أعداد التأكسد والعوامل المؤكسدة والمختزلة وموازنة نصف التفاعل

إيه اللي بيسجّله عدد التأكسد

عدد التأكسد هو الشحنة اللي الذرة كانت هتحملها لو كل الروابط بين الذرات المختلفة أيونية تمامًا، والإلكترونات المشتركة بتتنسب للذرة الأعلى سالبية كهربية؛ أما الإلكترونات المشتركة بين ذرات متطابقة فبتتقسم بالتساوي. هو عدّ شكلي، مش شحنة مقاسة. في الماء، الأكسجين بياخد −2 وكل هيدروجين +1، مع إن الشحنات الجزئية الحقيقية أصغر بكتير.

الأكسدة هي زيادة في عدد التأكسد، وده بيقابل فقد إلكترونات. أما الاختزال فهو نقص في عدد التأكسد، أي كسب إلكترونات. الاتنين بيحصلوا مع بعض دايمًا، لأن الإلكترونات اللي نوع بيفقدها لازم نوع تاني يكسبها. وفي أي معادلة أكسدة واختزال، إجمالي الزيادة في عدد التأكسد بيساوي إجمالي النقص، وكل طرق الموازنة قايمة على المساواة دي.

تحديد أعداد التأكسد بترتيب الأولوية

طبّق القواعد من أول القايمة لتحت. لما قاعدتين تتعارضوا، الأعلى هي اللي تكسب، وآخر ذرة مجهولة في الصيغة بتتلاقي بالفرق.

لأيون فوسفات ثنائي الهيدروجين، H₂PO₄⁻: 2(+1) + P + 4(−2) = −1، فـ P = +5. ولأيون رباعي الثيونات، S₄O₆²⁻: 4S + 6(−2) = −2، فمجموع ذرات الكبريت الأربعة +10 والمتوسط +2.5. النتيجة الكسرية معناها إن ذرات نفس العنصر موجودة في بيئات مختلفة والرقم المذكور متوسط. المجنتيت، Fe₃O₄، متوسطه +8/3 لأنه فيه Fe²⁺ واحد لكل اتنين Fe³⁺.

• الذرة في عنصر نقي = 0 (Fe وO₂ وS₈).
• الأيون أحادي الذرة بيساوي شحنته (Mg²⁺ هو +2، وBr⁻ هو −1).
• أعداد التأكسد في الصيغة مجموعها بيساوي شحنتها الكلية.
• الفلور هو −1 في كل مركباته.
• فلزات المجموعة 1 هي +1 وفلزات المجموعة 2 هي +2 في المركبات.
• الهيدروجين +1 مع اللافلزات و−1 في هيدريدات الفلزات زي NaH.
• الأكسجين عادةً −2، لكنه −1 في فوق الأكاسيد (H₂O₂)، و−½ في الأكاسيد الفائقة (KO₂)، و+2 في OF₂.
• الكلور والبروم واليود عادةً −1، ماعدا لما يترابطوا بالأكسجين أو بهالوجين أخف.

تسمية العامل المؤكسد والعامل المختزل

العامل المؤكسد بيستقبل إلكترونات وبيخلّي حاجة تانية تتأكسد، فهو نفسه بيتختزل. أما العامل المختزل فبيدّي إلكترونات وهو نفسه بيتأكسد. سمّي النوع كله مش ذرة واحدة بس.

خد 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l). الحديد بيرتفع من +2 لـ +3، فـ Fe²⁺ بيتأكسد وهو العامل المختزل. والأكسجين بينزل من −1 في فوق الأكسيد لـ −2 في الماء، فـ H₂O₂ بيتختزل وهو العامل المؤكسد. والهيدروجين بيفضل +1 طول الوقت. أيونين حديد كل واحد بيفقد إلكترون وذرتين أكسجين من فوق الأكسيد كل واحدة بتكسب إلكترون، فبيتفقد إلكترونين وبيتكسب إلكترونين.

نوع واحد ممكن يلعب الدورين. في Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O، ذرة كلور بتتغير من 0 لـ −1 والتانية من 0 لـ +1. ده اسمه عدم التناسب، وCl₂ هو العامل المؤكسد والمختزل في نفس الوقت.

موازنة نصف التفاعل في الوسط الحمضي

فصل الأكسدة عن الاختزال بيخلّيك توازن كل انتقال إلكترونات لوحده، وبعدين تجمع النصفين بحيث الإلكترونات تتلغي. الماء بيدّي ذرات الأكسجين وH⁺ بيدّي ذرات الهيدروجين لأن دول الأنواع الموجودة فعلًا في الماء الحمضي.

مثال محلول 1. في الحمض، الديكرومات بتأكسد النتريت: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. الكروم بيتغير من +6 لـ +3 والنيتروجين من +3 لـ +5. نصف الأكسدة: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻، بشحنة −1 في كل طرف. نصف الاختزال: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O، بشحنة +6 في كل طرف. الإلكترونات الستة بتطابق ذرتين كروم كل واحدة بتتغير بتلات وحدات.

اضرب نصف الأكسدة في 3 بحيث النصفين فيهم 6e⁻، وبعدين اجمع: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. اشطب 6H⁺ و3H₂O من كل طرف: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. فحص: Cr 2 و2؛ N 3 و3؛ O 7 + 6 = 13 و9 + 4 = 13؛ H 8 و8؛ الشحنة −2 + 8 − 3 = +3 و+6 − 3 = +3.

• قسّم المعادلة الهيكلية لنصف أكسدة ونصف اختزال.
• وازن كل عنصر ماعدا O وH.
• وازن O بإضافة H₂O، وبعدين وازن H بإضافة H⁺.
• وازن الشحنة بإضافة إلكترونات للطرف الأكتر موجبية.
• ضاعف النصفين بحيث الإلكترونات تتطابق، واجمعهم، واشطب أي حاجة موجودة في الطرفين.
• افحص الذرات والشحنة، وتأكد إن مفيش إلكترونات فاضلة.

تحويل الطريقة للوسط القاعدي

في الوسط القاعدي، OH⁻ وفير والمعادلة النهائية المفروض ما تحتويش على H⁺. وازن كأن المحلول حمضي، وبعدين ضيف OH⁻ كفاية للطرفين عشان كل H⁺ يتحوّل لماء. إضافة نفس النوع للطرفين بتحافظ على توازن المعادلة.

مثال محلول 2. الهيبوكلوريت بيأكسد هيدروكسيد الكروم(III) لكرومات في القاعدة: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. الكروم بيتغير من +3 لـ +6 والكلور من +1 لـ −1. نصف الأكسدة: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. نصف الاختزال: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. المضاعف المشترك الأصغر لـ 3 و2 هو 6، فضاعف النصف الأول واضرب التاني في تلاتة.

الجمع والشطب بيدّي 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O. ضيف 4OH⁻ للطرفين؛ على اليمين، 4H⁺ + 4OH⁻ بتبقى 4H₂O. النهائي: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). فحص: Cr 2 و2؛ Cl 3 و3؛ O 6 + 3 + 4 = 13 و8 + 5 = 13؛ H 6 + 4 = 10 و10؛ الشحنة −7 في كل طرف.

أخطاء شائعة في حساب الأكسدة والاختزال

أغلب أخطاء الأكسدة والاختزال أخطاء حساب، ولكل واحد فحص محدد.

كاختبار أخير، اتأكد بأعداد التأكسد لوحدها إن الإلكترونات المفقودة تساوي المكتسبة. في المثال المحلول 2، ذرتين كروم كل واحدة بتفقد 3 إلكترونات (6 في المجموع) وتلات ذرات كلور كل واحدة بتكسب 2 (برضه 6).

• تسمية ذرة على إنها العامل: اكتب إن Cr₂O₇²⁻ هو العامل المؤكسد، مش الكروم.
• عدّ التغير لكل ذرة مش لكل صيغة: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ بياخد 6 إلكترونات، مش 3.
• وضع الإلكترونات في الطرف الغلط: هي نواتج في نصف الأكسدة ومتفاعلات في نصف الاختزال. لو فحص الشحنة فشل، بص هنا الأول.
• موازنة الأكسجين بـ O أو O₂ أو O²⁻ بدل H₂O. أيونات الأكسيد الحرة مش موجودة في الماء.
• ترك H⁺ في إجابة الوسط القاعدي، أو نسيان شطب الماء بعد إضافة OH⁻.
• افتراض إن الأكسجين دايمًا −2: دوّر على فوق الأكاسيد والأكاسيد الفائقة وروابط O–F.
• خلط الترميز: عدد التأكسد بيتكتب بالإشارة الأول (+3)؛ وشحنة الأيون بتتكتب بالرقم الأول (3+).