلى جانب المواد الناتجة.


حيث إن:

العنصر المُؤَكسَد: هو الذي يزيد عدد تأكسده.

العنصر المُختَزَل: هو الذي ينخفض عدد تأكسده.






السؤال:

لماذا يعتبر التفاعل بين الهيدروجين والفلور تفاعل تأكسد واختزال؟[٦]

F2 + H2 → 2HF


الحل:

في هذا التفاعل، يفقد جزيء الهيدروجين H2 إلكتروناته، مما ينتج عنه بروتونين (+2H) (البروتون اسم يطلق على ذرة الهيدروجين التي تحمل شحنة موجبة)، ويتم قبول الإلكترونات بواسطة جزيء الفلور F2 ويؤدي ذلك إلى تكوين أيونيّ فلوريد (-2F)، ثم يتم تكوين رابطة تساهمية قطبية بين أيون الفلوريد والبروتون، وبالتالي فإن هذا التفاعل هو تفاعل تأكسد واختزال:

+F20 + H20 → 2F- + 2H


بحيث يكون تفاعل الأكسدة هو: −H2 → 2H+ + 2e

وتفاعل الاختزال هو: −F2 + 2e− → 2F




السؤال:

التفاعل الآتي مثال على:[٧]

3ClO−(aq)→ ClO3−​(aq)+2Cl−(aq) 


  1. تفاعل تأكسد
  2. تفاعل اختزال
  3. تفاعل تحلل
  4. تفاعل احتراق


الحل:

الجواب الصحيح هو "3" تفاعل تحلل.



السؤال:

اكتب صيغة المركبات الموضحة أدناه:[٨]

  1. كلوريد الزئبق الثنائي
  2. كبريتات النيكل الثنائي
  3. أكسيد القصدير الرباعي
  4. أكسيد الكروم الثلاثي
الحل:
  1. HgCl2
  2. NiSO4
  3. SnO2
  4. Cr2O3


السؤال:

حدد العوامل العامل المؤكسد والعامل المختزل في التفاعل الآتي:[٧]

3HCl(aq) + HNO3​(aq) → Cl2​(g) + NOCl(g) + 2H2​O(l)



الحل:

زاد عدد تأكسد Cl من -1 إلى 0، وهذا يشير إلى أن Cl يخضع للتأكسد ويعمل كعامل مختزل، وانخفض عدد تأكسد N من +5 إلى +3، أي أنه يتم اختزاله ويعمل كعامل مؤكسد، وعليه فإن:

  • العامل المؤكسد: HNO3
  • العامل المختزل: HCl




السؤال:

في التفاعل بين بيرمينجات البوتاسيوم KMnO4​ المحمض وحمض الأكساليك الساخن H2C2O4، فإن المركب الذي يكتسب الإلكترونات هو:[٧]

  1. + K
  2. +MnO4
  3. C2O4-2
  4. CO2
الحل:
  • الخيار الصحيح هو "2. +MnO4"
  • التفاعل بين برمنجنات البوتاسيوم (KMnO4) وحمض الأكساليك هو تفاعل أكسدة واختزال، وأثناء التفاعل يتم اختزال برمنجنات البوتاسيوم (وهو عامل مؤكسد قوي) ويتأكسد حمض الأكساليك، ولهذا فإن أيون +MnO4 هو الذي يكتسب الإلكترونات.


السؤال:

العامل المختزل في التفاعل الآتي هو:[٧]

Al + Fe3+ → Al3+ + Fe 




الحل:

في التفاعل السابق يزيد عدد التأكسد للألمنيوم Al من 0 إلى +3، أي أن الألمينيوم يقبل 3 إلكترونات لتشكيل أيون +Al3 ومن ثم يتأكسد Al (فقدان الإلكترونات هو تأكسد) ويعمل كعامل اختزال، وينخفض عدد تأكسد الحديد من +3 إلى 0، بمعنى أن أيون الحديد يحصل على 3 إلكترونات لتشكيل معدن الحديد (اكتساب الإلكترونات هو اختزال)، وعليه فإن:

  • العامل المختزل هو الألمنيوم Al.
  • العامل المؤكسد هو الحديد Fe.


السؤال:

حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل في التفاعلات الآتية:[٩]

  1. 2Na2​S2​O3 ​+ I2 ​→ Na2​S4​O6 ​+ 2NaI
  2. 2FeCl3 ​+ H2​S → 2FeCl2 ​+ S + 2HCl
  3. 3Mg + N2​ → Mg3​N2
  4. −AgCN + CN− → [Ag(CN)2​]
الحل:
العامل المختزل (حدث له تأكسد)
العامل المؤكسد (حدث له اختزال)
Na2​S2​O3
I2
H2​S
FeCl3
---
N2​
---
---





السؤال:

أوجد عدد تأكسد Cr2 في الصيغة K2Cr2O7.[١٠]

الحل:

أعداد التأكسد المعلومة في المركب هي:

K = +1، لأن البوتاسيوم عنصر من المجموعة الأولى.

O = -2، الأكسجين دائمًا يكون عدد تأكسده -2 إلا إذا كان مع الفلور (F).


وبما أن مجموع أعداد المركب كاملًا يساوي صفر فإن:

0 = (2K × +1) + (7O × -2) +(2Cr + X)

0 = 2X + -14 + 2

X = +6، أي أن عدد تأكسد Cr يساوي +6



السؤال:

أوجد حالة تأكسد النيتروجين N في الصيغة NH4NO3.[١٠]


الحل:

أعداد التأكسد المعلومة في المركب هي:

H = +1، الهيدروجين مع اللافلزات دائمًا +1.

O = -2، الأكسجين دائمًا عدد تأكسده -2 إلا إذا كان مع الفلور(F).


هناك نوعان من ذرات النيتروجين المختلفة في المركب، ولذلك نحن بحاجة إلى إجراء الحساب بشكل منفصل

  • في +NH4

مجموع شحنة الأيون تساوي +1

(4H × +1) + (1N× X) = +1

X + 4 = +1

X = -3

  • في -NO3

مجموع شحنة المركب تساوي -1

1- = (3O × -2) + (1N × X)

X + -6 = -1

X = +5

نلاحظ الآن وجود حالتي تأكسد للنيتروجين

-3 في +NH4

+5 في -NO3



السؤال:

عيّن حالات الأكسدة لجميع الذرات في كل مركب من المركبات الآتية:[١١]

  1. فلوريد الباريوم (BaF2)
  2. الفورمالديهايد (CH2O)
  3. ثنائي كرومات البوتاسيوم (K2Cr2O7)
  4. الإيثانول (CH3CH2OH)


الحل:
  1. Ba=+2، F=−1
  2. C=0، H=+1، O=−2
  3. K=+1، Cr = +6، O= −2
  4. C=−3، H= +1، C= −1، H= +1، O= −2، H= +1






المراجع

  1. ↑ "Redox Reactions", byjus, Retrieved 6/10/2021. Edited.
  2. ↑ "Oxidation-Reduction Reactions", chemistry libretexts, Retrieved 6/10/2021. Edited.
  3. ↑ "Oxidation Reduction Reactions—Redox Reactions", thoughtco, Retrieved 6/10/2021. Edited.
  4. ^ أ ب "Oxidation and Reduction Reaction", byjus, Retrieved 6/10/2021. Edited.
  5. ^ أ ب ت "Redox Reactions", byjus, Retrieved 6/10/2021. Edited.
  6. ↑ "Oxidation Reduction Reactions—Redox Reactions", thoughtco, Retrieved 6/10/2021. Edited.
  7. ^ أ ب ت ث "Important questions on Types Of Redox Reactions", toppr, Retrieved 6/10/2021. Edited.
  8. ↑ "NCERT Solutions for Class 11 Chemistry Chapter 8", vedantu, Retrieved 6/10/2021. Edited.
  9. ↑ "Redox Reactions", byjus, Retrieved 6/10/2021. Edited.
  10. ^ أ ب "Oxidation Number", toppr, Retrieved 6/10/2021. Edited.
  11. ↑ "4.4: An Introduction to Oxidation-Reduction Reactions", chemistry libretexts, Retrieved 6/10/2021. Edited.