산화환원(oxidation-reduction , 酸化還元)은 화학물질간의 전자 주고 받기에 의한 산화와 환원의 두 과정을 총괄한 것이다. 산화란 산소와의 결합, 수소의 떨어져 나감, 산화수의 증가(전자의 수가 줄어듦)의 경우를 말한다. 환원은 산소와의 분리, 수소와의 결합, 산화수의 감소(전자의 수가 늘어남)의 경우를 말한다. 한 원소가 산화하면 다른 원소는 환원되기 때문에 항상 동반되어 발생한다고 볼 수 있다. 처음에는 산소를 기준으로 하여 산소가 다른 원소와 결합하거나 분리되는 현상에 주목하였으나, 현재는 수소와의 결합 여부, 전자의 이동에 따른 원자가 변화인 산화수 변화 또한 산화·환원 반응을 구분하는 기준으로 사용한다.
산화환원반응의 근본은 전자의 이동에서 기인하며, 전자의 이동을 산화수는 모든 결합을 이온 결합으로 간주하였을 때 각 원소들의 전하량을 표시한 개념이다. 기호의 오른쪽 위에 표기한다. 각각 원자의 산화수는 반드시 정수일 수밖에 없지만 한 분자 안에서 특정 원소의 평균 산화수는 당연하게도 정수일 필요는 없다.
산화수는 전자의 이동을 묘사하기 위한 개념이지만, 산화수의 변화 없이 전자 밀도가 바뀌는 것만으로는 산화환원으로 부르지 않는다. 예를 들어 thiol(R-SH)이 alcohol(R-OH)가 되는 경우, 탄소의 전자 밀도는 분명 감소하지만 산화수는 변화가 없다. 산화-환원 반응의 정의 또한 일종의 formalism이라는 것을 확실히 할 필요가 있다.
상세
예를 들면, 공기 중에서 탄소나 황을 연소시키는 것은
C ＋ O₂ → CO₂
S ＋ O₂ → SO₂
와 같이 산소와 화합하기 때문에 산화이다. 또 에탄올 CH³CH₂OH를 적당한 산화제와 반응시키면 아세트알데하이드 CH³CHO를 생성하고 원래의 에탄올보다도 분자 중의 수소수가 감소하는 것도 산화이다.
이와는 반대로 산소를 잃거나 수소를 얻는 반응을 환원이라고 한다. 넓은 뜻으로는, 일반적으로 화학반응이 일어난 전후에 1개의 원소에 주목하였을 때, 그 원소는 산화되었다고 한다. 이 경우, 그 원소의 산화수의 증가는 다른 어느 원소의 산화수의 감소를 뜻하므로 그 원소의 산화에 의하여 다른 원소의 환원을 볼 수 있고, 산화와 환원은 항상 동반된다고 할 수 있다.
산화에서의 산화수의 변화는 이온인 경우는 양전하의 증가, 음전하의 감소로 나타나는데 어느 경우이든 그것은 전자를 방출하는 반응이 산화가 된다. 예를 들면,
C + O₂ → CO₂'
에서는 C의 산화수 0 및 O의 산화수 0인데, CO₂의 C에서는 ＋4, O의 산화수 －2인 사실에서 C는 산화되고, O는 환원되어 있다.
또 예를 들면, 아연을 묽은황산에 녹일 때의 반응은
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂
이며, Zn은 Zn²⁺가 되어 양전하가 증가하고 있으므로 산화이다.
일상생활 속의 산화·환원
- 광합성
- 화학 전지
- 철의 제련
- 갈변 현상
- 항산화물질
- 연소
- 불꽃놀이
참고자료
같이 보기
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