5-5-1. 산화와 환원
1. 산화와 환원의 정의/2. 산화수란?/3. 산화제와 환원제/
흔히 쇠못이 녹스는 현상을 산화한다고 하는데
이것은 철이 산소와 화합하는 반응입니다.
산화는 녹스는 것 이외에도 연소 반응 등이 있는데
오늘은 산화와 환원을 어떻게 정의하고 어떤 반응이
있는지를 공부합니다.
본디 화학 반응은
전자가 출입하여 이루어지는 반응(산화 환원 반응)과
양성자가 출입하여 이루어지는 반응(산 염기 반응)으로
구분할 수 있습니다.
산 염기 반응은 이미 앞에서 공부하였고,
화학 반응의 다른 큰 줄기인
산화 환원 반응에 대하여 알아봅니다.
산화와 환원을 판단하는 기준이 무엇인지 그 정의 부터 배웁시다.
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전 자 |
산 소 |
수 소 |
산화수 |
산 화 |
잃는다 |
얻는다 |
잃는다 |
증가 |
환 원 |
얻는다 |
잃는다 |
얻는다 |
감소 |
Na --> Na+ + e- : 나트륨이 전자를 잃었으므로 산화
Cl + e- --> Cl- : 염소가 전자를 얻었으므로 환원
CuO + H2 --> Cu + H2O :
산화구리(II)가 구리로 산소를 잃고 환원, 수소가 산소를 얻어 산화
산화구리(II)에서 구리의 산화수가 +2,
수소와 반응 뒤에 구리의 산화수는 0 으로서
구리는 환원하였고, 수소의 산화수는 0 에서 +1로 산화
산화한 정도를 나타내는 숫자로서
화합물에서 전기 음성도가 큰 원소의 산화수를
음의 값으로 잡고 계산합니다.
산화수를 판단하는 기준은 다음과 같습니다.
(1) 화합물에서 산소의 산화수는 -2, 수소의 산화수는 +1 입니다.
[예외] 과산화물 : H2O2 에서 산소의 산화수는 -1,
OF2 에서 산소의 산화수는 +2,
금속의 수소 화합물 : NaH, MgH2 에서 수소의 산화수는 -1
(2) 홑원소 물질의 산화수는 0 입니다.
(3) 물질의 총 산화수 합은 그 물질의 이온 전하량과 같습니다.
물론 중성 물질의 총 산화수 합은 0 이지요.
(4) 1, 2 족 금속 화합물에서 금속의 산화수는 족 번호와 같지요.
산화(제, 력, 성), 환원(제, 력, 성)은
한 물질이 반응 상대 물질을 산화 또는 환원시키는
능력을 나타내는 말입니다.
즉, 남을 잘 산화시키는 물질(자신은 쉽게 환원하는 물질)은
산화제다, 산화력이 있다, 산화성이 있다 등으로 말합니다.
그에 반해 남을 잘 환원시키는 물질(자신은 쉽게 산화하는 물질)은
환원제다, 환원력이 있다, 환원성이 있다 등으로 말하죠.
산화와 환원은 동시 반응입니다.
즉, 어느 한 원소가 산화하면
그에 대응하는 다른 원소는 환원한다는 뜻이지요.
이 때 산화수의 변화는
전자가 이동한 수와 같은 개념으로 볼 수 있으며
한 원소가 전자를 잃은 만큼 다른 원소는 전자를 얻게 됩니다.
따라서 감소한 산화수와 증가한 산화수의 합이
0으로 되도록 반응식을 조작하여 반응식을 완성할 수 있고,
잃은 전자수와 얻은 전자수가 서로 같게 조작해도 됩니다.
예를 들어 다음 반응식을 완성해 보기로 합시다.
Cu + H+ + NO3- --> Cu2+ + NO + H2O
구리의 산화수를 조사하면
홑원소 상태인 0 에서 2+ 이온으로 되었으므로 산화수가 2 증가하였고,
수소와 산소는 기준이 되는 원소이므로
질소의 산화수 변화를 조사합니다.
NO3- 에서 질소의 산화수는 +5 이고
NO 에서 질소의 산화수가 +2 이므로
질소의 산화수는 3 감소입니다.
따라서 증가 산화수와 감소 산화수가 일치하려면
구리는 3배, 질소는 2배 하여 비교합니다.
3Cu + H+ + 2NO3- --> 3Cu2+ + 2NO + H2O
이제 할 일은 양변의 수소와 산소의 개수를 비교하여
각각의 계수를 완성하는 일입니다.
확정된 좌변의 산소 개수는 2NO3-에서 2 X 3 = 6 개이고
우변의 산소 개수를 6개로 맞추려면 2NO에서 2 개에다가
H2O에서 4개가 되어야 하므로 4H2O이어야 합니다.
이제 수소의 개수가 우변에서 4H2O로부터 4 X 2 = 8 개이므로
좌변의 수소 이온은 8H+이어야 하는 것이죠.
이렇게 해서 반응식이 완성됩니다.
3Cu + 8H+ + 2NO3- --> 3Cu2+ + 2NO + 4H2O
최종 확인할 것은 양변의 전하가 균형을 이루는지 따져 보는 일이죠.
좌변은 8 X (1+) + 2 X (1-) = 6+ 이고,
우변은 3 X (2+) = 6+ 이므로 반응식은 정확합니다.