بالرغم من لعب تفاعلات الاكسدة والارجاع دورًا أساسيًا في الطبيعة من حولنا كونها تشكل وسيط المصادر الأساسية للطاقة الطبيعية والحيوية والاصطناعية على كوكبنا، إلا أن كُثُرًا يجهلون الفرق بين تفاعلات الاكسدة والارجاع وكيف يحدثُ كلٌّ منهما.

تفاعل الأكسدة

هو تفاعلٌ كيميائيٌّ يتضمن خسارة الجزيء أو الذرة أو الأيون إلكترونًا واحدًا أو أكثر أثناء عملية التفاعل، ويحدث تفاعل الأكسدة عندما تزداد حالة التأكسد للجزيء أو الذرة أو الأيون.

كان الأوكسجين أول العناصر المُؤكسدة التي عرفها الكيميائيون، لذلك كان اسم تفاعل الأكسدة يُطلق قديمًا على أنواع التفاعلات الكيميائية التي يُضاف فيها الأوكسجين إلى المركب. وبالرغم من أن إضافة الأوكسجين إلى المركب تؤدي إلى خسارته للإلكترونات، إلا أن هذا التعريف لم يعد دقيقًا بما فيه الكفاية.

وبعد اكتشاف المزيد تفاعلات الأكسدة التي يمكن أن تحدث على الرغم من غياب الأوكسجين، تغير التعريف ليصبح أكثر شموليةً، واعتمد العلماء على الإلكترونات في تحديد نوع التفاعل.1

تتفاوت قابلية العناصر في الطبيعة لفقد إلكتروناتها، فالمعادن مثلًا كالصوديوم والحديد والمغنيزيوم تفقد إلكتروناتها بسهولةٍ أكبر، لذا يطُلق عليها عناصر سهلة التأكسُد. فيما يُطلق على العناصر غير المعدنية كالأوكسجين والنيتروجين والكلور والتي ترتبط بإلكتروناتها بقوةٍ بالعناصر صعبة التأكسد.2

تفاعل الإرجاع

هو تفاعلٌ كيميائيٌّ معاكسٌ للتأكسد، ويحدث عند اكتساب الجزيء أو الذرة أو الأيون إلكترونًا واحدًا أو أكثر.

إذا أردنا تعريف الإرجاع بالنسبة لنقل الأوكسجين، نقول إن الإرجاع هو خسار الأوكسجين، أما بالنسبة لنقل الهيدروجين، فالإرجاع هو اكتساب الهيدروجين.3يسبب الإرجاع نقصانًا في حالة الأكسدة للمواد المُرجعة لأن ضم إلكترونات جديدة يزيد الشحنات السالبة ضمن ذراتها.

يعود أصل كلمة إرجاع (Reduction) إلى اللاتينية، والتي تعني العودة أو الرجوع، وبالتالي فأي تفاعلٍ يُفضي إلى العودة إلى حالة المعدن الحرة يشار إليه بتفاعل إرجاع.4

الفرق بين تفاعلات الاكسدة والارجاع

  • تحدث الأكسدة عندما يخسر جزيءٌ أو أيونٌ أو ذرةٌ إلكترونًا واحدًا أو أكثر خلال التفاعل الكيميائي. فيما يحدث تفاعل الإرجاع عند اكتساب جزيء أو أيون أو ذرة إلكترونًا واحدًا أو أكثر خلال التفاعل الكيميائي.
  • يتضمن تفاعل الأكسدة زيادةً في حالة الأكسدة، فيما بتنقص حالة الأكسدة في تفاعل الإرجاع.
  • يحدث في عملية الأكسدة إطلاقٌ للإلكترونات في الوسط المحيط، أما في الإرجاع فيحدث ارتباطٌ بإلكتروناتٍ من الوسط المحيط.
  • يسبب تفاعل الأكسدة زيادةً في الشحنة الموجبة للمجموعات الكيميائية. بينما يسبب تفاعل الإرجاع زيادةً في الشحنة السالبة للمجموعات الكيميائية
  • يحدث تفاعل الأكسدة للعامل المُرجِع، بينما يحدث الإرجاع في العامل المؤكسِد.5

أمثلة عن تفاعلات الاكسدة والارجاع

  • أمثلة عن تفاعلات الأكسدة:

لعل أبسط وأوضح مثال عن تفاعلات الأكسدة هو تفاعل معدن الحديد مع الأوكسجين الموجود في الهواء وتحوله إلى صدأ الحديد وفق المعادلة التالية:

2 Fe + O2 → Fe2O3

يتفاعل معدن الحديد مع الأوكسجين الموجود في الهواء الرطب، فيخسر إلكتروناته الثلاثة ويتحد مع عنصر الأوكسجين فيتشكل صدأ الحديد، ويُقال إن الحديد تأكسد إلى الصدأ. ويُصنّف تفاعل أكسدة الحديد ضمن تفاعلات الأكسدة البطيئة أو التدريجية، حيث تحصل خلال فترةٍ زمنيةٍ طويلةٍ.

يُفقد التأكسد الحديد قوته وصلابته ويحوله إلى مادةٍ هشّةٍ، لذا فأحد أهم فوائد الطلاء هي تشكيل طبقةٍ تعزل الحديد عن الوسط الرطب المحيط وتمنعه من التأكسد.

كما يتأكسد معدن المغنيزيوم عند اتحاده مع الأوكسجين وفق المعادلة التالية:6

2 Mg (s) + O2 (g) → 2 MgO (s)

  • أمثلة عن تفاعلات الإرجاع:

يمكن أن يُرجع الإيثانال إلى الإيثانول عن طريق إضافة عنصر الهيدروجين، ويعبر عنه بالمعادلة التالية:

CH3CHO  →  CH3CH2OH

يُرجع أوكسيد المغنيزيوم عند تفاعله مع الكربون، فيتحد الكربون مع الأوكسجين، ويعود المغنيزيوم إلى حالته الحرّة:

MgO (s) + C (s) → Mg (s) + Co (g)

وبما أن تفاعلي الاكسدة والارجاع يحدثان بوقتٍ متزامنٍ، وبالتالي من الطبيعي رؤيتهما في تفاعلٍ واحدٍ. ففي تفاعل استخلاص الحديد من خاماته والمعبّر عنه بالمعادلة التالية:

Fe2O3 + 3 Co → 2 Fe + 3 Co2

حيث يتفاعل أوكسيد الحديد بشكله الخام مع أحادي أوكسيد الكربون، فيفقد ذرات الأوكسجين المرتبطة به ويُرجَع إلى حالته المعدنية الحرة. في الجهة المقابلة، يتأكسد أحادي أوكسيد الكربون بضمّ ذرات الأوكسجين المتحررة فيتحول إلى ثنائي أوكسيد الكربون.7

المراجع