산화 - 환원 반응(Oxidation-Reduction Reactions)

1. 산화와 환원의 정의

산화-환원반응: 반응식에서 반드시 동일한 원소의 산화수가 변경되는 반응
동시성: 산화 - 환원 반응은 동시에 일어나며 주고받는 전자수는 동일하다
- 전자를 잃는 물질이 있으면 반대로 얻는 물질도 존재하기때문.
- 산화되는 물질이 잃은 전자수 = 환원되는 물질이 얻은 전자수

2. 산화수

전기 음성도 (EN) 가 가장 큰 원자가 전자쌍을 환전히 차지한다는 가정하게 구하는 근사적인 전하량이며 원자 1개를 기준으로 산화수를 매긴다.
부여규칙
- 홑원소 물질을 구성하는 원자의 산화수는 0 ex) C, H₂, N₂, O₂
- 중성분자 나 화합물의 전체 산화수 = 0 ex) H₂O, AgCl, ZnS
- 다원자 이온의 각 원자의 산화수의 합 = 다원자 이온의 전하 ex) OH^-
산화수 우선순위 ★
- 1순위: 산화수의 총 합 = 전체 전하량
- 2순위:
  - 1족 금속 (+1)
  - 2족 금속 (+2), F (-1)
  - Al (+3)
- 3순위: H (+1)
- 4순위: O (-2)
- 5순위: Cl, Br, I (-1)
- 이런 우선순위를 지키면 산화수를 부여하되 규칙이 적용되지 않는 것들을 전기음성도를 통하여 구해야 한다.
  - EN 크면 - 산화수를, EN이 가장 작은 원소에 + 산화수를 부여
  - 특히나 전이금속은 전하가 일정하지 않기때문에 산화수는 마지막에 부여한다
* 주족 원소 (main element) 는 원자가 전자 수가 최대 산화수이다.
- ex) S₂O₈^2- 에서 S는 원자가 전자 수가 6이기 때문에 산화수가 +7이 될수가 없다.
  - 6개의 O는 -2 산화수를 그리고 O-O 형태의 2개의 peroxide linkage 로인해 두개의 산소는 -1 산화수를 가져서
  - 2x - 14 = -2; x = +6 으로 S의 산화수는 6이 될수 있기에 규칙에서 벗어나지 않음

3. 산화제와 환원제의 정의 (무조건 남을 기준으로 하여 생각할것)

4. 반쪽 반응법 (Half Reaction Method) ★★★★★

ex) Cr₂O₇^2- + Cl^- → Cr³⁺ + Cl₂

a) 산성 수용액에서

산화반응과 한원반응으로 분리한다
생성물과 반응물의 원자수를 일치시켜 균형을 맞춰준다.
- 산화반응: 2Cl^- → Cl₂
- 환원반응: Cr₂O₇^2- → 2Cr³⁺
산소가 부족한 갯수만큼의 계수의 H₂0 을 넣고 수소가 부족한 곳에는 그만큼의 H⁺ 를 넣어 균형을 맞춰준다.
- 산화반응: 2Cl^- → Cl₂
- 환원반응: Cr₂O₇^2- + 14H⁺→ 2Cr³⁺ + 7H₂O
전자 개수가 부족한 곳에 e^- 를 넣어 균형
- 산화반응: 2Cl^- → Cl₂ + 2e^-
- 환원반응:Cr₂O₇^2- +14H⁺ + 6e^- → 2Cr³⁺ + 7H₂O
산화반응과 환원반응의 전자개수를 최소공배수로 곱하여 같은 갯수의 전자로 맞춰준다.
- 산화반응: [ 2Cl^- → Cl₂ + 2e^- ] x 3 → 6Cl^- → 3 Cl₂ + 6e^- ]
- 환원반응: Cr₂O₇^2- +14H⁺ + 6e^- → 2Cr³⁺ + 7H₂O
두 반응을 더해주고 반응물쪽과 생성물쪽에 중복해서 존재하는 전자는 소거해준다.
- Cr₂O₇^2- + 6Cl^- + 14H⁺ + ~~6e^-~~ → 2Cr³⁺ + 3Cl₂ + 7H₂O ~~+ 6e^-~~

b) 염기성 수용액에서

산성 수용액에서의 과정과 일치하지만 두가지 스텝만 더 해주면 된다.

방응식에 존재하는 H⁺ 의 갯수만큼 OH^- 를 양변에 더해준다.
- Cr₂O₇^2- + 6Cl^- + 14H⁺ + 14OH^- → 2Cr³⁺ + 3Cl₂ + 7H₂O + 14OH^-
H⁺ 와 OH^- 가 함께 있는 쪽은 H₂O로 치환해주고 양변에 중복되는 H₂O를 제거해줌
- Cr₂O₇^2- + 6Cl^- + 14H₂O → 2Cr³⁺ + 3Cl₂ + 7H₂O + 14OH^-
- 양변에 7개의 H₂O 씩 제거 해줌
- 최종 화학 반응식:
  - Cr₂O₇^2- + 6Cl^- + 7H₂O → 2Cr³⁺ + 3Cl₂ + 14OH^-

문제풀때마다 일일히 이 과정을 거치면 시간이 오래걸리니 자신만의 방법으로 좀더 빠르게 풀수있도록 연습할수 있으면 좋을듯 하다.

나만의 노트