รีดอกซ์ ( / ˈ r ɛ d ɒ k s / RED -oks , / ˈ r iː d ɒ k s / REE -doks ,การลด-ออกซิเดชัน^{[ 2 ]}หรือออกซิเดชัน-ลด^{[ 3 ] : 150} ) เป็น ปฏิกิริยาเคมีประเภทหนึ่งที่สถานะออกซิเดชันของสารตั้งต้นเปลี่ยนแปลง^{[ 4 ]}ออกซิเดชันคือการสูญเสียอิเล็กตรอนหรือการเพิ่มขึ้นของสถานะออกซิเดชัน ในขณะที่การลดคือการได้รับอิเล็กตรอนหรือการลดลงของสถานะออกซิเดชัน กระบวนการออกซิเดชันและการลดเกิดขึ้นพร้อมกันในปฏิกิริยาเคมี

ปฏิกิริยารีดอกซ์แบ่งออกเป็นสองประเภท ในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยปกติอิเล็กตรอนตัวเดียวจะไหลจากอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลที่ถูกออกซิไดซ์ไปยังตัวที่ถูกรีดิวซ์ ซึ่งมักอธิบายในแง่ของคู่รีดอกซ์และศักยภาพของอิเล็กโทรด ในการถ่ายโอนอะตอม อะตอมจะผ่านจากสารตั้งต้น หนึ่ง ไปยังอีกสารตั้งต้นหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ในการเกิดสนิมของเหล็กสถานะออกซิเดชันของอะตอมเหล็กจะเพิ่มขึ้นเมื่อโลหะเปลี่ยนเป็นออกไซด์ในขณะที่ออกซิเจนจะถูกรีดิวซ์เมื่อรับอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมา แม้ว่าการออกซิเดชันมักเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของออกไซด์ แต่สารเคมีชนิดอื่นก็สามารถทำหน้าที่เดียวกันได้^{[ 5 ]}ในการไฮโดรจีเนชัน พันธะเช่นC=Cจะถูกรีดิวซ์โดยการถ่ายโอนอะตอมไฮโดรเจน

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันเกิดขึ้นทั่วทั้งธรรมชาติและอุตสาหกรรมการหายใจระดับเซลล์และการสังเคราะห์แสงการเผาไหม้และการกัดกร่อนของโลหะ ล้วนเกิดขึ้นผ่านเคมีออกซิเดชัน-รีดักชัน เช่นเดียวกับปฏิกิริยาที่ให้พลังงานแก่แบตเตอรี่และเซลล์ไฟฟ้าเคมีอื่นๆ อุตสาหกรรมใช้ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันในการสกัดโลหะจากแร่โดยการถลุง การชุบ โลหะ ด้วยไฟฟ้าและการผลิตสารเคมี เช่นกรดไนตริกในดิน ตะกอน และน้ำ ความแตกต่างของความเข้มข้นของออกซิเดชัน-รีดักชันเป็นตัวขับเคลื่อนวัฏจักรทางชีว ธรณีเคมี ของธาตุต่างๆ

"Redox" เป็นคำที่เกิดจากการรวมคำว่า "reduction" และ "oxidation" เข้าด้วยกัน คำนี้ถูกใช้ครั้งแรกในบทความปี 1928 โดยLeonor MichaelisและLouis B. Flexner ^{[ 6 ] [ 7 ]}

ปฏิกิริยาออกซิเดชันเป็นกระบวนการที่สารสูญเสียอิเล็กตรอน ส่วนปฏิกิริยารีดักชันเป็นกระบวนการที่สารได้รับอิเล็กตรอน

กระบวนการออกซิเดชันและรีดักชันเกิดขึ้นพร้อมกันและไม่สามารถเกิดขึ้นแยกกันได้^{[ 5 ]}ในกระบวนการรีดอกซ์ ตัวรีดิวซ์จะถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังตัวออกซิไดซ์ ดังนั้น ในปฏิกิริยา ตัวรีดิวซ์หรือตัวรีดิวซ์จะสูญเสียอิเล็กตรอนและถูกออกซิไดซ์ และตัวออกซิไดซ์หรือตัวออกซิไดซ์จะได้รับอิเล็กตรอนและถูกรีดิวซ์ คู่ของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเฉพาะเรียกว่าคู่รีดอกซ์ คู่รีดอกซ์คือสปีชีส์รีดิวซ์และรูปแบบออกซิไดซ์ที่สอดคล้องกัน^{[ 8 ]}เช่นFe²⁺/ เฟ³⁺ปฏิกิริยาออกซิเดชันเพียงอย่างเดียวและปฏิกิริยารีดักชันเพียงอย่างเดียวเรียกว่าปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาเนื่องจากปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาสองปฏิกิริยามักเกิดขึ้นพร้อมกันเพื่อสร้างปฏิกิริยาทั้งหมด^{[ 5 ]}

ในปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้ากระบวนการออกซิเดชันและรีดักชันเกิดขึ้นพร้อมกัน แต่แยกกันในเชิงพื้นที่

เดิมที คำว่าออกซิเดชันหมายถึงปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้างออกไซด์ ต่อมา คำนี้ได้ขยายความหมายให้ครอบคลุมถึงสารที่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีคล้ายกับออกซิเจน ในที่สุด ความหมายก็ถูกทำให้เป็นทั่วไปเพื่อรวมถึงกระบวนการทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียอิเล็กตรอนหรือการเพิ่มขึ้นของสถานะออกซิเดชันของสารเคมี^{[ 9 ] : A49} สารที่มีความสามารถในการออกซิไดซ์สารอื่น (ทำให้สารเหล่านั้นสูญเสียอิเล็กตรอน) เรียกว่าสารออกซิไดซ์หรือสารที่ทำให้เกิดออกซิไดซ์ และรู้จักกันในชื่อตัวแทนออกซิไดซ์ สารออกซิไดซ์จะดึงอิเล็กตรอนออกจากสารอื่น ดังนั้นตัวมันเองจึงถูกรีดิวซ์^{[ 9 ] : A50} เนื่องจากมัน "รับ" อิเล็กตรอน ตัวแทนออกซิไดซ์จึงถูกเรียกว่าตัวรับอิเล็กตรอนด้วย สารออกซิไดซ์มักเป็นสารเคมีที่มีธาตุในสถานะออกซิเดชันสูง^{[ 3 ] : 159} (เช่นN₂โอ₄, MnO⁻ ₄, CrO₃, Cr₂โอ²⁻ ₇, OsO₄) หรือ ธาตุที่ มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี สูง (เช่นO ₂ , F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , I ₂ ) ที่สามารถรับอิเล็กตรอนเพิ่มได้โดยการออกซิไดซ์สารอื่น^{[ 3 ] : 909}

สารออกซิไดเซอร์เป็นสารออกซิแดนต์ แต่คำนี้ส่วนใหญ่สงวนไว้สำหรับแหล่งออกซิเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของการระเบิดกรดไนตริกเป็นสารออกซิไดเซอร์ที่แรง^{[ 10 ]}

สารที่มีความสามารถในการลดสารอื่น (ทำให้สารเหล่านั้นได้รับอิเล็กตรอน) เรียกว่าสารรีดิวซ์หรือสารลด และรู้จักกันในชื่อสารลด สารรีดิวซ์ หรือตัวลด สารรีดิวซ์จะถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังสารอื่นและตัวมันเองจึงถูกออกซิไดซ์^{[ 3 ] : 159} เนื่องจากมันบริจาคอิเล็กตรอน สารลดจึงถูกเรียกว่าผู้บริจาคอิเล็กตรอนด้วย ผู้บริจาคอิเล็กตรอนยังสามารถสร้างสารประกอบการถ่ายโอนประจุกับผู้รับอิเล็กตรอนได้ คำว่าการลดเดิมหมายถึงการสูญเสียน้ำหนักเมื่อให้ความร้อนแก่แร่ โลหะ เช่นโลหะออกไซด์เพื่อสกัดโลหะ กล่าวอีกนัยหนึ่ง แร่ถูก "ลด" ให้เป็นโลหะ^{[ 11 ]}อองตวน ลาวัวซิเยร์แสดงให้เห็นว่าการสูญเสียน้ำหนักนี้เกิดจากการสูญเสียออกซิเจนในรูปก๊าซ ต่อมานักวิทยาศาสตร์ตระหนักว่าอะตอมของโลหะได้รับอิเล็กตรอนในกระบวนการนี้ ความหมายของการลดจึงกลายเป็นเรื่องทั่วไปเพื่อรวมถึงกระบวนการทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการได้รับอิเล็กตรอน^{[ 11 ]}สารเทียบเท่าการลดหมายถึงชนิดของสารเคมีที่ถ่ายโอนเทียบเท่ากับอิเล็กตรอน หนึ่งตัว ในปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน คำนี้พบได้ทั่วไปในชีวเคมี[ ^{12 ] ตัว}เทียบเท่าการลดอาจเป็นอิเล็กตรอนหรืออะตอมไฮโดรเจนในรูปของไอออนไฮไดรด์^{[ 13 ]}

สารรีดิวซ์ในวิชาเคมีมีความหลากหลายมากโลหะธาตุที่มีประจุบวกเช่นลิเธียมโซเดียมแมกนีเซียมเหล็กสังกะสีและอะลูมิเนียมเป็นสาร รีดิวซ์ ที่ ดี โลหะเหล่านี้สามารถบริจาคอิเล็กตรอน ได้ค่อนข้างง่าย^{[ 14 ]}

สารรีเอเจนต์ถ่ายโอนไฮไดรด์_{เช่นNaBH4}และLiAlH4จะถูกรีดิวซ์โดยการถ่ายโอนอะตอม: พวกมันจะถ่ายโอนไฮไดรด์หรือ H− ในปริมาณที่เทียบเท่ากัน^สารรีเอเจนต์เหล่านี้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการรีดิวซ์สารประกอบคาร์บอนิลให้ เป็น แอลกอฮอล์^{[ 15 ] [ 16 ]} วิธีการรีดิวซ์ที่เกี่ยวข้องอีกวิธีหนึ่งคือการใช้ก๊าซไฮโดรเจน (H2 ₎เป็นแหล่งของอะตอม H ^{[ 3 ] : 288}

นักเคมีไฟฟ้าJohn Bockrisเสนอคำว่า electronation และ de-electronation เพื่ออธิบายกระบวนการรีดักชันและออกซิเดชันตามลำดับ เมื่อเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรด^[ 17 ^{]คำเหล่า}นี้คล้ายคลึงกับprotonationและdeprotonation ^{[ 18 ]} IUPACได้รับรองคำว่า electronation ^{[ 19 ]}และ de-electronation [ ^{20 ]}

ปฏิกิริยารีดอกซ์สามารถเกิดขึ้นได้ช้า เช่น การเกิดสนิมหรือเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เช่น ในกรณีของการเผาไหม้เชื้อเพลิงปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเกิดขึ้นภายในเวลาของการผสม^{[ 21 ]}

กลไกของปฏิกิริยาการถ่ายโอนอะตอมมีความแปรผันสูง เนื่องจากอะตอมหลายชนิดสามารถถูกถ่ายโอนได้ และปฏิกิริยาดังกล่าวอาจเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน ในทางตรงกันข้าม ปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนดำเนินไปตามเส้นทางที่แตกต่างกันสองเส้นทาง ในการถ่ายโอนแบบวงใน สารตั้งต้น ทั้งสองจะใช้ ลิแกนด์เชื่อมต่อร่วมกันซึ่งอิเล็กตรอนจะผ่านไป^{[ 22 ]}ในการถ่ายโอนแบบวงนอกอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ระหว่างสารตั้งต้นที่มีเปลือกการประสานงานยังคงอยู่^{[ 23 ]}เฮนรี ทาอูเบได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ในปี 1983 จากการแยกแยะเส้นทางเหล่านี้ผ่าน การทดลองเกี่ยวกับสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะ^{[ 24 ]}

อัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนนอกทรงกลมอธิบายได้ด้วยทฤษฎีของมาร์คัสซึ่งพัฒนาโดย รูดอล์ฟ เอ . มาร์คัส^{[ 25 ]}ทฤษฎีนี้แสดงพลังงานกระตุ้นในรูปของปริมาณสองอย่าง ได้แก่ การเปลี่ยนแปลง พลังงานอิสระ มาตรฐาน ของปฏิกิริยาและพลังงานการจัดเรียงใหม่ ซึ่งเป็นพลังงานที่จำเป็นในการบิดเบือนสารตั้งต้นและตัวทำละลายโดยรอบให้เข้ากับโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ก่อนที่อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่^{[ 25 ]}ทฤษฎีนี้ทำนาย "บริเวณผกผัน" ซึ่งอัตราจะลดลงเมื่อแรงขับเคลื่อนเกินกว่าพลังงานการจัดเรียงใหม่^{[ 25 ]}มาร์คัสได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1992 จากทฤษฎีนี้^{[ 26 ]}

การวิเคราะห์พลังงานพันธะและพลังงานไอออนไนเซชันในน้ำช่วยให้สามารถคำนวณลักษณะทางเทอร์โมไดนามิกของปฏิกิริยารีดอกซ์ได้^{[ 27 ]}

ปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาแต่ละครั้งมีศักย์ไฟฟ้า มาตรฐาน ( E)_{เซลล์}^โอ) ซึ่งเท่ากับความต่างศักย์หรือแรงดันไฟฟ้าที่สมดุลภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานของเซลล์ไฟฟ้า เคมี ซึ่ง ปฏิกิริยา แคโทดเป็นปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งที่พิจารณา และแอโนดเป็นอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐานที่ไฮโดรเจนถูกออกซิไดซ์: ^{[ 28 ]}

1/2 H2 _→ H ⁺ + ^e−​​

ศักย์ไฟฟ้าของปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาแต่ละปฏิกิริยาเรียกอีกอย่างว่า ศักย์รีดักชัน ( E)^โอ_เรด) หรือศักยภาพเมื่อปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งเกิดขึ้นที่แคโทด ศักยภาพการลดเป็นการวัดแนวโน้มของสารออกซิไดซ์ที่จะถูกลดลง ค่าของมันเป็นศูนย์สำหรับ H ⁺ + e ⁻ → 1 ⁄ 2 H ₂ตามคำจำกัดความ เป็นบวกสำหรับสารออกซิไดซ์ที่แรงกว่า H ⁺ (เช่น +2.866 V สำหรับ F ₂ ) และเป็นลบสำหรับสารออกซิไดซ์ที่อ่อนกว่า H ⁺ (เช่น −0.763 V สำหรับ Zn ²⁺ ) ^{[ 9 ] : 873}

สำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันที่เกิดขึ้นในเซลล์ ความต่างศักย์คือ:

อี_{เซลล์}^โอ= E^o _{แคโทด}− อี^o _{แอโนด}

อย่างไรก็ตาม บางครั้งศักยภาพของปฏิกิริยาที่ขั้วบวกจะถูกแสดงในรูปของศักยภาพการออกซิเดชัน :

อี^o _ox= − E^โอ_เรด

ศักยภาพการออกซิเดชันเป็นตัววัดแนวโน้มของสารรีดิวซ์ที่จะถูกออกซิไดซ์ แต่ไม่ได้แสดงถึงศักยภาพทางกายภาพที่ขั้วไฟฟ้า ด้วยสัญลักษณ์นี้ สมการแรงดันไฟฟ้าของเซลล์จึงเขียนด้วยเครื่องหมายบวก

อี_{เซลล์}^โอ= E^สี_{แดง (แคโทด)}+ อี^o _ox(anode)

ในปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนและฟลูออรีนไฮโดรเจนจะถูกออกซิไดซ์และฟลูออรีนจะถูกรีดิวซ์:

H ₂ + F ₂ → 2 HF

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองนี้จะปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมาก (542 kJ ต่อไฮโดรเจน 2 กรัม) เนื่องจากพันธะ HF สองพันธะมีความแข็งแรงกว่าพันธะ HH หนึ่งพันธะและพันธะ FF หนึ่งพันธะมาก^{[ 29 ]}ปฏิกิริยานี้สามารถวิเคราะห์ได้เป็นปฏิกิริยาย่อย สองปฏิกิริยา ปฏิกิริยาออกซิเดชันจะเปลี่ยนไฮโดรเจนให้เป็นโปรตอน :

H ₂ → 2 H ⁺ + 2 e ⁻

ปฏิกิริยารีดักชันจะเปลี่ยนฟลูออรีนให้เป็นไอออนฟลูออไรด์:

F ₂ + 2 e ⁻ → 2 F ⁻

ปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้อิเล็กตรอนหักล้างกัน:

ชม2	→	2 H + + 2 e −
เอฟ2+ 2 e −	→	2 เอฟ−
H 2 + F 2	→	2 H + + 2 F −

โปรตอนและฟลูออไรด์รวมตัวกันเพื่อสร้างไฮโดรเจนฟลูออไรด์ในปฏิกิริยาที่ไม่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน:

2 H ⁺ + 2 F ⁻ → 2 HF

ปฏิกิริยาโดยรวมคือ:

H ₂ + F ₂ → 2 HF

ในปฏิกิริยาประเภทนี้ อะตอม ของโลหะในสารประกอบหรือสารละลายจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมของโลหะอื่น ตัวอย่างเช่นทองแดงจะตกตะกอนเมื่อใส่โลหะสังกะสี ลงในสารละลาย คอปเปอร์(II)ซัลเฟต :

Zn(s) + CuSO ₄ (aq) → ZnSO ₄ (aq) + Cu(s)

ในปฏิกิริยาข้างต้น โลหะสังกะสีจะเข้าไปแทนที่ไอออนทองแดง(II) จากสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต ทำให้เกิดการปลดปล่อยโลหะทองแดงอิสระ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเองได้และให้พลังงาน 213 กิโลจูลต่อสังกะสี 65 กรัม

สมการไอออนิกสำหรับปฏิกิริยานี้คือ:

Zn + Cu ²⁺ → Zn ²⁺ + Cu

จาก ปฏิกิริยาย่อยสอง ปฏิกิริยา จะเห็นได้ว่าสังกะสีถูกออกซิไดซ์:

Zn → Zn ²⁺ + 2 e ⁻

และปริมาณทองแดงก็ลดลง:

Cu ²⁺ + 2 e ⁻ → Cu

• การเปลี่ยนไนเตรตเป็นไนโตรเจนในสภาวะที่มีกรด ( ดีไนตริฟิเคชัน ):

2 หมายเลข−3+ 10 e ⁻ + 12 H ⁺ → N ₂ + 6 H ₂ O

• การเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอนเช่น ในเครื่องยนต์สันดาปภายในจะก่อให้เกิดน้ำคาร์บอนไดออกไซด์สารที่ถูกออกซิไดซ์บางส่วน เช่นคาร์บอนโมโนออกไซด์และพลังงาน ความร้อน ส่วนการออกซิเดชันอย่างสมบูรณ์ของวัสดุที่มีคาร์บอน เป็นองค์ประกอบ จะก่อให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์
• ใน เคมีอินทรีย์กระบวนการออกซิเดชันทีละขั้นตอนของไฮโดรคาร์บอนด้วยออกซิเจนจะทำให้เกิดน้ำ และตามลำดับคือแอลกอฮอล์ อั ลดีไฮด์หรือ คีโตน กรดคาร์บอกซิลิกและสุดท้ายคือเปอร์ออกไซด์

• คำว่าการกัดกร่อนหมายถึง การออกซิเดชันทางเคมีไฟฟ้าของโลหะที่ทำปฏิกิริยากับสารออกซิไดซ์ เช่น ออกซิเจนการเกิดสนิม ซึ่ง เป็นการก่อตัวของออกไซด์ของเหล็กเป็นตัวอย่างที่รู้จักกันดีของการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า โดยเกิดขึ้นจากการออกซิเดชันของ โลหะ เหล็กสนิมทั่วไปมักหมายถึงออกไซด์ของเหล็ก(III)ซึ่งเกิดขึ้นในปฏิกิริยาเคมีดังต่อไปนี้:

4 Fe + 3 O ₂ → 2 Fe ₂ O ₃

• การออกซิเดชันของเหล็ก(II) ไปเป็นเหล็ก(III) โดยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในสภาวะที่มีกรด :

Fe ²⁺ → Fe ³⁺ + e ⁻

H₂O₂ + ₂ ^e⁻ → 2 ^OH⁻_​

ในที่นี้ สมการโดยรวมเกี่ยวข้องกับการบวกสมการรีดักชันเข้ากับสมการออกซิเดชันสองเท่า เพื่อให้อิเล็กตรอนหักล้างกัน:

2 Fe ²⁺ + H ₂ O ₂ + 2 H ⁺ → 2 Fe ³⁺ + 2 H ₂ O

ปฏิกิริยาการไม่สมดุล (Disproportionation reaction) คือปฏิกิริยาที่สารชนิดเดียวถูกออกซิไดซ์และรีดิวซ์ไปพร้อมๆ กัน ตัวอย่างเช่น ไอออน ไทโอซัลเฟตที่มีกำมะถันในสถานะออกซิเดชัน +2 สามารถทำปฏิกิริยาในสภาวะที่มีกรดเพื่อสร้างกำมะถันธาตุ (สถานะออกซิเดชัน 0) และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (สถานะออกซิเดชัน +4)

เอส₂โอ2−3+ 2 H ⁺ → S + SO ₂ + H ₂ O

ดังนั้นอะตอมซัลเฟอร์หนึ่งอะตอมจึงลดลงจาก +2 เป็น 0 ในขณะที่อีกอะตอมหนึ่งถูกออกซิไดซ์จาก +2 เป็น +4 ^{[ 9 ] : 176}

การป้องกันการกัดกร่อนด้วยกระแสไฟฟ้า (Cathodic protection)เป็นเทคนิคที่ใช้ในการควบคุมการกัดกร่อนของพื้นผิวโลหะโดยทำให้โลหะนั้นเป็นขั้วลบ (cathode ) ในเซลล์ไฟฟ้า เคมี วิธีการป้องกันแบบง่ายๆ คือการเชื่อมต่อโลหะที่ต้องการป้องกันเข้ากับ "ขั้วบวกเสียสละ" (sacrificial anode ) ที่สึกกร่อนได้ง่ายกว่าเพื่อทำหน้าที่เป็นขั้วบวกจากนั้นโลหะเสียสละก็จะสึกกร่อนแทนโลหะที่ต้องการป้องกัน

การออกซิเดชันถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท เช่น ในการผลิตผลิตภัณฑ์ทำความสะอาด^และการออกซิไดซ์แอมโมเนียเพื่อผลิตกรดไนตริกซึ่งเส้นทางอุตสาหกรรมหลักคือการออกซิเดชันแบบเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนียในกระบวนการ Ostwald [ ^{30 ]}

ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นพื้นฐานของเซลล์ไฟฟ้าเคมี ซึ่งสามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าหรือสนับสนุนการสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้าแร่โลหะมักมีโลหะในสถานะออกซิไดซ์ เช่น ออกไซด์หรือซัลไฟด์ ซึ่งจะสกัดโลหะบริสุทธิ์ออกมาโดยการถลุงที่อุณหภูมิสูงในที่ที่มีตัวรีดิวซ์^{[ 31 ]}กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าใช้ปฏิกิริยารีดอกซ์เพื่อเคลือบวัตถุด้วยวัสดุบางๆ เช่นชิ้นส่วนรถยนต์ชุบโครเมียม มีด และ ส้อม ชุบเงินการชุบสังกะสีและเครื่องประดับชุบทอง^{[ 32 ]}

กรดแอสคอร์บิก ( วิตามินซีในรูปแบบรีดิวซ์ )

กรดดีไฮโดรแอสคอร์บิก ( วิตามินซี ในรูปออกซิไดซ์ )

กระบวนการ ทางชีวภาพที่สำคัญหลายอย่างเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดอกซ์ ก่อนที่กระบวนการเหล่านี้จะเริ่มต้นได้ ธาตุเหล็กจะต้องถูกดูดซึมจากสิ่งแวดล้อม^{[ 33 ]}

ตัวอย่างเช่น การหายใจระดับเซลล์แบบใช้ออกซิเจนคือการออกซิเดชันของสารตั้งต้น [ในกรณีนี้คือกลูโคส (C ₆ H ₁₂ O ₆ )] และการรีดักชันของออกซิเจนให้กลายเป็นน้ำสมการสรุปสำหรับการหายใจแบบใช้ออกซิเจนคือ:

C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6 O ₂ → 6 CO ₂ + 6 H ₂ O + พลังงาน^{[ 13 ]}

กระบวนการหายใจระดับเซลล์ยังขึ้นอยู่กับการรีดิวซ์NAD ⁺ไปเป็น NADH และปฏิกิริยาย้อนกลับ (การออกซิเดชันของ NADH ไปเป็น NAD ⁺ ) อย่างมาก การสังเคราะห์แสงและการหายใจระดับเซลล์เป็นกระบวนการที่เสริมซึ่งกันและกัน แต่การสังเคราะห์แสงไม่ใช่ปฏิกิริยาย้อนกลับของปฏิกิริยารีดอกซ์ในการหายใจระดับเซลล์:

6 CO ₂ + 6 H ₂ O + พลังงานแสง → C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6 O ₂ ^{[ 13 ]}

พลังงานชีวภาพมักถูกเก็บและปล่อยออกมาโดยใช้ปฏิกิริยารีดอกซ์ การสังเคราะห์แสงเกี่ยวข้องกับการรีดิวซ์คาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นน้ำตาลและการออกซิเดชันของน้ำให้เป็นออกซิเจนโมเลกุล ปฏิกิริยาย้อนกลับคือการหายใจ ซึ่งจะออกซิไดซ์น้ำตาลเพื่อผลิตคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ในขั้นตอนกลาง สารประกอบคาร์บอนที่ถูกรีดิวซ์จะถูกนำมาใช้เพื่อรีดิวซ์นิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ (NAD ⁺ ) ให้เป็น NADH ซึ่งจะช่วยสร้างความแตกต่างของโปรตอนซึ่งขับเคลื่อนการสังเคราะห์อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) และคงอยู่ได้ด้วยการรีดิวซ์ออกซิเจน ในเซลล์สัตว์ไมโตคอนเดรียทำหน้าที่คล้ายกัน^{[ 13 ]}

คำว่าสถานะรีดอกซ์มักใช้เพื่ออธิบายความสมดุลของGSH/GSSG , NAD ⁺ /NADH และNADP ⁺ /NADPHในระบบชีวภาพ เช่นเซลล์หรืออวัยวะสถานะรีดอกซ์สะท้อนให้เห็นในความสมดุลของเมตาบอไลต์หลายชุด (เช่นแลคเตทและไพรูเวต , เบตาไฮดรอกซีบิวทิเรตและอะซีโตอะซิเตต ) ซึ่งการเปลี่ยนแปลงระหว่างกันขึ้นอยู่กับอัตราส่วนเหล่านี้^{[ 34 ]}กลไกรีดอกซ์ยังควบคุมกระบวนการของเซลล์บางอย่าง โปรตีนรีดอกซ์และยีนของพวกมันต้องอยู่ร่วมกันเพื่อการควบคุมรีดอกซ์ตามสมมติฐาน CoRRสำหรับการทำงานของDNAในไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์^{[ 35 ]}

สารประกอบอะโรมาติกจำนวนมากถูก ลด ด้วยเอนไซม์เพื่อสร้างอนุมูลอิสระที่มีอิเล็กตรอนมากกว่าสารประกอบดั้งเดิมหนึ่งตัว โดยทั่วไป ผู้ให้กำเนิดอิเล็กตรอนคือฟลาโวเอนไซม์หรือโคเอนไซม์ ตัวใดตัวหนึ่ง เมื่อเกิดขึ้นแล้ว อนุมูลอิสระแอนไอออนเหล่านี้จะลดออกซิเจนโมเลกุลให้กลายเป็นซูเปอร์ออกไซด์และสร้างสารประกอบดั้งเดิมที่ไม่เปลี่ยนแปลงขึ้นมาใหม่ ปฏิกิริยาสุทธิคือการออกซิเดชันของโคเอนไซม์ของฟลาโวเอนไซม์และการลดออกซิเจนโมเลกุลให้กลายเป็นซูเปอร์ออกไซด์ พฤติกรรมเร่งปฏิกิริยานี้ได้รับการอธิบายว่าเป็นวัฏจักรที่ไร้ประโยชน์หรือวัฏจักรการรีดอกซ์^{[ 36 ]}

โดยทั่วไปแร่ธาตุเป็นอนุพันธ์ออกซิไดซ์ของโลหะ _{เหล็กถูก}ขุดเป็นแร่ เช่นแมกเนไทต์ ( Fe₃O₄ ) _และเฮมาไทต์ (Fe₂O₃ ₎ไทเทเนียม ถูกขุดเป็นไดออกไซด์ ซึ่งมักอยู่ในรูปของรูไทล์ (TiO₂ ₎ออกไซด์เหล่านี้ต้องถูกรีดิวซ์เพื่อให้ได้โลหะที่สอดคล้องกัน ซึ่งมักทำได้โดยการให้ความร้อนออกไซด์เหล่านี้กับคาร์บอนหรือคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นตัวรีดิวซ์ เตาหลอมเหล็กเป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่รวมออกไซด์ของเหล็กและโค้ก (คาร์บอนรูปแบบหนึ่ง) เพื่อผลิตเหล็กหลอมเหลว ปฏิกิริยาเคมีหลักที่ผลิตเหล็กหลอมเหลวคือ: ^{[ 37 ]}

เฟ₂ O ₃ + 3 CO → 2 เฟ + 3 CO ₂

ปฏิกิริยา การถ่ายโอนอิเล็กตรอนเป็นหัวใจสำคัญของกระบวนการและคุณสมบัติหลายอย่างในดิน และศักยภาพรีดอกซ์ซึ่งวัดเป็น Eh (ศักยภาพของอิเล็กโทรดแพลทินัม ( แรงดันไฟฟ้า ) เทียบกับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน) หรือ pe (คล้ายกับ pH ในรูปของ −log กิจกรรมอิเล็กตรอน) เป็นตัวแปรหลักร่วมกับ pH ที่ควบคุมและถูกควบคุมโดยปฏิกิริยาเคมีและกระบวนการทางชีวภาพ การวิจัยเชิงทฤษฎีในช่วงแรกที่มีการประยุกต์ใช้กับดินที่ถูกน้ำท่วมและ การผลิต ข้าวนาปีได้กำหนดรูปแบบงานต่อมาเกี่ยวกับแง่มุมทางอุณหพลศาสตร์ของรีดอกซ์และการเจริญเติบโตของรากพืชในดิน^{[ 38 ]}งานต่อมาได้ขยายไปสู่ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของโลหะหนักการเกิดดินและสัณฐานวิทยา การย่อยสลายและการก่อตัวของสารประกอบอินทรีย์เคมี ของ อนุมูลอิสระ การกำหนด ขอบเขตพื้นที่ชุ่มน้ำการฟื้นฟูดินและวิธีการกำหนดลักษณะสถานะรีดอกซ์ของดิน^{[ 39 ] [ 40 ]}

คำศัพท์สำคัญที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดอกซ์อาจทำให้สับสนได้^{[ 41 ] [ 42 ]}ตัวอย่างเช่น สารที่ถูกออกซิไดซ์จะสูญเสียอิเล็กตรอน แต่สารนั้นจะถูกเรียกว่าตัวรีดิวซ์ ในทำนองเดียวกัน สารที่ถูกรีดิวซ์จะได้รับอิเล็กตรอนและจะถูกเรียกว่าตัวออกซิไดซ์^{[ 43 ]} นักเรียนมักใช้ ตัวช่วยจำเหล่านี้เพื่อช่วยในการจดจำคำศัพท์: ^{[ 44 ]}

• " แท่นขุดเจาะน้ำมัน " — ออกซิเดชันคือการสูญเสียอิเล็กตรอนรีดักชันคือการได้รับอิเล็กตรอน^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}
• "LEO สิงโตพูดว่า GER [grr]" — การสูญเสียอิเล็กตรอนคือออกซิเดชันการได้รับอิเล็กตรอนคือการรีดักชัน^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}
• "LEORA กล่าวว่า GEROA" — การสูญเสียอิเล็กตรอนเรียกว่าออกซิเดชัน (ตัวรีดิวซ์) การได้รับอิเล็กตรอนเรียกว่ารีดักชัน (ตัวออกซิไดซ์) ^{[ 43 ]}
• "แมวแดง" และ "วัวแดง" หรือ "AnOx RedCat" ("วัวแดง-แมว") — ปฏิกิริยารีดักชันเกิดขึ้นที่แคโทด และแอโนดใช้สำหรับการออกซิเดชัน
• "ปฏิกิริยารีดักชันที่แคโทดได้รับ (อิเล็กตรอน) ในขณะที่ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่แอโนดสูญเสีย (อิเล็กตรอน)"
• "PANIC" – ขั้วบวกคือแอโนด และขั้วลบคือแคโทด หลักการนี้ใช้กับเซลล์อิเล็กโทรไลต์ซึ่งปล่อยไฟฟ้าที่เก็บไว้ และสามารถชาร์จใหม่ได้ด้วยไฟฟ้า แต่ PANIC ไม่ได้ใช้กับเซลล์ที่สามารถชาร์จใหม่ได้ด้วยวัสดุรีดอกซ์ เซลล์กัลวานิกหรือโวลตาอิก เหล่านี้ เช่นเซลล์เชื้อเพลิงผลิตไฟฟ้าจากปฏิกิริยารีดอกซ์ภายใน ในกรณีนี้ ขั้วบวกคือแคโทด และขั้วลบคือแอโนด

• ชูริง เจ.; ชูลซ์ เอชดี; ฟิสเชอร์ ดับบลิวอาร์; บอตต์เชอร์ เจ.; ดุจนิสเวลด์, WH, สหพันธ์ (1999) รีดอกซ์: พื้นฐาน กระบวนการ และการประยุกต์ . ไฮเดลเบิร์ก: สปริงเกอร์-แวร์แล็ก. พี 246.hdl : 10013 / epic.31694.d001 ไอเอสบีเอ็น 978-3-540-66528-1.
• Tratnyek, Paul G.; Grundl, Timothy J.; Haderlein, Stefan B., บรรณาธิการ (2011). เคมีรีดอกซ์ในน้ำ . ชุดการประชุมวิชาการ ACS. เล่มที่ 1071. doi : 10.1021/bk-2011-1071 . ISBN 978-0-8412-2652-4.

Wikiquote มีคำคมที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาออกซิเดชัน - รีดักชัน

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน