Redox Reactions: Crash Course Chemistry #10

Redox Reactions: Crash Course Chemistry #10



Views:2212505|Rating:4.83|View Time:11:13Minutes|Likes:20348|Dislikes:716
All the magic that we know is in the transfer of electrons. Reduction (gaining electrons) and oxidation (the loss of electrons) combine to form Redox chemistry, which contains the majority of chemical reactions. As electrons jump from atom to atom, they carry energy with them, and that transfer of energy is what makes all life on earth possible.

**Special Thanks to Matt Young at the University of Montana (Geosciences Department, Environmental Biogeochemistry Lab) who helped with the chemical demonstrations.**

Oxidation 1:42
Reduction 1:03
Oxidation Numbers 3:29
Redox Reactions 5:59
Oxidation Reactions 6:28
Balancing Oxidation Reactions 7:18

Also thank you to the following chemistry teachers for assistance:
James Sarbinoff
Rachel Wentz
Edi González
Lucas Moore
Chris Conley
Addie Clark
Julia Rosinski

Want to find Crash Course elsewhere on the internet?
Facebook –
Twitter –
Tumblr – Support CrashCourse on Subbable:

يُعد الإلكترون بالنسبة للكيمياء
كالمال بالنسبة للرأسمالية. يتمحور الأمر حول من يملكه ومن يريده
وما هو مستعد لفعله للحصول عليه. إن الإلكترونات هي ما يُمكّن الذرات
من الترابط مع بعضها لتشكيل جزئيات، وعندما يحدث ذلك،
يمكن أن يتم تبادل قدر هائل من الطاقة خلال العملية. ولكن لا تتضمن
جميع التفاعلات الكيميائية تبادل إلكترونات فقد تتذكرون أن التفاعلات الحمضية القاعدية
تتضمن تبادل hgبروتونات، لكن لأن الإلكترونات هي العملة المتداولة
في عالم الكيمياء فإن أهم التفاعلات التي تحدث على كوكب الأرض
تتضمن نقل إلكترون واحد أو أكثر من ذرة إلى أخرى. تُسمى هذه تفاعلات الأكسدة
والاختزال أو Redox بالإنجليزية، وهي كلمة مشتقة من كلمتي reduction
وهو الاختزال و oxidation وهو الأكسدة. ما قصة هاتين الكلمتين؟
تعرفون معنى الاختزال، إنه تقليل شيء ما، وربما تتعلق الأكسدة بالأكسجين بعض الشيء…
حسنًا، أحيانًا لكن ليس دائمًا. هاتان كلمتان غير مناسبتان على الإطلاق لما يحدث فعلاً في تفاعلات الأكسدة والاختزال،
لكننا عالقين معهما. الاختزال هو عندما تكسب المادة إلكترونات.
أجل، تكسبها، وهذا عكس معنى كلمة اختزال. هذا عظيم! وصحيح أنني أود في بعض الأحيان
أن ألكم الأشخاص الذين أطلقوا أسماء غير دقيقة على هذه الأشياء،
لكنهم لم يعرفوا الحقيقة وكلهم أموات الآن لذا لا يمكننا فعل شيء حيال هذا. كان الكيميائيون البدائيون يصنعون معادن خالصة
من خلال تسخين أو صهر المواد الخام. ولاحظوا خلال عملية الصهر
أن هذه المواد تصبح أخف وزنًا، لذا لم يكن أمرًا جنونيًا فعلاً أنهم قرروا
أن يقولوا عن هذه المواد بأنها كانت تُختزل. اكتشف صديقنا الفرنسي القديم أنطوان لافوازييه
أن هذا يحدث لأن غاز الأكسجين كان يترك المركب
ما يجعله أخف وزنًا. لكن ما لم يعلمه هو الكيمياء الحقيقية المعنية بالأمر.
إن الأكسجين هو المؤكسد المثالي، فهو يسحب إلكترونًا
من جزي واحد ليجعل نفسه مستقرًا، لكن إن سخنتموه إلى حرارة كافية، يصبح نشيطًا. نفهم اليوم أن الأكسدة والاختزال يتعلقان بنقل
الإلكترونات، لذا يتوقع المرء أن نعيد تسميتهما وقد حاول بعض الكيميائيين فعل ذلك، وأطلقوا
أسماءً عليها مثل الألكترنة وإزالة الألكترنة، لكن ما إن تصبح مجموعة من المصطلحات
مُقررة وتُستخدم لفترة من الزمن تصبح إزالتها صعبة جدًا. لذا نحن عالقون معها.
ولأحفظ وأفرّق بين هذين الإسمين غير المنطقيين أعتمد على كلمة "أخاك"،
وهي أن الأكسدة خسارة الإلكترونات والاختزال هو كسب الإلكترونات. يجب علينا
أن نعرف هذه الأشياء فحسب لأنها في كل مكان. عندما تحول خلاياكم
السكر إلى طاقة كي تتحركوا وتتنفسوا وتفكروا هذا تفاعل أكسدة واختزال. حين تحول النباتات
أشعة الشمس إلى طعام عبر التركيب الضوئي، هذا تفاعل أكسدة واختزال. البطارية التي تشغل
الحواسيب والنار، إنهما تفاعلا أكسدة واختزال. بما أن تبادل الإلكترونات هو الموضوع الرئيسي،
حين تدرسون تفاعلات الأكسدة والاختزال، فإن تتبع الإلكترونات
هو أمر مهم وضروري وأساسي جدًا. تخيلوها كعملات، ففي أي صفقة، سيكسبها شخص ما وسيخسرها شخص آخر.
ومن أجل أن تبقوا متحكمين في الأمور يجب أن تراقبوا من يكسب ومن يخسر. لكن الذرات مولعة بمشاركة الإلكترونات
وتشكل روابط تساهمية لذا يكون تتبع أماكنها وأين ستذهب
ليس بأمر سهل في بعض الأحيان. أحب تخيل أن كل مركب تساهمي يشبه زواجًا.
لكنه سيكون زواجًا غريبًا لأنه قد يكون فيه ستة أشخاص،
وقد يكون الشخص نفسه موجودًا عدة مرات، ولا يوجد فيه التزام ولا عواطف.
لا تفكروا فيه كثيرًا. ومثل الزواج، حيث تتم مشاركة المال فيه،
تتشارك المركبات التساهمية بالإلكترونات. والحيلة هي معرفة من سيحصل على المال عند نكث
العهود. لذا استحدثنا نظامًا مفيدًا جديدًا وهو تعيين جميع الإلكترونات للذرات
التي تتشاركها في تلك اللحظة. يُدعى عدد الإلكترونات الذي نعينه
بحالة الأكسدة أو بعدد الأكسدة للذرة. ومع أننا على دراية تامة
بالروابط التساهمية وتشارك الإلكترونات، إلا أنه من الأسهل تتبع العمليات
إن تخيلنا أن الذرات تتقاسم إلكتروناتها، وكأنها في رابطة أيونية أو رابطة غير تشاركية. إذن، عدد الأكسدة للذرة هو ما ستكون شحنتها لو كانت تملك جميع الإلكترونات بشكل حصري حقًا. إذن، لفهم حالات الأكسدة أو أعداد الأكسدة هذه لدينا قواعد بسيطة لبعض الذرات.
أولاً، عدد الأكسدة لأي عنصر لوحده، سواء كان أحادي الذرة أو ثنائي الذرة
أو متعدد الذرات مثل ذرة الكالسيوم أو جزي هيدروجين أو حتى جزيء الكبريت الثماني
الأكبر حجمًا، يكون عدد الأكسدة صفرًا. لا تملك الذرات شحنة بطبيعتها،
فإن كانت تملك شحنة ستكون أيونات، وإن كانت تتشارك مع نفسها، تتشارك بالتساوي.
وثانيًا، بالنسبة لأيون أحادي الذرة، وهو ذرة مشحونة ببساطة،
يكون عدد الأكسدة هو حجم أو رقم شحنته. إذن الحديد في أيون Fe2 الموجب
يمتلك حالة أكسدة تساوي موجب اثنين، وتساوي سالب 1 لأيون الكلوريد. ثالثًا، الأكسجين
المستفحل في كيمياء تفاعلات الأكسدة والاختزال يمتلك دائمًا تقريبًا حالة أكسدة تعادل
سالب اثنين، إلا إن كان في جزيء بيروكسيد مثل بيروكسيد الهيدروجين.
رابعًا، حالة الهيدروجين تعادل موجب واحد. وخامسًا، حالة الفلور تعادل سالب واحد
مثل جميع الهالوجينات الأخرى في معظم الأحيان، إلا إن كانت مرتبطة بالفلور أو الأكسجين،
لأن الفلور والأكسجين سيئان جدًا لدرجة أنه يمكنهما أن يجعلا عدد أكسدة
أي عنصر موجبًا إن كنتم تعلمون ما أقصده. وهذه هي القوانين، هذا كل ما يجب أن تعرفوه.
سيكون مجموع جميع أعداد الأكسدة لجميع الذرات في مركب متعادل الشحنة صفرًا.
مثل الماء الذي يحتوي على ذرة أكسجين لديها حالة أكسدة تساوي سالبة اثنين وذرتي
هيدروجين حالة كل منهما تساوي موجب واحد وهكذا، يمتلك المركب المتعادل الشحنة عدد أكسدة يساوي
صفرًا. لكن أيون متعدد الذرات من الناحية الأخرى يجب أن يمتلك حالة أكسدة تماثل
شحنته، لذا SO42 السالب، وهو أيون الكبريت، لديه أربعة ذرات أكسجين
تساوي سالب ثمانية، لكن لا توجد قاعدة للكبريت لذا أعتقد أنه علينا أن نستسلم ونرحل.
من يكترث لهذا الآن؟ كلا! نستخدم علم جبر بسيط جدًا
لأنه يجب أن نملك في النهاية عدد أكسدة يساوي سالب اثنين للمركب بأكمله،
ونحن نعلم أن الكبريت في هذا المركب المعين يمتلك حالة أكسدة تساوي موجب ستة. لكن
حالة أكسدة الكبريت لا تساوي موجب ستة دائمًا ولهذا لا توجد قاعدة للكبريت
أو للعديد من العناصر الأخرى في هذا الشأن لأن حالات الأكسدة لمعظم العناصر
تتغير بحسب العناصر المرتبطة معها. والآن بإمكاننا تطبيق
المنطق نفسه لاكتشاف ما يحدث عند تفاعل هذه المركبات في تفاعلات الأكسدة
والاختزال. محاكم طلاق الإلكترونات الجزيئية حيث تنتقل من طرف لآخر ويتم التفاوض عليها
ومقايضتها حيث يأخذ بعض المشاركين أرباحًا كبيرة بينما يخسر آخرون كل شيء تقريبًا.
هذه هي الحياة! لنبدأ بمثال بسيط: تفاعل كيميائي
قام برأيي بإنقاذ أرواح أكثر من أي تفاعل آخر في تاريخ الكيمياء، صُنع من قبل مجرم حرب
لتفجير الناس خلال الحرب العالمية الأولى، وهو طريقة هابر. تزيل طريقة هابر
عنصر النتروجين شديد الاستقرار من الهواء وتدمجه مع الهيدروجين لتكوين NH3
وهو أمونيا، ليتم استخدامه في القنابل وفي السماد أيضًا،
ما يزيد من قدرة التحمل للأرض بمقدار مليارات. يوجد النتروجين في الهواء
كنتروجين عنصري ثنائي الذرة، والهيدروجين عنصري ثنائي الذرة مثله،
لذا نعلم منذ البداية أن جميع الذرات تملك حالة أكسدة تعادل صفرًا.
نتاج التفاعل هو الأمونيا، وهو مركب متعادل الشحنة يمتلك ذرة نتروجين
وثلاث ذرات هيدروجين تملك كل منها حال أكسدة تعادل موجب واحد. تذكروا القواعد، لذا يجب أن
يمتلك النتروجين حالة أكسدة تعادل سالب ثلاثة. وبالتالي اكتسب النتروجين إلكترونات،
فانخفضت حالة أكسدته ولذا اتم اختزاله.
عندما نتحدث عما تفعله حالات الأكسدة، تكون كلمة "اختزال" منطقية. فقد الهيدروجين
إلكترونات فارتفعت حالة أكسدته وتمت أكسدته. هذه معادلة توازن بسيطة جدًا، لكن يمكن
أن تكون معادلات تفاعلات الأكسدة والاختزال عويصة جدًا في بعض الأحيان
بسبب عدد الذرات الفردية المشتركة فيها، لذا علينا أن نوازنها
في تفاعلات نصفية في الغالب. مع أنه ليس علينا أن نقوم بالتفاعلات النصفية
لأنها معادلة بسيطة جدًا، سنقوم بها على أية حال
لأنها مثال بسيط لنبدأ به. لذا نبدأ باختزال النتروجين. لدينا N2 حالة أكسدته تساوي صفرًا
ويصبح NH3 حالة أكسدته سالب ثلاثة. أولاً نعادل عدد ذرات النتروجين،
ثم نضيف إليها عدد الإلكترونات التي يجب أن تكون موجودة ليكون عدد الإلكترونات
نفسه موجودًا في كل جهة من المعادلة. قوموا بالشيء نفسه لنصف تفاعل الأكسدة
ثم اجمعوهما لتحصلوا على التفاعل بأكمله حيث تلغي الإلكترونات بعضها.
والآن تتساءلون إن كانت تلك خطوة غير ضرورية لكن اسمحوا لي أن أعرض عليكم
تفاعلاً أكثر تعقيدًا سيثبت لكم كم يمكن أن يكون ذلك مهمًا.
يوجد ديامين الفضة في هذه القارورة. سنستخدم تفاعلات أكسدة واختزال كيميائية لإخراج
عنصر الفضة منها بشكل لطيف ونظيف ولامع، ولن تكون بطريقة هابر بسيطة على الإطلاق.
سيتفاعل ديامين الفضة مع ألدهيد عضوي، أو أي ألدهيد في الحقيقة. الجانب الأساسي من الألدهيد هو CHO. والـ R
في الكيمياء العضوية هي رمز لمجموعة ذرات عضوية ولا توجد أهمية لهذه الذرات في هذا التفاعل. يتفاعل ديامين الفضة مع الألدهيد والهيدروكسيد ما ينتج حمض الكربوكسيل والأمونيا والماء.
أولاً، لنُعين بعض حالات الأكسدة. الفضة موجودة في مركب
يحتوي أيضًا على ذرتي أمونيا متعادلتي الشحنة ولن تتفاعلا طوال التفاعل،
لذا يمكننا أن نعاملهما وكأنهما نوع واحد وحالة أكسدته تساوي صفرًا.
بما أن شحنة ديامين الفضة موجب واحد ولا تؤثر الأمونيا على ذلك،
يجب أن تكون حالة أكسدة الفضة موجب واحد أيضًا. يمتلك الألدهيد ذرة هيدروجين شحنتها موجب واحد
وذرة أكسجين شحنتها سالب اثنين لكنه مركب متعادل الشحنة لذا لا بد
أن تكون شحنة الكربون موجب واحد أيضًا. شحنة أيون الهيدروكسيد بسيطة:
سالب اثنين للأكسجين وموجب واحد للهيدروجين وشحنته الإجمالية سالب واحد في حالة الأكسدة
هذه. في جانب المتفاعل، أصبحت الفضة ذرة الآن لذا إن حالة أكسدتها تساوي صفرًا. يحتوي حمض
الكربوكسيل على ذرتي أكسجين وذرة هيدروجين لذا حالة أكسدة الكربون الآن تعادل موجب ثلاثة.
تبقى شحنة NH3 صفرًا ولم يغير أكسجين وهيدروجين الماء
حالتا أكسدتهما أيضًا. لذا انخفضت حالة أكسدة الفضة،
أو تم اختزالها، من موجب واحد إلى صفر بينما تمت أكسدة الكربون من موجب واحد
إلى موجب ثلاثة. حان وقت نصف التفاعل. تم اختزال الفضة واكتسبت إلكترونًا واحدًا
فشكّلت عنصر فضة وأمونيا من ديامين الفضة. تمت أكسدة الألدهيد
وشكّل حمض كربوكسيل ويحتاج إلى إلكترونين. نعلم بمساعدة هذه الإلكترونات
أنه على أقل تقدير يجب علينا أن نضاعف كامل نصف اختزال المعادلة
من أجل أن نحصل على عدد الإلكترونات الصحيح في كلا الجهتين.
نفعل ذلك و… يا إلهي، هذا أمر جميل! ثم ندمجهما معًا لنحصل على معادلة
تفاعل أكسدة واختزال متوازنة تمامًا. والآن شاهدوني
وأنا آخذ هذه الإلكترونات وأحولها إلى مال. وها هي أمامكم أيها الناس،
هذه فضة خالصة تكسو القنينة من الداخل. شكرًا على مشاهدة هذه الحلقة. إن كنتم منتبهين، تعلمتم أن أي تفاعل
تنتقل فيه الإلكترونات من ذرة إلى أخرى هو تفاعل أكسدة واختزال،
وأن الأكسدة هو خسارة الإلكترونات وأن الاختزال هو كسب الإلكترونات،
وتعلمتم أنه يتم تعيين أعداد الأكسدة للذرات المشاركة في التفاعلات من أجل أن تقوم بتتبع
ما تنوي إلكتروناتها على فعله. تعلمتم بعض الحيل البسيطة
لتساعدكم على معرفة ما هي حالة أكسدة ذرة ما وتدربتم قليلاً
على معرفة كيفية تعيين حالات الأكسدة وموازنة تفاعلات الأكسدة من خلال مثالين، أحدهما سهل جدًا والآخر أقل سهولة. كتبت أنا وكيم كريغر هذه الحلقة،
ومحرر النص هو بلايك دي باستينو. الدكتور هايكو لاغنر هو مستشارنا الكيميائي،
وقامت مجموعة من معلمي الكيمياء بتقديم المشورة لهذه الحلقة وبتحريرها،
لذا شكرًا جزيلاً لهم. هذه الحلقة من تصوير
ومونتاج وإخراج نيكولاس جنكينز، مصمم الصوت ومستشار النص هو مايكل أراندا،
وفريق الرسومات هم Thought Café.

28 thoughts on “Redox Reactions: Crash Course Chemistry #10”

  1. Rule one
    Atoms, by definition, do not have a charge. If they had a charge they would be ions. And if they’re sharing with themselves, they share it[electrons] equally.
    Rule two
    For a monatomic ion, basically a charged atom, it’s simply the size or number of its charge.
    Example: So the iron (II) in Fe2+ has an oxidation state of plus two, while the chloride ion is minus one.
    Rule three
    Oxygen almost always has an oxidation state of negative two, unless it happens to be in a peroxide molecule like hydrogen peroxide.
    Rule four
    Hydrogen is plus one.
    Rule five
    Fluorine is negative one.

  2. If you can follow this guy you don't need to watch his videos. All he ever does is talk as fast as he can with no concern whatsoever if the student learns anything. If there were no students in his classroom he would still deliver the class to the wall because he just likes talking. Oh wait he's not a teacher.

  3. This is not actually how to get most people to really understand what's going on. This is a bullet list of classroom charts in case you're taking notes, but fails to connect with the real world. Not fun or revelatory to watch.

  4. IF Ag was reduced in your half reaction example towards the end of the video. It would go from 1+ to 0. Correct? I still noticed it displayed as 1+ in the products in the video

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *