氧化還原反應

Posted on 2009/05/27 in 化學, 氧化還原反應, 物質變化 with 沒有迴響 72,277 views

氧化還原反應 (Redox Reaction)
國立臺灣大學化學系黃俊誠博士/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

拉瓦節 (Lavoisier)是最早提出氧化概念的化學家。在1777年出版的《燃燒概論》和1778年出版的《酸性概論》著作中，他正式闡釋了自己的氧化說。他認為燃燒是物質和空氣中的氧氣反應的結果，同時基於很多燃燒產物的水溶液具有酸性，他得出任何酸中都含有氧的錯誤結論。所以1779年他將空氣中幫助燃燒的一部分命名為oxygen（希臘語：形成酸的）即氧氣，另一部分命名為azote（希臘語：無生命的）即氮氣。

我們一般認為，物質與氧的結合反應稱作氧化；反之，若從物質移出氧的反應稱為還原，這是傳統的氧化還原反應概念。以鎂在空氣中燃燒為例，就是金屬鎂被氧化。
2Mg + O₂ → 2MgO （eq 1）

但隨著科學不斷進步演變，氧化還原反應的定義現在已被視為電子轉移 (electron transfer)的行為。因此，在廣義的描述上，氧化(oxidation)是指一個分子、原子或離子，因電子的失去或氧的獲得而造成其本身的氧化態 (oxidation state)的升高；反之，若因電子的獲得或氧的失去而造成其本身氧化態的降低，稱作還原。例如，金屬鈉與氯氣反應，鈉金屬因失去一個電子而被氧化成鈉離子；氯因得到一個電子而被還原成負一價的氯離子。

同理，上述的金屬鎂被氧化反應（eq 1）也可依此概念來說明氧化還原的概念。

然而，並不是所有的氧化還原反應都是如前例，電子在物質間進行完全轉移的行為。因此，有時氧化還原反應該以氧化數 (oxidation number)的改變之概念來描述會比較適當且容易理解。氧化數是依物質中元素對電子吸引強弱分配後而定義的數值，用來表示物質在反應中得失電子的程度。

當物質進行氧化還原反應時，A物質失去電子而氧化數增加就是氧化，另一物質B同時也會因得到電子使其氧化數減少，這就是還原。例如焦碳 (C)與氧(O₂₎完全燃燒反應，生成二氧化碳(CO₂₎的反應(eq 3)。碳原子的氧化數從原本的0價增加到+4價，而氧原子則從0價減少到-2價。另外，金屬與稀酸作用而產生氫氣的反應(eq 4)，鋅的氧化數從0價增加成+2價（氧化），氫從正一價減少0價（還原）。