酸化は、原子が酸素と水との反応で電子を失うプロセスです。茶色くなったリンゴや錆びた自転車は、酸化が見られる一般的な場所です。
酸化は一般的な現象です。茶色くなったリンゴや錆びた自転車は、どちらも酸化反応の一般的な例です。酸化とは、酸素原子が化合物に付加されることを意味するものではありません。代わりに、電子の損失を伴う化学反応です。金属は一般的に電子を失いやすい元素と考えられているため、酸化しやすいことが知られています。
この失われた電子は、目的もなく宇宙をさまようわけではありません。それは別の原子に取り込まれます。 1 つの原子が電子を受け取るとき、それは還元反応と呼ばれます .酸化と還元は密接に関係しており、まとめてレドックス反応と呼ばれます。
酸化還元反応。 (写真提供:udaix/Shutterstock)
酸化と還元を覚える簡単な方法は OIL-RIG です。酸化は電子を失うことであり、還元は電子を獲得することです。後で私に感謝することができます!
簡単にするために、この特定の記事では酸化反応についてのみ説明します。
酸化数/状態とは?
原子が電子を失うと、原子は酸化されると言われています。失われる電子の数は、原子または分子の酸化数によって異なります。
酸化数または酸化状態は、原子の電荷です。正、負、またはゼロにすることができます。酸化数は、分子の実際の電荷に常に対応するとは限りません。
原子は、元素状態にあるとき、酸化数がゼロになります。原子のこの状態は、グラウンド ゼロ配置または中性状態にあるときです。ナトリウムには 11 個の電子があります。これがグラウンド ゼロ状態です。自然界では、原子は常に電子を受け取ったり失ったりして化合物を形成する傾向があるため、酸化数がゼロになることはめったにありません。
酸化数は、原子の電気陰性度に依存します。これは、周期表上の位置によって事前に決定されます。原則として、表の左側にある元素は電気陰性度が低く、電子を簡単に失う可能性があります。その結果、それらは正の酸化数を持っています。グループ I の元素は、通常、化学結合を形成する際に価電子を失うため、酸化されます。それらの酸化数は+1です。価電子は、原子の最外殻にある電子です。
周期表。 (写真提供:julie deshaies/Shutterstock)
この要素の特性は、要素が電子を獲得し、負の酸化数を持つ傾向がある表の右側に移動するにつれて変化します。たとえば、ハロゲンは非常に電気陰性度が高く、通常は還元反応を起こします。それらは、希ガスの構成に似た構成を持つために、1つの電子を獲得します。これにより、酸化状態が -1 になります。電子を失うのではなく、2 個の電子を獲得したため、酸化数は負です。
水素原子に関して言えば、そのグラウンド ゼロ配置には 1 つの電子しかなく、電子を獲得または失う可能性があります。これにより、水素に +1 または -1 の酸化状態が与えられます。水素原子は、相互作用する元素に応じて、還元剤または酸化剤になります。
酸化剤と還元剤とは?
酸化剤とは、他の物質を酸化させる物質です。これは、他の物質を酸化させることを意味します。さらに分解すると、酸化剤が反応中に存在すると、反応中の他の原子が電子を失う原因となります。これらの失われた電子は、酸化剤によって受け入れられます。その結果、酸化剤は電子受容体と呼ばれます。 .
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言い換えれば、還元剤は、反応で他の物質が還元されるのを助ける物質です.還元剤は、物質が電子を得るのを助けます。
電子を受け取る原子は酸化剤と呼ばれます 、他の原子が電子を失い、酸化を受けることを可能にするため.一方、電子を失った原子は、他の原子が電子を獲得して還元を受けることを可能にするため、還元剤です。
OIL-RIG という略語を思い出してください。この基本的な理解がなければ、プロセスを完全に理解することは困難です。
鉄はどのように錆びますか?
さび、または酸化鉄は、酸化の最も一般的な例です。光沢のある金属（鉄）は、酸素と水と反応して茶色の層を形成します。塩は金属を急速に腐食する傾向があるため、海水では反応が速くなります。これは、固体と液体の 2 つの物質間で電子の移動が行われる電気化学反応によるものです。
サビは乾燥した空気では発生しませんが、空気中に水分が含まれていると発生します。湿度は、鉄の錆びにとって重要な要素です。
簡単な反応は次のとおりです:
鉄＋水＋酸素水和酸化鉄
より具体的には、反応は次のとおりです。
2Fe2+ + 4OH– → 2Fe(OH)2 (水酸化鉄)
この反応には、鉄のイオンと水酸化物イオン (水素と酸素) が関与し、反応して水酸化鉄が生成されます。
この水酸化鉄は、さらに酸素と反応して錆 Fe2O3 を生成します。
水と酸素にさらされると鉄が腐食します。 (写真提供:Inna Bigun/Shutterstock)
空気中に存在する遊離酸素ガス (O2) と二酸化炭素 (CO2) の両方が、さびを形成するための酸素源になる可能性があります。錆びが落ち着くと、金属はさらに劣化し始め、最終的にはもろくなり、使用に適さなくなります。
結論
古い錆びた自転車に別れを告げる時が来たかもしれませんが、他の金属製のアイテムにはまだ希望があります。たとえば、腕時計の文字盤はステンレス鋼でできており、自転車と同じ運命をたどることはめったにありません。ステンレス鋼は、金属の表面を空気と水から分離するため、アイテムの腐食を防ぎ、長年使用できます。
ステンレス鋼は合金です。つまり、金属と他のさまざまな元素の組み合わせです。鉄、クロム、マンガン、シリコン、炭素、場合によっては少量のニッケルとモリブデンで構成されています。これらの元素は、水の存在下で酸素と反応して、薄く安定した膜を形成します。フィルムは、空気と水に対するバリアを構築することで腐食を防ぎます。
酸化は悪いことではありません。排除するのが難しい歓迎されないゲストです。幸いなことに、金属製のものを適切に扱うことで、酸化を防止または遅らせることができます.これは確実な方法ではありませんが、潤滑剤または保護コーティングを適用すると役立つ場合があります。
自然界で起こる酸化反応の影響から逃れることはできません。唯一の解決策は、予防措置を講じて発症を遅らせるか、拡散を軽減することです!
