還元は、電子を得るまでの反応物の端部の一方の原子すべてが化学反応です。このように見ることもできます:あなたの空室や電子的な「不快感」が減少します。種がそれらを寄付すると、原子は電子を獲得します。つまり、錆びます。
この種の反応はそれ自体では起こり得ません。ある種が電子を受け入れる場合、別の種は必然的にそれらを放棄する必要があります。そうでなければ、物質は何もないところから作られ、真空から電子を得た後に原子を減らします。したがって、それはレドックス(還元/酸化)半反応です。
シルバーツリーの削減。出典:ガブリエルボリバル
教室で示すことができる還元の実例は、銅の金属表面と硝酸銀の水溶液、AgNO 3との間の反応です。
溶液中では、銀は正に帯電したAg +カチオンとして検出されます。これらは、クリスマスツリーのような形をした銅の表面と相互作用することにより、銅原子から電子を奪い取ります。これが発生すると、硝酸塩の銀が銅に置き換わります。その結果、硝酸銅Cu(NO 3)2が形成されます。
銅2+カチオン一緒にNOと3 -ソリューション青みがかっを回します。シルバーは、雪で覆われたかのようにクリスマスツリーを白くします。
削減とは何ですか?
還元では、ある種が電子を獲得するとすでに言われています。これを化学方程式でどのように検証できますか?たとえば、CuとAgNO 3の間の反応式では、還元がいつ発生するかをどのようにして知ることができますか?これを確認するには、酸化数または酸化状態を決定する必要があります。
自然状態の元素は、定義上、酸化状態がゼロになっています。これは、電子を失ったり獲得したりしていないと想定されているためです。したがって、固体金属の酸化状態はゼロです。したがって、銀は+1(Ag +)から0(Ag)になります。金属イオンの電荷は、その酸化状態に等しい。
一方、電子は銅から来ており、0(Cu)から+2(Cu 2+)へと変化します。硝酸アニオン、NO 3は、-両方の金属が電子を交換しながら、変わりません。したがって、方程式は次のように書くことができます。
2Ag + + Cu => 2Ag + Cu 2+
電荷と原子の両方がバランスしていることに注意してください。
これは、化学的還元が構成するものです。原子の酸化状態を電子の酸化状態よりもポジティブにしない電子の獲得。
酸素数
酸素は非常に電気陰性で酸化性の原子であるため、原子がそれらと化合物を形成すると(酸化物のように)、正の酸化状態になります。原子と相互作用する酸素の数が多いほど、その酸化状態はより正になります。または同じものは、より錆びています。
したがって、化合物の酸素原子の数が少ないと、酸化が少ないと言われます。つまり、原子が失う電子は少なくなります。
典型的な例は、一酸化炭素と二酸化炭素に見られます。COの場合、炭素の酸化状態は+2です。一方、CO 2の場合、その酸化状態は+4です。
したがって、反応でCO 2がCOに変換される場合、還元が発生していると言われます。以来、炭素は2つではなく1つの酸素と相互作用します。反対の反応であるCOがCO 2に変換する場合、炭素の酸化について説明します。
これはすべての原子、特に金属酸化物中の金属に適用されます。たとえば、CrO 2(Cr 4+)およびCrO 3(Cr 6+)。
1つの種が酸素を失い、他の種がそれを得る化学方程式では、酸素移動が発生すると言われています。
電気陰性原子
酸化状態をより低い正の値に変更することで、還元があったかどうかを常に判断できます。先ほど説明したように、計算さえしなくてもすばやく判断するには、化合物の酸素原子が減少しているかどうかを観察します。
同じことが、電子を獲得または喪失する原子よりも電気陰性の高い他の原子でも起こります。
例えば、CF 4がCH 4になるように反応する場合、還元が起こったと言われます。フッ素は水素原子よりもはるかに電気陰性であるためです。その結果、CH 4の方がCF 4よりも炭素の酸化が少なく、還元されたと言えます。
例
有機化学の削減
CF 4とCH 4の例は、原子の部分電荷の減少が電子利得と見なされる有機反応で何が起こるかを反映しています。これは、酸素化された官能基の還元を検討するときに多く適用されます。
たとえば、ROH、RCHO、COOHの各グループについて考えてみます。最初は、炭素が酸素と結合するアルコール(C-OH)に対応します。もう1つはアルデヒド基で、炭素は酸素と二重結合を形成し、水素にも結合します(C = OH)。三つ目はカルボキシル基です。
カルボキシル基では、炭素が1つのOと二重結合を形成し、別のOと単結合を形成します(HO-C = O)。
したがって、カルボン酸がアルコールに変換されると、還元が起こります。
RCOOH => ROH
金属抽出
化学還元は、鉱物から金属を抽出するプロセスで非常に重要です。反応の一部は次のとおりです。
HgS + O 2 => Hg + SO 2
硫化水銀は金属水銀に還元されます。
Cu 2 S + O 2 => 2 Cu + SO 2
硫化銅は金属銅に還元されます。
2ZnS + 3O 2 => 2ZnO + 2SO 2
ZnO + C => Zn + CO(Oの移動に注意)
硫化亜鉛は最初にその一酸化物に還元され、次にその金属形態に還元されます。
Fe 2 O 3 + 3CO => 2Fe + 3CO 2
酸化第二鉄は金属鉄に還元されます。
WO 3 + 3H 2 => W + 3H 2 O
そして、三酸化タングステンは金属タングステンに還元されます。
演習として、金属の酸化数は、還元される前に決定できます。
参考文献
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