酸化と還元の違いとは？分かりやすく解説!

主な違い – 酸化 vs 還元

酸化と還元は、酸化還元反応の2つの半分の反応です。

酸化還元反応とは、原子間の電子交換によって起こる化学反応です。

酸化と還元の主な違いは、酸化は原子の酸化状態を増加させることであり、還元は原子の酸化状態を減少させることである。

酸化とは

酸化とは、原子、分子、またはイオンから電子が失われることと定義できる。

この電子の損失により、化学種の酸化状態は増加する。

酸化反応は電子を放出するので、電子を受け入れる種が存在するはずです。

したがって、酸化反応は主要反応の半反応です。

化学種の酸化は、その酸化状態の変化として与えられる。

酸化状態とは、特定の原子、分子、イオンが電子を失うか得るかを示す、正（＋）または負（-）の記号を持つ数値です。

かつて、酸化という言葉には、「化合物に酸素を加えること」という定義が与えられていた。

これは、当時、酸化剤として知られていたのが酸素だけだったからだ。

しかし、酸素がなくても起こる酸化反応が多くなってきたため、この定義は正確ではなくなってきた。

例えば、マグネシウム（Mg）と塩酸（HCl）の反応は、酸素を含まないが、MgがMg2+に酸化されることを含む酸化還元反応です。

酸化還元反応における酸化反応と還元反応の例を以下に示します。

Mgから2個の電子が放出され、酸素原子1個が2個の電子を獲得する。

水素が関与する酸化には、もう1つの歴史的な定義があります。

それは、酸化とはH+イオンが失われることである、というものです。

H+イオンを放出せずに起こる反応も多いので、これも正確ではありません。

酸化は、電子を失うことで化学種の酸化状態を常に増加させる。

この電子の損失により、原子や分子の電荷が変化する。

酸化機構

酸化は、酸化状態の変化により、4通りの起こり方があります。

1. ゼロからプラスの酸化状態へ

電荷を持たない（中性）分子や原子は、酸化されることがあります。

酸化されると、必ず酸化状態が増加する。

したがって、その原子の新しい酸化状態は正の値になる。

2. 負の酸化状態から正の酸化状態へ

負の酸化状態にある原子は、正の酸化状態に酸化されることがあります。

3. 負の酸化状態からゼロの酸化状態へ

4. 正の酸化状態の増加

遷移金属元素は複数の酸化状態を保持することができ、d軌道の存在により+7酸化状態まで示すため、このタイプの酸化反応は遷移金属元素に多く含まれる。

図06: Fe(+2)からFe(+3)への酸化反応

中性原子は、原子核の中の陽子（正の電荷）と原子核の周りの電子（負の電荷）から構成されています。

原子核の正の電荷は、電子の負の電荷と釣り合っています。

しかし、このシステムから電子を取り除くと、対応する正の電荷を中和するための負の電荷がなくなります。

すると、原子はプラスの電荷を持つようになる。

したがって、酸化は常に原子の正の特性を増加させる。

What is Reduction

還元とは、原子、分子、またはイオンから電子を獲得することと定義できる。

この電子の獲得により、原子に余分な負の電荷が生じるので、化学種の酸化状態が低下する。

外から電子を得るためには、電子供与種が必要である。

したがって、還元は酸化還元反応の中で行われる化学反応です。

還元反応は半反応です。

削減の仕組み

還元にも次のような4つの方法があります。

1. 酸化状態ゼロからマイナスへ

例えば、酸化物の生成では、酸素の酸化状態はゼロであり、新しい電子が加わることにより-2まで減少する。

2. 正の酸化状態から負の酸化状態へ

正の酸化状態を保持できる元素と負の酸化状態を保持できる元素は、このような還元反応を起こすことができる。

3. 正の酸化状態から負の酸化状態へ

4. 負の酸化状態の減少

一般に、化合物中の酸素原子の酸化状態は「-2」です。

しかし、過酸化物では、酸素原子が2つ結合しています。

どちらの原子も同じ電気陰性度を持っています。

したがって、両方の原子の酸化状態は-2となり、一方の酸素原子の酸化状態は-1となります。