산화와 환원

산화와 환원

붉은색의 구리를 겉불꽃에 넣고 가열하면 검게 변한다. 구리가 산소와 반응하여 검은색의 산화 구리(II)로 변하기 때문이다. 이때 구리는 산소와 결합하므로 산화된 것이다.

검은색으로 변한 산화 구리(II)를 속불꽃에 넣으면 다시 붉은색으로 돌아간다. 속불꽃의 탄소가 산화 구리(II)의 산소와 결합하여 이산화 탄소가 되면서, 산화 구리(II)가 다시 구리로 변하기 때문이다. 이때 산화 구리(II)는 산소를 잃으므로 환원된 것이고, 탄소는 산소와 결합하므로 산화된 것이다.

구리판의 환원
구리판을 겉불꽃에 가열하여 검게 변한 구리판을 속불꽃에 넣으면 원래의 붉은색으로 돌아간다. 그러나 구리판을 꺼내면 다시 검게 변한다. 산화된 구리를 속불꽃에 넣으면 산화 구리(Ⅱ)가 구리로 환원되는데, 환원된 구리가 공기 중으로 빠져나오면 주변에 충분한 양의 산소가 공급된다. 따라서 구리는 산소와 화합하여 다시 산화 구리(Ⅱ)로 산화되는 것이다. 구리의 환원은 속불꽃에서 일시적으로만 관찰할 수 있다.

산화제와 환원제
산화와 환원 반응이 일어날 때 자신은 환원되면서 다른 것을 산화시키는 물질을 산화제라고 하며, 반대로 자신은 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 물질을 환원제라고 한다.
산화 구리(Ⅱ)의 환원 반응에서 산화제 : CuO, 환원제 : C

마그네슘 리본을 드라이아이스 속에 넣고 반응시키면 생기는 흰색 가루와 검은색 가루는 어떤 물질일까? 마그네슘과 이산화 탄소의 반응에서 마그네슘은 산소와 결합하여 흰색 가루인 산화 마그네슘이 되고, 이산화 탄소는 산소를 잃고 검은색 가루인 탄소가 된다. 즉, 마그네슘은 산화되고, 이산화 탄소는 환원된 것이다.

산화 환원 반응은 우리 생활에서 유용하게 쓰인다. 물질의 연소는 대표적인 산화 환원 반응의 예이다. 가정에서 연료로 사용하는 도시가스의 주성분은 메테인이다. 우리가 음식을 조리하거나 난방을 할 때 이용하는 에너지는 메테인이 연소하면서 발생한 것이다. 또한, 우리 몸에서 일어나는 호흡도 산화 환원 반응이다. 탄수화물은 몸속에서 소화되면서 포도당으로 분해된다. 포도당은 산소와 반응하여 생명 활동에 필요한 에너지를 만들고, 이산화 탄소와 물을 생성한다.

마그네슘의 화재 진압 방법
일반적인 화재에는 물을 뿌리거나 이산화탄소 소화기를 사용하여 화재를 진압한다. 그러나 마그네슘으로 인한 화재에서는 두 가지 방법 모두 불가능하다. 마그네슘은 기본적으로 산소와 연소 반응을 일으키지만, 대기 중의 질소, 이산화 탄소, 수증기와도 격렬히 열을 발생시켜 화재를 크게 한다. 마그네슘의 산화 반응은 발열 과정이며, 이때 생성되는 열은 마그네슘의 연소에 연료를 공급하여 더 강한 불꽃을 만든다. 마그네슘, 타이타늄, 지르코늄, 칼륨, 나트륨과 같은 가연성 금속들은 고온에서 연소하며, 물이나 다른 화학 물질과 격렬하게 반응하므로 조심해서 다루어야 한다. 이런 가연성 금속들로 인한 화재에서는 금속-모래 소화기를 사용하여 단순히 불을 덮어서 끄는 방법을 사용한다.

잠깐 퀴즈

1. 어떤 물질이 산소와 결합하는 반응을 (　　)라고 하고, 산소를 잃는 반응을 (　　)이라고 한다.

산화, 환원

2. 액화 석유 가스(LPG)의 주성분인 프로페인(C₃H₈)과 뷰테인(C₄H₁₀)은 연소하여 이산화 탄소와 물을 생성한다. 이 반응에서 산화된 물질을 찾아 화살표로 표시해 보면 다음과 같다.