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2021-03-30劃破寂靜的驚天一響 燃燒、爆炸與氧化還原反應
616 期
Author 作者
楊水平／任教於國立彰化師範大學化學系，專長為化學教育。
「黎巴嫩首都貝魯特港口發生嚴重的大爆炸，引起世界各國強烈關注……黎巴嫩官方初步調查顯示，港口倉庫內存放的大量硝酸銨就是這起事件的罪魁禍首。」
去（2020）年8月，黎巴嫩首都貝魯特（Beirut）港口發生嚴重的爆炸消息震撼全球，新聞畫面中的爆炸衝擊波、蕈狀雲與濃煙密布的景象都令人怵目驚心。而在日常生活中，我們也時不時會看見一些火災或化學物質爆炸的報導。其實不論是燃燒或爆炸，都與化學中常見的「氧化還原反應」有關。在理解燃燒和爆炸的氧化還原反應之前，先讓我們來認識與它們有關的氧化和還原，以及何謂氧化還原反應？
氧化還原有三種
在化學反應中，氧化與還原的定義可分為三類：氧轉移、氫轉移、電子轉移，也由於還原和氧化會同時進行，因此這類型的反應稱為氧化還原反應。
「氧轉移」方面的氧化還原反應
在傳統上，氧化的定義為氧的獲得，還原為氧的失去。例如：氧化鐵（Fe2O3）與一氧化碳（CO）反應，生成鐵（Fe）和二氧化碳（CO2），其反應如下所示。氧化劑（Fe2O3）使一氧化碳獲得氧；還原劑（CO）從氧化鐵中除去氧。
「氫轉移」方面的氧化還原反應
另外也有一種氧化的定義是指氫的失去，還原是氫的獲得。此定義常見於有機化學中，例如：乙醇（CH3CH2OH）失去氫發生氧化生成乙醛（CH3CHO）；相反地，乙醛獲得氫發生還原生成乙醇，其反應如下所示。
「電子轉移」方面的氧化還原反應
然而，在化學反應中，氧或氫的轉移並非氧化還原反應的必然要素。以電子轉移的角度來看，氧化是電子的失去，還原則是電子的獲得。例如硫酸銅（CuSO4）與鋅（Zn）反應，生成銅（Cu）和硫酸鋅（ZnSO4）。硫酸銅和硫酸鋅都是離子化合物，而金屬則不是。銅離子（Cu2+）是氧化劑，獲得電子發生還原生成金屬銅（Cu）；鋅（Zn）是還原劑，失去電子發生氧化生成鋅離子（Zn2+）。以淨離子表示，其反應如下所示。
燃燒與氧化還原反應
在理解氧化還原反應之後，我們就可以進一步看看燃燒（combustion）是怎麼一回事。燃燒是一種高溫放熱的氧化還原反應，通常是燃料（還原劑）與大氣中的氧氣（氧化劑）反應，產物大多以氣態的形式被釋出。雖然在最一開始燃燒必須先克服活化能（activation energy）才得以啟動反應，但是在燃燒過程中產生的熱量足以提供活化能，使反應能持續發生。一般而言，燃燒是一種自由基（free radical）反應的複雜過程。……【更多內容請閱讀科學月刊第616期】