مواد اکسیدکننده: موادی که موجب تشدید واکنشهای شیمیایی و آتشسوزی میشوند
دنیای پنهان مواد اکسیدکننده
اکسیدکننده چیست و چگونه کار میکند؟
در شیمی، به واکنشی که در آن الکترونها بین مواد مبادله میشود، واکنش اکسایش-کاهش[2] میگویند. در این میان، مواد اکسیدکننده نقش گیرنده الکترون را بازی میکنند. یعنی آنها از ماده دیگری الکترون میگیرند و باعث میشوند آن ماده «اکسید» شود. در مقابل، موادی که الکترون از دست میدهند، کاهنده[3] نام دارند. سادهترین و رایجترین اکسیدکننده، اکسیژن هواست که همه ما با آن تنفس میکنیم.
اما این فرآیند فقط محدود به گرفتن الکترون نیست. در گذشته، شیمیدانها هر واکنشی که در آن اکسیژن به مادهای اضافه میشد را اکسایش مینامیدند. مانند زنگ زدن آهن که در آن، آهن با اکسیژن هوا ترکیب میشود. امروزه این دو تعریف در کنار هم قرار گرفتهاند و درک مفهوم اکسیدکننده را کامل میکنند.
دستهبندی و مثالهای ملموس از مواد اکسیدکننده
مواد اکسیدکننده فقط به اکسیژن ختم نمیشوند. آنها میتوانند جامد، مایع یا گاز باشند و بسته به قدرت واکنشپذیری، دستهبندی میشوند. درک این تقسیمبندی به انتخاب صحیح و ایمن آنها کمک میکند.
| نمونه ماده اکسیدکننده | شکل ظاهری و رایج | کاربردها و محل مشاهده | سطح خطر (نمونه) |
|---|---|---|---|
| اکسیژن (O₂) | گاز بیرنگ و بیبو | تنفس، سوختن شمع و آتش، زنگ زدن آهن | متوسط |
| پراکسید هیدروژن (H₂O₂) | مایع بیرنگ (در داروخانهها) | ضدعفونیکننده زخم، رنگبری، سفید کردن | با غلظت بالا خطرناک |
| کلر (Cl₂) | گاز سبز-زرد با بوی تند | گندزدایی استخر و آب آشامیدنی | قوی و سمی |
| نیترات پتاسیم (KNO₃) | جامد بلوری سفید | ساخت باروت و مواد آتشبازی | قوی (با مواد آلی) |
همانطور که در جدول مشاهده میشود، برخی از این مواد در زندگی روزمره ما حضور دارند اما فرم غلیظ یا ترکیب آنها با مواد دیگر میتواند بسیار خطرناک باشد. برای مثال، پراکسیدهای آلی بسیار ناپایدار و قابل اشتعال هستند و یا اسید نیتریک و اسید پرکلریک هم اکسیدکننده قوی و هم خورنده محسوب میشوند.
نقش اکسیدکنندهها در تشدید آتش و ایجاد انرژی
احتراق یا سوختن، نمونه بارز یک واکنش اکسایش سریع و گرماده است. در این واکنش سهگانه مثلث آتش (سوخت، حرارت و اکسیدکننده) باید حضور داشته باشد. اکسیدکننده (معمولاً اکسیژن) با گرفتن الکترون از سوخت (مثل چوب یا بنزین)، اجازه میدهد واکنش به سرعت پیش برود و گرما و نور آزاد کند.
اما مواد اکسیدکننده قوی میتوانند این تعادل را تغییر دهند. آنها خودشان لزوماً قابل اشتعال نیستند، اما با ارائه اکسیژن اضافی یا پذیرش سریع الکترون، باعث میشوند:
- موادی که در هوای عادی به راحتی نمیسوزند، مشتعل شوند.
- آتش با شدت و سرعت بیشتری گسترش یابد.
- در برخی موارد، حتی سوختن خودبهخودی و بدون نیاز به جرقه رخ دهد.
یک آزمایش معروف که خطر این مواد را نشان میدهد، مخلوط کردن کلرات پتاسیم (یک اکسیدکننده قوی) با شکر است. با افزودن یک جرقه کوچک یا قطرهای از اسید سولفوریک، واکنش شدیدی رخ میدهد که شکر را به سرعت میسوزاند. دلیل این است که اکسیدکننده، اکسیژن مورد نیاز برای سوختن سریع شکر را فراهم میکند.
این خاصیت در جاهای مفید هم استفاده میشود. در موتور موشک، برای سوختن سوخت در فضای بدون اکسیژن (مثل فضا)، از اکسیدکنندههای مایع قوی مانند تترااکسید دینیتروژن استفاده میکنند. یا در بدن ما، اکسیژنی که تنفس میکنیم به عنوان اکسیدکننده عمل کرده و با اکسید کردن گلوکز، انرژی مورد نیاز سلولها را تولید میکند. معادله ساده شده این واکنش حیاتی به این شکل است:
واکنش تنفس سلولی: گلوکز (کاهنده) با اکسیژن (اکسیدکننده) واکنش داده و انرژی آزاد میکند.
راهنمای ایمنی و اشتباهات رایج در برخورد با اکسیدکنندهها
نکته کلیدی در ایمنی کار با مواد شیمیایی، جلوگیری از تماس ناخواسته و ترکیب آنها با مواد ناسازگار است. اکسیدکنندهها با مواد قابل اشتعال (مانند کاغذ، چوب، حلالهای آلی مانند استون و اتانول)، مواد کاهنده و حتی برخی اسیدها و بازها میتوانند واکنشهای خطرناکی ایجاد کنند.
پاسخ: زیرا حتی بدون وجود شعله آشکار، امکان واکنش خودبهخودی وجود دارد. به عنوان مثال، اگر محلول یک اکسیدکننده روی یک دستمال کاغذی (سوخت) ریخته و خشک شود، اکسیدکننده غلیظ شده و میتواند باعث خودسوزانی دستمال شود. همچنین نشت گازهای اکسیدکننده میتواند غلظت اکسیژن محیط را بالا برده و خطر اشتعال پذیری هر مادهای را افزایش دهد.
پاسخ: بلافاصله ناحیه آلوده را با مقدار زیاد آب به مدت حداقل 15 دقیقه بشویید و لباسهای آلوده را درآورید. سپس به دنبال کمک پزشکی باشید. هرگز از ماده خنثیکننده دیگری روی پوست استفاده نکنید، زیرا ممکن است واکنش گرماده خطرناکی ایجاد کند.
دستهبندی عمومی اصول ایمنی برای اکسیدکنندهها به شرح زیر است:
- نگهداری: در ظروف مناسب، دور از گرما و نور خورشید و جدا از مواد قابل اشتعال و کاهنده.
- حمل و نقل: از ظروف مقاوم و دربدار استفاده شود و از نشت آنها جلوگیری گردد.
- حفاظت فردی: استفاده از دستکش (مانند نیتریل)، عینک ایمنی، لباس آزمایشگاهی بلند و کفش بسته الزامی است. در صورت کار با مقادیر زیاد یا مواد فرار، استفاده از هود بخار ضروری است.
- دفع: ضایعات اکسیدکننده را نباید با زبالههای معمولی یا ضایعات آلی مخلوط کرد. باید طبق دستورالعملهای ایمنی و قوانین محیط زیستی دفع شوند.
پاورقی و واژهنامه
۱. مواد اکسیدکننده (Oxidizing Agents/Oxidizers): موادی که در یک واکنش شیمیایی الکترون میگیرند و باعث اکسید شدن ماده دیگری میشوند.
۲. واکنش اکسایش-کاهش (Redox Reaction): واکنشی که در آن انتقال الکترون بین گونههای شیمیایی رخ میدهد. ترکیبی از دو نیمواکنش اکسایش (از دست دادن الکترون) و کاهش (گرفتن الکترون) است.
۳. عامل کاهنده (Reducing Agent/Reductant): مادهای که در یک واکنش شیمیایی الکترون از دست میدهد و خودش اکسید میشود.
۴. پراکسید (Peroxide): ترکیبی که دارای پیوند اکسیژن-اکسیژن (O-O) است. پراکسیدهای آلی ناپایدار و بسیار قابل اشتعال هستند.
۵. خودسوزانی (Spontaneous Combustion): پدیدهای که در آن یک ماده بدون وجود شعله یا جرقه خارجی و در اثر واکنش شیمیایی درونی (مانند اکسایش) مشتعل میشود.
