ઓક્સિડેશન આંક, રેડોક્સ કર્તાઓ અને અર્ધ-પ્રક્રિયા સંતુલન

ઓક્સિડેશન આંક શું નોંધે છે

ઓક્સિડેશન આંક એ વીજભાર છે જે પરમાણુ ધરાવશે જો જુદા જુદા પરમાણુઓ વચ્ચેનો દરેક બંધ સંપૂર્ણપણે આયનીય હોય, અને વહેંચાયેલા ઇલેક્ટ્રૉન વધુ વિદ્યુતઋણી પરમાણુને સોંપાય; સરખા પરમાણુઓ વચ્ચે વહેંચાયેલા ઇલેક્ટ્રૉન સરખા ભાગે વહેંચાય છે. તે ઔપચારિક ગણતરી છે, માપેલો વીજભાર નહીં. પાણીમાં, ઑક્સિજનને −2 અને દરેક હાઇડ્રોજનને +1 અપાય છે, ભલે વાસ્તવિક આંશિક વીજભારો ઘણા નાના હોય.

ઓક્સિડેશન એટલે ઓક્સિડેશન આંકમાં વધારો, જે ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવવાને અનુરૂપ છે. રિડક્શન એટલે ઓક્સિડેશન આંકમાં ઘટાડો, ઇલેક્ટ્રૉન મેળવવા. બંને હંમેશાં સાથે થાય છે, કારણ કે એક સ્પીશીઝે ગુમાવેલા ઇલેક્ટ્રૉન બીજીએ મેળવવા પડે છે. કોઈ પણ રેડોક્સ સમીકરણમાં, ઓક્સિડેશન આંકમાં કુલ વધારો કુલ ઘટાડા જેટલો હોય છે, અને દરેક સંતુલન પદ્ધતિ આ સમાનતા પર આધારિત છે.

અગ્રતા ક્રમમાં ઓક્સિડેશન આંક આપવા

નિયમોને યાદીની ઉપરથી નીચે તરફ લાગુ કરો. જ્યારે બે નિયમો ટકરાય, ત્યારે ઉપરનો જીતે છે, અને સૂત્રમાંનો છેલ્લો અજ્ઞાત પરમાણુ તફાવતથી શોધાય છે.

ડાયહાઇડ્રોજન ફૉસ્ફેટ આયન, H₂PO₄⁻ માટે: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, તેથી P = +5. ટેટ્રાથાયોનેટ આયન, S₄O₆²⁻ માટે: 4S + 6(−2) = −2, તેથી ચારેય સલ્ફર પરમાણુઓનો કુલ +10 છે અને સરેરાશ +2.5 છે. અપૂર્ણાંક પરિણામનો અર્થ છે કે એક જ તત્ત્વના પરમાણુઓ જુદા જુદા વાતાવરણમાં છે અને નોંધાયેલો આંક સરેરાશ છે. મૅગ્નેટાઇટ, Fe₃O₄, ની સરેરાશ +8/3 છે કારણ કે તેમાં દરેક બે Fe³⁺ માટે એક Fe²⁺ છે.

• શુદ્ધ તત્ત્વમાં પરમાણુ 0 હોય છે (Fe, O₂, S₈).
• એકપરમાણ્વીય આયન તેના વીજભાર જેટલો હોય છે (Mg²⁺ +2 છે, Br⁻ −1 છે).
• સૂત્રમાંના ઓક્સિડેશન આંકોનો સરવાળો તેના કુલ વીજભાર જેટલો થાય છે.
• ફ્લોરિન તેના બધા સંયોજનોમાં −1 છે.
• સંયોજનોમાં સમૂહ 1 ની ધાતુઓ +1 અને સમૂહ 2 ની ધાતુઓ +2 છે.
• હાઇડ્રોજન અધાતુઓ સાથે +1 અને NaH જેવા ધાતુ હાઇડ્રાઇડમાં −1 છે.
• ઑક્સિજન સામાન્ય રીતે −2 હોય છે, પરંતુ પેરોક્સાઇડ (H₂O₂) માં −1, સુપરઓક્સાઇડ (KO₂) માં −½ અને OF₂ માં +2.
• ક્લોરિન, બ્રોમિન અને આયોડિન સામાન્ય રીતે −1 હોય છે, સિવાય કે ઑક્સિજન સાથે કે હલકા હેલોજન સાથે બંધાયેલા હોય.

ઓક્સિડેશનકર્તા અને રિડક્શનકર્તાને નામ આપવું

ઓક્સિડેશનકર્તા ઇલેક્ટ્રૉન સ્વીકારે છે અને બીજી કોઈ વસ્તુનું ઓક્સિડેશન કરાવે છે, તેથી તે પોતે રિડક્શન પામે છે. રિડક્શનકર્તા ઇલેક્ટ્રૉન આપે છે અને પોતે ઓક્સિડેશન પામે છે. એક પરમાણુને નહીં, આખી સ્પીશીઝને નામ આપો.

2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) નો વિચાર કરો. આયર્ન +2 થી +3 સુધી વધે છે, તેથી Fe²⁺ નું ઓક્સિડેશન થાય છે અને તે રિડક્શનકર્તા છે. ઑક્સિજન પેરોક્સાઇડમાં −1 થી પાણીમાં −2 સુધી ઘટે છે, તેથી H₂O₂ નું રિડક્શન થાય છે અને તે ઓક્સિડેશનકર્તા છે. હાઇડ્રોજન આખા સમય +1 રહે છે. બે આયર્ન આયનો દરેક એક ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવે છે અને બે પેરોક્સાઇડ ઑક્સિજન પરમાણુઓ દરેક એક મેળવે છે, તેથી બે ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવાય છે અને બે મેળવાય છે.

એક સ્પીશીઝ બંને ભૂમિકાઓ ભજવી શકે છે. Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O માં, એક ક્લોરિન પરમાણુ 0 થી −1 અને બીજો 0 થી +1 થાય છે. આ અસમનુપાતન છે, અને Cl₂ ઓક્સિડેશનકર્તા અને રિડક્શનકર્તા બંને છે.

ઍસિડિક દ્રાવણમાં અર્ધ-પ્રક્રિયા સંતુલન

ઓક્સિડેશનને રિડક્શનથી અલગ પાડવાથી તમે દરેક ઇલેક્ટ્રૉન સ્થાનાંતરણને પોતાની રીતે સંતુલિત કરી શકો છો, પછી અર્ધ ભાગોને એવી રીતે જોડો કે ઇલેક્ટ્રૉન કપાઈ જાય. પાણી ઑક્સિજન પરમાણુઓ આપે છે અને H⁺ હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ આપે છે કારણ કે ઍસિડિક પાણીમાં ખરેખર એ જ સ્પીશીઝ હાજર હોય છે.

ઉકેલેલું ઉદાહરણ 1. ઍસિડમાં, ડાયક્રોમેટ નાઇટ્રાઇટનું ઓક્સિડેશન કરે છે: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. ક્રોમિયમ +6 થી +3 અને નાઇટ્રોજન +3 થી +5 થાય છે. ઓક્સિડેશન અર્ધ: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, દરેક બાજુ વીજભાર −1 સાથે. રિડક્શન અર્ધ: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, દરેક બાજુ વીજભાર +6 સાથે. છ ઇલેક્ટ્રૉન બે ક્રોમિયમ પરમાણુઓ સાથે મેળ ખાય છે, જે દરેક ત્રણ એકમથી બદલાય છે.

ઓક્સિડેશન અર્ધને 3 વડે ગુણો જેથી બંને અર્ધમાં 6e⁻ થાય, પછી ઉમેરો: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. દરેક બાજુથી 6H⁺ અને 3H₂O કાપો: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. ચકાસણી: Cr 2 અને 2; N 3 અને 3; O 7 + 6 = 13 અને 9 + 4 = 13; H 8 અને 8; વીજભાર −2 + 8 − 3 = +3 અને +6 − 3 = +3.

• માળખાકીય સમીકરણને ઓક્સિડેશન અર્ધ અને રિડક્શન અર્ધમાં વિભાજિત કરો.
• O અને H સિવાયના દરેક તત્ત્વને સંતુલિત કરો.
• H₂O ઉમેરીને O સંતુલિત કરો, પછી H⁺ ઉમેરીને H સંતુલિત કરો.
• વધુ ધન બાજુએ ઇલેક્ટ્રૉન ઉમેરીને વીજભાર સંતુલિત કરો.
• અર્ધ ભાગોને એવી રીતે ગુણો કે ઇલેક્ટ્રૉન મેળ ખાય, તેમને ઉમેરો, અને બંને બાજુ જે હોય તે કાપી નાખો.
• પરમાણુઓ અને વીજભાર ચકાસો, અને ખાતરી કરો કે કોઈ ઇલેક્ટ્રૉન બાકી નથી.

બેઝિક દ્રાવણ માટે પદ્ધતિનું રૂપાંતર

બેઝિક દ્રાવણમાં, OH⁻ પુષ્કળ હોય છે અને અંતિમ સમીકરણમાં H⁺ ન હોવો જોઈએ. દ્રાવણ ઍસિડિક હોય તેમ સંતુલિત કરો, પછી દરેક H⁺ ને પાણીમાં ફેરવવા માટે બંને બાજુ પૂરતો OH⁻ ઉમેરો. બંને બાજુ એ જ સ્પીશીઝ ઉમેરવાથી સમીકરણ સંતુલિત રહે છે.

ઉકેલેલું ઉદાહરણ 2. બેઝમાં, હાઇપોક્લોરાઇટ ક્રોમિયમ(III) હાઇડ્રૉક્સાઇડનું ક્રોમેટમાં ઓક્સિડેશન કરે છે: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. ક્રોમિયમ +3 થી +6 અને ક્લોરિન +1 થી −1 થાય છે. ઓક્સિડેશન અર્ધ: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. રિડક્શન અર્ધ: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. 3 અને 2 નો લઘુત્તમ સામાન્ય ગુણાકાર 6 છે, તેથી પહેલા અર્ધને બમણો અને બીજાને ત્રણ ગણો કરો.

ઉમેરીને અને કાપીને 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O મળે છે. બંને બાજુ 4OH⁻ ઉમેરો; જમણી બાજુ, 4H⁺ + 4OH⁻ બને છે 4H₂O. અંતિમ: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). ચકાસણી: Cr 2 અને 2; Cl 3 અને 3; O 6 + 3 + 4 = 13 અને 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 અને 10; દરેક બાજુ વીજભાર −7.

રેડોક્સ હિસાબમાં સામાન્ય ભૂલો

મોટા ભાગની રેડોક્સ ભૂલો હિસાબની ભૂલો છે, અને દરેક માટે ચોક્કસ ચકાસણી છે.

અંતિમ કસોટી તરીકે, ફક્ત ઓક્સિડેશન આંકોથી ખાતરી કરો કે ગુમાવેલા ઇલેક્ટ્રૉન મેળવેલા ઇલેક્ટ્રૉન જેટલા છે. ઉકેલેલા ઉદાહરણ 2 માં, બે ક્રોમિયમ પરમાણુઓ દરેક 3 ઇલેક્ટ્રૉન ગુમાવે છે (કુલ 6) અને ત્રણ ક્લોરિન પરમાણુઓ દરેક 2 મેળવે છે (તે પણ 6).

• કર્તા તરીકે પરમાણુને નામ આપવું: ક્રોમિયમ નહીં, Cr₂O₇²⁻ ઓક્સિડેશનકર્તા છે એમ લખો.
• ફેરફારની ગણતરી પ્રતિ પરમાણુ કરવી પણ પ્રતિ સૂત્ર નહીં: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ માટે 6 ઇલેક્ટ્રૉન જોઈએ, 3 નહીં.
• ઇલેક્ટ્રૉનને ખોટી બાજુએ મૂકવા: તે ઓક્સિડેશન અર્ધમાં નીપજો અને રિડક્શન અર્ધમાં પ્રક્રિયકો હોય છે. જો વીજભારની ચકાસણી નિષ્ફળ જાય, તો પહેલા આ જુઓ.
• H₂O ને બદલે O, O₂ કે O²⁻ વડે ઑક્સિજન સંતુલિત કરવો. મુક્ત ઑક્સાઇડ આયનો પાણીમાં હોતા નથી.
• બેઝિક-દ્રાવણના જવાબમાં H⁺ રહેવા દેવો, અથવા OH⁻ ઉમેર્યા પછી પાણી કાપવાનું ભૂલી જવું.
• ધારી લેવું કે ઑક્સિજન હંમેશાં −2 છે: પેરોક્સાઇડ, સુપરઓક્સાઇડ અને O–F બંધો તપાસો.
• સંકેતો ભેળવવા: ઓક્સિડેશન આંક પહેલા ચિહ્ન સાથે લખાય છે (+3); આયન વીજભાર પહેલા સંખ્યા સાથે લખાય છે (3+).