גורם מצמצם: מה זה, הדוגמאות החזקות ביותר - כִּימִיָה - 2025

חומר מקטין הוא חומר שיש לו תפקיד להפחית חומר מחמצן בתגובה להפחתת תחמוצת. גורמי הפחתה הם תורמי אלקטרונים מטבעם, בדרך כלל חומרים הנמצאים ברמות החמצון הנמוכות ביותר ועם כמות אלקטרונים גבוהה.

יש תגובה כימית בה מצבי החמצון של האטומים משתנים. תגובות אלה כוללות תהליך הפחתה ותהליך חמצון משלים. בתגובות אלה אלקטרונים אחד או יותר ממולקולה, אטום או יון אחד מועברים למולקולה, אטום או יון אחר. זה כרוך בייצור תגובה להפחתת תחמוצת.

במהלך הפחתת תחמוצת המכונה, אותו אלמנט או תרכובת שמאבדים (או תורמים) את האלקטרון (או האלקטרונים) שלו מכונה חומר צמצום, בניגוד לאותו חומר חמצון שהוא קולטן האלקטרונים. לאחר מכן אומרים כי חומרי ההפחתה מפחיתים את חומר החמצון, וחומר החמצון מחמצן את חומר ההפחתה.

חומרי ההפחתה הטובים ביותר או החזקים ביותר הם אלה בעלי הרדיוס האטומי הגבוה ביותר; כלומר, יש להם מרחק גדול יותר מהגרעין שלהם לאלקטרונים הסובבים אותו.

חומרי ההפחתה הם בדרך כלל מתכות או יונים שליליים. חומרי הפחתה נפוצים כוללים חומצה אסקורבית, גופרית, מימן, ברזל, ליתיום, מגנזיום, מנגן, אשלגן, נתרן, ויטמין C, אבץ, ואפילו תמצית גזר.

מה הם סוכני צמצום?

כאמור, חומרי הפחתה אחראים להפחתת חומר מחמצן כאשר מתרחשת תגובה להפחתת תחמוצת.

תגובה פשוטה ואופיינית של התגובה להפחתת תחמוצת היא של הנשימה אירובית תאית:

C ₆ H ₁₂ O ₆ (s) + 6O ₂ (g) → 6CO ₂ (g) + 6H ₂ O (l)

במקרה זה, שבו גלוקוז (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) מגיב עם חמצן (O ₂ ), גלוקוז מתנהג כסוכן צמצום לתת אלקטרונים לחמצן - כלומר, בחודשים האחרונים הוא מחומצן - וחמצן הוא הופך לסוכן חמצון.

בכימיה אורגנית, חומרי ההפחתה הטובים ביותר הם אותם ריאגנטים המספקים מימן (H ₂ ) לתגובה. בתחום כימיה זה, תגובת ההפחתה מתייחסת לתוספת מימן למולקולה, אם כי ההגדרה לעיל (תגובות להפחתת תחמוצת) חלה גם היא.

גורמים שקובעים את חוזקו של גורם מקטין

כדי שחומר ייחשב כ"חזק "צפוי שמדובר במולקולות, אטומים או יונים שפחות או פחות משילים את האלקטרונים שלהם.

לשם כך, יש שורה של גורמים שיש לקחת בחשבון כדי להכיר בכוח שיש לסוכן צמצום: אלקטרונגטיביות, רדיוס אטומי, אנרגיית יינון ופוטנציאל הפחתה.

אלקטרונגטיביות

אלקטרונגטיביות היא המאפיין המתאר את נטייתו של אטום למשוך אליו זוג אלקטרונים קשורים אל עצמו. ככל שהחשמל האלקטרוניטיבי גבוה יותר, כך הכוח האטרקטיבי שמפעיל האטום על האלקטרונים הסובבים אותו גדול יותר.

בטבלה המחזורית האלקטרוניטיביות עולה משמאל לימין, ולכן המתכות האלקליות הן האלמנטים האלקטרוניים-הנמוכים ביותר.

רדיו אטומי

המאפיין הוא המודד את מספר האטומים. זה מתייחס למרחק האופייני או הממוצע ממרכז גרעין אטומי לגבול ענן האלקטרונים שמסביב.

מאפיין זה אינו מדויק - ובנוסף, כמה כוחות אלקטרומגנטיים מעורבים בהגדרתו - אך ידוע שערך זה יורד משמאל לימין בטבלה המחזורית, ועולה מלמעלה למטה. זו הסיבה שמתכות אלקליות, במיוחד צזיום, נחשבות לבעלות רדיוס אטומי גבוה יותר.

אנרגיית יינון

מאפיין זה מוגדר כאנרגיה הדרושה להסרת האלקטרון הכי פחות כבול מאטום (האלקטרון הערכתי) ליצירת קטיון.

נאמר שככל שהאלקטרונים קרובים יותר לגרעין האטום שהם מקיפים, כך אנרגיית היינון של האטום גבוהה יותר.

אנרגיית היינון גדלה משמאל לימין ומלמטה למעלה בטבלה המחזורית. שוב, למתכות (בעיקר אלה אלקליות) יש אנרגיית יינון נמוכה יותר.

פוטנציאל הפחתה

זהו מדד הנטייה של מין כימי להשיג אלקטרונים, ולכן הוא מופחת. לכל אחד מינים יש פוטנציאל הפחתה מהותי: ככל שהפוטנציאל גבוה יותר, כך נגרמת הזיקה שלו לאלקטרונים וכן יכולתו להיות מופחתת.

גורמי הפחתה הם אותם חומרים עם פוטנציאל ההפחתה הנמוך ביותר, בגלל הזיקה הנמוכה שלהם לאלקטרונים.

סוכני צמצום חזקים יותר

בעזרת הגורמים שתוארו לעיל, ניתן להסיק כי על מנת למצוא גורם מצמצם "חזק" אטום או מולקולה עם אלקטרונגטיביות נמוכה, רצוי רדיוס אטומי גבוה ואנרגיה יינון נמוכה.

כאמור, מתכות אלקליות הן בעלות מאפיינים אלה והן נחשבות לחומרי ההפחתה החזקים ביותר.

מצד שני, ליתיום (Li) נחשב לחומר הפחתה החזק ביותר מכיוון שיש לו פוטנציאל הפחתה הכי פחות, ואילו מולקולת LiAlH ₄ נחשבת לחומר המפחתת החזק מכולם, מכיוון שהוא מכיל את זה ואת שאר המאפיינים הרצויים.

דוגמאות לתגובות עם גורמי הפחתה

ישנם מקרים רבים של הפחתת חלודה בחיי היומיום. להלן כמה מהייצוגים המפורטים ביותר:

דוגמא 1

תגובת הבעירה של אוקטן (המרכיב העיקרי בבנזין):

2C ₈ H ₁₈ (L) + 25O ₂ → 16CO ₂ (g) + 18h ₂ O (g)

ניתן לראות כיצד אוקטן (גורם מקטין) תורם אלקטרונים לחמצן (חומר מחמצן) ויוצר פחמן דו חמצני ומים בכמויות גדולות.

דוגמא 2

הידרוליזה של גלוקוזה היא דוגמא שימושית נוספת להפחתה שכיחה:

C ₆ H ₁₂ O ₆ + 2ADP + 2P + 2NAD ⁺ → 2CH ₃ COCO ₂ H + 2ATP + 2NADH

בתגובה זו המולקולות של NAD (קולטן אלקטרונים וחומר מחמצן בתגובה זו) לוקחות אלקטרונים מגלוקוז (חומר מקטין).

דוגמא 3

לבסוף, בתגובת תחמוצת הברזל

Fe ₂ O ₃ (ים) + 2Al (ים) → Al ₂ O ₃ (ים) + 2Fe (l)

חומר ההפחתה הוא אלומיניום ואילו החומר המחמצן הוא ברזל.

הפניות

1. ויקיפדיה. (sf). ויקיפדיה. נשלח מ- en.wikipedia.org
2. BBC. (sf). BBC.co.uk. נשלח מ- bbc.co.uk
3. פירסון, ד '(נ'). כימיה LibreTexts. נשלח מ- chem.libretexts.org
4. מחקר, ב. (Sf). רשת המחקר של בודנר. נשלח מ- chemed.chem.purdue.edu
5. פיטר אטקינס, LJ (2012). עקרונות כימיים: השאיפה לתובנה.