酸化反応と還元反応

酸化反応と還元反応は相互に関連している。ある物質が酸化されると、別の物質が還元される。したがって、これらの反応を総称して酸化還元反応と呼んでいる。

酸化反応

酸化反応とは、もともと酸素が関与する反応と考えられていた。ここで、酸素は他の分子と結合して酸化物を生成する。この反応では、酸素が還元され、もう一方の物質が酸化される。このように、酸化反応とは基本的に他の物質に酸素を付加することである。例えば、以下のような反応では、水素が酸化され、その結果、水素を発生する水に酸素原子が付加される。

2H2+O2-> 2H2O

酸化を別の言葉で表現すると、水素が失われることである。また、酸素の添加による酸化を表現することが難しい場合もある。例えば、下の反応では、炭素と水素に酸素を加えたが、炭素だけが酸化される。この場合、酸化は水素の喪失で表現できる。二酸化炭素が発生すると、メタンから水素が抜け、そこにある炭素が酸化される。

CH4 + 2O2-> CO2 + 2H2O

酸化を別の言葉で表現すると、電子が失われることである。この方法は、酸化物の生成や水素の喪失が見られない化学反応を説明するのに用いることができる。ですから、この方法を使えば、酸素がないところでも酸化を説明することができるのです。例えば、下の反応では、マグネシウムはマグネシウムイオンに変化している。マグネシウムは電子を2個失っているため、酸化され、塩素ガスが酸化剤となる。

Mg+Cl2-> Mg2++2Cl-。

酸化状態は、酸化された原子を識別するのに役立つ。IUPACの定義によると、酸化状態とは「物質中の原子の酸化の度合いを示す尺度」である。酸化状態は整数値で、正、負、ゼロのいずれかになります。化学反応により、原子の酸化状態が変化する。酸化状態が増加すれば、その原子は酸化されたという。上記の反応では、マグネシウムはゼロ酸化状態であり、マグネシウムイオンは＋2酸化状態である。酸化数の増加により、マグネシウムは酸化される。

還元反応

還元は酸化の反対である。酸素移動の場合、還元反応により酸素が失われる。水素の移動の場合は、水素を獲得する際に還元反応が起こる。例えば、上記の例では、メタンと酸素の間で、酸素は水素を得るので還元される。電子移動の観点からは、還元は電子を獲得することである。つまり、上記の例によれば、塩素が還元されるわけです。