산화(Oxidation)와 환원(Reduction)

산화(Oxidation)과 환원(Reduction)의 개념정리

산화(Oxidation)와 환원(Reduction)이란 무엇인가요?

 

산화-환원(redox)은 두 화학종 사이의 전자 이동을 포함하는 화학 반응입니다. 산화-환원 반응은 전자를 얻거나 잃음으로써 분자, 원자 또는 이온의 산화수가 변하는 화학 반응입니다. 산화-환원 반응은 굉장히 일반적이지만 광합성이나 호흡과 같은 생명현상에 필수적인 화학반응이며 연소 및 부식과 같은 공정에도 널리 사용되는 화학적 반응이라 할 수 있습니다.

 

여기서 산화-환원 반응의 개념은 4가지 다른 방식으로 설명 할 수 있습니다.

 

1. 전자 이동의 관점
2. 산소 전달 측면
3. 수소 전달 측면
4. 산화수의 관점

 

위의 4가지 관점에서 산화-환원 반응의 예를 함께 살펴보겠습니다.

 

1. 전자 전달의 관점

 

• 산화는 전자의 손실(잃음)을 통해 일어나는 과정입니다.
• 환원은 전자의 획득(얻음)을 통해 일어나는 과정입니다.

 

다음의 화학 반응식은 전자 이동의 관점에서 산화-환원 반응을 설명할 수 있는 간단한 예시입니다.

 

 

산화구리(II) 및 산화마그네슘은 이온성 물질인 반면, 구리 및 마그네슘은 금속성 물질입니다. 여기서 산소 이온을 제외하고 생각하면 위의 화학식을 아래와 같이 바꾸어 표현할 수 있습니다.

 

 

산화제와 환원제

 

산화제는 다른 물질을 산화시키는 작용제이며 환원제는 다른 물질을 환원시키는 작용제입니다.

 

산화제는 다른 물질을 산화시키는 동안 전자를 얻습니다. 위의 반응식을 보면 구리 이온은 구리가 되기 위해 2개의 전자를 얻기 때문에 산화제라고 할 수 있습니다.

 

환원제는 다른 물질을 환원시키는 동안 전자를 잃습니다. 마찬가지로 위의 반응식을 보면 마그네슘은 2개의 전자를 잃고 마그네슘 이온을 형성하기 때문에 환원제라고 할 수 있습니다.

 

2. 산소 전달의 관점

 

•  산화는 산소의 획득(얻음)을 통해 일어나는 과정입니다.
•  환원은 산소를 손실(잃음)을 통해 일어나는 과정입니다.

 

화학적으로 동일한 산화-환원 반응도 산소 전달 관점에서 설명 될 수 있습니다.

 

 

여기에서 산화구리는 산소를 잃어 구리를 형성하고 마그네슘은 산소를 얻어 산화 마그네슘을 형성합니다.

 

산화제 및 환원제

 

산화제는 다른 물질을 산화시키는 동안 산소를 잃습니다. 위의 반응식에서 산화구리는 산소를 잃고 구리를 형성하기 때문에 산화제라고 할 수 있습니다.

 

환원제는 다른 물질을 환원시키는 동안 산소를 얻습니다. 위의 반응식에서 마그네슘은 산소를 얻어 산화 마그네슘을 형성하기 때문에 환원제라고 할 수 있습니다.

 

3. 수소 전달의 관점

 

•  산화는 수소의 손실(잃음)을 통해 일어나는 과정입니다.
•  환원은 수소의 획득(얻음)을 통해 일어나는 과정입니다.

 

아래의 반응식은 암모니아와 브롬 사이의 산화-환원 반응을 통해 질소와 브롬화 수소를 형성하는 과정입니다.

 

 

여기서 암모니아는 수소를 잃고 질소를 형성합니다. 따라서 이것은 산화 반응이라 할 수 있습니다. 한편, 브롬은 수소를 얻어 브롬화 수소가 되기 때문에 이 과정은 환원 반응이라 할 수 있습니다.

 

산화제 및 환원제

 

산화제는 다른 물질을 산화시키는 동안 수소를 얻습니다. 위의 반응식에서 브롬은 수소를 얻음으로써 브롬화 수소를 형성하기 때문에 산화제라 할 수 있습니다.

 

환원제는 다른 물질을 환원시키는 동안 수소를 잃습니다. 위의 반응식에서 암모니아는 수소를 잃어 질소를 형성하기 때문에 환원제라 할 수 있습니다.

 

4. 산화수의 관점

 

•  산화는 산화수가 증가하는 과정을 통해 일어납니다.
•  환원은 산화수가 감소하는 과정을 통해 일어납니다.

 

원자의 산화수는 화합물이 이온으로 구성된 경우 원자가 가질 전하를 의미합니다. 예를 들면, 산화철(Fe₂O₃)에서 Fe 및 O의 산화수는 2Fe³⁺ 및 3O^2-로 구성되므로 각각 +3과 -2입니다.

 

위에서 설명드린 산화구리와 마그네슘의 산화-환원 반응은 산화수 변화의 관점에서 아래와 같이 설명할 수 있습니다.

 

 

여기서 마그네슘이 마그네슘 이온을 형성하며 마그네슘의 산화수는 0에서 +2로 증가합니다. 따라서 이 반응은 산화반응입니다.

 

반면 구리이온은 구리를 형성하며 구리이온의 산화수는 +2에서 0으로 감소합니다. 따라서 이 반응은 환원반응입니다.

 

산화제 및 환원제

 

산화제는 산화과정에서 상대 화학종을 산화시키며 산화제의 산화수는 반응 동안 감소합니다. 여기서, 구리이온의 산화수는 +2에서 0으로 감소하기 때문에 산화제 입니다. 반면, 환원제는 환원과정에서 상대 화학종을 환원시키며 환원제의 산화수는 반응 동안 증가합니다. 여기서 마그네슘의 산화수가 0에서 +2로 증가하기 때문에 마그네슘은 환원제입니다.