化学反応式の中で電子の移動を考慮することは非常に重要です。特に水の還元反応に関して、「2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻」という式を見たとき、なぜ電子数が2e⁻なのか疑問に感じることがあります。この疑問に対する解答を、反応式と酸化数の視点から解説します。
反応式の理解
「2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻」は、水が還元されて水素ガスと水酸化物イオンが生成される反応を示しています。左辺では水分子2つ（H₂O）が電子を受け取って右辺の生成物に変わります。この式における電子の数について、質問者が感じたように、酸化数の変化を見たときに「4e⁻になるべき」と考えるのは理解できます。しかし、実際には2e⁻が使われます。
酸化数の変化と電子の数
反応式の左辺で水分子（H₂O）の水素原子の酸化数は+1、酸素原子の酸化数は-2です。水分子が水素ガス（H₂）と水酸化物イオン（OH⁻）に変わる際、酸素原子の酸化数はそのまま-2で変化しません。しかし、水素原子の酸化数は、H₂ガスになることで0に変化します。
この水素の酸化数の変化に注目すると、1つの水分子から水素が2つ出るため、2つの水分子（2H₂O）で2e⁻が必要になります。したがって、質問者の指摘通り「酸化数が4e⁻になるべき」と思える理由は、1分子あたり水素が2個で、2分子で4つの水素が変化するためですが、実際の反応では必要なのは2e⁻です。
なぜ2e⁻なのか
水素原子1個がH₂に変化する際には1つの電子が必要です。したがって、2H₂Oが還元される際に必要な電子数は2e⁻です。質問者が「酸化数が4e⁻になるべきだ」と感じたのは、各水素原子が2個の電子を使うと考えたためですが、実際には水分子2つに対して2e⁻というのが正しい計算です。
反応式における電子数は、あくまで水素原子1つあたりの酸化数の変化に基づいて計算されるため、2e⁻が正しい答えとなります。水分子2つから水素ガスが2個放出されるため、これに必要な電子は2e⁻となります。
まとめ
「2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻」という反応式では、電子が2つ必要である理由は、水分子2つに含まれる水素原子がそれぞれ1つずつ電子を受け取って水素ガスに変わるためです。酸化数の変化から計算すると、2e⁻が適切な数であることがわかります。化学反応式を理解するためには、各元素の酸化数の変化を正確に追うことが重要です。
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