「酸化還元反応」の版間の差分

酸化還元反応ではある物質の[[酸化]]プロセスと別の物質の[[還元]]プロセスが必ず並行して進行する。言い換えれば、一組の酸化される物質と還元される物質があってはじめて酸化還元反応が完結する。したがって、反応を考えている人の目的や立場の違いによって単に「酸化反応」あるいは「還元反応」と呼称されている反応はいずれも酸化還元反応と呼ぶべきものである。酸化還元反応式は、そのとき酸化される物質が[[電子]]を放出する反応と、還元される物質が[[電子]]を受け取る反応に分けて記述する、すなわち[[電子]]を含む２2つの反応式に分割して記述することができる。このように[[電子]]を含んで式化したものを[[化学反応式#半反応式|半反応式]]、半電池反応式、あるいは半電池式と呼ぶ。

狭義には酸化あるいは還元とは[[金属]]と酸素との化学反応を示す呼称であった。例えば、金属[[銅]]は[[空気]]中の酸素と徐々に反応し、表面は褐色の[[酸化銅(II)]] (CuO) に変化する。酸化銅(II)は高温で[[炭素]]と反応させると酸素が奪われて元の金属銅に変化する。前者を酸化といい後者を還元とよぶ。このとき、銅を中心に反応を見ているわけであるから、銅を酸化する物、すなわち酸素は[[酸化剤]]である。また、[[酸化銅(II)]]を還元して金属[[銅]]に戻す炭素は[[還元剤]]になる。一方で酸素分子の立場から見ると、前者の銅の酸化反応では、酸素分子は最終的に[[酸化銅(II)]]に含まれる酸化物イオンに還元されている。すなわち酸素の[[酸化数]]は0から-2に変化しており、このとき金属[[銅]]は酸素に対して[[還元剤]]として働いているとみなせる。また、後者の[[酸化銅(II)]]の還元反応では、[[炭素]]は最終的に[[二酸化炭素]]になり、炭素の[[酸化数]]は0から+4に酸化されている。すなわちこのとき[[酸化銅(II)]]は炭素に対して[[酸化剤]]として働いている。前者の反応は電子反応論に立つと、金属銅は電子を２2個失い、同時に酸素（原子）は金属銅からその２2個の電子を受け取って[[オクテット則]]を満たす酸化物イオンとして安定化されている。したがって、酸化還元反応とは、単なる酸素原子の授受に限らず、次に述べるように、物質間の電子の授受を伴う反応であると広義に考えることができる。今日では、この広義の定義が広く用いられている。

酸化還元反応において、電子が授受される方向は[[酸化剤]]として働く物質の酸化力、あるいは[[還元剤]]として働く物質の還元力の大小にしたがっている。そしてそれは相対的なものであって、酸化剤自身は反応後、還元された状態になるが、それに対してより強い酸化剤を作用させると酸化されてしまう。金属イオンの場合は、前述の酸化還元反応のように酸化力（あるいは還元力）の序列が[[イオン化傾向]]として定性的に知られている。但し、金属イオンに対する[[配位子]]の有無、溶液のpH（[[水素イオン指数]]）、[[合金]]形成の有無などによって[[イオン化傾向]]の序列は逆転することがあるため、[[イオン化傾向]]だけで酸化力や還元力の大小を判断するのは危険である。酸化還元反応を構成する２2つの[[化学反応式#半反応式|半反応式]]（多くの場合金属／金属イオンのペア）を、互いに隔離して空間的に異なる別々の場所で行わせ、その際に授受される電子を外部の回路に取り出すことができるように工夫したものが、電池である。このとき測定される電池の起電力は、それぞれの[[化学反応式#半反応式|半反応式]]に含まれる[[酸化剤]]の酸化力（あるいは[[還元剤]]の還元力）の差を反映している。

電池では、その正極と負極において、[[化学反応式#半反応式|半反応式]]（半電池式）で表される１1組の酸化還元反応が起こっている。それぞれの極を半電池と呼ぶことにすると、２2つの半電池の間に発生するのが電池の起電力である。１1対の酸化体と還元体（例えば銅イオンと金属銅）を含む[[化学反応式#半反応式|半反応式]]の酸化還元電位は、ある基準となる半電池と組み合せたときの起電力として定義されている。水溶液系の場合、ある[[化学反応式#半反応式|半反応式]]の酸化還元電位を求める際に基準とする、相手の半電池には

を使うことが取り決められている。ここで、水素イオンの活量は１1、水素ガスの分圧は１1気圧であり、このような半電池を標準水素電極（SHE; standard hydrogen electrodeもしくはNHE; nornal hydrogen electrode）と呼んでいる。酸化還元反応系において、関与する物質の活量（あるいは分圧）がすべて１1の場合の電極電位を[[標準電極電位]]と呼んでいる。活量が１1でない場合の電極電位は[[ネルンストの式]]から計算することができる。標準水素電極 (SHE) を基準に求めた種々の[[化学反応式#半反応式|半反応式]]の酸化還元電位は、便覧等に表として掲載されている。