酸化還元反応とは？反応式の書き方・コツをわかりやすく解説

化学基礎

化学 2022.12.26

「酸化」や「還元」ってよく聞くけど、どういうことでしょうか？

原子や物質に酸素や電子を渡したり貰ったりする反応を、酸化還元反応といいます。

しかし、これだけ言われてもよくわからないですよね。

本記事では、この「酸化還元反応」を、反応式の例を用いながらわかりやすく解説していきます。

→反応式の理解に役立つ記事まとめはコチラ！

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【目次】

１．酸化還元反応とは！？

２．酸素・水素のやり取りによる酸化還元反応の考え方

３．電子e-のやり取りによる酸化還元反応の考え方

4．酸化還元反応の必須知識：酸化数って？？

まとめ：酸素・水素や、電子・原子の形式的な電荷と酸化数で、物質の酸化還元反応を攻略する！

１．酸化還元反応とは！？

酸化還元反応は酸化と還元に分けられます。
この酸化と還元が同時に起こる反応が酸化還元反応ですが、この反応は必ず同時に起こります。

「酸化」「還元」について説明すると、
酸化とは、ある物質が酸素と化合物して、水素を奪われること、または、電子を失うこと。
そして、還元とは、ある物質が酸素を奪われて水素と化合すること、または、電子を受け取ることです。

酸化と還元の概念には２つの考え方があります。

１つ目は酸素と水素のやり取りで考える概念です。
これは見た目に分かりやすく簡単に酸化と還元を判別することができますが、すべての反応式に対応できる概念ではなく、反応式内に酸素や水素がある場合にのみ対応しています。

２つ目は電子のやり取りで考える概念です。
この概念はすべての反応式に対応できる概念ですが、少しわかりにくいのが欠点となります。

ここからは、この2つの考え方を通して、酸化還元反応について見ていきましょう。

２．酸素・水素のやり取りによる酸化還元反応の考え方

ではまず、酸素と水素のやり取りによる考え方から、酸化還元反応について見ていきます。

以下に２つの式を示します。

2Cu+O₂→2CuO・・・（I）
H₂S＋Cl₂→2HCl＋S・・・（II）

（I）の式についてまず見ていきます。

Cu（銅）は左辺では酸素を持っていませんが右辺では酸素をもっています。
つまりCuは酸素と化合したのです。
酸素と化合したということはCuは酸化されたということになります。
逆に酸素はCuに酸素を奪われているので還元されています。
このように酸素のやり取りで酸化と還元を知ることができるのです。

次に（II）の式についてみていきます。

Cl₂（塩素）は左辺では水素を持っていませんが右辺では水素を持っています。
したがってClは水素と化合したことになり、化合しているということはCl₂は還元されたということになります。
逆にH₂S（硫化水素）は水素を奪われているため酸化されたということになるのです。
水素のやり取りでも酸化と還元を知ることができることがこの式（II）からもわかるでしょう。

（I）（II）の式のように酸素や水素がある場合は酸素や水素のやり取りで酸化、還元を知ることができます。

３．電子e-のやり取りによる酸化還元反応の考え方

次に、（I）（II）の式について、電子のやり取りという考え方から、酸化還元反応を見ていきましょう。
以下にそれぞれの式を示します

2Cu→2Cu^₂+ + 4e-（I）ーA
O₂+4e-→2O^₂–（I）ーB

H₂S→2H⁺ +S+2e-（II）ーA
Cl₂＋2e-→2Cl^–（II）ーB

（I）－Aは酸化反応になります。Cu^₂+は電子を２つ失っています。したがって酸化反応となるのです。
（I）ーAが酸化反応ということはもう一方の（I）ーBは還元反応になります。具体的にはO₂は電子をもっていませんがO^₂–は電子を２つ受け取っています。そのため還元反応となるのです。

続いて（II）ーAを見てみるとH₂SのSは電子を２つ失っている状態ですが、Sは電子を２つ貰って差し引きゼロになっているため酸化反応になります。
（II）ーAは酸化反応であるため（II）ーBは還元反応です。
詳細を見るとCl2は電子をもちませんが、2Cl-は電子を１つずつ失っているため還元反応になります。

このように電子のやり取りを見ていくことで、酸化と還元を判断することはできますが、そのためにはそれぞれの電子の数を見ていかなくてはいけません。
この原子の形式的な電荷が、単体であるときと比較してどれくらい変化しているかを知るためには、酸化数を知る必要があります。