ما هو تفاعل الاختزال؟
تعتبر عملية الاختزال معروفة في المفهوم التقليدي بأنها تلك التي تشمل إضافة عنصر هيدروجيني أو عنصر كهربائي، أو إزالة عنصر كهرسلبي مثل الأكسجين. وعلى صعيد المفهوم الإلكتروني، يعرف الاختزال بأنه العملية التي تكتسب فيها الذرة أو الأيون واحدًا أو أكثر من الإلكترونات. تاريخيًا، تم استخدام مصطلح “الاختزال” للإشارة إلى فقدان الوزن الناتج عن تسخين المعادن لاستخراج المعدن نفسه. ولكن، مع تقدم الأبحاث، عرف العلماء أنه خلال هذه العمليات، تكتسب ذرات المعدن إلكترونات. وبالتالي، أصبح معروفًا أن الاختزال ينطوي على اكتساب الإلكترونات أو فقدان الأكسجين، على الرغم من إمكانية حدوث الاختزال بدون تفاعل مع الأكسجين. اليوم، تم توسيع مفهوم الاختزال ليشمل أي تفاعل كيميائي أو تغيير ينطوي على اكتساب الإلكترونات بواسطة عنصر ما.
الارتباط بين تفاعل الاختزال وتفاعل التأكسد
في سياق التفاعلات الكيميائية، تحدث عمليات الاختزال والأكسدة بشكل متزامن؛ حيث يعني فقدان الإلكترونات في مادة معينة الأكسدة، بينما يعني انتقال هذه الإلكترونات إلى عنصر آخر الاختزال. قد يتضمن الاختزال أنواع مختلفة من الجزيئات، الذرات، أو الأيونات، بناءً على نوع التفاعل الكيميائي. على سبيل المثال، في تفاعل الحديد مع الأكسجين لتكوين الصدأ، يتم اختزال الأكسجين من خلال اكتسابه للإلكترونات المفقودة من الحديد الذي يتعرض للأكسدة. ومن ثم، يمكن القول بأن تفاعل الاختزال يمثل العملية المعاكسة لتفاعل التأكسد.
أهم التطبيقات لتفاعلات الأكسدة والاختزال
إليك بعض التطبيقات الشائعة لتفاعلات الأكسدة والاختزال في الحياة اليومية:
التنفس الخلوي
يعتبر التنفس الخلوي المصدر الرئيسي للطاقة في جسم الإنسان، وهو يتضمن سلسلة من التفاعلات التي تعتمد على الأكسدة والاختزال، حيث يتم تحويل المواد الغذائية إلى طاقة. خلال هذه العملية، يتم اختزال ثاني أكسيد الكربون ويتأكسد الماء ليتكون الأكسجين.
عملية الاحتراق
توضح عملية احتراق المواد العضوية والهيدروكربونات في الوقود الأحفوري مثالًا آخر لتفاعلات الأكسدة والاختزال. حيث يتفاعل الأكسجين المتواجد في البيئة مع الكربون والهيدروجين الموجودين في المادة التي يتم حرقها، وخلال هذه العملية يتم اختزال الأكسجين بينما يتعرض المركب الذي يُحرق لعملية الأكسدة.
البناء الضوئي
تحدث عملية البناء الضوئي في الأوراق الخضراء للنباتات، حيث يتفاعل ثاني أكسيد الكربون والماء تحت تأثير ضوء الشمس لإنتاج الأكسجين والجلوكوز. خلال هذه العملية، يتم اختزال ثاني أكسيد الكربون بينما يتأكسد الماء.
التصوير الفوتوغرافي
تستخدم عملية التصوير الفوتوغرافي كذلك تفاعلات الأكسدة والاختزال، حيث يتم اختزال أيونات الفضة في بروميد الفضة إلى ذرات فضة بواسطة مواد كيميائية مثل الهيدروكينون أو البيروجالوس. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام ثيوسلفات الصوديوم في إنتاج الصور السلبية، فيما يتم إنتاج الصورة الإيجابية عبر تعريض الصور السلبية للضوء، مما يؤدي إلى اختزال الكاتيونات الفضية.