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酸化還元反応における電子移動

1920
Electrochemical cell experiment demonstrating electron transfer in redox reactions.

(画像はイメージです)

酸化還元反応は、化学種間で電子が移動する反応です。一方の化学種は酸化(電子を失う)を受け、もう一方の化学種は還元(電子を得る)を受けます。これら二つの反応は常に同時に起こります。電子を失う化学種は還元剤、電子を得る化学種は酸化剤と呼ばれます。この基本的な概念は、電気化学や多くの生物学的プロセスを支える基盤となっています。

酸化還元反応の概念は、初期の燃焼研究から発展しました。当初はフロギストン説で説明されていましたが、18世紀後半にアントワーヌ・ラヴォアジエが燃焼における酸素の役割を正しく特定し、酸化の基礎を築きました。しかし、現代の定義は電子移動を中心としており、この概念は1897年にJJトムソンが電子を発見した後に初めて明確になりました。定義を覚えるために、「OIL RIG」(酸化は損失、還元は獲得)や「LEO the lion says GER」(電子を失うのは酸化、電子を得るのは還元)といった語呂合わせがよく使われます。

あらゆる酸化還元反応において、還元剤が失う電子の総数は、酸化剤が得る電子の総数と等しくなければならず、電荷保存の法則が成り立ちます。例えば、亜鉛金属と銅(II)イオンの反応、[latex]Zn(s) + Cu^{2+}(aq) rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)[/latex]では、亜鉛原子は2個の電子を失って亜鉛イオンに酸化され、銅(II)イオンは2個の電子を得て銅金属に還元されます。ここでは、亜鉛が還元剤、銅(II)が酸化剤です。この単純な原理は、鉄の錆びから電池による発電まで、無数の自然現象や工業プロセスの基礎となっています。

UNESCO Nomenclature: 2202
電気化学

タイプ

抽象システム

混乱

革命的

使用法

広く普及している

前駆物質

  • フロギストン燃焼説
  • アントワーヌ・ラヴォアジエの酸素燃焼理論
  • J.J.トムソンによる電子の発見
  • 原子論の発展

アプリケーション

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • targeted drug delivery systems activated by local cellular redox potential
  • self-healing anti-corrosion coatings that regenerate their protective layer
  • novel 触媒 that use light to drive difficult redox reactions for green fuel production
  • biosensors that detect disease states by measuring redox imbalances in bodily fluids
  • advanced water purification systems using electrochemical oxidation to destroy pollutants
  • redox-flow batteries for grid-scale energy storage using organic molecules
  • smart fabrics that change color or properties based on environmental redox conditions
  • artificial enzymes designed to carry out specific industrial redox transformations
関連キーワード:酸化還元、電子移動、酸化剤、還元剤、電気化学、化学反応。

歴史的背景

酸化還元反応における電子移動

1916
1917
1918
1920
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1921
1922
1915-11
1916
1918
1919-05-29
1920
1920
1921
1924

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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