Oxunartölur, oxunar- og afoxunarefni og jöfnun með hálfhvörfum

Hvað oxunartala skráir

Oxunartala er hleðslan sem atóm myndi bera ef sérhvert tengi milli ólíkra atóma væri fullkomlega jónískt, með sameiginlegu rafeindunum eignuðum rafneikvæðara atóminu; rafeindum sem deilt er á milli eins atóma er skipt jafnt. Hún er formleg talning, ekki mæld hleðsla. Í vatni fær súrefni −2 og hvert vetnisatóm +1, þótt raunverulegu hlutahleðslurnar séu miklu minni.

Oxun er hækkun oxunartölu, sem samsvarar tapi rafeinda. Afoxun er lækkun oxunartölu, upptaka rafeinda. Þetta tvennt gerist alltaf saman, því rafeindir sem ein tegund missir verður önnur tegund að taka upp. Í hverri redoxjöfnu er heildarhækkun oxunartölu jöfn heildarlækkun, og hver jöfnunaraðferð byggist á þeirri jöfnu.

Oxunartölur ákvarðaðar í forgangsröð

Beittu reglunum ofan frá og niður listann. Þegar tvær reglur stangast á vinnur sú hærri og síðasta óþekkta atómið í formúlu er fundið með mismun.

Fyrir tvívetnisfosfatjónina, H₂PO₄⁻: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, svo P = +5. Fyrir tetraþíónatjónina, S₄O₆²⁻: 4S + 6(−2) = −2, svo brennisteinsatómin fjögur eru samtals +10 og meðaltalið er +2.5. Brotatala þýðir að atóm sama frumefnis eru í ólíku umhverfi og talan sem gefin er upp er meðaltal. Magnetít, Fe₃O₄, hefur meðaltalið +8/3 því það inniheldur eina Fe²⁺ fyrir hverjar tvær Fe³⁺.

• Atóm í hreinu frumefni er 0 (Fe, O₂, S₈).
• Einatóma jón jafngildir hleðslu sinni (Mg²⁺ er +2, Br⁻ er −1).
• Oxunartölurnar í formúlu leggjast saman í heildarhleðslu hennar.
• Flúor er −1 í öllum efnasamböndum sínum.
• Málmar í 1. flokki eru +1 og málmar í 2. flokki +2 í efnasamböndum.
• Vetni er +1 með málmleysingjum og −1 í málmhýdríðum eins og NaH.
• Súrefni er yfirleitt −2, en −1 í peroxíðum (H₂O₂), −½ í ofuroxíðum (KO₂) og +2 í OF₂.
• Klór, bróm og joð eru yfirleitt −1, nema þegar þau eru tengd súrefni eða léttari halógeni.

Oxunarefnið og afoxunarefnið nefnd

Oxunarefnið tekur við rafeindum og veldur því að eitthvað annað oxast, svo það afoxast sjálft. Afoxunarefnið gefur rafeindir og oxast sjálft. Nefndu alla tegundina frekar en eitt atóm.

Lítum á 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l). Járn hækkar úr +2 í +3, svo Fe²⁺ oxast og er afoxunarefnið. Súrefni lækkar úr −1 í peroxíðinu í −2 í vatni, svo H₂O₂ afoxast og er oxunarefnið. Vetni er áfram +1 allan tímann. Tvær járnjónir missa hvor eina rafeind og tvö peroxíðsúrefnisatóm taka hvort upp eina, svo tvær rafeindir tapast og tvær eru teknar upp.

Ein tegund getur gegnt báðum hlutverkum. Í Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O fer eitt klóratóm úr 0 í −1 og hitt úr 0 í +1. Þetta er misvægishvarf og Cl₂ er bæði oxunarefni og afoxunarefni.

Jöfnun með hálfhvörfum í súrri lausn

Að skilja oxun frá afoxun gerir þér kleift að jafna hvern rafeindaflutning fyrir sig og sameina síðan helmingana þannig að rafeindirnar styttist út. Vatn leggur til súrefnisatóm og H⁺ leggur til vetnisatóm því það eru tegundirnar sem eru raunverulega til í súru vatni.

Dæmi 1. Í sýru oxar díkrómat nítrít: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. Króm fer úr +6 í +3 og köfnunarefni úr +3 í +5. Oxunarhelmingur: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, með hleðslu −1 hvorum megin. Afoxunarhelmingur: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, með hleðslu +6 hvorum megin. Rafeindirnar sex samsvara tveimur krómatómum sem breytast um þrjár einingar hvort.

Margfaldaðu oxunarhelminginn með 3 þannig að báðir helmingar innihaldi 6e⁻ og leggðu saman: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. Styttu út 6H⁺ og 3H₂O hvorum megin: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. Athugun: Cr 2 og 2; N 3 og 3; O 7 + 6 = 13 og 9 + 4 = 13; H 8 og 8; hleðsla −2 + 8 − 3 = +3 og +6 − 3 = +3.

• Skiptu ójöfnuðu grunnjöfnunni í oxunarhelming og afoxunarhelming.
• Jafnaðu öll frumefni nema O og H.
• Jafnaðu O með því að bæta við H₂O og jafnaðu síðan H með því að bæta við H⁺.
• Jafnaðu hleðslu með því að bæta rafeindum við jákvæðari hliðina.
• Stilltu helmingana þannig að rafeindirnar passi, leggðu þá saman og styttu út allt sem er báðum megin.
• Athugaðu atóm og hleðslu og staðfestu að engar rafeindir séu eftir.

Aðferðinni breytt fyrir basíska lausn

Í basískri lausn er OH⁻ ríkulegt og lokajafnan ætti ekki að innihalda H⁺. Jafnaðu eins og lausnin væri súr, bættu síðan nægilega mörgum OH⁻ við báðum megin til að breyta hverju H⁺ í vatn. Að bæta sömu tegund við báðum megin heldur jöfnunni jafnaðri.

Dæmi 2. Hýpóklórít oxar króm(III)hýdroxíð í krómat í basa: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. Króm fer úr +3 í +6 og klór úr +1 í −1. Oxunarhelmingur: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. Afoxunarhelmingur: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. Minnsta sameiginlega margfeldi 3 og 2 er 6, svo tvöfaldaðu fyrri helminginn og þrefaldaðu þann seinni.

Samlagning og útstytting gefur 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O. Bættu 4OH⁻ við báðum megin; hægra megin verður 4H⁺ + 4OH⁻ að 4H₂O. Lokajafna: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). Athugun: Cr 2 og 2; Cl 3 og 3; O 6 + 3 + 4 = 13 og 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 og 10; hleðsla −7 hvorum megin.

Algeng mistök í bókhaldi redoxhvarfa

Flestar redoxvillur eru bókhaldsvillur og hverri þeirra fylgir sérstök athugun.

Sem lokaprófun skaltu staðfesta með oxunartölum einum saman að rafeindir sem tapast jafngildi rafeindum sem eru teknar upp. Í dæmi 2 missa tvö krómatóm 3 rafeindir hvort (6 samtals) og þrjú klóratóm taka upp 2 hvert (einnig 6).

• Að nefna atóm sem efnið: skrifaðu að Cr₂O₇²⁻ sé oxunarefnið, ekki króm.
• Að telja breytinguna á hvert atóm en ekki á hverja formúlu: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ tekur 6 rafeindir, ekki 3.
• Að setja rafeindir á rangan stað: þær eru myndefni í oxunarhelmingi og hvarfefni í afoxunarhelmingi. Ef hleðsluathugunin mistekst skaltu líta hingað fyrst.
• Að jafna súrefni með O, O₂ eða O²⁻ í stað H₂O. Óbundnar oxíðjónir eru ekki til í vatni.
• Að skilja H⁺ eftir í svari fyrir basíska lausn, eða gleyma að stytta út vatn eftir að OH⁻ er bætt við.
• Að gera ráð fyrir að súrefni sé alltaf −2: athugaðu peroxíð, ofuroxíð og O–F tengi.
• Að blanda saman ritháttum: oxunartala er skrifuð með formerki fyrst (+3); jónahleðsla er skrifuð með tölu fyrst (3+).