酸化と還元 | 危険物乙4 過去問道場

酸化と還元は、「酸素」「水素」「電子」という3つの観点から定義されます。はじめは酸素との化合として定義され、その後、水素や電子のやりとりにも広げて定義されるようになりました。燃焼は、熱と光の発生を伴う激しい酸化反応です。

3つの観点による定義

観点	酸化	還元
酸素	酸素と化合する	酸化物が酸素を失う
水素	水素化合物が水素を失う	物質が水素と化合する
電子	電子を失う	電子を受け取る

還元は、どの観点でも酸化の逆です。「酸化＝酸素を得る・水素を失う・電子を失う」と覚え、還元はその反対と整理しましょう。

3つの定義のつながり

メタンの燃焼で、3つの定義が同じ変化を表していることを確認できます。

\mathrm{CH_4}+2\mathrm{O_2}\rightarrow\mathrm{CO_2}+2\mathrm{H_2O}

反応前のメタンでは、炭素は4個の水素と結合しています。反応後の二酸化炭素では、炭素は2個の酸素と結合し、水素とは結合していません。この1つの反応で、炭素は「水素を失う」ことと「酸素と化合する」ことを同時に起こしています。2つは別々の現象ではなく、同じ変化をどちらの結合に注目するかで呼び分けたものです。

酸素や水素が関わらない酸化

酸素や水素が関わらない反応もあります。そうした反応も含めて説明できるのが、電子のやりとりによる定義です。

反応	酸化される物質	説明
$2\mathrm{Mg}+\mathrm{O_2}\rightarrow2\mathrm{MgO}$	マグネシウム	水素は関わらないが、酸素と化合する。電子の面では、Mgが電子を2個失って $\mathrm{Mg^{2+}}$ になる
$2\mathrm{Na}+\mathrm{Cl_2}\rightarrow2\mathrm{NaCl}$	ナトリウム	酸素も水素も関わらないが、Naが電子を1個失って $\mathrm{Na^{+}}$ になるので酸化

酸化と還元は同時に起こる

ある物質が酸化されるとき、必ず別の物質が還元されています。一方の物質が失った電子を、もう一方の物質が受け取るためです。電子は反応の中で消えたり生まれたりしないので、酸化だけ、還元だけが単独で起こることはありません。

\mathrm{CuO}+\mathrm{H_2}\rightarrow\mathrm{Cu}+\mathrm{H_2O}

酸化銅（CuO）は酸素を失うので、還元されています。
水素（H₂）は酸素と化合するので、酸化されています。

酸化剤と還元剤

区分	相手に対する働き	自身の変化	例
酸化剤	相手の物質を酸化する（相手から電子を奪う）	還元される（電子を受け取る）	酸素、オゾン、硝酸、塩素酸カリウム
還元剤	相手の物質を還元する（相手に電子を与える）	酸化される（電子を失う）	水素、一酸化炭素、アセトアルデヒド

「酸化剤は還元されやすい」「還元剤は酸化されやすい」と、自身の変化とセットで覚えましょう。

危険物との関係

燃焼は、可燃物が酸素などと反応する激しい酸化反応です。燃焼に必要な酸素供給源は、可燃物を酸化する側（酸化剤）に当たります。
第1類（酸化性固体）と第6類（酸化性液体）は、それ自体は燃えませんが、他の物質を酸化して燃焼を激しくします。類ごとの性質は危険物の類別と品名一覧で確認できます。
第4類のアセトアルデヒドは還元性が強く、酸化されると酢酸になります。