تمثل تفاعلات الحد من الأكسدة ، أو "الأكسدة والاختزال" ، أحد تصنيفات التفاعل الرئيسية في الكيمياء. تتضمن ردود الفعل بالضرورة نقل الإلكترونات من نوع إلى آخر. يشير الكيميائيون إلى فقدان الإلكترونات على أنها أكسدة وإلى كسب الإلكترونات كتخفيض. تشير موازنة المعادلة الكيميائية إلى عملية ضبط أعداد كل مادة متفاعلة ومنتج بحيث تحتوي المركبات الموجودة على الجانبين الأيمن والأيسر لسهم التفاعل - المواد المتفاعلة والمنتجات ، على التوالي - على نفس عدد كل نوع من الذرة . تمثل هذه العملية نتيجة لقانون الديناميكا الحرارية الأول ، الذي 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 جوانب السهم لأن الإلكترونات ، مثلها مثل الذرات ، تمتلك كتلة وبالتالي يحكمها القانون الأول للديناميكا الحرارية.
اكتب المعادلة الكيميائية غير المتوازنة على قطعة من الورق وحدد الأنواع التي تتأكسد وتقلل من خلال فحص الشحنات الموجودة على الذرات. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك التفاعل غير المتوازن لأيون برمنجنات ، MnO4 (-) ، حيث يمثل (-) شحنة على أيونات سالبة ، وأيون أكسالات ، C2O4 (2-) في وجود حمض ، H (+) : MnO4 (-) + C2O4 (2-) + H (+) → Mn (2+) + CO2 + H2O. الأكسجين دائما تقريبا يفترض شحنة سلبية اثنين في المركبات. وهكذا ، MnO4 (-) ، إذا كان لكل أكسجين شحنة سالبة اثنين وكانت الشحنة الكلية سالبة ، فيجب على المنغنيز أن يحمل شحنة موجبة سبعة. الكربون في C2O4 (2-) يحمل بالمثل شحنة من ثلاثة موجبة. على جانب المنتج ، يمتلك المنجنيز شحنة موجبة اثنين والكربون موجب أربعة. وبالتالي ، في هذا التفاعل ، يتم تقليل المنغنيز بسبب انخفاض شحنته ويتأكسد الكربون بسبب زيادة شحنته.
اكتب تفاعلات منفصلة - تسمى تفاعلات نصفية - لعمليات الأكسدة والاختزال وشمل الإلكترونات. يصبح Mn (+7) في MnO4 (-) Mn (+2) عن طريق تناول 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 تفاعل متوازن الآن MnO4 (-) + 8 H (+) + 5 e → Mn (2+) + 4 H2O ، حيث يمثل e إلكترونًا. يصبح تفاعل تفاعل الأكسدة بالمثل C2O4 (2-) - 2e → 2 CO2.
قم بموازنة التفاعل الكلي من خلال التأكد من أن عدد الإلكترونات في نصف تفاعلات الأكسدة والتخفيض متساوية. واستنادا إلى المثال السابق ، فإن أكسدة أيونات الأكسالات ، C2O4 (2-) ، لا تتضمن إلا إلكترونين ، في حين أن تقليل المنغنيز يتضمن خمسة. وبالتالي ، يجب مضاعفة تفاعل نصف المنجنيز بالكامل بواقعين ويجب مضاعفة تفاعل الأكسالات بأكمله بخمسة. وبذلك يرتفع عدد الإلكترونات في كل تفاعل نصف إلى 10. تفاعلات النصف أصبحت الآن 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 10 e → 2 Mn (2+) + 8 H2O و 5 C2O4 (2 -) - 10 e → 10 CO2.
الحصول على المعادلة الكلية المتوازنة من خلال جمع ردود الفعل المتوازنة. لاحظ أن تفاعل المنغنيز يتضمن كسب 10 إلكترونات ، في حين أن تفاعل الأكسالات ينطوي على فقدان 10 إلكترونات. وبالتالي الإلكترونات إلغاء. من الناحية العملية ، يعني هذا أن أيونات الأكسالات الخمسة تنقل ما مجموعه 10 إلكترونات إلى أيين برمنجنات. عند الجمع ، تصبح المعادلة الكلية المتوازنة 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 5 C2O4 (2-) → 2 Mn (2+) + 8 H2O + 10 CO2 ، والتي تمثل معادلة الأكسدة المتوازنة.