تويت
ما هي تفاعلات الاكسدة والارجاع
من أبرز التفاعلات الكيميائية التي تصادف الكيميائيين ودارسي أحد فروع الكيمياء هي تفاعلات الاكسدة والارجاع وعلى الرغم من عدم تكرار اسمها كما التفاعلات الأخرى التي اعتدنا عليها، إلا أن المثير في الأمر أننا نصادفها بشكلٍ دائمٍ ويوميٍّ دون الانتباه إلى هذا الأمر. فما هي هذه التفاعلات وكيف تحدث وما أهميتها في حياتنا؟! سنجد الإجابة في الأسطر التالية.
تعريف تفاعلات الاكسدة والارجاع
إن تفاعلات الاكسدة والارجاع هي نوعٌ من أنواع التفاعلات الكيميائية التي تنطوي على نقل الإلكترونات بين المواد المتفاعلة، ينتج عنها تغيرٌ في عدد أكسدة الذرات أو الجزيئات أو الأيونات نتيجة اكتسابها إلكترونًا أو فقدانه. وهي عمليةٌ أساسيةٌ وهامةٌ بشكلٍ كبيرٍ في الكثير من العمليات الحيوية الطبيعية التي تجري حولنا كالتركيب الضوئي والاحتراق وغيرها.
مما لا شك فيه أن أهمية هذه التفاعلات تتجاوز ما يمكننا تصوره، لكن يكفي أن نفكر في عمليتي التركيب الضوئي والتنفس لنصل إلى حقيقة تلك الأهمية والمركز البارز الذي تتربع عليه هذه التفاعلات.
وتعتبر عمليتي الاكسدة والارجاع عمليتين متبادلتين تعرفان على أنهما نقلٌ متزامنٌ للإلكترونات من نوعٍ كيميائيٍّ إلى آخر بحيث تعبر عملية الأكسدة عن فقدان الإلكترونات بينما يدعى كسب الإلكترونات بالإرجاع أو الاختزال. بحيث أن الإلكترونات التي تتحرر خلال عملية الأكسدة هي نفسها التي تكتسب في الإرجاع.
يمكننا تلخيص عملية الأكسدة بثلاثة نقاط بسيطة هي:
أما تفاعل الإرجاع فيمكن التعبير عنه بما يلي:
أمثلة عن تفاعلات الإرجاع والأكسدة
كما تحدثنا إنه يتم نقل إلكترون أو أكثر من جزيءٍ أو مركبٍ إلى آخر في تفاعلات الأكسدة والإرجاع. ويدعى العامل الذي يفقد الإلكترونات بالعامل المرجع، في حين يدعى العامل الذي يكتسب الإلكترونات بالعامل المؤكسد. ونقابل في حياتنا اليومية العديد من تفاعلات الاكسدة والارجاع وأبرزها:
يحدث التمثيل الضوئي (التركيب الضوئي) في
أوراق النباتات الخضراء بتوافر ثنائي أكسيد الكربون والماء وتحت تأثير الضوء
لتشكيل الأكسجين والجلوكوز الذي يستخدم في عمليات الأيض.
يتم بدايةً استخدام الطاقة لتحرير ذرات الهيدروجين وتشكيل غاز الأكسجين، مما يقلل ذرات الكربون في ثنائي أكسيد الكربون. وذلك وفق المعادلة التالية:
6CO2+12H2O + Light → C6H12O6 +6O2 +6H2O
تتجلّى أبرز عمليات الاكسدة والارجاع في عملية التنفس، حيث يتم تحرير الطاقة المخزنة في روابط الغلوكوز الكيميائية عند اتحاده مع الأكسجين وإنتاج مركب الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP (المركب الذي يعمل على اختزان الطاقة بشكل روابط لاستخدامها في العمليات الأيضية) بالإضافة إلى الماء وثنائي أكسيد الكربون. وذلك وفق التفاعل:
C6H12O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O + 36ATP
إن احتراق الهيدروكربونات في الوقود الأحفوري وحرق المواد العضوية في الخشب وغيرها من الأمثلة يعتبر خيرَ مثالٍ على عمليات الأكسدة.
حالما يصل الماء إلى أنبوبٍ حديديٍّ وتوافر الأكسجين لفترةٍ من الوقت ستتم أكسدة الحديد مما يحرر أيونات الهيدروجين الحرة. تتضافر هذه الأيونات مع الأكسجين المحيط لتشكيل الماء. تبدأ مرةً أخرى العملية لأكسدة الحديد وهكذا حتى تتجمع ذرات الحديد هذه مع مجموعة الهيدروكسيل (أزواج الأكسجين والهيدروجين المشحونة سلبًا) لتشكيل مركب هيدروكسيد الحديد الثنائي Fe(OH)2 أو الثلاثي Fe(OH)3 وهو ما يعرف باسم الصدأ.
من أبرز التفاعلات الكيميائية التي تصادف الكيميائيين ودارسي أحد فروع الكيمياء هي تفاعلات الاكسدة والارجاع وعلى الرغم من عدم تكرار اسمها كما التفاعلات الأخرى التي اعتدنا عليها، إلا أن المثير في الأمر أننا نصادفها بشكلٍ دائمٍ ويوميٍّ دون الانتباه إلى هذا الأمر. فما هي هذه التفاعلات وكيف تحدث وما أهميتها في حياتنا؟! سنجد الإجابة في الأسطر التالية.
تعريف تفاعلات الاكسدة والارجاع
إن تفاعلات الاكسدة والارجاع هي نوعٌ من أنواع التفاعلات الكيميائية التي تنطوي على نقل الإلكترونات بين المواد المتفاعلة، ينتج عنها تغيرٌ في عدد أكسدة الذرات أو الجزيئات أو الأيونات نتيجة اكتسابها إلكترونًا أو فقدانه. وهي عمليةٌ أساسيةٌ وهامةٌ بشكلٍ كبيرٍ في الكثير من العمليات الحيوية الطبيعية التي تجري حولنا كالتركيب الضوئي والاحتراق وغيرها.
مما لا شك فيه أن أهمية هذه التفاعلات تتجاوز ما يمكننا تصوره، لكن يكفي أن نفكر في عمليتي التركيب الضوئي والتنفس لنصل إلى حقيقة تلك الأهمية والمركز البارز الذي تتربع عليه هذه التفاعلات.
وتعتبر عمليتي الاكسدة والارجاع عمليتين متبادلتين تعرفان على أنهما نقلٌ متزامنٌ للإلكترونات من نوعٍ كيميائيٍّ إلى آخر بحيث تعبر عملية الأكسدة عن فقدان الإلكترونات بينما يدعى كسب الإلكترونات بالإرجاع أو الاختزال. بحيث أن الإلكترونات التي تتحرر خلال عملية الأكسدة هي نفسها التي تكتسب في الإرجاع.
يمكننا تلخيص عملية الأكسدة بثلاثة نقاط بسيطة هي:
- فقدان الإلكترونات: إحدى أبرز نقاط تعريف الأكسدة هي تعريفها على أنها التفاعل الذي تفقد فيه المادة الإلكترونات خلال عملية التفاعل وتكوين نواتج التفاعل. كما في حالة تفاعل معدن الصوديوم مع غاز الكلور لتشكيل كلوريد الصوديوم، حيث يفقد الصوديوم إلكترونًا يكتسبه الكلور أثناء التفاعل، وهنا يمكن القول أن الصوديوم تأكسد.
- الحصول على الأكسجين: يعتبر الحصول على الأكسجين كأحد نتائج التفاعل في بعض التفاعلات خيرَ دليلٍ على حدوث عملية الأكسدة كما يحدث في عمليتي الاحتراق والصدأ اللتين سنتكلم عنهما لاحقًا في مقالنا.
- تحرير الهيدروجين: في بعض التفاعلات يتم فقدان الهيدروجين أثناء حدوث الأكسدة أيضًا.
أما تفاعل الإرجاع فيمكن التعبير عنه بما يلي:
- كسب الإلكترونات: غالبًا ما يعبر عن تفاعلات الإرجاع بكسب الإلكترونات. كما يحدث عند عملية الطلاء الكهربائي لمعدن الفضة على إبريق الشاي، إذ تتحول أيونات الفضة الموجبة إلى معدن الفضة باكتساب إلكترون.
- تحرير الأكسجين: من السهل في عمليات الإرجاع فقدان الأكسجين خلال التفاعل.
- تحرير الهيدروجين: كما عند تحول أول أكسيد الكربون وغاز الهيدروجين إلى كحول الميثيل.
أمثلة عن تفاعلات الإرجاع والأكسدة
كما تحدثنا إنه يتم نقل إلكترون أو أكثر من جزيءٍ أو مركبٍ إلى آخر في تفاعلات الأكسدة والإرجاع. ويدعى العامل الذي يفقد الإلكترونات بالعامل المرجع، في حين يدعى العامل الذي يكتسب الإلكترونات بالعامل المؤكسد. ونقابل في حياتنا اليومية العديد من تفاعلات الاكسدة والارجاع وأبرزها:
- التمثيل الضوئي في النباتات
يحدث التمثيل الضوئي (التركيب الضوئي) في
أوراق النباتات الخضراء بتوافر ثنائي أكسيد الكربون والماء وتحت تأثير الضوء
لتشكيل الأكسجين والجلوكوز الذي يستخدم في عمليات الأيض.
يتم بدايةً استخدام الطاقة لتحرير ذرات الهيدروجين وتشكيل غاز الأكسجين، مما يقلل ذرات الكربون في ثنائي أكسيد الكربون. وذلك وفق المعادلة التالية:
6CO2+12H2O + Light → C6H12O6 +6O2 +6H2O
- التنفس
تتجلّى أبرز عمليات الاكسدة والارجاع في عملية التنفس، حيث يتم تحرير الطاقة المخزنة في روابط الغلوكوز الكيميائية عند اتحاده مع الأكسجين وإنتاج مركب الأدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP (المركب الذي يعمل على اختزان الطاقة بشكل روابط لاستخدامها في العمليات الأيضية) بالإضافة إلى الماء وثنائي أكسيد الكربون. وذلك وفق التفاعل:
C6H12O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O + 36ATP
- الاحتراق
إن احتراق الهيدروكربونات في الوقود الأحفوري وحرق المواد العضوية في الخشب وغيرها من الأمثلة يعتبر خيرَ مثالٍ على عمليات الأكسدة.
- التآكل والصدأ
حالما يصل الماء إلى أنبوبٍ حديديٍّ وتوافر الأكسجين لفترةٍ من الوقت ستتم أكسدة الحديد مما يحرر أيونات الهيدروجين الحرة. تتضافر هذه الأيونات مع الأكسجين المحيط لتشكيل الماء. تبدأ مرةً أخرى العملية لأكسدة الحديد وهكذا حتى تتجمع ذرات الحديد هذه مع مجموعة الهيدروكسيل (أزواج الأكسجين والهيدروجين المشحونة سلبًا) لتشكيل مركب هيدروكسيد الحديد الثنائي Fe(OH)2 أو الثلاثي Fe(OH)3 وهو ما يعرف باسم الصدأ.