2015年3月19日 星期四

氧化還原 VS 置換反應

修毅,什麼是氧化反應?

簡單的說,就是跟氧反應的過程,就是氧化反應,例如木碳燃燒,主要就是木炭裡面的碳原子(C)與空氣中的氧(O2)反應,這也可以說是碳的氧化反應。

你說,「簡單的說」是這樣,那複雜的說又會是怎樣?

記不記得我們說過週期表的排列與電子穩定的原則?從氧與碳的原子序,我們可以看出電子的穩定需求嗎?

嗯,氧的原子序是8,所以他的最外圍電子只有6個,還缺兩個才穩定,而但原子的原子序是6,所以他的最外圍電子只有4個,還缺4個才穩定。

所以,當這兩個元素靠在一起的時候,電子會怎麼移動?

是碳把電子給氧嗎?如果是這樣,那碳的外圍電子不是不夠了?

是的,如果碳把外圍4個電子分別給了兩個氧原子,那麼確實碳也會因為原子核帶6個正電而外圍只有2個帶負電的電子,導致無法平衡,所以這兩個元素之間,其實是將電子借來借去的,大部分的時間,電子會借給氧,使氧的外圍擁有個電子而穩定,但是有些時候,兩個氧也會分別借給碳兩個電子,於是碳的外圍也有了八個電子而穩定,這就是我們先前說的,分子是因為原子交換電子而形成的一種穩定結構(原子團)。從剛剛說的,大部分時間電子會是借給氧原子,我們也可以理解成,與氧結合的原子,都是將電子借出去的狀態,也就是本身會帶正電,因此廣義的說,失去電子的元素,就是在進行「氧化反應」。

那你說透過 A+BO→AO+B 的反應來判斷 A 與 B 的活性,這是真的嗎?我知道這個有什麼用?

從這個反應式,我們可以想像成「誰比較想要跟氧反應?」,越容易與氧反應的,他的活性越強,也就是他可以將與 B 結合的氧給搶過來。這有什麼用呢?舉例來說,你知道二氧化碳是一種滅火的物質嗎?

是嗎?為什麼要用二氧化碳而不用水就好?

因為燃燒需要氧氣,而二氧化碳可以隔絕氧氣,使燃燒物沒有氧氣而無法繼續燃燒,有時候在一些比較精密、高價格的設備火災時,我們無法用水滅火,因為水會使這些裝備毀損,但是使用二氧化碳則不會有這樣的問題。
但是,如果起火現場有鎂粉在燃燒,這時候就不可以用二氧化碳了,因為鎂的活性比碳大,因此鎂會從二氧化碳這個分子中,將氧搶過去反應,因此火是無法被撲滅的。

原來知道活性大小還有這個好處。我們有什麼實驗可以實際操作觀察的嗎?

好,我們先調一杯「硫酸銅溶液」,然後放入兩根不同的金屬,這裡有鍍鋅鐵絲與不鏽鋼,我們泡一天看看會怎樣。
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一天之後,我們發現原本藍色的「硫酸銅溶液」變得有些綠色,而鐵絲外部附著了一層厚厚的紅色物質,當我們把這層紅色物質剝離之後,發現原來的鐵絲變得瘦瘦。

這其實是鐵絲外部的鋅與鐵本身都失去電子而成為離子並且溶到硫酸銅溶液裡,原來從硫酸銅溶液解離出來的銅離子則是得到鋅與鐵的電子,還原成為銅而附著到鐵絲上面。

這個實驗也告訴我們,鋅與鐵相較於銅來說,更容易失去電子,因此他們的活性比銅大。




變瘦的鐵絲



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