การเกิดออกซิเดชันและการรีดิวซ์เป็นปฏิกิริยาเคมีที่สำคัญมากซึ่งเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมของเราตลอดเวลา เมื่อสารประกอบโควาเลนต์สูญเสียอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ จะมีประจุบวกมากขึ้นและกระบวนการนี้เรียกว่าออกซิเดชัน การรีดักชันเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับการเกิดออกซิเดชัน เนื่องจากในระหว่างกระบวนการ สารประกอบจะได้รับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และมีประจุลบมากขึ้น การลดและการเกิดออกซิเดชันเป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์เนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเกิดขึ้นระหว่างสารเคมีชนิดต่างๆ (การสูญเสียหนึ่งครั้งและการเพิ่มหนึ่งครั้ง)
การเกิดออกซิเดชันเทียบกับการลด
ความแตกต่างระหว่างการเกิดออกซิเดชันและการรีดิวซ์คือ การเกิดออกซิเดชันเกิดขึ้นเมื่อสารประกอบทางเคมีได้รับออกซิเจนหรือสูญเสียไฮโดรเจน ซึ่งหมายความว่าประจุบวกของสารประกอบจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน การรีดักชันเป็นปฏิกิริยาเคมีที่ตรงกันข้ามกับการเกิดออกซิเดชัน โดยที่สารประกอบทางเคมีได้รับไฮโดรเจนหรืออิเล็กตรอนและประจุลบจะเพิ่มขึ้น
ออกซิเดชันเป็นปฏิกิริยาเคมีที่อะตอมหรือโมเลกุลของสารเคมีชนิดหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอน (หนึ่งตัวหรือมากกว่า) และมีประจุบวกมากขึ้น ปฏิกิริยาเคมีนี้จะเพิ่มสถานะออกซิเดชันและจำนวนออกซิเดชันของสารเคมีชนิดที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ออกซิเจนไม่ได้เกี่ยวข้องกับกระบวนการออกซิเดชันเสมอไป แต่บางครั้งอาจทำให้สปีชีส์สูญเสียอิเล็กตรอน
การรีดิวซ์เป็นปฏิกิริยาเคมีที่อะตอมหรือโมเลกุลของสปีชีส์เคมีได้รับอิเล็กตรอน (หนึ่งตัวหรือมากกว่า) และกลายเป็นประจุลบมากขึ้น ปฏิกิริยาเคมีนี้ลดสถานะออกซิเดชันและจำนวนออกซิเดชันของสารเคมีชนิดที่กำลังลดลง ตัวออกซิไดซ์จะถูกรีดักชันเมื่อออกซิไดซ์ของสารเคมีอีกชนิดหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาและลดตัวมันเอง
ตารางเปรียบเทียบระหว่างการเกิดออกซิเดชันและการลดลง
| พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ | ออกซิเดชัน | การลดน้อยลง |
| คำนิยาม | ออกซิเดชันหมายถึงการรับออกซิเจนหรือการสูญเสียไฮโดรเจนจากสารประกอบ | การลดลงหมายถึงการได้รับไฮโดรเจนหรือการสูญเสียออกซิเจนจากสารประกอบ |
| อิเล็กตรอน | ในการเกิดออกซิเดชัน สารประกอบโควาเลนต์จะปล่อยอิเล็กตรอนออกสู่บริเวณโดยรอบ | ในการลดลง สารประกอบโควาเลนต์จะได้รับอิเล็กตรอนจากบริเวณโดยรอบ |
| ตัวแทน | ตัวออกซิไดซ์ทั่วไปคือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และโอโซน | ตัวรีดิวซ์ทั่วไปคือสารประกอบที่มีโลหะ เช่น โพแทสเซียม แบเรียม แคลเซียม ฯลฯ และ H− ไอออน. |
| ค่าใช้จ่าย | ในประจุบวกของการเกิดออกซิเดชันจะเพิ่มขึ้นตามการสูญเสียอิเล็กตรอน | ในการลดประจุลบจะเพิ่มขึ้นตามที่ได้รับอิเล็กตรอน |
| หมายเลขออกซิเดชัน | ออกซิเดชันทำให้จำนวนออกซิเดชันเพิ่มขึ้น | การลดจะทำให้จำนวนออกซิเดชันลดลง |
ออกซิเดชันคืออะไร?
คำจำกัดความของการเกิดออกซิเดชันได้เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา และคำล่าสุดในคำง่ายๆ นั้นกำหนดกระบวนการที่สปีชีส์เคมีสูญเสียอิเล็กตรอนและกลายเป็นบวกมากขึ้น การเป็นบวกมากขึ้นไม่ได้แปลว่ามีประจุบวกเสมอไป ตัวอย่างเช่น ถ้าไอออน X4- ผ่านกระบวนการออกซิเดชันและสูญเสียอิเล็กตรอนไป 2 ตัว กลายเป็น X2-. ซึ่งหมายความว่าจะกลายเป็นบวกมากขึ้นเมื่อ (-2) สถานะออกซิเดชันมากกว่า (-4) แต่ไม่มีประจุบวก
หากย้อนไปย้อนไปในประวัติศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมี ก๊าซออกซิเจน (O2) เป็นหนึ่งในตัวออกซิไดซ์ที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จัก ตั้งแต่เพิ่มO2 ในปฏิกิริยาเคมีทำให้เกิดการสูญเสียอิเล็กตรอนจากสารเคมีชนิดอื่น ออกซิเดชันถูกกำหนดให้เป็นกระบวนการที่การปรากฏตัวของ O2 เป็นสิ่งสำคัญ เมื่อเหล็กรวมกับน้ำเพื่อสร้างเหล็กออกไซด์/สนิม คำจำกัดความนี้มีความโดดเด่นมากขึ้น
แต่การเกิดออกซิเดชันของสารเคมีสามารถหรือไม่สามารถมีก๊าซออกซิเจนได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อเอธานอลก่อตัวเป็นเอทานอล มันจะสูญเสียอะตอมของไฮโดรเจนไปและกระบวนการนี้ยังถือเป็นกระบวนการออกซิเดชัน ดังนั้นการมีอยู่ของก๊าซออกซิเจนโดยเฉพาะจึงไม่จำเป็นสำหรับการเกิดออกซิเดชัน ตราบใดที่สารเคมีชนิดหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนและสถานะออกซิเดชันของมันเพิ่มขึ้น การเกิดออกซิเดชันจะเกิดขึ้น
ตัวอย่างปฏิกิริยาออกซิเดชัน: 2 KI + H2O2 → I2 + 2 KOH (ออกซิเดชันของไอโอไดด์) ในที่นี้เลขออกซิเดชันของไอโอไดด์เปลี่ยนจาก (-1) เป็น (0)
ลดคืออะไร?
การรีดิวซ์เป็นปฏิกิริยาที่ตรงกันข้ามกับการเกิดออกซิเดชัน นี่เป็นเพราะว่าอิเล็กตรอนที่สูญเสียไปจากสปีชีส์เคมีนั้นได้รับมาจากสปีชีส์อื่นที่ต้องผ่านการรีดักชัน ในระหว่างการลดลง อะตอมหรือโมเลกุลได้อิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่าหนึ่งตัวและจะมีประจุลบมากขึ้น เมื่อสปีชีส์กำลังผ่านการรีดักชัน สถานะออกซิเดชันของสารประกอบนั้นจะลดลง
อีกครั้ง เราอาจมีความสับสนว่าสารประกอบเคมีหรือไอออนจะมีประจุลบหลังจากการลดลง ตัวอย่างเช่น ถ้าไอออน X4+ ผ่านกระบวนการรีดักชันและรับอิเล็กตรอน 2 ตัว กลายเป็น X2+. ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันจะกลายเป็นลบมากขึ้นเนื่องจาก (+2) สถานะออกซิเดชันน้อยกว่า (+4) แต่ไม่มีประจุลบ ดังนั้น กระบวนการลดไม่ได้แปลว่ามีประจุลบเสมอไป การลดลงหมายถึงการเพิ่มของอิเล็กตรอนและตัวรีดิวซ์มีหน้าที่ในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังสปีชีส์
ลองพิจารณาตัวอย่าง ZnO + C → Zn + CO (การลดลงของซิงค์ออกไซด์) ในที่นี้เลขออกซิเดชันของสังกะสีเปลี่ยนจาก (+2) เป็น (0) ซึ่งหมายความว่าได้รับอิเล็กตรอนและลดลง
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการเกิดออกซิเดชันและการลดลง
บทสรุป
กระบวนการของการเกิดออกซิเดชันและการรีดิวซ์เป็นส่วนเสริมซึ่งกันและกัน ในปฏิกิริยาเคมี เมื่อสารประกอบเคมีหนึ่งตัวปล่อยอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่า เรียกว่าออกซิเดชัน อิเล็กตรอนที่สูญเสียเหล่านี้สามารถหาได้จากสารประกอบเคมีอีกตัวหนึ่งที่กล่าวกันว่าผ่านการลดลง ตัวออกซิไดซ์ช่วยอำนวยความสะดวกในกระบวนการออกซิเดชันในขณะที่ตัวรีดิวซ์ช่วยให้กระบวนการรีดิวซ์ง่ายขึ้น
ตัวออกซิไดซ์เองผ่านการรีดักชันและออกซิไดซ์สปีชีส์อื่น และตัวรีดิวซ์เองต้องผ่านการออกซิเดชันและลดสปีชีส์อื่น ตัวอย่างทั่วไปของสารออกซิไดซ์ ได้แก่ โอโซน ออกซิเจน ฮาโลเจน ฯลฯ และตัวอย่างทั่วไปของตัวรีดิวซ์คือโลหะดินและสารประกอบซัลไฟต์
