تجربة 3: كيمياء منضبطة

‏‌«تلتهم النيران الأرضية ألأشياء أيضا بدرجة سريعة إلى حد ما، تتوقف على مدى قابلية الشيء نفسه الذي تداهمه النيران للاحتراق، من ثم نجحت العبقرية البشرية في اختراع مستحضرات كيميائية لكبح نشاطها أو تثبيطه».

جيمس جويس «portrait of the artist as a young man» 1915

‏ارتد نظارة الأمان الواقية. اغرف ملعقتي طعام (٣٠مليلتر) من محلول خلات الحديد (محلول الخل مضاف إليه الصوف الفولاذي المنحل المدرج في «قائمة المشتريات والمحاليل‌») في طبق بلاستيكي رقيق. أضف ملعقة شاي (٥‏مليلتر) من النشادر. ينبغي أن يتحول لون المحلول الناتج من اللون البرتقالي المائل للبني إلى الأخضر الداكن. الأن صب ملعقة شاي (٥مليلتر) من فوق أكسيد الهيدروجين. يتلون المحلول الناتج بلون أحمر قان مثل لون الجلطة الدموية شديدة الحمرة.

‏ماذا حدث إذن؟ يستوعب الحديد - شأنه في ذلك شأن النيتروجين - أعداداً مختلفة من الإلكترونات التي ترتبط بنواته. تعبر حالة تأكسد عنصر ما في ‏البيئة المتاحة - سواء كان العنصر وحده أو أيونا أو متحدا في مركب - عن حمل العنصر من الإلكترونات في هذه البيئة. يتغير الحديد في التجربة الحالية بين حالتين مختلفتين للأكسدة وهي: أيون الحديد (fe⁺³‏) أو أيون ذو ثلاث شحنات موجبة بمعنى أنه يفقد ثلاث إلكترونات)، وأيون الحديدوز(fe⁺²‏) أو أيون ذو شحنتين موجبتين بمعنى أنه يفقد إلكترونين). ويعتبر فوق الأكسيد هو العامل الذي سبب حدوث التغيير في الحديد.

‏حديدوز + ‏فوق أكسيد الهيدروجين - حديديك + ‏ماء +‏أوكسجين ‏تغيير الحديد من أيون الحديدوز إلى أيون الحديديك لأن فوق الأكسيد يجذب الإلكترونات بعيداً عن الحديد. ويستخدم فوق أكسيد الهيدروجين الإلكترونات الزائدة ليتغير إلى ماء وغاز الأوكسجين الذي يخرج في شكل فقاقيع من المحلول في أثناء التفاعل. ويأخذ المركب الذي يتكون من الحديدوز والنشادر اللون الأخضر. وعندما يتغير فوق الاكسيد أيون الحديدوز إلى حديديك، يقوم النشادر الذي لا يزال في المحلول ولم يتغيير بعد، بتكوين مركب أحمر مع الحديديك. ويطلق على تفاعلات مثل هذه عندما تكتسب العناصر إلكترونات أو تفقد بعضا منها ‌ «تفاعلات الاختزال« (إذا اكتسبت إلكترونات) و‌«تفاعلات الاكسدة‌» (إذا فقدت إلكترونات). ولأن هذه النوعية من التفاعلات يجب أن تحدث في الوقت نفسه، تسمى النتيجة المشتركة بتفاعلات الأكسدة والاختزال، وهي فئة من التفاعلات ذات أهمية في الماضي وفي الحاضر.