تمثل تفاعلات اختزال الأكسدة أو "الأكسدة والاختزال" أحد تصنيفات التفاعل الرئيسية في الكيمياء. تتضمن التفاعلات بالضرورة نقل الإلكترونات من نوع إلى آخر. يشير الكيميائيون إلى فقدان الإلكترونات بالأكسدة وإلى اكتساب الإلكترونات على أنه اختزال. يشير موازنة المعادلة الكيميائية إلى عملية تعديل أرقام كل مادة متفاعلة ومنتج بحيث تكون المركبات على الجانبين الأيسر والأيمن من سهم التفاعل - المواد المتفاعلة والمنتجات ، على التوالي - تحتوي على نفس العدد من كل نوع من ذرة. تمثل هذه العملية نتيجة للقانون الأول للديناميكا الحرارية ، والذي ينص على أنه لا يمكن إنشاء المادة أو تدميرها. تأخذ تفاعلات الأكسدة والاختزال هذه العملية خطوة أخرى إلى الأمام من خلال موازنة عدد الإلكترونات على كل جانب من جوانبها السهم لأنه ، مثل الذرات ، تمتلك الإلكترونات كتلة وبالتالي تخضع للقانون الأول لـ الديناميكا الحرارية.
اكتب المعادلة الكيميائية غير المتوازنة على قطعة من الورق وحدد الأنواع التي تتأكسد وتقل من خلال فحص الشحنات على الذرات. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك التفاعل غير المتوازن لأيون برمنجنات ، MnO4 (-) ، حيث يمثل (-) شحنة على أيون سالب واحد ، وأيون أكسالات ، C2O4 (2-) في وجود حمض ، H (+): MnO4 (-) + C2O4 (2-) + H (+) → Mn (2+) + CO2 + H2O. يفترض الأكسجين دائمًا شحنة سالب اثنين في المركبات. وبالتالي ، MnO4 (-) ، إذا احتفظ كل أكسجين بشحنة سالبة اثنين وكانت الشحنة الكلية سالبة واحدة ، فيجب أن يُظهر المنغنيز شحنة موجبة سبعة. يُظهر الكربون في C2O4 (2) بالمثل شحنة موجبة ثلاثة. من ناحية المنتج ، يمتلك المنغنيز شحنة موجبة اثنين والكربون موجب أربعة. وهكذا ، في هذا التفاعل ، ينخفض المنجنيز لأن شحنته تتناقص ويتأكسد الكربون بسبب زيادة شحنته.
اكتب تفاعلات منفصلة - تسمى التفاعلات النصفية - لعمليات الأكسدة والاختزال وتشمل الإلكترونات. يصبح Mn (+7) في MnO4 (-) Mn (+2) عن طريق أخذ خمسة إلكترونات إضافية (7 - 2 = 5). ومع ذلك ، يجب أن يصبح أي أكسجين في MnO4 (-) ماء ، H2O كمنتج ثانوي ، ولا يمكن أن يتشكل الماء مع ذرات الهيدروجين ، H (+). لذلك ، يجب إضافة البروتونات ، H (+) إلى الجانب الأيسر من المعادلة. يصبح نصف التفاعل المتوازن الآن MnO4 (-) + 8 H (+) + 5 e → Mn (2+) + 4 H2O ، حيث يمثل e إلكترونًا. وبالمثل يصبح نصف تفاعل الأكسدة C2O4 (2-) - 2e → 2 CO2.
موازنة التفاعل الكلي عن طريق التأكد من تساوي عدد الإلكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال النصفية. استمرارًا للمثال السابق ، تتضمن أكسدة أيون الأكسالات ، C2O4 (2-) إلكترونين فقط ، في حين أن تقليل المنجنيز يتضمن خمسة إلكترونين. وبالتالي ، يجب مضاعفة نصف تفاعل المنغنيز بالكامل باثنين ويجب مضاعفة تفاعل الأكسالات بالكامل بخمسة. سيؤدي ذلك إلى رفع عدد الإلكترونات في كل نصف تفاعل إلى 10. أصبح رد الفعل النصفين الآن 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 10 e → 2 Mn (2+) + 8 H2O ، و 5 C2O4 (2-) - 10 e → 10 CO2.
احصل على المعادلة الكلية المتوازنة عن طريق جمع ردتي نصف متوازنة. لاحظ أن تفاعل المنغنيز يتضمن اكتساب 10 إلكترونات ، بينما يتضمن تفاعل الأكسالات فقدان 10 إلكترونات. لذلك تلغي الإلكترونات. من الناحية العملية ، هذا يعني أن خمسة أيونات أكسالات تنقل ما مجموعه 10 إلكترونات إلى أيوني برمنجنات. عند جمعها ، تصبح المعادلة المتوازنة الإجمالية 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 5 C2O4 (2-) → 2 Mn (2+) + 8 H2O + 10 CO2 ، والتي تمثل معادلة الأكسدة والاختزال المتوازنة.