I.

プロローグ

本来は、ある物質が酸素と化学反応して化合物(酸化物)をつくったり、生成する物質にふくまれる酸素の量が元の状態よりも増加することを酸化といい、逆に酸化物から酸素がはずれる化学反応を還元といった。

II.

狭義の酸化と還元

たとえば金属のマグネシウムと酸素分子との反応は、

2Mg + O2→ 2MgO

だが、マグネシウムに着目すると、反応後に酸素の量が増加しているので酸化されたということになる。逆に酸化マグネシウムを一定の温度以上に加熱して水素と反応させると

MgO + H2→ Mg + H2O

という反応がおきて、酸化マグネシウムの酸素がうばわれるので、還元されたという。ほとんどの化学反応は、酸化と還元が同時に並行しておきる。自身が酸化した物質は、反応に関与した他方の物質を還元している。上の化学反応式で、酸化マグネシウムは還元されているが、水素分子は酸化されていることになる。

III.

拡張された酸化と還元

現在ではこれを拡張して、本来の酸化のほかに、(1)ある物質から水素がとりのぞかれる反応、(2)ある物質またはイオンが電子をうしなう反応、の2つをふくめて酸化といっている。

たとえば塩化鉄(II)と塩素が反応して塩化鉄(III)を生じる化学反応は、

2FeCl2+ Cl2→ 2FeCl3

という反応だが、反応の前と後で、鉄は2個の電子をうしなった状態から3個の電子をうしなった状態に変化している。つまり、塩化鉄(II)は化学反応によって電子をうしなっているので、酸化されたという。

IV.

酸化還元反応

電子の移動がおこる反応で、酸化と還元が同時におこる場合を酸化還元反応という。たとえば銅イオンをふくむ溶液に亜鉛板をひたすと、亜鉛板の表面に金属の銅が析出する

Zn + Cu2+→ Zn2++ Cu

という反応では、Znは反応して電子がうばわれた状態になるので、酸化されたといい、Cu²⁺は電子をうけとったので還元されたということができ、全体の化学反応は、酸化還元反応である。

V.

酸化数

化合物を構成している原子の間で、電子のやりとりが生じていることを、概念的にしめすものとして、酸化数というものがつかわれる。酸化数は次のようにしてきめられる。

(1)イオン性の物質の単原子イオンはそのイオン数を酸化数とする。

(2)単体の原子は酸化数を0とする。

(3)構造がわかっている共有結合性の化合物では、共有電子対を共有している原子のうち電気陰性度の大きい原子に全部わりあててから、各原子にのこる電荷によってもとめる。電子対が同一元素の2つの原子によって共有されている場合は、2つの原子に等分する。

(4)構造が不明の化合物を構成している元素の酸化数は、ほかの元素に適当な酸化数をあたえて計算する。フッ素の酸化数は-1、水素の酸化数は+1、酸素の酸化数は-2などを基準にしてきめられる。

VI.

酸化数の増加が酸化

酸化数をつかって酸化と還元を表現すると、酸化数が増加することが酸化で、減少するのが還元ということができる。これにより、拡張された酸化と還元をまとめて表現することができる。たとえば単体の水素分子と酸素分子が反応して水ができる反応

2H2+ O2→ 2H2O

では、反応する前はいずれも単体なので酸化数は0、反応後に水素は酸化数が+1に増加しているので酸化、酸素は-2と減少しているので還元されたことになる。