산화-환원 반응

산-염기 반응의 특징이 양성자 전달 과정이라면,

산화-환원 반응(oxidation-reduction reaction 또는 redox reaction)은 전자 이동 반응이다.

 

화석 연료의 연소로부터 가정용 표백제에 이르기까지 산화-환원 반응은 우리 주위 여러 분야에서 볼 수 있다.

더 나아가 대부분의 금속과 비금속 원소는 산화 또는 환원 과정에 의해 광석으로부터 얻어진다.

중요한 산화-환원 반응은 대부분 수용액 중에서 일어나지만,

모든 산화-환원 반응이 수용 애에서 일어나는 것은 아니다.

비수용성 산화-환원 반응이 다루기에 덜 복잡하므로 두 원소가 결합하여 화합물을 만드는 반응을 가지고 논의를 시작하기로 한다.

 

마그네슘과 산소로부 터 산화마그네슘(MgO)이 형성하는 반응을 생각해 보자(그림 4.9).

그림4.9 마그네슘이 산소와 연소 반응을 통해 산화 마그네슘을 형성한다.

2Mg(s) + O2(g) → 2Mgo(s)

산화 마그네슘(MgO)은 Mg2+ 이온과 O2- 이온으로 만들어진 이온 결합 화합물이다.

이 반응에서 Mg 원자 두 개에서 전자 네 개가 O 원자 두 개(O2에 포함)로 이동한다.

쉽게 이해하기 위하여 이 과정을 별도의 두 단계로 생각할 수 있다.

 

하나는 Mg 원자 두 개가 전자 네 개 를 잃는 것이고, 다른 하나는 O2 분자가 전자 네 개를 얻는 것이다.

이 각각의 단계를 반쪽 반응(half-reaction)이라 하는데, 이는 산화-환원 반응에 포함되는 전자를 간단하게 나타낸 것이다. 반쪽 반응의 합은 전체 반응이 된다.

양변에서 전자를 지우면

결과적으로 Mg2+와 O2- 이온이 결합하여 MgO를 형성한다.

산화 반응(oxidation reaction)은 전자를 잃는 반쪽 반응이다. 

화학자들은 원래 “산화”를 특정 원소와 산소가 결합하는 의미로 사용하였다. 

그러나 지금은 산소가 관여하지 않는 반응도 포함하는 넓은 의미를 가지고 있다.

 

환원 반응(reduction reaction)은 전자를 얻는 반쪽 반응이다.

산화 마그네슘의 생성과정에서 마그네슘이 산화된다. 마그네슘은 산소에 전자를 주기 때문에 환원제 역할을 하며, 이 때 산소는 환원된다.

산소는 마그네슘의 산화에 의하여 마그네슘으로부터 전자를 받기 때문에 환원되며, 산화제 역할을 한다.

산화-환원 반응에 있어 산화 범위는 환원 범위 만큼이어야 한다. 즉, 환원제에 의해 잃은 전자의 수는 산화제에 의해 얻는 전자의 수와 같아야 한다.