산화와 환원의 모든 것

공대생이라면 산화와 환원에 관한 개념을 정말로 많이 들으실 것 같습니다. 산화와 환원에 대한 이야기는 쉽게 설명하면, 정말로 쉽게 이해할 수 있지만, 헷갈리게 말하면 정말 헷갈릴 수 있는 개념인데요. 이와 관련하여 오늘은 산화와 환원의 모든 것에 대해 파헤치는 시간을 가져보고자 합니다.

 

출처 : flickr.com

산화와 환원에 대해서 알아보기에 앞서 우선적으로 왜 물질은 산화와 환원을 하는지, 즉 왜 화학반응을 하는 것일까요? 이에 대해서 고민해본적이 혹시 있으신가요? 이는 바로 자연의 원리입니다. 우주의 법칙은 모든 것은 안정적인 상태를 유지하려는 경향을 가진다는 것입니다. 높은 곳에서 떨어뜨린 공은 낮은 곳으로 이동하려고 합니다. 물은 낮은 곳으로 이동하려고 하고, 높은 열로 가열된 후라이팬은 열이 금새 퍼져 차가워집니다.

 

자연의 법칙은 안정적인 상태를 유지하려는 것이죠. 이것과 마찬가지로, 산화와 환원과 같이 화학 변화를 하는 이유도 안정적인 물질 상태를 가지려는 경향이 강하기 때문입니다. 산화와 환원은 근본적으로 원소가 가진 전자를 주고 받는 것입니다. 전자라는 화폐를 통해서 거래를 하게 되고, 거래를 통해 안정적인 상태를 유지하는 것이죠.

 

산화와 환원은 무엇인가요?

출처 : Wiki

산화와 환원은 전자를 주고받는 화학반응에서 일어나는 것입니다. 우선 화학반응이 무엇인지에 대해서 먼저 알아봅시다. 

 

화학반응

어떤 물질이 자체적으로 또는 다른 물질과 상호작용하여 화학적 성질이 다른 물질로 변하는 현상을 화학반응이라고 한다. 이때 화학결합이 파괴되고 생성되면서 분자를 이루는 원자들의 재배치가 일어난다.

[출처 : 네이버 지식백과]

 

 

화학 반응은 위와 같이 어떤 물질이 자체적으로 다른 물질과 상호 작용하는 것입니다. 또한, 이러한 상호 작용에 수반되는 것이 바로 원자들의 재배치인 것이죠. 우리 주변에서 자주 일어나는 철의 부식에 대해 알아봅시다. 오래된 철로된 물건들은 부식되어서 갈색의 부식된 철을 우리 주변에서는 많이 확인할 수 있습니다. 이는 철과 물이 만나서 반응을 일으키기 때문인데요. 반응식은 다음과 같습니다.

 

Fe -> Fe2+  + 2e-

 

우선 철은 물을 만나면 이온이 됩니다. 전자를 내어놓게 되죠. 그렇다면 물은 어떻게 될까요?

 

H2O -> H+  + OH-

 

물도 위와 같이 이온으로 분리되게 됩니다. 물의 이온과 철은 반응을 하는데요.

 

Fe2+ + 2(OH)-  -> Fe(OH)2

 

위와 같이 철은 산화철을 형성하게 됩니다. 그래서 물과 만나 산화철이 되면 우리가 겉보기에는 부식이 일어난 것을 확인할 수 있습니다. 이러한 반응이 일어나는 이유도 근본적으로 순수한 철 상태보다, 이렇게 부식된 상태가 화학적으로 더욱 안정적인 상태이기 때문입니다.

 

이러한 화학반응에서 우리는 산화와 환원이라는 개념을 찾을 수 있습니다. 인간이 정의한 개념이기에, 이러한 산화와 환원은 화학반응을 더 잘 이해하기 위한 개념이라고 생각하시면 될 것 같습니다. 

 

 

산화와 환원은 무엇인가?

산화란 기본적으로 산소를 얻는 반응을 산화라고 표현합니다. 산소를 얻는다는 것은 무엇을 의미할까요? 산화와 환원의 개념에 대해 살펴볼 수 있는 이산화탄소의 형성반응에 대해 먼저 알아봅시다. 화학반응식은 다음과 같습니다.

 

C(s) + O2(g) -> CO2(g)

 

위와 같은 반응식을 통해서 이산화탄소는 형성되게 되는데요. 이때, 산소를 얻은 탄소(C)는 우리는 산화되었다고 표현합니다. 즉, 산화는 산소를 얻는 반응입니다. 또 다른 관점에서는 탄소는 산화수가 0에서 +4로 증가하게 되었는데요. 산화된다는 것은 산화수가 증가된다는 것을 의미하는 것을 알 수 있습니다. 또한, 산화수의 증가는 전자를 잃었다는 것을 의미합니다. 환원은 산화와 반대의 개념이기에 위의 관점에서 반대의 정의이겠죠. 정리하자면,

 

산화되었다는 것은...

산소를 얻는 것

산화수가 증가하는 것

전자를 잃는 것

 

환원되었다는 것은...

산소를 잃는 것

산화수가 감소하는 것

전자를 얻는 것

 

근본적으로 산화와 환원은 정말로 헷갈리기 쉬운 개념입니다. 인간이 화학반응식을 이해하려고 만들어낸 개념이기에, 양쪽 다 외우시는 것은 헷갈리기 쉽습니다. 한 쪽만 정확하게 기억하고 계시다가, 다른 쪽은 반대의 개념이라는 것만 이해하고 계신다면 화학반응식에서 산화와 환원 반응에 대해 이해하는 것은 쉬울 것으로 생각합니다. 포스팅이 도움이 되었기를 바라며, 이상으로 포스팅 마치겠습니다. 감사합니다.