ההפחתה היא כל תגובה הכימית שבה אטום של אחד הקצוות המגיבים דבר לקבל אלקטרונים; מה ניתן לראות גם כך: פנייתך או "אי הנוחות" האלקטרונית מצטמצמת. אטום משיג אלקטרונים כאשר מין תורם אותם; כלומר, זה מחליד.
תגובה מסוג זה לא יכולה להתרחש מעצמה: אם מין אחד מקבל את האלקטרונים, אחר חייב בהכרח לוותר עליהם. אחרת, נוצר חומר מכלום, מצמצם את האטומים לאחר השגת אלקטרונים מהוואקום. לכן מדובר בתגובה חצי-רדוקס (הפחתה / חמצון).
הפחתת עץ הכסף. מקור: גבריאל בוליבר.
דוגמא להמחשה לצמצום שניתן להראות בכיתות היא התגובה בין משטח מתכתי של נחושת, לבין תמיסה מימית של חנקתי כסף, AgNO 3 .
בתמיסה, כסף נמצא כקטוני Ag + טעונים חיוביים. אלה, על ידי אינטראקציה עם פני הנחושת, בצורת עץ חג המולד, חוטפים את האלקטרונים מאטומי הנחושת. כאשר זה קורה, נחושת מחליפה כסף במלח החנקה; וכתוצאה מכך נוצר חנקה נחושת, Cu (NO 3 ) 2 .
קטיונים Cu 2+ יחד עם NO 3 - הופכים את הפיתרון לכחלחל; וכסף, מלבן את עץ חג המולד כאילו הוא מכוסה בשלג.
מה הצמצום?
בהפחתה כבר נאמר כי מין מרוויח אלקטרונים. כיצד ניתן לאמת זאת במשוואה כימית? לדוגמה, במשוואה לתגובה בין Cu ל- AgNO 3 , איך אתה יודע מתי ההפחתה מתרחשת? כדי לאמת זאת, יש לקבוע את מספר החמצון או את מצבו.
לאלמנטים במצבים הטבעיים שלהם יש בהגדרה מצב חמצון השווה לאפס, מכיוון שההנחה היא שהם לא איבדו ולא השיגו אלקטרונים. לפיכך, למתכות מוצקות יש אפס מצב חמצון. לפיכך, כסף עובר מ- +1 (Ag + ) ל- 0 (Ag). המטען של יון מתכת שווה למצב החמצון שלו.
מצד שני, האלקטרונים הגיעו מנחושת: עוברים מ- 0 (Cu) ל- +2 (Cu 2+ ). אניון החנקתי, NO 3 - נותר ללא שינוי כאשר שתי המתכות מחליפות אלקטרונים; לכן ניתן לכתוב את המשוואה כ:
2Ag + + Cu => 2Ag + Cu 2+
שימו לב שגם המטענים וגם האטומים מאוזנים.
מזה מורכבת הפחתה כימית: ברווח של אלקטרונים שהופכים את מצבי החמצון של האטומים פחות חיוביים מזה של האלקטרונים.
מספר חמצן
אוקסיגנים הם אטומים אלקטרוניים מאוד ומחמצנים, ולכן כאשר אטום יוצר עימם תרכובות (כמו תחמוצות), יש להם מצבי חמצון חיוביים. ככל שמספר החמצנים האינטראקציה עם האטום גדול יותר, כך מצב החמצון שלו חיובי יותר; או מה שהוא אותו דבר, יותר חלוד.
לכן, כאשר לתרכובת יש פחות אטומי חמצן, נאמר שהוא פחות מחומצן; כלומר האטום מאבד פחות אלקטרונים.
ניתן לראות דוגמא קלאסית בפחמן חד חמצני ופחמן דו חמצני. עבור CO, לפחמן יש מצב חמצון של +2; ואילו עבור CO 2 , מצב החמצון שלו הוא +4.
לכן, אם בתגובה CO 2 הופך ל- CO, אומרים שהפחתה מתרחשת; מכיוון שהפחמן פועל כעת עם חמצן אחד ולא עם שניים. לתגובה הפוכה, CO שהופך ל- CO 2 , אנו מדברים על חמצון של פחמן.
זה תקף לכל האטומים, במיוחד למתכות בתחמוצות המתכת שלהם; לדוגמה, CrO 2 (Cr 4+ ) ו- CrO 3 (Cr 6+ ).
במשוואות כימיות בהן מין אחד מאבד חמצן ואילו המין האחר זוכה בו, נאמר כי העברת חמצן מתרחשת.
אטום אלקטרגטיבי
אתה תמיד יכול לקבוע אם חלה הפחתה על ידי שינוי מצב החמצון לערך פחות חיובי. כפי שהוסבר זה עתה, דרך מהירה לספר בלי לעשות אפילו את המתמטיקה היא לבחון אם יש ירידה באטומי החמצן במתחם.
אותו דבר יכול לקרות עם כל אטום אחר שהוא אלקטרונגטיבי יותר מהאטום שמשיג או מאבד אלקטרונים.
לדוגמה, אם CF 4 מגיב בצורה כזו שהיא הופכת ל- CH 4 , אז אומרים שהפחתה התרחשה; מכיוון שהפלואור הוא הרבה יותר אלקטרוני מאשר אטום המימן. כתוצאה מכך, הפחמן מתחמצן פחות ב- CH 4 מאשר ב- CF 4 , זהה לאומר שהוא הופחת.
דוגמאות
הפחתה בכימיה אורגנית
הדוגמה של CF 4 ו- CH 4 משקפת את מה שקורה בתגובות אורגניות, כאשר הפחתת המטען החלקי של אטום נחשבת כרווח אלקטרוני. זה תקף רבות כאשר שוקלים הפחתה של קבוצות תפקודיות מחומצן.
לדוגמה, שקול את הקבוצות ROH, RCHO ו- COOH. הראשון תואם אלכוהולים, שבהם פחמן נקשר עם חמצן (C-OH); השנייה היא קבוצת האלדהיד, בה פחמן מהווה קשר כפול עם חמצן ונקשר גם למימן (C = OH); והשלישית היא קבוצת הקרבוקסיל.
בקבוצת הקרבוקסיל, פחמן יוצר קשר כפול עם O אחד, וקישור בודד עם O אחר (HO-C = O).
לכן מתרחשת הפחתה אם הופכת חומצה קרבוקסילית לאלכוהול:
RCOOH => ROH
מיצוי מתכת
הפחתה כימית חשובה ביותר בתהליכי חילוץ מתכות מהמינרלים שלהם. חלק מהתגובות הן:
HgS + O 2 => Hg + SO 2
כספית גופרתי מצטמצמת לכספית מתכית.
Cu 2 S + O 2 => 2 Cu + SO 2
נחושת גופרתי מצטמצמת לנחושת מתכתית.
2ZnS + 3O 2 => 2ZnO + 2SO 2
ZnO + C => Zn + CO (שימו לב להעברת O)
תחושת אבץ גופרתי מצטמצמת תחילה למונוקסיד שלה ואז לצורתו המתכתית.
Fe 2 O 3 + 3CO => 2Fe + 3CO 2
תחמוצת הברזל מצטמצמת לברזל מתכתי.
WO 3 + 3H 2 => W + 3H 2 O
וטונגסטן טריוקסיד מצטמצם לטונגסטן מטאלי.
כתרגיל ניתן לקבוע את מספר החמצון של המתכת לפני שהיא מופחתת.
הפניות
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
- כימיה LibreTexts. (9 בדצמבר 2018). תגובות להפחתת חמצון. התאושש מ: chem.libretexts.org
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (04 ביולי 2018). הגדרת הפחתה בכימיה. התאושש מ: thoughtco.com
- הולצמן ר '(2019). הפחתה בכימיה: הגדרה וסקירה כללית. לימוד. התאושש מ: study.com
- קלארק ג'יי (2013). הגדרות חמצון והפחתה (redox). התאושש מ: chemguide.co.uk
- נוף מורה. (sf). תגובה להפחתה. התאושש מ: chemistry.tutorvista.com