Mga Oxidation Number, Redox Agent, at Pagbabalanse ng Half-Reaction

Ano ang itinatala ng oxidation number

Ang oxidation number ay ang karga na dadalhin ng isang atom kung ang bawat bond sa pagitan ng magkakaibang atom ay ganap na ionic, na ibinibigay ang pinagsasaluhang mga electron sa mas electronegative na atom; ang mga electron na pinagsasaluhan ng magkakaparehong atom ay hinahati nang pantay. Pormal itong bilang, hindi sinukat na karga. Sa tubig, itinatalaga ang −2 sa oxygen at +1 sa bawat hydrogen, kahit mas maliit nang husto ang totoong bahagyang karga.

Ang oxidation ay pagtaas ng oxidation number, na katumbas ng pagkawala ng mga electron. Ang reduction ay pagbaba ng oxidation number, pagkakuha ng mga electron. Palaging sabay na nangyayari ang dalawa, dahil ang mga electron na nawala ng isang species ay dapat makuha ng isa pa. Sa anumang redox equation, ang kabuuang pagtaas ng oxidation number ay katumbas ng kabuuang pagbaba, at nakasandig ang bawat paraan ng pagbabalanse sa pagkakapantay na iyon.

Pagtatalaga ng mga oxidation number ayon sa pagkakasunod ng prayoridad

Ilapat ang mga tuntunin mula sa itaas ng listahan pababa. Kapag nagbanggaan ang dalawang tuntunin, nananaig ang mas mataas, at ang huling hindi alam na atom sa isang formula ay nahahanap sa pamamagitan ng pagkakaiba.

Para sa dihydrogen phosphate ion, H₂PO₄⁻: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, kaya P = +5. Para sa tetrathionate ion, S₄O₆²⁻: 4S + 6(−2) = −2, kaya ang apat na atom ng sulfur ay may kabuuang +10 at ang average ay +2.5. Ang praksyonal na resulta ay nangangahulugang ang mga atom ng parehong elemento ay nasa magkakaibang kapaligiran at ang iniuulat na numero ay average. Ang magnetite, Fe₃O₄, ay may average na +8/3 dahil naglalaman ito ng isang Fe²⁺ sa bawat dalawang Fe³⁺.

• Ang atom sa purong elemento ay 0 (Fe, O₂, S₈).
• Ang monatomic na ion ay katumbas ng karga nito (ang Mg²⁺ ay +2, ang Br⁻ ay −1).
• Ang mga oxidation number sa isang formula ay nagsasama sa kabuuang karga nito.
• Ang fluorine ay −1 sa lahat ng compound nito.
• Ang mga metal ng group 1 ay +1 at ang mga metal ng group 2 ay +2 sa mga compound.
• Ang hydrogen ay +1 kasama ang mga nonmetal at −1 sa mga metal hydride tulad ng NaH.
• Karaniwang −2 ang oxygen, ngunit −1 sa mga peroxide (H₂O₂), −½ sa mga superoxide (KO₂), at +2 sa OF₂.
• Karaniwang −1 ang chlorine, bromine, at iodine, maliban kapag nakabond sa oxygen o sa mas magaan na halogen.

Pagpapangalan sa oxidizing agent at sa reducing agent

Ang oxidizing agent ay tumatanggap ng mga electron at nagiging sanhi ng pag-oxidize ng iba, kaya ito mismo ay na-reduce. Ang reducing agent ay nagbibigay ng mga electron at ito mismo ang na-oxidize. Pangalanan ang buong species sa halip na isang atom.

Isaalang-alang ang 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l). Tumataas ang iron mula +2 tungong +3, kaya ang Fe²⁺ ay na-oxidize at siyang reducing agent. Bumababa ang oxygen mula −1 sa peroxide tungong −2 sa tubig, kaya ang H₂O₂ ay na-reduce at siyang oxidizing agent. Nananatiling +1 ang hydrogen sa buong panahon. Ang dalawang ion ng iron ay bawat isa'y nawawalan ng isang electron at ang dalawang atom ng oxygen sa peroxide ay bawat isa'y nakakakuha ng isa, kaya dalawang electron ang nawala at dalawa ang nakuha.

Maaaring gampanan ng isang species ang dalawang papel. Sa Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O, ang isang atom ng chlorine ay mula 0 tungong −1 at ang isa pa ay mula 0 tungong +1. Ito ay disproportionation, at ang Cl₂ ay parehong oxidizing at reducing agent.

Pagbabalanse ng half-reaction sa acidic na solusyon

Ang paghihiwalay ng oxidation sa reduction ay nagbibigay-daan para balansehin ang bawat paglilipat ng electron nang mag-isa, saka pagsamahin ang mga kalahati para magkansela ang mga electron. Nagbibigay ang tubig ng mga atom ng oxygen at nagbibigay ang H⁺ ng mga atom ng hydrogen dahil iyon ang mga species na talagang naroroon sa acidic na tubig.

Halimbawang may solusyon 1. Sa acid, ino-oxidize ng dichromate ang nitrite: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. Ang chromium ay mula +6 tungong +3 at ang nitrogen ay mula +3 tungong +5. Kalahating oxidation: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, na may kargang −1 sa bawat panig. Kalahating reduction: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, na may kargang +6 sa bawat panig. Ang anim na electron ay tumutugma sa dalawang atom ng chromium na nagbabago ng tatlong yunit bawat isa.

I-multiply ang kalahating oxidation sa 3 para ang dalawang kalahati ay may 6e⁻, saka pagsamahin: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. Kanselahin ang 6H⁺ at 3H₂O sa bawat panig: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. Pagsusuri: Cr 2 at 2; N 3 at 3; O 7 + 6 = 13 at 9 + 4 = 13; H 8 at 8; karga −2 + 8 − 3 = +3 at +6 − 3 = +3.

• Hatiin ang skeleton equation sa kalahating oxidation at kalahating reduction.
• Balansehin ang bawat elemento maliban sa O at H.
• Balansehin ang O sa pamamagitan ng pagdaragdag ng H₂O, saka balansehin ang H sa pamamagitan ng pagdaragdag ng H⁺.
• Balansehin ang karga sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga electron sa mas positibong panig.
• I-scale ang mga kalahati para magtugma ang mga electron, pagsamahin ang mga ito, at kanselahin ang anumang nasa magkabilang panig.
• Suriin ang mga atom at karga, at tiyaking walang natitirang electron.

Pag-aangkop ng paraan para sa basic na solusyon

Sa basic na solusyon, sagana ang OH⁻ at hindi dapat maglaman ng H⁺ ang huling equation. Magbalanse na parang acidic ang solusyon, saka magdagdag ng sapat na OH⁻ sa magkabilang panig para gawing tubig ang bawat H⁺. Ang pagdaragdag ng parehong species sa magkabilang panig ay nagpapanatili sa balanse ng equation.

Halimbawang may solusyon 2. Ino-oxidize ng hypochlorite ang chromium(III) hydroxide tungong chromate sa base: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. Ang chromium ay mula +3 tungong +6 at ang chlorine ay mula +1 tungong −1. Kalahating oxidation: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. Kalahating reduction: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. Ang least common multiple ng 3 at 2 ay 6, kaya i-doble ang unang kalahati at i-triple ang ikalawa.

Ang pagdaragdag at pagkakansela ay nagbibigay ng 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O. Magdagdag ng 4OH⁻ sa magkabilang panig; sa kanan, ang 4H⁺ + 4OH⁻ ay nagiging 4H₂O. Pinal: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). Pagsusuri: Cr 2 at 2; Cl 3 at 3; O 6 + 3 + 4 = 13 at 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 at 10; karga −7 sa bawat panig.

Karaniwang pagkakamali sa pagtatala ng redox

Karamihan sa mga error sa redox ay mga error sa pagtatala, at bawat isa ay may tiyak na pagsusuri.

Bilang huling pagsubok, kumpirmahin gamit lang ang mga oxidation number na ang mga electron na nawala ay katumbas ng mga electron na nakuha. Sa halimbawang may solusyon 2, ang dalawang atom ng chromium ay bawat isa'y nawawalan ng 3 electron (6 sa kabuuan) at ang tatlong atom ng chlorine ay bawat isa'y nakakakuha ng 2 (6 din).

• Pagpapangalan ng atom bilang agent: isulat na ang Cr₂O₇²⁻ ang oxidizing agent, hindi ang chromium.
• Pagbibilang ng pagbabago bawat atom ngunit hindi bawat formula: ang Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ ay kumukuha ng 6 na electron, hindi 3.
• Paglalagay ng mga electron sa maling panig: produkto sila sa kalahating oxidation at reactant sa kalahating reduction. Kung pumalya ang pagsusuri ng karga, dito muna tumingin.
• Pagbabalanse ng oxygen gamit ang O, O₂, o O²⁻ sa halip na H₂O. Walang malayang oxide ion sa tubig.
• Pag-iwan ng H⁺ sa sagot sa basic na solusyon, o pagkalimot na kanselahin ang tubig pagkatapos magdagdag ng OH⁻.
• Pag-aakalang laging −2 ang oxygen: suriin ang mga peroxide, superoxide, at mga bond na O–F.
• Paghahalo ng notasyon: ang oxidation number ay isinusulat nang may tanda muna (+3); ang karga ng ion ay isinusulat nang may numero muna (3+).