산화와 환원의 개념과, 그에 따른 산화수 및 양적 관계 개념

산화와 환원

산화란 무엇인가? 라고 누군가 질문하면 전자를 잃거나 산소를 얻은 것이라 답할 수 있다.

그럼 환원은 정반대의 결과를 불러온다. 전자를 얻거나 산소를 잃는다.

어떤 완성된 화학반응식에서 환원 반응이 관찰되어지면 분명 다른 한쪽에선 산화가 일어난다. 명백한 사실인데, 가끔 산소가 보이지 않는 경우가 있다.

이런 연유로 산화와 환원의 정의에 전자의 이동까지 투입한 것 이다.

가령 2Mg + O2 = 2MgO 는 Mg가 산화되었다고 말할 수 있다. 하지만 '산화되다' 말은 조금 어색할 수 있다.

왜냐하면 산화라는 것은 누군가의 환원이 있기에 가능한 것 이다.

이런 논리적 연유로 산화와 환원은 동시에 일어날 수 밖에 없고, 서로가 서로에게 필요충분조건이다. 

어쨌거나 O2는 자기 자신을 Mg에 환원시킴으로써 Mg는 O를 얻어 산화될 수 있었다.

그러나 산소 원자의 이동만 보지는 말고 전자의 이동 또한 보자.

Mg2+과 O2- 의 결합인 이온결합 물질이다. -전기음성도가 한쪽이 터무니없이 높아 끌려간 셈이라고 볼 수 있고, 마찬가지로 다른 공유결합 물질에서도, 그 부분전하를 전자의 이동으로 본다-

Mg는 Mg2+로 전자를 잃기에 산화되었고, O2는 각각의 O로 떨어진 상태로써 봤을때 O2-로 전자가 늘어 환원되었다.

산화마그네슘을 가지고 산화와 환원의 실례를 보았다.

이렇게 산화와 환원은 꼭 산소에 국한되어 볼 것이 아니고 전자의 이동을 같이 곁들여 설명해야할때가 있으니, 차근차근 공부하는 것이 좋다.

산화제와 환원제

산화제는 자신이 환원되는 과정을 통해 다른 것에게 산화시켜주는 물질이고, 환원제는 자신이 산화되는 과정을 통해 다른 것에게 환원을 시켜준다.

MnO2 + 4HCl -> MnCl2 + 2(H2O) + Cl2 라는 식은 산화제와 환원제를 보이게 아주 알맞다.

산화제와 환원제는 반응전 서로에게 영향을 주는 것으로 구별할 수 있다. MnO2는 자신이 '환원'된 이후 4HCl에 어떻게든 '산화'시킬 것이고, 4HCl은 '산화'받는 대신에 Cl이나 H가 떨어져나가 MnO2를 환원시킨다.

결과적으로 4HCl에서 Cl은 MnO2에서 환원되어 빠진 O2자리를 메꾸어 다시 Mn을 환원시켰다. 곧, 자신이 산화되어 다른 물질을 환원시켰다.

또한 MnO2에서 환원되어 빠진 각각의 O들은 HCl에서 빠진 H2에 붙어 H들의 부분전하를 자신의 높은 전기음성도로 가져갔다. 따라서 MnO2에서 환원된 O들은 H를 산화시킨다.

산화수

산화수는 산화된 정도를 나타낸다. 이 값은 분자 또는 이온의 전하량과 동일함에서 구체화된다.

산화수는 산화된 정도이므로, 식의 같은 원자라도 산화수는 다를 수 있다.

HOF 와 H2O 에서 O의 산화수는 각각 0, +2로 다르다.

HOF은 H-O-F 결합인데, H보다 O가 전기음성도가 크니 부분전하는 O가 가져간다. 고로 산화됨을 뜻한다. 이렇게 받은 전하가 1이면, 다시 O-F 결합에서 F에게 전하 1을 넘겨줄 수 밖에 없다. 따라서 -1 + 1 = 0 이다.

H2O는 O가 H들에게 각각 -1전하(1개의 전자)를 받는데, 고로 +2다.

산화수법

핵심은 반응식에서 생성물과 반응물의 산화수 합이 같다는 것 이다.

일단 일개 분자의 산화수는 0이고, 이온일때 그것이 산화수다. 이러한 산화수들의 합을 계산하여 계수를 맞출 수 있다.