ماهي الاكسدة والاختزال

يعود مفهوم التفاعل الكيميائي إلى حوالي 250 عامًا ، فقد ظهر عند إجراء التجارب التي كانت تستخدم لتصنف المواد والعناصر و المركبات والنظريات التي تشرح فيها هذه العمليات ، وكان لتطور مفهوم التفاعل الكيميائي دورا أساسيا في نشأة علم الكيمياء ليصبح كما هو معروف اليوم

ماهو التفاعل الكيميائي
هناك العديد من التفاعلات الكيميائية التي تحدث من حولنا ، حيث أن التفاعل الكيميائي ما هو إلا عملية تؤدي لحدوث تحول أو تغير في مادة ما أو عدة مواد معا مما ينتج عنه تكون مادة جديدة مختلفة ، وعندها نطلق اسم المواد المتفاعلة على المواد التي يحدث لها التحول أو التغير ، أما المادة الجديدة التي تنتج عن التفاعل تسمى بالمركب أو العنصر الكيميائي ، ويتم التفاعل الكيميائي عن طريق إعادة ترتيب مكونات المواد المتفاعلة من الذرات للحصول على المركب الجديد .

اساسيات التفاعلات الكيميائية
التفاعلات الكيميائية جزء لا يتجزأ من حياتنا من حرق الوقود وصهر الحديد وصناعة الزجاج و الفخار وتخمير البيرة و الجبن كلها أمثلة كثيرة لأنشطة تتضمن تفاعلات كيميائية كانت معروفة وتستخدم لآلاف السنين ، والتفاعلات الكيميائية موجودة بدءا من العمليات المعقدة في باطن الأرض حتى مايحدث في الغلاف الجوي و المحيطات ، كلها مجموعة واسعة من العمليات التفاعلية التي تحدث في جميع المنظومات الحية .
يجب التمييز بين التفاعلات الكيميائية والتغيرات الفيزيائية ، وتشمل التغيرات الفيزيائية تغيرات الحالة ، مثل ذوبان الجليد إلى ماء والمياه التي تتبخر إلى البخار ، ففي حالة حدوث تغيير مادي سوف تتغير الخصائص الفيزيائية للمادة ، ولكن تبقى هويتها الكيميائية كما هي بغض النظر عن حالتها الفيزيائية .
فإن الماء (H 2 O) هو نفس المركب ، حيث يتكون كل جزيء من ذرتين من الهيدروجين وذرة واحدة من الأكسجين ، وهي نفسها سواء كانت ثلج أو سائل أو بخار ، لكن مثلا الصوديوم ( Na ) عند تفاعله وقتها سيتم إعادة توزيع الذرات لإعطاء المواد الجديدة الهيدروجين الجزيئي (H 2 ) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) ، من خلال هذا نحن نعلم أن التغيير الكيميائي أو التفاعل قد حدث ، ووقتها لم يعد الصوديوم في صورته ، بل كون جيء آخر غريب عن حالته الأصلية .
يمكن أن يشتمل التفاعل على ذرات أو أيونات أو مركبات أو جزيئات ، يجب أن نتذكر أن التفاعل الكيميائي يمكن أن يحدث مع أي شيء طالما يحدث تغير كيميائي ، فإذا وضعت غاز الهيدروجين النقي (H 2 ) وغاز الأكسجين النقي في الغرفة ، فقد يستخدما في تفاعل لتكوين الماء (H 2)O) ، ومع ذلك ، يمكن لتلك الغازات خلال تفاعل كيميائي عنيف أن تنتج انفجار ضخم (طارد للحرارة) .

ردود الفعل الفردية غالبا ما تحدث كجزء من سلسلة أكبر من ردود الفعل ، عندما ينتج المصنع سكريات ، قد يكون هناك ما يصل إلى اثني عشر تفاعلًا كيميائيًا وفي النهاية إنشاء (توليفة) الجلوكوز (C 6 H 12 O6 ) من هذه الجزيئات .


انواع التفاعلات الكيميائية
تفاعلات الاتحاد المباشر
هي التي يحدث فيها اتحاد مباشر بين عنصرين لإنتاج مركب آخر ، ومن أمثلتها اتحاد عنصر الكربون مع عنصر الأكسجين لتكوين مركب غاز ثاني أكسيد الكربون ، أو اتحاد الكلور والكالسيوم لتكوين كلوريد الكالسيوم ، وكذلك اتحاد الأكسجين والهيدروجين لتكوين الماء

تفاعلات الانحلال
هذه التفاعلات هي عكس التفاعلات السابقة ففيها تتحلل المركبات إلى عناصر أبسط منها ، ومثال عليها أكسيد الزئبق يتحلل إلى عنصري الأكسجين والزئبق ، وكذلك كلورات البوتاسيوم تتحلل إلى عنصري كلوريد البوتاسيوم والأكسجين

تفاعلات الإحلال البسيط
فكما يظهر من اسمها يحدث استبدال للعناصر ، أي أن أحد عناصر المركب تستبدل بعنصر آخر مما يؤدي لتكون مركب جديد وعنصر ، ومن أمثلة تفاعلات الإحلال البسيط تفاعل الزنك مع كبريتات النحاسوز فينتج عن ذلك مركب كبريتات الزنك وعنصر النحاس ، وأيضا تفاعل الزنك مع حمض الكبريتيك ينتج عنه كبريتات الزنك وغاز الهيدروجين

الاحتراق
يحدث تفاعل الاحتراق عندما يتم دمج مركب مع الأكسجين لتكوين الماء وثاني أكسيد الكربون ، تفاعلات الاحتراق لها معدل تفاعل سريع وتنتج أطنان من الطاقة في شكل حرارة

الإزاحة
تحدث تفاعلات الإزاحة عندما يأخذ مركب واحد أو أكثر مادة من مركب آخر ، يمكن أن تحدث هذه كإزاحة واحدة ، حيث يتم إخراج مادة واحدة فقط ، أو إزاحة مزدوجة حيث يتم تبديل مادتين

تفاعل كيميائي ضوئي
هذا النوع من التفاعل هو الذي يتضمن الضوء وفوتوناته ، ربما يكون التمثيل الضوئي أفضل تفاعل كيميائي ضوئي معروف .

تفاعلات الاكسدة والاختزال
سيكون حديثنا اليوم أكثر تركيزا عن تفاعلات الأكسدة والاختزال وكيف تتم ، حيث تسمى تفاعلات أكسدة – اختزال (Redox reaction ) أو ( oxidation-reduction reaction ) ، وهي عبارة عن تفاعلات كيميائية يقوم فيها أحد الإلكترونات في جزيء أو مركب ما ( أو أكثر من إلكترون ) بالانتقال إلى جزيء أو مركب آخر ، فالأكسدة هي أن تفقد الذرة أو يفقد الجزيء بعض الإلكترونات مما يؤدي لزيادة الشحنة الموجبة أو نقص الشحنة السالبة ، والاختزال هو اكتساب هذه الإلكترونات التي فقدها الجزيء مما يؤدي لنقص لشحنة الموجبة أو زيادة الشحنة السالبة ، وبالتالي يمكننا أن نصف الأكسدة لعنصر ما بزيادة عدد أكسدته ، فيكون الاختزال هو النقص في عدد أكسدته ، ويمكن تعريف الأكسدة بشكل آخر بأنها أحد العمليات الكيميائي التي تؤدي لزيادة معدلات الأكسجين في المادة أو إنقاص معدلات الهيدروجين ، بينما الاختزال هو أحد العمليات الكيميائية التي تؤدي لتناقص معدلات الأكسجين وتزايد معدلات الهيدروجين

تعريف العامل المختزل
العامل المختزل هو عبارة عن مادة تقوم إما بنزع الأكسجين أو منح الهيدروجين أثناء حدوث التفاعل الكيميائي ، أما العامل المؤكسد فهو عكس ذلك ، حيث أنه عبارة عن مادة تقوم إما بمنح الأكسجين أو نزع الهيدروجين أثناء حدوث التفاعل الكيميائي .

امثلة الأكسدة والاختزال من الحياة اليومية
تحدث العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال الواقعية في البيئة من حولنا ، ومن أمثلتها ما يلي :
التمثيل الضوئي في النباتات :حيث يتحد ثاني أكسيد الكربون والماء في وجود الضوء لتكوين الأكسجين والجلوكوز ، ويستخدم الجلوكوز في عملية التمثيل الضوئي لتغذية التفاعلات الأيضية للنباتات .
التنفس : في أثناء عملية التنفس تحدث العديد من عمليات الأكسدة والاختزال ، ففي أثناء هذا التفاعل يتأكسد الماء لتكوين الأكسجين ويتم اختزال ثاني أكسيد الكربون

الاحتراق : يعتبر الاحتراق هو من أهم الأمثلة لتفاعلات الأكسدة والاختزال في الواقع ، حيث يعتبر حرق المواد العضوية واحتراق الهيدروكربونات في الوقود الأحفوري مثالا هاما على تفاعلات الأكسدة والاختزال ، يرتبط الأكسجين في الغلاف الجوي بالكربون والهيدروجين الموجود في المركب الذي يتم حرقه ، ويتم اختزال الأكسجين في الغلاف الجوي بينما تحدث الأكسدة للمركب الذي يتم حرقه .
التآكل : تعتبر عملية التآكل التي تحدث للمعادن مثالا آخرا لتفاعلات الأكسدة والاختزال في الحياة اليومية ، فعندما يلامس الماء الحديد على سبيل المثال يقوم الأكسجين الموجود في الماء بأكسدة الحديد ، مما يؤدي لإنتاج أيونات الهيدروجين الحرة ، والتي تتحد بدورها مع الأكسجين لإنتاج الماء ، وتتكرر الدورة مرة أخرى .