نمایش مبدأ برای اکسایش-کاهش

{{تصویر چندگانه
| align     = left
| direction = vertical
| width     = 350
| header    = <div style="width:350px; text-align:center; font-weight:normal; font-size:100%; background:white; border:1px solid #C8CCD1; direction:ltr;">
{{درشت|'''کاهش'''}}{{سخ}}
اکساینده + e<sup>–</sup> &xrarr; فرآورده{{سخ}}
''(بدست آوردن الکترون‌ها) (کاهیدن عدد اکسایش)''{{سخ}}
{{سخ}}
{{درشت|'''اکسایش'''}}{{سخ}}
فرآورده &xrarr; کاهنده + e<sup>–</sup>{{سخ}}
''(ازدست دادن الکترون‌ها) (افزودن عدد اکسایش)''
</div><div class="thumbcaption" style="font-weight:normal;">دو بخش واکنش اکسایش و کاهش.</div>
| image1    = RustyChainEdit1.jpg
| width1    =
| alt1      =
| caption1  = [[زنگ زدن]]، یک واکنش اکسیداسیون آهسته است.
| image2    = Large bonfire.jpg
| width2    =
| alt2      =
| caption2  =[[آتش‌سوزی]]، یک واکنش سریع اکسیداسیون است.
}}
'''اُکسایش و کاهش''' {{انگلیسی| reduction–oxidation acronym as redox}} نام کلی [[واکنش‌های شیمیایی]] است که مایه تغییر [[عدد اکسایش]] اتم‌ها می‌شوند. شمار الکترون‌های [[یون]] در کاهش، افزایش می‌یابد و در اکسایش، کاهش می‌یابد.

== تعریف ==
'''اُکسایش و کاهش''' می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای همچون اکسایش [[کربن]] و تبدیل آن به [[کربن دی‌اکسید]] و کاهش کربن و تبدیل آن به [[متان]] یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در [[بدن انسان]] طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد.
با کمی اغماض علمی می‌توان این فرایند را انتقال یک یا چند [[الکترون]] از یک [[اتم]]، [[مولکول]] یا [[یون]] به یک اتم، مولکول یا یون دیگر دانست. در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می‌دهد (اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند (کاهش) می‌یابد. در چنین واکنشی مولکول دهنده الکترون اکسید شده و مولکول گیرنده الکترون کاهیده می‌شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده‌است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق‌تر تعریف شد و کلیه واکنش‌هایی که طی آن ماده‌ای الکترون از دست می‌دهد اکسایش نامیده شدند. [[اتم]] [[اکسیژن]] می‌تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد.

در اثر اکسایش عدد اکسایش معمولی یک [[اتم]] یا اتم‌های یک [[مولکول]] در پی حذف [[الکترون]]‌ها افزایش می‌یابد.
برای نمونه آهن (II) می‌تواند به آهن (III) اکسید شود.

-Fe2+ → Fe3+ + e

== عامل اکسنده و عامل کاهنده ==
اکسایش و کاهش به تنهایی انجام پذیر نیستند. چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده‌ای دیگر، اکسیده گردد، ماده کاهیده شده، عامل اکسایش است و بنابراین [[عامل اکسنده]] نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، [[عامل کاهنده]] می‌نامیم. همچنین در هر واکنش، مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر، باید برابر مجموع کاهش شماره اکسایش عناصر دیگر باشد. برای نمونه در واکنش «گوگرد» و [[اکسیژن]]، افزایش شماره اکسایش گوگرد، ۴ است. کاهش شماره اکسایش، ۲ است، چون دو اتم در معادله شرکت دارد، کاهش همه ۴ است. {{مدرک}}

== موازنه واکنش‌های اکسایش و کاهش ==
[[File:NaF.gif|upright=1.6|thumb|چپ|[[سدیم]] و [[فلوئور]] به صورت [[پیوند یونی|یونی]] به یکدیگر متصل می‌شوند و [[سدیم فلورید]] را تشکیل می‌دهند. سدیم الکترون ظرفیت خود را از دست می‌دهد تا یک آرایش الکترونی پایدار برسد و این الکترون به لایه آخر اوربیتالی اتم فلوئور اضافه می‌شود. سپس یون‌های با بار مخالف به سمت یکدیگر جذب می‌شوند. در این واکنش سدیم اکسید می‌شود و فلوئور کاهش می‌یابد.]]
واژهٔ اکسایش، ابتدا در مورد واکنش‌هایی به کار گرفته می‌شد که در آنها مواد با [[اکسیژن]] ترکیب می‌شدند، و کاهش نیز به صورت حذف یک [[اکسیژن]] از یک ترکیب اکسیژن دار تعریف می‌شد. اما معنی این واژه‌ها به تدریج گسترش یافت. امروزه، اکسایش و کاهش، بر مبنای تغییر [[عدد اکسایش]] تعریف می‌شوند. [[اکسایش]] فرایندی است که در آن [[عدد اکسایش]] یک اتم افزایش می‌یابد و کاهش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک [[اتم]] کاهش می‌یابد، اکسایش گرمازا و و کاهش گرماگیر است. برای مثال در واکنش زیر اتم S اکسیده شده (پس کاهنده‌است) و اتم O کاهیده شده (پس اکسنده‌است) است. چون که [[عدد اکسایش]] اتم S از صفر به ۴+ و [[عدد اکسایش]] اتم O از صفر به ۲- تغییر کرده‌است.
{{وسط‌چین}}<math>S+O_2 \to SO_2</math>{{پایان}}
و همچنین واکنش زیر شامل اکسایش - کاهش نیست، چونکه [[عدد اکسایش]] هیچ [[اتم|اتمی]] تغییر نکرده‌است: {{وسط‌چین}}<math>SO_2 + H_2 O \to H_2 SO_3</math>{{پایان}}
معمولاً موازنه واکنش‌هایی که شامل اکسایش - کاهش که '''کاکس''' نامیده می‌شود، دشوارتر از موازنهٔ واکنش‌هایی است که شامل اکسایش - کاهش نیست.
برای موازنهٔ واکنش‌های اکسایش - کاهش از دو روش متداول استفاده می‌شود:
# ''روش یون - الکترون''
# ''روش عدد اکسایش''

== روش یون - الکترون ==
# معادله را به دو معادلهٔ جزئی تقسیم می‌کنیم. [[اتم|اتم‌هایی]] را که [[عدد اکسایش]] خود را در هر یک از معادله‌های جزئی تغییر می‌دهند، موازنه می‌کنیم.
# اتم‌های O و H را در هر یک از معادله‌های جزئی موازنه می‌کنیم.
* برای واکنشهایی که در محلول '''[[اسید|اسیدی]]''' انجام می‌شوند:

الف) برای اتم O مورد نیاز، یک <math>H_2 O</math> به آن طرف معادلهٔ جزئی که کمبود O دارد، اضافه می‌کنیم.

ب) و H را هم با افزودن <math>H^+</math>، موازنه می‌کنیم.
* برای واکنش‌هایی که در محلول '''بازی''' انجام می‌شوند:

الف) برای هر اتم O مورد نیاز، یک <math>H_2 O</math> به آن طرف معادلهٔ جزئی که کمبود O دارد اضافه می‌کنیم.

ب) به ازای هر اتم H مورد نیاز، یک <math>H_2 O</math> به آن طرف معادلهٔ جزئی که کمبود H دارد اضافه می‌کنیم و یک <math>OH^-</math> نیز در سمت مقابل قرار می‌دهیم.
# به هر یک از معادله‌های جزئی [[الکترون]] اضافه می‌کنیم تا بار خالص در سمت چپ معادله با بار خالص در سمت راست معادله برابر شود.
# در صورت لزوم یکی یا هر دو معادلهٔ جزئی را در عددی ضرب می‌کنیم تا تعداد [[الکترون]]‌های گرفته شده درمعادله جزئی دیگر برابر شود.
# معادله‌های جزئی را با هم جمع می‌زنیم، همچنین عبارت‌های مشترک در دو طرف معادله نهایی را حذف می‌کنیم.

=== مثال ===
واکنش زیر را که در محلول [[اسید|اسیدی]] انجام می‌شود را موازنه می‌کنیم:
{{وسط‌چین}}<math>MnO_4^- + As_4 O_6 \to Mn^{2+} + H_3 AsO_4</math>{{پایان}}
* معادله را به دو معادلهٔ جزئی تقسیم می‌کنیم و اتم‌های را در هر کدام موازنه می‌کنیم:
{{وسط‌چین}}<math>MnO_4^- \to Mn^{2+}</math>{{پایان}}
{{وسط‌چین}}<math>As_4 O_6 \to 4H_3AsO_4</math>{{پایان}}
* اولین معادلهٔ جزئی را می‌توان با افزودن <math>4H_2 O</math> به سمت راست و <math>8H^+</math> به سمت چپ، موازنه کرد. در معادلهٔ جزئی دوم باید <math>10H_2 O</math> به سمت چپ اضافه شود تا تعداد اکسیژن موازنه شود و همچنین با اضافه کردن <math>8H^+</math> به سمت راست، تعداد هیدروژن هم موازنه می‌شود:
{{وسط‌چین}}<math>8H^+ + MnO_4^- \to Mn^{2+} + 4H_2 O</math>{{پایان}}
{{وسط‌چین}}<math>10H_2 O + As_4 O_6 \to 4H_3 AsO_4 + 8H^+</math>{{پایان}}
* حال [[بار الکتریکی]] خالص را در طرفین موازنه می‌کنیم:
{{وسط‌چین}}<math>5e^- + 8H^+ + MnO_4^- \to Mn^{2+} + 4H_2 O</math>{{پایان}}
{{وسط‌چین}}<math>10H_2 O + As_4 O_6 \to 4H_3 AsO_4 + 8H^+ + 8e^-</math>{{پایان}}
* اولین معادله را در ۸ و دومی را در ۵ ضرب می‌کنیم:
{{وسط‌چین}}<math>40e^- + 64H^+ + 8MnO_4^- \to 8Mn^{2+} + 32H_2 O</math>{{پایان}}
{{وسط‌چین}}<math>50H_2 O + 5As_4 O_6 \to 20H_3 AsO_4 + 40H^+ + 40e^-</math>{{پایان}}
* حالا معادله‌ها را با هم جمع می‌زنیم و عبارت‌های مشترک را در دو طرف، حذف می‌کنیم :
<math>24H^+ + 18H_2 O + 5As_4 O_6 + 8MnO_4^- \to 20H_3 AsO_4 + 8Mn^{2+}</math>

== روش عدد اکسایش ==
در روش عدد اکسایش برای موازنه کردن واکنش‌های اکسایش - کاهش، سه مرحله وجود دارد. معادلهٔ واکنش [[نیتریک اسید]] و [[هیدروژن سولفید]] را برای نمایش این روش به کار می‌گیریم. معادلهٔ واکنش موازنه نشده به قرار زیر است:
{{وسط‌چین}}<math>HNO_3 + H_2 S \to NO + S + H_2 O</math>{{پایان}}
# عدد اکسایش اتم‌ها را برای شناسایی اتم‌هایی که دست‌خوش اکسایش - کاهش می‌شوند، تعیین می‌کنیم؛ که به این ترتیب [[نیتروژن]] کاهیده شده (زیرا سه الکترون به دست آورده) و
عامل اکسنده است زیرا باعث جدا شدن الکترون از اتم دیگر می‌شود و [[گوگرد]] اکسیده شده (زیرا ۲ الکترون از آن کنده شده‌است) است و عامل کاهنده است زیرا باعث جذب الکترون توسط اتم دیگر می‌شود.
# ضرایب به گونه‌ای اضافه می‌شوند که کاهش کل و افزایش کل در [[عدد اکسایش]] برابر شود. افزایشی برابر با ۲ و کاهشی برابر با ۳ داریم که در معادلهٔ موازنه نشده آمده‌است. کوچک‌ترین حاصلضرب مشترک ۳ و ۲ عدد ۶ است. در نتیجه <math>2HNO_3</math> و <math>2NO</math> (برای کاهش کل ۶) و <math>3H_2 S</math> و <math>3S</math> (برای افزایش کل ۶) به کار می‌گیریم:
{{وسط‌چین}}<math>2HNO_3 + 3H_2 S \to 2NO + 3S + H_2 O</math>{{پایان}}
توجه داریم که اکنون هشت اتم [[هیدروژن]] در سمت چپ معادله داریم. با قرار دادن <math>4H_2 O</math> در سمت راست، می‌توان به همان تعداد [[اتم]] H رسید:
{{وسط‌چین}}<math>2HNO_3 + 3H_2 S \to 2NO + 3S + 4H_2 O</math>{{پایان}}

== جستارهای وابسته ==
{{درگاه|شیمی}}
{{colbegin|۳}}
* [[خوردگی]]
* [[برق‌کافت]]
* [[الکتروشیمی]]
* [[زنجیره انتقال الکترون]]
* [[سلول گالوانی]]
* [[هیدروژنه کردن]]
* [[زیست پالایی]]
* [[معادله شیمیایی]]
* [[چرخه اسید سیتریک]]
* [[واکنش اکسایش و کاهش آلی]]
* [[فسفرگیری اکسایشی]]
* [[پتانسیل غشاء]]
* [[عامل کاهنده]]
* [[پتانسیل اکسید و احیا]]
{{colend}}

== منابع ==
{{پانویس}}
* شیمی عمومی (جلد اول)، چارلز مورتیمر، دکتر عیسی یاوری، نشر علوم دانشگاهی، تهران، ۱۳۷۵، {{شابک|۹۶۴-۶۱۸۶-۳۰-۰}}
{{چپ‌چین}}
Wikipedia contributors, "Redox," Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Redox&oldid=248689185 (accessed October 31, 2008). {{پایان چپ‌چین}}

== پیوند به بیرون ==
{{ویکی‌انبار-رده|Redox reactions}}
{{چپ‌چین}}
* [http://www.berkeleychurchill.com/software/chembal.php Chemical Equation Balancer] - An open source chemical equation balancer that handles redox reactions.
* [http://www.youtube.com/watch?v=rF1ls-v7puQ Video - Synthesis of Copper(II) Acetate] 20 Feb. 2009
* [http://www.shodor.org/UNChem/advanced/redox/redoxcalc.html Redox reactions calculator]
* [http://www.chemguide.co.uk/inorganic/redox/definitions.html#top Redox reactions at Chemguide]
* [http://www.webqc.org/balance.php Online redox reaction equation balancer, balances equations of any half-cell and full reactions]
{{پایان}}

[[رده:اکسایش-کاهش| ]]
[[رده:الکتروشیمی]]
[[رده:خوردگی]]
[[رده:سازوکار واکنش‌ها]]
[[رده:شیمی خاک]]
[[رده:واکنش‌های شیمیایی]]