化学

酸化還元の定義についてわかりやすく解説

酸化還元 定義

酸化って言われて何を思い出しますか?
たとえば鉄が錆びるというのも酸化です。

それから酸素と反応して鉄が錆びていく反応を
急激に早く起こすことで
熱を取り出そうという仕組みを利用して使い捨てカイロができていますが
これも酸化反応を利用しています。

この記事ではそんなみなさん、
誰でも目にしたことがあるはずの
酸化還元の定義について解説します。

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酸化還元の定義

酸化還元の定義っていろいろありますが
しっかり押さえておいて欲しいのは1つだけです。

酸化還元の定義

・酸化とは電子が奪われる過程、あるいはそれに伴って起こる化学反応のこと
・還元とは電子を手に入れる過程、あるいはそれに伴って起こる化学反応のこと

です。
酸化の反対が還元ということなので
酸化の定義さえ覚えておけば還元は試験中に思い出すことが可能でしょう。

では以下、さらに詳しく酸化還元の定義について解説していきますね。

理解しておいてほしいことは
まず還元剤と還元剤を知ってますか?

定義

・還元剤は電子($e^{ー} $)を放出する物質のこと
・酸化剤は電子($e^{ー} $)を受け取る物質のこと

です。

実は酸化還元の世界では電子($e^{ー} $)がやりとりされています。
たとえば先ほどした鉄が錆びるという話をもう少し深堀してみましょう。

鉄と酸素が反応すると酸化鉄ができます。
化学反応式で書くと以下のようになります。

4Fe+3$O_2 $⇒2$Fe_2O_3 $

上記式は鉄が酸化される(鉄が錆びている)様子を表したものです。
「この反応は鉄に酸素がくっついているから酸化還元の話だろう」
と感覚的にわかっていただけると思います。

ただ先ほど解説したように覚えておいて欲しい定義は

酸化還元の定義

・酸化とは電子が奪われる過程、あるいはそれに伴って起こる化学反応のこと
・還元とは電子を手に入れる過程、あるいはそれに伴って起こる化学反応のこと

です。

元をたどれば電子のやり取りが行われています。
どういうことかというと、Fe(鉄)が$Fe^{3+} $になるときに
$e^{ー} $を3つ投げています。

式で表すと

Fe⇒$Fe^{3+} $+3$e^{ー} $

となります。

4Fe+3$O_2 $⇒2$Fe_2O_3 $

上記式だと鉄Feが酸素$O_2 $に向かって電子を投げているということです。
酸素$O_2 $が鉄の投げた電子をもらって
以下のような反応が起きています。

$O_2 $+4$e^{ー} $⇒2$O^{2ー} $

という反応が起きています。

ここまでまとめると

4Fe+3$O_2 $⇒2$Fe_2O_3 $
という反応を詳しくみてみると

Fe⇒$Fe^{3+} $+3$e^{ー} $
$O_2 $+4$e^{ー} $⇒2$O^{2ー} $
という電子のやり取りが行われているのがわかる

ということです。

そうすると鉄が投げた電子を酸素がもらって
$O^{2ー} $ができているということです。

ところで

Fe⇒$Fe^{3+} $+3$e^{ー} $
$O_2 $+4$e^{ー} $⇒2$O^{2ー} $

上記式をよく見てみると
Feの方は3$e^{ー} $で、
$O_2 $の方は4$e^{ー} $と
$e^{ー} $の数が違いますよね。

なので$e^{ー} $の数をそろえるために
鉄のほうを4倍して酸素の方を3倍します。

すると

4Fe⇒4$Fe^{3+} $+12$e^{ー} $
3$O_2 $+12$e^{ー} $⇒6$O^{2ー} $

となり、両者を足し合わせ、しかも右辺は
12$e^{ー} $と6$O^{2ー} $をくっつけましょう。
当然、電子は鉄の方は右辺に、酸素の方は左辺にあるので相殺されて消えますから

4Fe+3$O_2 $⇒2$Fe_2O_3 $

となり、最初に示した化学反応式と同じになりました。

こんな感じで酸化還元の根本は電子ということです。
私たちは中学校くらいでは酸素がくっつくと酸化って勉強していると思います。

中学校で習う酸化還元の定義

(1)酸素とくっつくと酸化、酸素と離れることを還元
(2)水素を失うことを酸化、水素とくっつくことを還元
(3)電子を失うことを酸化、電子をもらうことを還元

などがあります。

でも(3)の酸化還元は電子のやり取りだと理解しておくと
大学受験の化学は混乱せずに済むと思います

さらに

定義

・還元剤は電子($e^{ー} $)を放出する物質のこと
・酸化剤は電子($e^{ー} $)を受け取る物質のこと

も覚えておくと酸化還元の定義のところは
問題ないと思います。

最後に知っておいて損しない情報があります。
反応式の中に単体があるとその反応は酸化還元反応になるという情報です。

単体は化学式1種類でかけるやつのことです。

です。

結構便利なので覚えておきましょう。

続いて酸化剤還元剤について解説します。

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