Οι αντιδράσεις οξειδωτικής αναγωγής ή "οξειδοαναγωγής" αντιπροσωπεύουν μία από τις σημαντικότερες ταξινομήσεις αντίδρασης στη χημεία. Οι αντιδράσεις περιλαμβάνουν αναγκαστικά τη μεταφορά ηλεκτρονίων από ένα είδος σε άλλο. Οι χημικοί αναφέρονται στην απώλεια των ηλεκτρονίων ως οξείδωση και στην αύξηση των ηλεκτρονίων ως μείωση. Η εξισορρόπηση μιας χημικής εξίσωσης αναφέρεται στη διαδικασία προσαρμογής των αριθμών κάθε αντιδραστηρίου και προϊόντος έτσι ώστε οι ενώσεις στην αριστερή και δεξιά πλευρά του βέλους αντίδρασης - τα αντιδραστήρια και τα προϊόντα, αντίστοιχα - να περιέχουν τον ίδιο αριθμό κάθε τύπου ατόμου . Αυτή η διαδικασία αποτελεί συνέπεια του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής, που δηλώνει ότι η ύλη δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί. Οι επαναλαμβανόμενες αντιδράσεις κάνουν αυτή τη διαδικασία ένα βήμα παραπέρα, εξισορροπώντας επίσης τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε κάθε πλευρά του βέλους γιατί, όπως τα άτομα, τα ηλεκτρόνια κατέχουν μάζα και επομένως διέπονται από τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής.
Γράψτε τη μη ισορροπημένη χημική εξίσωση σε ένα κομμάτι χαρτιού και προσδιορίστε τα οξειδωμένα και μειωμένα είδη εξετάζοντας τα φορτία στα άτομα. Παραδείγματος χάριν, θεωρήστε την ασύμμετρη αντίδραση του υπερμαγγανικού ιόντος MnO4 (-), όπου (-) αντιπροσωπεύει ένα φορτίο στο ιόν αρνητικού και το οξαλικό ιόν, C2O4 (2-) παρουσία οξέος, Η (+) : ΜηΟ4 (-) + C2O4 (2-) + Η (+) - Μη (2+) + C02 + Η2Ο. Το οξυγόνο παίρνει σχεδόν πάντοτε ένα φορτίο αρνητικών δύο σε ενώσεις. Έτσι, το MnO4 (-), εάν κάθε οξυγόνο διατηρεί αρνητικό δύο φορτία και το συνολικό φορτίο είναι αρνητικό, τότε το μαγγάνιο πρέπει να παρουσιάζει ένα φορτίο θετικών επτά. Ο άνθρακας σε C2O4 (2-) παρουσιάζει ομοίως ένα φορτίο θετικών τριών. Από την πλευρά του προϊόντος, το μαγγάνιο διαθέτει ένα φορτίο θετικών δύο και ο άνθρακας είναι θετικός τέσσερα. Έτσι, σε αυτή την αντίδραση, το μαγγάνιο μειώνεται επειδή το φορτίο του μειώνεται και ο άνθρακας οξειδώνεται επειδή το φορτίο του αυξάνεται.
Γράψτε ξεχωριστές αντιδράσεις - αποκαλούμενες μισές αντιδράσεις - για τις διαδικασίες οξείδωσης και αναγωγής και συμπεριλάβετε τα ηλεκτρόνια. Το Mn (+7) σε MnO4 (-) γίνεται Mn (+2) λαμβάνοντας πέντε επιπλέον ηλεκτρόνια (7 - 2 = 5). Οποιοδήποτε οξυγόνο στο MnO4 (-), ωστόσο, πρέπει να γίνει νερό, το H2O ως παραπροϊόν και το νερό δεν μπορεί να σχηματιστεί με άτομα υδρογόνου, H (+). Επομένως, πρωτόνια, H (+) πρέπει να προστεθούν στην αριστερή πλευρά της εξίσωσης. Η ισορροπημένη μισή αντίδραση γίνεται τώρα MnO4 (-) + 8H (+) + 5e → Mn (2+) + 4H2O, όπου το ε αντιπροσωπεύει ένα ηλεκτρόνιο. Η ημι-αντίδραση οξείδωσης παρομοίως γίνεται C2O4 (2-) - 2e → 2C02.
Εξισορροπήστε τη συνολική αντίδραση διασφαλίζοντας ότι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στις αντιδράσεις οξειδώσεως και αναγωγής είναι ίσος. Συνεχίζοντας το προηγούμενο παράδειγμα, η οξείδωση του ιόντος οξαλικού, C2O4 (2-), περιλαμβάνει μόνο δύο ηλεκτρόνια, ενώ η μείωση του μαγγανίου περιλαμβάνει πέντε. Κατά συνέπεια, ολόκληρη η μισή αντίδραση μαγγανίου πρέπει να πολλαπλασιαστεί επί δύο και ολόκληρη η αντίδραση οξαλικού πρέπει να πολλαπλασιαστεί επί πέντε. Αυτό θα φέρει τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε κάθε μισή αντίδραση στα 10. Οι δύο μισές αντιδράσεις γίνονται πλέον 2 MnO4 (-) + 16H (+) + 10e → 2Mn (2+) + 8H2O και 5C204 -) - 10 e → 10 CO2.
Αποκτήστε την ισορροπημένη συνολική εξίσωση συγκεντρώνοντας τις δύο ισορροπημένες μισές αντιδράσεις. Σημειώστε ότι η αντίδραση μαγγανίου περιλαμβάνει το κέρδος των 10 ηλεκτρονίων, ενώ η αντίδραση οξαλικού περιλαμβάνει την απώλεια 10 ηλεκτρονίων. Επομένως τα ηλεκτρόνια ακυρώνονται. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι πέντε οξαλικά ιόντα μεταφέρουν συνολικά 10 ηλεκτρόνια σε δύο υπερμαγγανικά ιόντα. Όταν αθροίζεται, η συνολική ισορροπημένη εξίσωση γίνεται 2 MnO4 (-) + 16H (+) + 5C2O4 (2-) → 2Mn (2+) + 8H2O + 10CO2, που αντιπροσωπεύει ισορροπημένη εξίσωση redox.