산화-환원과 전자의 이동 그리고 산화수 ★

산화-환원과 전자의 이동 그리고 산화수

산화수(oxidation number), 산화 상태(oxidation state)

 

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▶ 참고: 제4장 수용액 반응. 목차

[ https://ywpop.tistory.com/15191 ]

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▶ 산화-환원(oxidation-reduction) 반응. redox 반응

> 물질이 전자를 잃고-얻는 반응. 전자 이동 반응.

> 한 반응물이 전자를 잃으면(산화되면),

항상 다른 반응물이 전자를 얻는다(환원된다).

---> 산화-환원 반응의 동시성

 

 

 

> 최초 산화의 정의: 산소와 반응하여 산화물을 형성하는 반응

> 최초 환원의 정의: 금속 산화물인 금속 광석을 가열할 때 발생하는 질량 손실

---> 처음에 과학자들은, 이렇게,

산화와 환원을 각각 따로 별개로 정의 내렸고, 또한,

산화 반응과 환원 반응이 동시에 일어나는지도 몰랐다.

 

과학자들이 처음에 산화-환원 반응의 본질을 몰랐었기에,

겉으로 드러나는 산화물 형성, 질량 손실 등으로 산화, 환원을 정의했다.

 

 

 

[참고] 산화-환원 반응의 본질은 “전자의 이동”이다.

( 사실 모든 화학 반응, 화학적 변화의 본질은 전자의 이동이다. )

( 화학 반응이 일어날 때는 전자가 이동한다. )

( 참고 https://ywpop.blogspot.com/2023/09/blog-post_40.html )

 

 

 

초등/중학교 과학 수준에서는

전자의 이동으로 산화-환원 반응을 이해하기 어렵기 때문에,

이해하기(설명하기) 쉬운 산소의 이동으로 산화-환원 반응을 설명했다.

 

이것은 초등/중학교 과학에서 산-염기의 개념을

물에서 이온화되어 H^+ 이온을 내놓으면 산,

OH^- 이온을 내놓으면 염기라고 설명하는

아레니우스의 산-염기 개념부터 시작하는 것과 같은 이유이다.

( 참고: 산과 염기의 정의 https://ywpop.tistory.com/2696 )

 

 

 

[참고] “산소의 이동”으로 산화-환원 반응을 설명할 때 문제점

산화-환원 반응은 항상 동시에 일어나는데,

2Ca + O2 → 2CaO 반응에서처럼,

“산소의 이동”으로는 산화 반응(산화되는 물질)만 설명할 수 있다는

치명적인 문제점이 있다.

( 환원 반응, 즉 환원되는 물질이 무엇인지는 설명할 수 없음. )

---> 그래서... 이 때문에... 산화수로 산화-환원 반응을 설명하는 것이다.

 

※ 산소의 이동으로는 모든 산화-환원 반응을 설명할 수 없다.

( 수소의 이동으로도 모든 산화-환원 반응을 설명할 수 없다. )

( 참고 https://ywpop.tistory.com/22349 )

 

 

 

[참고] 산소의 득실과 산화-환원 반응의 동시성

산소의 이동으로는 환원되는 물질을 설명할 수 없다?

( 관련 글 https://ywpop.tistory.com/3022 )

 

 

 

 

 

▶ 산화, Oxidation: 물질(원자, 분자, 이온)이 전자를 잃는 것

> 이때 산화된 물질의 산화수는 증가한다.

> 예: Mg의 산화수는 0에서 +2로 증가

 

 

 

 

▶ 환원, Reduction: 물질(원자, 분자, 이온)이 전자를 얻는 것

> 이때 환원된 물질의 산화수는 감소한다.

> 예: Cu의 산화수는 +2에서 0으로 감소

 

 

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[참고] 전자를 잃으면 산화, 전자를 얻으면 환원이라는데,

왜 그런 것인지 이해가 안 됩니다...

---> 그것은 이해하는 것이 아닙니다.

정의(= 약속)이므로, 그냥 외우는 것입니다.

 

즉, 과학자들이

물질이 전자를 잃는 것을 “산화”,

물질이 전자를 얻는 것을 “환원”이라 부르자고 정의한 것입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

다음 산화-환원 반응에서,

2Ca(s) + O2(g) → 2CaO(s)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/9659 )

 

어느 물질이 산화되었는지, 환원되었는지를

쉽게 알 수는(구분할 수는) 없을까?

 

 

이 질문(또는 필요성) 때문에 산화수 또는 산화 상태의 개념이 탄생했다.

일단 이 질문에 대한 답변은 “쉽게 알 수 있다”이다.

 

 

만약 반응식에 나오는 각 물질의 산화수를 구할 줄만 안다면,

어느 물질이 산화되었는지, 환원되었는지를

간단히 알 수(구분할 수) 있다.

 

 

산화-환원 반응 전•후, 물질의 산화수를 비교해봐서,

산화수가 증가한 물질이면, 그 물질은 산화된 물질이고,

산화수가 감소한 물질이면, 그 물질은 환원된 물질이다.

 

산화-환원 반응 전•후, 산화수가 변한 원자를 찾아서,

산화수가 증가한 원자를 포함한 물질 = 산화된 물질(= 환원제),

산화수가 감소한 원자를 포함한 물질 = 환원된 물질(= 산화제).

 

 

 

 

산화수의 정의 또는 산화 상태의 정의는 그다지 중요하지 않다.

몰라도 별 상관없다.

중요한 것은 물질의 산화수를 구할 줄만 알면 된다.

( 참고: 산화수 구하는 규칙 https://ywpop.tistory.com/2719 )

 

 

그래도 굳이 정의를 내린다면,

 

▶ 산화수 (oxidation number)

> 물질 중 특정 원자의 산화•환원 상태(정도)를 나타내는 수

> 원자 사이에 주고받은 전자 수

> 원자가 잃거나 얻은 전자 수

 

라고 정의할 수 있다.

 

 

 

 

[참고] 산화수는 스마트폰이다.

산화-환원 반응뿐만 아니라,

모든 화학 반응이 일어날 때는

전자가 이동한다.

( 참고 https://ywpop.blogspot.com/2023/09/blog-post_40.html )

 

이 때문에

산화-환원 반응은 산화수로, 즉

산화수의 변화(증가/감소)로 설명한다.

 

산소의 이동 또는 수소의 이동은

구석기 시대에 사용했던 도구이다.

---> 만능인 스마트폰이 있는데,

전화만 되는(= 기능이 제한적인) 폴더폰을 사용할 이유가 없다.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/3022 ] 산소의 득실과 산화-환원 반응의 동시성

산소의 이동으로는 환원되는 물질을 설명할 수 없다?

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/9595 ] 수소 원자와의 결합 생성/파괴로 산화-환원 설명

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/8035 ] 산화제와 환원제 찾기

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/4264 ] 산화-환원 반응 균형 맞추기(완성하기)

 

 

 

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