글로벌 세계 대백과사전/수학·물리·화학·실험/화 학/산화와 환원/전자의 주고받음과 산화·환원
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전자의 주고받음과 산화·환원
[편집]'산화와 환원'으로 완전히 이해할 수 있는 물질의 변화(화학 반응)의 범위는 대단히 넓다. 산화란 무엇인가? 환원이란 무엇인가?
산소－수소의 주고받음과 산화·환원
[편집]산소를 중심으로 한 생각
[편집]酸素－中心－ 원래 산화 oxidation라고 하는 것은 글자 그대로 산소 oxygen와 화합하는 것을 뜻하였다. 연소·녹·호흡 등이 공기 중의 산소와 화합하는 것이 산화 반응인 것은 18세기 후반에 활약한 프랑스의 천재 과학자 라부아지에에 의하여 명백하게 되었다. 목탄이나 구리가 산화하면 이산화탄소(CO2)나 산화구리(Ⅱ) (CuO)와 같은 산화물이 된다. 목탄의 연소 C + O2 ―→ CO2 구리의 검은녹 2Cu + O2 ―→ 2CuO 산화물이 산소를 잃고 원래대로 돌아가는 것이 환원 reduction이다. 구리의 녹에 목탄을 섞어 가열하면 환원하여 단체의 구리가 된다. 2CuO + C ―→ 2Cu + CO2 이와 같이 산소를 중심으로 한 생각으로는 산소를 받아들이는 것이 산화(산화되는 반응)이며 산소를 잃는 것이 환원(환원되는 반응)이다. 다음의 여러 반응에서 산소의 교환에 주의하면, 철(Fe), 탄소(C), 일산화탄소(CO) 등이 물(H2O)에 의하여 산화되고, 반대로 H2O는 환원된 것을 알 수 있다. 3Fe + 4H2O ―→ Fe3O4 + 4H2 C + H2O ―→ CO + H2 CO + H2O ―→ CO2 + H2
수소를 중심으로 한 생각
[편집]水素－中心－生角 산소를 받아들이는 반응은 수소를 잃는 반응과 같다고 생각되는 경우가 있다. 예를 들면. 에탄올(C2H5OH)에 산소를 작용시키면 다음 식과 같이 아세트알데히드(CH3CHO)로 변한다. C2H5OH + (O) ―→ CH3CHO + H2O 산화 환원 반응에 있어서 산소나 수소를 분자 모양의 O2나 H2가 아니고 원자 모양의 (O)나 (H)로 쓸 때가 많다. 이 반응은 에탄올이 산소(O)를 받아들인 결과, 자기가 가지고 있는 수소 2원자가 (O)와 함께 H2O가 되어 탈락하였다고 볼 수 있다. 이렇게 생각하면, 수소를 잃는 반응은 산소를 받아들이는 반응과 동등하므로 역시 산화라고 할 수 있다. 수소를 잃는 반응을 산화라고 하면, 그것을 본래대로 되돌리는 반응, 즉 수소를 받아들이는 반응을 환원이라고 할 수 있다. 예를 들면, 구리의 검은 녹에 수소를 통하게 하고 가열하면 다음의 반응으로 단체의 구리가 된다. CuO + H2 ―→ Cu + H2O 이 CuO가 O를 잃는 환원 반응을 보자. 이것은 H2를 받아들인 결과의 H2O의 탈락이라고 볼 수도 있다. 이리하여 수소를 받아들이는 반응을 환원이라고 한다. 다음 반응도 환원이다. Cl2 + H2 ―→ 2HCl (염소) (수소) (염화수소) 이와 같이, 수소를 중심으로 한 생각은 산소가 개입하지 않은 반응에까지도 산화, 환원 반응을 확장시켰다. [산화] = 산소를 받아들인다 ―→ 수소를 잃는다. [환원] = 산소를 잃는다 ―→ 수소를 받아들인다.
산화·환원 반응
[편집]산화와 환원이란 한쪽이 산화되었을 때 동시에 다른 쪽이 환원되었으므로 산화·환원 반응은 언제나 동시에 일어난다. 산화·환원 반응은 전자의 주고받음에 관계하기 때문에 각 화합물 속에 포함되어 있는 원자나 이온에 주의하지 않으면 안 된다. 그 예로써 요오드화칼륨(KI)과 염소(Cl2)의 반응에서는 요오드화칼륨이 산화되는 것이 아니고, 요오드화칼륨 중의 요오드가 산화되는 것이다.