ऑक्सीकरण संख्याएँ, रेडॉक्स कारक और अर्ध-अभिक्रिया संतुलन

ऑक्सीकरण संख्या क्या दर्ज करती है

ऑक्सीकरण संख्या वह आवेश है जो किसी परमाणु पर तब होता यदि भिन्न परमाणुओं के बीच का हर आबंध पूरी तरह आयनिक होता, और साझा इलेक्ट्रॉन अधिक विद्युत-ऋणात्मक परमाणु को दिए जाते; समान परमाणुओं के बीच साझा इलेक्ट्रॉन बराबर बाँटे जाते हैं। यह औपचारिक गिनती है, मापा गया आवेश नहीं। जल में ऑक्सीजन को −2 और हर हाइड्रोजन को +1 दिया जाता है, भले ही वास्तविक आंशिक आवेश बहुत छोटे हैं।

ऑक्सीकरण ऑक्सीकरण संख्या में वृद्धि है, जो इलेक्ट्रॉनों की हानि के अनुरूप है। अपचयन ऑक्सीकरण संख्या में कमी है, यानी इलेक्ट्रॉनों का लाभ। दोनों हमेशा साथ-साथ होते हैं, क्योंकि एक स्पीशीज़ द्वारा खोए गए इलेक्ट्रॉन किसी दूसरी को मिलने चाहिए। किसी भी रेडॉक्स समीकरण में ऑक्सीकरण संख्या की कुल वृद्धि कुल कमी के बराबर होती है, और हर संतुलन विधि इसी समानता पर टिकी है।

प्राथमिकता क्रम में ऑक्सीकरण संख्याएँ निर्धारित करना

नियमों को सूची के ऊपर से नीचे की ओर लगाएँ। जब दो नियम टकराएँ, तो ऊपर वाला जीतता है, और सूत्र में अंतिम अज्ञात परमाणु अंतर से ज्ञात किया जाता है।

डाइहाइड्रोजन फ़ॉस्फ़ेट आयन, H₂PO₄⁻ के लिए: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, इसलिए P = +5। टेट्राथायोनेट आयन, S₄O₆²⁻ के लिए: 4S + 6(−2) = −2, इसलिए चारों सल्फ़र परमाणुओं का योग +10 है और औसत +2.5 है। भिन्नात्मक परिणाम का अर्थ है कि एक ही तत्व के परमाणु भिन्न परिवेशों में हैं और बताई गई संख्या औसत है। मैग्नेटाइट, Fe₃O₄, का औसत +8/3 है क्योंकि उसमें हर दो Fe³⁺ के लिए एक Fe²⁺ है।

• शुद्ध तत्व में परमाणु की ऑक्सीकरण संख्या 0 होती है (Fe, O₂, S₈)।
• एकपरमाणुक आयन की ऑक्सीकरण संख्या उसके आवेश के बराबर होती है (Mg²⁺ के लिए +2, Br⁻ के लिए −1)।
• सूत्र में ऑक्सीकरण संख्याओं का योग उसके कुल आवेश के बराबर होता है।
• फ़्लुओरीन अपने सभी यौगिकों में −1 होती है।
• यौगिकों में समूह 1 की धातुएँ +1 और समूह 2 की धातुएँ +2 होती हैं।
• हाइड्रोजन अधातुओं के साथ +1 और NaH जैसे धात्विक हाइड्राइडों में −1 होता है।
• ऑक्सीजन आमतौर पर −2 होती है, पर परऑक्साइडों (H₂O₂) में −1, सुपरऑक्साइडों (KO₂) में −½, और OF₂ में +2।
• क्लोरीन, ब्रोमीन और आयोडीन आमतौर पर −1 होते हैं, सिवाय तब जब वे ऑक्सीजन या हल्के हैलोजन से जुड़े हों।

ऑक्सीकारक और अपचायक का नाम बताना

ऑक्सीकारक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है और किसी अन्य का ऑक्सीकरण कराता है, इसलिए वह स्वयं अपचयित होता है। अपचायक इलेक्ट्रॉन देता है और स्वयं ऑक्सीकृत होता है। किसी एक परमाणु के बजाय पूरी स्पीशीज़ का नाम बताएँ।

2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) पर विचार करें। आयरन +2 से +3 पर जाता है, इसलिए Fe²⁺ ऑक्सीकृत होता है और अपचायक है। ऑक्सीजन परऑक्साइड में −1 से जल में −2 पर आती है, इसलिए H₂O₂ अपचयित होता है और ऑक्सीकारक है। हाइड्रोजन पूरे समय +1 रहता है। दो आयरन आयन प्रत्येक एक इलेक्ट्रॉन खोते हैं और परऑक्साइड के दो ऑक्सीजन परमाणु प्रत्येक एक पाते हैं, इसलिए दो इलेक्ट्रॉन खोए जाते हैं और दो पाए जाते हैं।

एक स्पीशीज़ दोनों भूमिकाएँ निभा सकती है। Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O में एक क्लोरीन परमाणु 0 से −1 पर और दूसरा 0 से +1 पर जाता है। यह विषमानुपातन है, और Cl₂ ऑक्सीकारक भी है और अपचायक भी।

अम्लीय विलयन में अर्ध-अभिक्रिया संतुलन

ऑक्सीकरण को अपचयन से अलग करने पर आप हर इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण को अलग से संतुलित कर सकते हैं, फिर दोनों भागों को इस तरह जोड़ सकते हैं कि इलेक्ट्रॉन निरस्त हो जाएँ। जल ऑक्सीजन परमाणु देता है और H⁺ हाइड्रोजन परमाणु देता है क्योंकि अम्लीय जल में वही स्पीशीज़ वास्तव में मौजूद होती हैं।

हल किया गया उदाहरण 1। अम्ल में डाइक्रोमेट नाइट्राइट का ऑक्सीकरण करता है: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻। क्रोमियम +6 से +3 पर और नाइट्रोजन +3 से +5 पर जाता है। ऑक्सीकरण अर्ध: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, हर ओर आवेश −1 के साथ। अपचयन अर्ध: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, हर ओर आवेश +6 के साथ। छह इलेक्ट्रॉन दो क्रोमियम परमाणुओं के प्रत्येक के तीन इकाई बदलने से मेल खाते हैं।

ऑक्सीकरण अर्ध को 3 से गुणा करें ताकि दोनों भागों में 6e⁻ हों, फिर जोड़ें: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺। हर ओर से 6H⁺ और 3H₂O निरस्त करें: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O। जाँच: Cr 2 और 2; N 3 और 3; O 7 + 6 = 13 और 9 + 4 = 13; H 8 और 8; आवेश −2 + 8 − 3 = +3 और +6 − 3 = +3।

• ढाँचा समीकरण को ऑक्सीकरण अर्ध और अपचयन अर्ध में बाँटें।
• O और H को छोड़कर हर तत्व को संतुलित करें।
• H₂O जोड़कर O को संतुलित करें, फिर H⁺ जोड़कर H को संतुलित करें।
• अधिक धनात्मक पक्ष में इलेक्ट्रॉन जोड़कर आवेश संतुलित करें।
• अर्धों को इस तरह गुणा करें कि इलेक्ट्रॉन बराबर हों, उन्हें जोड़ें, और दोनों ओर जो भी हो उसे निरस्त करें।
• परमाणुओं और आवेश की जाँच करें, और पुष्टि करें कि कोई इलेक्ट्रॉन नहीं बचा।

क्षारीय विलयन के लिए विधि का रूपांतरण

क्षारीय विलयन में OH⁻ प्रचुर होता है और अंतिम समीकरण में H⁺ नहीं होना चाहिए। ऐसे संतुलित करें मानो विलयन अम्लीय हो, फिर दोनों ओर इतना OH⁻ जोड़ें कि हर H⁺ जल में बदल जाए। दोनों ओर समान स्पीशीज़ जोड़ने से समीकरण संतुलित रहता है।

हल किया गया उदाहरण 2। क्षार में हाइपोक्लोराइट क्रोमियम(III) हाइड्रॉक्साइड को क्रोमेट में ऑक्सीकृत करता है: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻। क्रोमियम +3 से +6 पर और क्लोरीन +1 से −1 पर जाता है। ऑक्सीकरण अर्ध: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻। अपचयन अर्ध: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O। 3 और 2 का लघुत्तम समापवर्त्य 6 है, इसलिए पहले अर्ध को दोगुना और दूसरे को तिगुना करें।

जोड़ने और निरस्त करने पर 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O मिलता है। दोनों ओर 4OH⁻ जोड़ें; दाईं ओर 4H⁺ + 4OH⁻ का 4H₂O बन जाता है। अंतिम: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l)। जाँच: Cr 2 और 2; Cl 3 और 3; O 6 + 3 + 4 = 13 और 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 और 10; हर ओर आवेश −7।

रेडॉक्स के लेखे की आम गलतियाँ

अधिकतर रेडॉक्स त्रुटियाँ लेखे की त्रुटियाँ होती हैं, और हर एक की एक विशिष्ट जाँच है।

अंतिम परीक्षण के रूप में, केवल ऑक्सीकरण संख्याओं से पुष्टि करें कि खोए गए इलेक्ट्रॉन पाए गए इलेक्ट्रॉनों के बराबर हैं। हल किए गए उदाहरण 2 में दो क्रोमियम परमाणु प्रत्येक 3 इलेक्ट्रॉन खोते हैं (कुल 6) और तीन क्लोरीन परमाणु प्रत्येक 2 पाते हैं (यह भी 6)।

• किसी परमाणु को कारक बताना: लिखें कि Cr₂O₇²⁻ ऑक्सीकारक है, क्रोमियम नहीं।
• परिवर्तन को प्रति परमाणु गिनना पर प्रति सूत्र नहीं: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ में 6 इलेक्ट्रॉन लगते हैं, 3 नहीं।
• इलेक्ट्रॉनों को गलत ओर रखना: वे ऑक्सीकरण अर्ध में उत्पाद और अपचयन अर्ध में अभिकारक होते हैं। यदि आवेश की जाँच विफल हो, तो पहले यहाँ देखें।
• H₂O के बजाय O, O₂ या O²⁻ से ऑक्सीजन को संतुलित करना। मुक्त ऑक्साइड आयन जल में मौजूद नहीं होते।
• क्षारीय विलयन के उत्तर में H⁺ छोड़ देना, या OH⁻ जोड़ने के बाद जल को निरस्त करना भूल जाना।
• यह मान लेना कि ऑक्सीजन हमेशा −2 होती है: परऑक्साइडों, सुपरऑक्साइडों और O–F आबंधों की जाँच करें।
• संकेतन मिला देना: ऑक्सीकरण संख्या पहले चिह्न के साथ लिखी जाती है (+3); आयन का आवेश पहले संख्या के साथ (3+)।