واکنش‌های ردوکس، مخفف واکنش‌های کاهش-اکسیداسیون، فرآیندهای شیمیایی هستند که در آن الکترون‌ها بین دو ماده منتقل می‌شوند. این واکنش ها برای درک پدیده های شیمیایی و فیزیکی مختلف، به ویژه در زمینه الکتروشیمی، اساسی هستند.
در واکنش های ردوکس، اکسیداسیون و کاهش همزمان اتفاق می افتد. اکسیداسیون شامل از دست دادن الکترون توسط یک اتم یا مولکول است، در حالی که کاهش شامل افزایش الکترون است. ماده ای که الکترون از دست می دهد عامل احیا کننده و ماده ای که الکترون می گیرد عامل اکسید کننده نامیده می شود.
برای نشان دادن این فرآیندها، از اعداد اکسیداسیون برای نشان دادن بار یک اتم بر اساس توزیع فرضی الکترون ها در بین اتم های یک مولکول استفاده می کنیم. تغییر در تعداد اکسیداسیون اتم ها در یک واکنش ردوکس می تواند به تعیین اینکه کدام مواد اکسید شده و کدام یک کاهش می یابد کمک کند.
الکتروشیمی بر مطالعه فرآیندهای شیمیایی که باعث حرکت الکترون ها می شود تمرکز دارد. این حرکت الکترون ها جریان الکتریکی تولید می کند که می تواند برای کاربردهای مختلف مهار شود. در هسته الکتروشیمی سلول های الکتروشیمیایی قرار دارند که می توان آنها را به دو نوع اصلی تقسیم کرد:
به عنوان مثال یک سلول ولتایی روی مس را در نظر بگیرید. در این سلول، فلز روی به عنوان آند و فلز مس به عنوان کاتد عمل می کند. واکنش ردوکس را می توان با نیمه واکنش های زیر توصیف کرد:
واکنش کلی سلول را می توان به صورت زیر نشان داد:
\( Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s) \)این واکنش انتقال الکترون‌ها از روی به یون‌های مس را نشان می‌دهد و جریان الکتریسیته را از طریق یک مدار خارجی که دو الکترود را به هم متصل می‌کند، هدایت می‌کند.
برای اینکه یک واکنش ردوکس انجام شود، هر دو فرآیند کاهش و اکسیداسیون باید متعادل باشند. این بدان معناست که تعداد الکترون های از دست رفته در نیمه واکنش اکسیداسیون باید با تعداد الکترون های بدست آمده در نیمه واکنش کاهش برابر باشد. متعادل کردن واکنش های ردوکس اغلب شامل تنظیم ضرایب در معادله واکنش برای اطمینان از حفظ جرم و بار است.
واکنش‌های ردوکس کاربردهای متعددی در الکتروشیمی دارند، از تولید انرژی الکتریکی تا آبکاری فلزات. برخی از برنامه های کاربردی قابل توجه عبارتند از:
یک آزمایش قابل دسترس برای کشف واکنش های ردوکس شامل مشاهده واکنش بین پراکسید هیدروژن و یدید پتاسیم است. در این واکنش، پراکسید هیدروژن کاهش می یابد و یون های یدید اکسید می شوند. هنگامی که مقدار کمی صابون ظرف اضافه می شود، واکنش حجم زیادی از حباب های اکسیژن تولید می کند که یک واکنش ردوکس واضح را نشان می دهد.
برای انجام این آزمایش، پراکسید هیدروژن را با کمی صابون ظرفشویی در ظرفی مخلوط کنید. یدید پتاسیم را به عنوان کاتالیزور اضافه کنید و تولید سریع کف را مشاهده کنید. این واکنش "خمیر دندان فیل" نه تنها مفهوم واکنش های ردوکس را نشان می دهد، بلکه اثرات چشمگیر آنها را نیز به نمایش می گذارد.
واکنش های ردوکس یک جنبه اساسی از شیمی، به ویژه در مطالعه الکتروشیمی است. این واکنش ها که با انتقال الکترون ها بین مواد مشخص می شوند، برای درک ما از چگونگی تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی و بالعکس ضروری هستند. از طریق مطالعه و کاربرد دقیق واکنش‌های ردوکس، می‌توانیم از پتانسیل آنها در فناوری، ذخیره‌سازی انرژی و حتی سیستم‌های بیولوژیکی استفاده کنیم.
