تفاعلات أكسدة-اختزال

تفاعلات أكسدة-اختزال (بالإنجليزية : Redox reaction , أو oxidation-reduction reaction) أكسدة-إرجاع هي جميع التفاعلات الكيميائية التي يحدث فيها تغير في عدد أكسدة ذرات المواد المتفاعلة بسبب انتقال الإلكترونات فيما بينها.
يمكن أن تكون عملية الأكسدة-الاختزال عملية بسيطة مثل أكسدة الكربون ليعطي ثنائي أكسيد الكربون، أو إرجاع الكربون بالهيدروجين ليعطي الميثان، كما يمكن أن تكون عملية معقدة مثل أكسدة السكر في جسم الإنسان حيث تتضمن سلسلة معقدة من الانتقالات الإلكترونية.
الأكسدة هي عملية فقدان للإلكترونات من قبل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات ينتج عنها زيادة في الشحنة الموجبة أو نقصان في الشحنة السالبة.
الاختزال هي عملية اكتساب للإلكترونات من قبل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات ينتج عنها نقصان في الشحنة الموجبة أو زيادة في الشحنة السالبة.
وبتعريف أدق يمكن وصف عملية الأكسدة بالنسبة لعنصر ما (أو لجزيء يحوي عنصر تجري عليه هذه العملية) بأنها زيادة في عدد أكسدة هذا العنصر، في حين أن الاختزال (أو الإرجاع) هو النقصان في عدد الأكسدة.
بطارية السيارة هي مثال قريب لتفاعلات أكسدة-اختزال . تتكون بطارية الرصاص في أبسط صورها من لوح رصاص ولوح من أكسيد الرصاص ، يوجد اللوحان في محلول حامض الكبريتيك تعمل البطارية باختزال لوح أكسيد الرصاص وفي نفس الوقت يتأكسد لوح الرصاص . تستمر البطارية تعمل بهذا الشكل حتي " تفرغ" عندما يكون كل الرصاص قد تأكسد وكل أكسيد الرصاص قد إختزل . عندئذ تلزم إعادة شحن البطارية . ونقوم بذلك بتوصيل قطبي البطارية بمصدر كهربائي خارجي ، أي إمدادها بطاقة من الخارج . تعمل تلك الطاقة الكهربائية على عكس التفاعل الذي تم عند تفريغ البطارية ، فيتأكسد لوح الرصاص إلى أكسيد الرصاص كما كان في الأصل ، ويـُختزل لوح أكسيد الرصاص ليصبح رصاصا نقيا كما كان عند شراء البطارية . بعد شحن البطارية يمكن للبطارية أن تقوم بوظيفتها من جديد وتمدنا بالتيار الكهربائي .
تفاعل الثرميت
لتحضير عدد من معادن من أكاسيدها يمكن استخدام الألمونيوم كمادة اختزال ، وذلك عندما يكون المعدن أشد خمولا ( نبيل أكثر) من الألمونيوم . في تلك العملية يستخدم الألمونيوم في صورة مسحوق والطريقة تسمى "طريقة الألمونيوم الحرارية" .
يخلط أكسيد الحديد مع مسحوق الألمونيوم - وهذا الفاعل يسمى تفاعل الثرميت - ويُشعل فيُختزل أكسيد الحيد وينتج الحديد المنصهر الذي ينصب من بوتقة المخلوط . تستخدم تلك الطريقة للحام قضبان السكك الحديدية ، كما تستخدم في القنابل الحارقة .
الخلية الجلفانية والمركم والكهرل
عندما نُسيير تفاعل أكسدة-اختزال من الخارج عن طريق توصيل جهد كهربائي به ، عندئذ نسمي العملية عملية تحليل كهربائي . أما عندما ينشأ جهد كهربائي عن تفاعل أكسدة-اختزال فنسمي ذلك خلية جلفانية . توصف جهود تفاعل أكسدة-اختزال بواسطة قائمة الجهود القياسية ] . ونعرف من تلك القائمة "شدة" مادة مؤكسدة أو مادة اختزال .
تجري تفاعلات الأكسدة والاختزال الكهركيميائية في خلية جلفانية:
أثناء عملية التحليل الكهربائي و عملية شحن مركم نقوم بإمداد النظام بطاقة كهربائية من الخارج،
عند تشغيل بطارية أو عند اكتساب تيار كهربائي من خلية وقود نحصل على طاقة كهربائية . وعندما يتم التفاعل كعملية عكوسية بحيث يكون التيار الكهربي مساويا للصفر (I = 0) نحصل بذلك على طاقة جيبس الحرة للتفاعل