ปฏิกิริยาเคมีกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน

ปฏิกิริยาเคมีกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน

ปฏิกิริยารีดอกซ์

        ปฏิกิริยารีดอกซ์ หรือปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน (Oxidation-Reduction Reaction) จะเกิดสองปฏิกิริยาย่อยควบคู่กันไปเสมอ นั่นคือ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation Reaction) และ ปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction Reaction) ปฏิกิริยารีดอกซ์ส่วนมากจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น การนำโลหะสังกะสี (Zn) จุ่มลงไปในสารละลายของทองแดง (Cu 2+ ) ดังรูป

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นไปตามสมการ

Zn(s) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu(s)

       อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนจาก Zn ไปยัง Cu2+ ในสารละลายได้โดยตรง สิ่งที่จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนก็คือ แผ่นสังกะสีจะกร่อน มีตะกอนของทองแดงเกิดขึ้นบนแผ่นสังกะสี และเมื่อตั้งทิ้งไว้สารละลายสีฟ้าของ Cu2+ จะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นไม่มีสี โดยเกิดปฏิกิริยาย่อย หรือที่เรียกว่าครึ่งปฏิกิริยา (half-reaction) คือ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน เป็นปฏิกิริยาที่มีการให้อิเล็กตรอน โดย Zn ให้อิเล็กตรอนแล้วกลายเป็น Zn 2+

Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e - _______(1)

      ถ้าพิจารณา เลขออกซิเดชัน ของ Zn เมื่อให้อิเล็กตรอนแล้วมี เลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้นจาก 0 เป็น +2 ปฏิกิริยาออกซิเดชันจึงเป็นปฏิกิริยาที่มีการเพิ่มขึ้นของเลขออกซิเดชัน และอาจกล่าวว่า สารที่สูญเสียอิเล็กตรอนและเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น (Zn) นี้ถูกออกซิไดซ์


ปฏิกิริยารีดักชัน


     เป็นปฏิกิริยาที่มีการรับอิเล็กตรอน โดย Cu2+ (aq) รับอิเล็กตรอนแล้วกลายเป็นอะตอมของ Cu

Cu2+ (aq) + 2e - → Cu(s) _______(2)

     Cu 2+ เมื่อรับอิเล็กตรอนแล้วมี เลขออกซิเดชันลดลงจาก +2 เป็น 0 ปฏิกิริยารีดักชันจึงเป็นปฏิกิริยาที่มีการลดลงของเลขออกซิเดชัน และอาจกล่าวว่า สารที่รับอิเล็กตรอนและมีเลขออกซิเดชันลดลง (Cu 2+ ) นี้ถูกรีดิวซ์



เมื่อรวมปฏิกิริยา (1) และ (2) จะได้ปฏิกิริยาดังสมการ

Zn(s) + Cu2+ (aq)→ Zn2+(aq) +Cu(s) __________ (3)

      ปฏิกิริยา (3) เรียกว่า ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน หรือหรือเรียกสั้นๆ ว่า ปฏิกิริยารีดอกซ์ โดย Zn รีดิวซ์ Cu2+ ให้เป็น Cu และCu2+ ออกซิไดซ์ Zn ให้กลายเป็น Zn2+ หรืออาจกล่าวว่าCu2+ ถูกรีดิวซ์โดย Zn และ Zn ถูกออกซิไดซ์โดย Cu2+ Zn จึงเป็น ตัวรีดิวซ์ (reducing agent) และ Cu2+ เป็น ตัวออกซิไดซ์ (oxidizing agent)






ตัวอย่างปฏิกิริยารีดอกซ์เพิ่มเติม

H2(g) + I2(g) → 2HI(g)


2KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g)


2Na(s) + H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g)


Cu(s) + 2AgNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) + 2Ag(s)


Cl2(g) + 2Br-(aq) → 2Cl-(aq) + Br2(l)






1. จงพิจารณาปฏิกิริยาต่อไปนี้ แล้วระบุว่าปฏิกิริยาใดเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ และปฏิกิริยาใดไม่เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์



1.1) 2CH3COOH(aq) + CaCO3(s) →(CH3COO)2Ca(aq) + CO2(g) + H2O(l)


1.2 ) Cl2(g) + 2OH-(aq) → ClO-(aq) + Cl-(aq) + H2O(l)



2. จงระบุตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ของปฏิกิริยาต่อไปนี้


2.1 4NH3 + 5O2 →4NO + 6H2O


2.2 CrCl3 + Na2O2 + NaOH →Na2CrO4 + NaCl + H2O



ตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์


     ตัวออกซิไดซ์ : ที่สารที่ทำหน้าที่รับอิเล็กตรอน จากสารอื่น (ตัวรีดิวซ์) ดังนั้น ตัวมันเอง(ออกซิไดซ์) จึงมีเลขออกซิเดชันลดลง [ เกิดรีดักชัน หรือถูกรีดิวซ์ ]


     ตัวรีดิวซ์ : คือสารที่รับหน้าที่ให้อิเล็กตรอนแก่สารอื่น(ตัวออกซิไดซ์) ตัวรีดิวซ์เองจึงมีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น [เกิดออกซิเดชัน หรือถูกออกซิไดซ์]


การดุลสมการรีดอกซ์


     สมการเคมีที่สมบูรณ์จะต้องเป็นสมการที่ดุลตามกฎทรงมวล(The Conservation of mass) โดยการดุลสมการที่ได้ศึกษามาแล้วนั้นเป็นการทำจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุในสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ให้เท่ากันสำหรับการดุลสมการรีดอกซ์นั้น เป็นการดุลทั้งจำนวนอะตอม และจำนวนประจุของแต่ละธาตุในสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ให้เท่ากัน ซึ่งสามารถกระทำได้ 2 วิธี คือ


การดุลโดยใช้เลขออกซิเดชัน


  มีหลักการดังนี้


    - หาเลขออกซิเดชันของธาตุหรือไอออนต่างๆ เพื่อใช้กำหนดตัวรีดิวซ์ และตัวออกซีไดซ์ในปฏิกิริยา
    - หาเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นของตัวรีดิวซ์ และเลขออกซิเดชันที่ลดลงของตัวออกซ์ไดซ์
    -ทำเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลงของ ตัวรีดิวซ์และตัวออกซีไดซ์ให้เท่ากัน
    -ดุลจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุที่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน ทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ให้เท่ากัน
    -ดุลจำนวนอะตอมของธาตุต่างๆ และประจุรวมของไอออนทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ให้เท่ากัน


การดุลสมการรีดอกซ์แบบครึ่งปฏิกิริยา


ขั้นที่ 1


   -หาตัวออกซิไดซ์ รีดิวซ์ และผลิตภัณฑ์ แล้วแยกปฏิกิริยาเป็น ออกซิเดชันและ รีดักชัน โดยนำมาเฉพาะตัว ออกซิไดซ์กับผลิตภัณฑ์ และตัวรีดิวซ์กับผลิตภัณฑ์


ขั้นที่ 2


   -ดุลอะตอมของธาตุที่ค่าเลขออกซิเดชันเปลี่ยน


   -ดุลอะตอมของ H,O และประกอบโดย


   ในสารละลายกรด เติมน้ำทางด้านที่ขาด ออกซิเจน เติม H+ ทางด้านที่ขาด เติมอิเล็กตรอนทางด้านที่ขาดประจุลบ


   ในสารละลายเบส เติมน้ำทางด้านที่ขาด ออกซิเจน เติม H+ ทางด้านที่ขาดไฮโดรเจน เติม OH- ทั้งสองข้างเท่ากับจำนวน H+ ที่เติมไปก่อนแล้ว และ หักลบจำนวน H2O ออก เติมอิเล็กตรอนทางด้านที่ขาดประจุลบ


ขั้นที่ 3


    -ทำให้จำนวนอิเล็กตรอนที่เสียไป ในออกซิเดชันเท่ากับจำวนอิเล็ตรอนที่รับในรีดักชัน


ขั้นที่ 4


    รวมครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันกับรีดักชันเข้าด้วยกัน ก็จะได้สมการรีดอกซ์ที่ดุลแล้ว


     ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาเกี่ยวกับการรับส่งอิเล็คตรอน แบ่งได้เป็น 2 ครึ่งปฏิกิริยาคือ ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น เป็นปฏิกิริยาที่เสียอิเล็คตรอน และปฏิกิริยารีดักชั่น เป็นปฏิกิริยาที่รับอิเล็คตรอน


ปฏิกิริยารีดอกซ์ของสารอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต

     ไม่ต่างจากสารอนินทรีย์ เพียงแต่ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นในสิ่งมีชีวิตจะเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชั่น (dehydrogenation reaction) โดยสารอินทรีย์ที่เป็นตัวให้อิเล็คตรอน (reduced form) จะมีไฮโดรเจนมากกว่าออกซิเจน ส่วนสารอินทรีย์ที่เป็นตัวรับอิเล็คตรอน (oxidized form) จะมีออกซิเจนมากกว่าไฮโดรเจน ทั้งนี้การเคลื่อนย้ายอิเล็คตรอนจากสารประกอบหนึ่งไปยังสารประกอบหนึ่ง เกิดได้ 4 แบบ คือ


• เคลื่อนย้ายในรูปอิเล็คตรอนโดยตรง


• เคลื่อนย้ายในรูปอะตอมไฮโดรเจน เพราะอะตอมไฮโดรเจนประกอบด้วย H+ และ e-


• เคลื่อนย้ายในรูปไฮไดรด์ ไอออน (hydride ion, :H-) ซึ่งมีอิเล็คตรอน 2 ตัว


• เคลื่อนย้ายในรูปของออกซิเจน ในกรณีที่ออกซิเจนรวมอยู่เป็นส่วนหนึ่งของสารอินทรีย์ เช่นการเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนเป็นแอลกอฮอล์