산화·환원

산화에 대해 따로 기술된 내용에 대해서는 산화 문서를 참조하십시오.

1 정의

화학의 기본 반응 원리 중 하나. 전자 밀도가 쥐꼬리만큼이라도 증가하면 환원, 감소하면 산화에 해당한다.(루이스의 정의) 쉽게 말해 전자와 멀어지면 산화, 가까워지면 환원되었다고 한다.

산화와 환원을 정의하기 위한 노력은 화학의 탄생 이후로 화두였는데, 시대 순으로 정리하면 다음과 같다.

• 산화(oxidation)라는 말에서 볼 수 있듯이, 초창기에는 산화를 산소를 얻는 것, 환원을 산소를 잃는 것이라 정의했다. (아레니우스)
• 하지만 특징상 명백히 산화-환원 반응이지만 산소가 관여하지 않는 반응도 있었는데, 이런 반응들은 당연히 산소를 갖고 정의하기 힘들었다. 이를 설명하고자 수소(또는 양성자)를 얻는 것을 환원, 잃는 것을 산화라 정의했다. (브뢴스테드-로우리)
• 그러나 위와 같은 정의들에는 문제가 있는데, 예를 들어 '플루오린이 산소와 결합하는 경우 플루오린이 산화되었다고 할 수 있을까?' 와 같은 의문점은 기존 정의로는 해결할 수 없었다. 특징상 산화보다는 환원에 더 가까웠기 때문. 그래서 전자의 이동을 기준으로 새로 정의하게 되었다.

산화, 환원 반응의 근본은 전자의 이동에서 기인하며, 전자가 완전히 이동하지 않더라도 그 밀도 변화를 쉽게 알 수 있게끔 산화수라는 개념을 정의한다. 산화수는 모든 결합을 이온 결합으로 간주하였을 때 각 원소들의 전하량을 표시한 개념이다. 기호의 오른쪽 위에 표기한다. 여담이지만 산화수는 정수가 아니어도 된다.

영어로는 환원(Reduction)과 산화(Oxidation)을 합쳐 Redox Reaction (REDuction+OXidation)이라 부른다.

2 특징

어떤 화학반응식에 있어서 한 물질이 산화했으면 다른 물질은 반드시 환원한다. 이유를 간단히 말하자면 전하는 보존되기 때문에.

2.1 오해

유사과학이나 TV에서 산화라 그러면 아주 농축우라늄을 원샷하는 행위라도 되는 듯하게 몰아가고, 알칼리환원수니 이상한 수식어구를 붙이면서 좋아 보이게 해서 그렇지, 절대 산화가 나쁘고 환원은 좋은 것이 아니다. 무지한 혹은 영리한 PD들이 악의적으로 편집한 결과물. 이에 대해서는 MSG와 일맥상통한다.

만약 우리 몸을 열심히 조절해서 산화가 하나도 안 되게 만든다면, 당장 포도당이 이산화탄소로 연소되지 않는데다가, 산화에 관여하는 산소도 필요없다. 숨쉴 필요가 없다고??

다만, 산소 라디칼 등의 일명 '활성 산소' 가 인체에 미치는 영향은 분명 좋다고는 할 수 없고,포도당이 아니라 DNA를 산화시킨다 (장렬히 산화시킨다) 이를 방지하는 비타민 E 등이 모자란 경우 보충하는 것은 반드시 필요하다.

그리고 또 한가지,앞서 말했듯이 산소는 산화-환원의 필수 요소가 아니다!

3 산화제/환원제

처음 접하는 학생들에게 오개념을 일으키기 쉬운 개념인데, 산화제와 환원제는 물질을 각각 산화,환원 시키는 물질이다! 즉 자기 자신은 그 반대로 산화제의 경우 환원되고 환원제의 경우 산화된다. 산소, 과산화수소, 과망간산칼륨(KMnO₄)등이 대표적인 산화제이며, 환원제로 자주 쓰이는 물질로는 LAH(LiAlH₄), 하이드라진, 일산화탄소 등이 있다. 그러나 산화제, 환원제는 어디까지나 상대적 개념으로, 산화제라고 알고 있는 물질이 환원제로 작용할 수도 있고, 그 반대도 가능하다.

4 산화-환원 적정

산-염기 반응과 마찬가지로 산화-환원 적정도 가능한데, 비타민C 적정이 대표적인 산화-환원 적정이다. 반응 속도가 일괄적으로 빠른 편인 산-염기 적정에 비해 산화-환원 적정은 반응성 등이 굉장히 다양한 편이다.

5 예시

대표적으로 산화-환원 반응이 연관된 부분은 전지 반응이나 전기분해에 관련된 화학 양론이다. 이외에도 연소, 금속의 제련 등 다양한 반응들이 산화-환원 반응에 속한다.