酸化還元反応（半反応式の作り方―呼吸反応）

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• 酸化還元反応の半反応式の作り方（酸素呼吸の例）
  • 　先コースで呼吸反応の前後のエネルギー差を求めて、生物が得られるエネルギーを求めました。呼吸反応の反応式で記したのは、酸化還元反応の全反応です。呼吸反応のような酸化還元反応は、電子を受け取る物質の半反応、電子を与える半反応、２つの半反応の組み合わせで成り立ちます。
    

    
    

    　酸化還元反応の全反応を半反応に分けるやり方を覚えてください。一般的な化学教科書で詳しく説明されているので、そちらでジックリ学ぶのをお勧めします。いろいろ、やり方が示されていますが、以下に一つのやり方を記しておきます。

    
    

    ホルムアルデヒド（CH₂O）を酸素（O₂）で酸化して、二酸化炭素（CO₂）と水（H₂O）ができる全反応（酸化還元反応）を二つの半反応に分けます。下の図と合わせて、手順を理解してください。

    ① 全反応の各元素の酸化数を書き出す。Hは＋1価、化合物中のOは－2価、O₂分子のOは0価とする。酸化数が変わる元素はCとOであるから、CとOそれぞれについて半反応式をつくる。

    ②Cを含む物質変化と電子の移動量、Oを含む物質変化と電子の移動量を記す。

    ③Oの収支を合わせる。Hの収支を合わせる。水分子が十分にあることを想定して、H₂O、H⁺、OH^-を加える。

    ④個別の半反応式では、どちら方向にも進み得るので、両辺をイコールで結ぶ。電子を左辺に配置する。

    
    

    
    

    
    

    
    

  • 　先コースで呼吸反応の前後のエネルギー差を求めて、生物が得られるエネルギーを求めました。呼吸反応の反応式で記したのは、酸化還元反応の全反応です。呼吸反応のような酸化還元反応は、電子を受け取る物質の半反応、電子を与える半反応、２つの半反応の組み合わせで成り立ちます。
    

    
    

    　酸化還元反応の全反応を半反応に分けるやり方を覚えてください。一般的な化学教科書で詳しく説明されているので、そちらでジックリ学ぶのをお勧めします。いろいろ、やり方が示されていますが、以下に一つのやり方を記しておきます。

    
    

    ホルムアルデヒド（CH₂O）を酸素（O₂）で酸化して、二酸化炭素（CO₂）と水（H₂O）ができる全反応（酸化還元反応）を二つの半反応に分けます。下の図と合わせて、手順を理解してください。

    ① 全反応の各元素の酸化数を書き出す。Hは＋1価、化合物中のOは－2価、O₂分子のOは0価とする。酸化数が変わる元素はCとOであるから、CとOそれぞれについて半反応式をつくる。

    ②Cを含む物質変化と電子の移動量、Oを含む物質変化と電子の移動量を記す。

    ③Oの収支を合わせる。Hの収支を合わせる。水分子が十分にあることを想定して、H₂O、H⁺、OH^-を加える。

    ④個別の半反応式では、どちら方向にも進み得るので、両辺をイコールで結ぶ。電子を左辺に配置する。

    
    

    
    

    
    

    
    

  • 半反応式の作り方（硝酸呼吸の例）

    
    

    　硝酸呼吸（硝酸還元）の半反応式を作ります。酸素呼吸の半反応にて、有機物（ホルムアルデヒド）が酸化される半反応式は共通なので、以下では硝酸還元の半反応式だけを導きます。

    　硝酸が還元されて、窒素分子（N₂）になる半反応です。 

    ① NO₃^-が還元されてN₂になる半反応式を求めたい。それを→で結ぶ。

    ② 両辺のN量を合せる

    ③ O, Hの収支を合わせる。まず、Oをあわせるため、右辺に6H₂Oをおく。

    ④ つぎに、Hを合わせるため、左辺に12H⁺をおく。

    ⑤ 電子の移動量を調べるため、Nの酸化数を記す。NO₃^-のNの酸化数をxとおいて求める。N₂のN酸化数ゼロから、2NO₃^-のN酸化数＋5に変化するので、電子の移動量は2(5e^-)である。

    ⑥ 移動する電子量(10e^-)を加える。左辺と右辺の電荷バランスをチェックする。両辺ともに0なのでOKである。（仮に10e^-を右辺におくと、左辺の電荷が+10、右辺が－10になり、バランスしないので誤りであることがわかる）e^-が左辺にくるように、両辺入れ替えてイコールで結ぶ。（上のケースでは、元々左辺にe^-が配置されているので、入れ替え無し）

    
    

    
    

    
    

    
    

    
    

  • 半反応式の作り方（有機物酸化（CH₂O →  HCO₃^－ )の例）

    
    

    　水中のホルムアルデヒド（CH₂O）が酸化されて、炭酸水素イオン（HCO₃^-）が発生する半反応式を作ります。先の例では、二酸化炭素（CO₂）が発生する式を作りましたが、水中で二酸化炭素は即座に炭酸水素イオンに変わるので、こちらの半反応が生体内で起こっているかもしれません。

    ① CH₂Oが酸化されてHCO₃^-になる半反応式を求めたい。それを→で結ぶ。

    ② 両辺のC量を合せる（元々、C量はあっている）

    ③ O, Hの収支を合わせる。まず、Oをあわせるため、左辺に2H₂Oをおく。

    ④ つぎに、Hを合わせるため、右辺に5H⁺をおく。

    ⑤ 電子の移動量を調べるため、Cの酸化数を記す。CH₂OのSの酸化数をxとおく（0 = x +2 -2）。HCO₃^-のC酸化数をyとおく（-1 = 1+y-6）。CH₂OのCの酸化数０から、HCO₃^-の酸化数+4に変化するので、電子の移動量は4e^-である。

    ⑥ 移動する電子量(4e^-)を加える。左辺と右辺の電荷バランスをチェックする。両辺ともに0なのでOKである。（仮に4e^-を左辺におくと、左辺の電荷が-4、右辺が+4になり、バランスしないので誤りであることがわかる）e^-が左辺にくるように、両辺入れ替えてイコールで結ぶ。（上のケースでは、右辺にe^-が配置されているので、入左辺と右辺を入れ替えてください）