Тотығу дәрежелері, тотығу–тотықсыздану агенттері және жартылай реакциялар арқылы теңестіру

Тотығу дәрежесі нені жазады

Тотығу дәрежесі — әртүрлі атомдар арасындағы әрбір байланыс толық иондық болса, ортақ электрондар электртерістігі жоғары атомға берілсе, атомның алатын заряды; бірдей атомдар арасында бөлінген электрондар тең бөлінеді. Бұл өлшенген заряд емес, формалды есеп. Суда оттекке −2, ал әр сутекке +1 беріледі, нақты ішінара зарядтар әлдеқайда аз болса да.

Тотығу — тотығу дәрежесінің артуы, ол электрондарды жоғалтуға сәйкес келеді. Тотықсыздану — тотығу дәрежесінің кемуі, электрондарды қабылдау. Екеуі әрқашан бірге жүреді, өйткені бір бөлшек жоғалтқан электрондарды басқасы қабылдауы керек. Кез келген тотығу–тотықсыздану теңдеуінде тотығу дәрежесінің жалпы артуы жалпы кемуіне тең, және әрбір теңестіру әдісі осы теңдікке сүйенеді.

Тотығу дәрежелерін басымдық ретімен анықтау

Ережелерді тізімнің жоғарғы жағынан төмен қарай қолданыңыз. Екі ереже қайшы келгенде, жоғарырағы басым болады, ал формуладағы соңғы белгісіз атом айырма арқылы табылады.

Дигидрофосфат ионы H₂PO₄⁻ үшін: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, сондықтан P = +5. Тетратионат ионы S₄O₆²⁻ үшін: 4S + 6(−2) = −2, сондықтан төрт күкірт атомының қосындысы +10, ал орташасы +2.5. Бөлшек нәтиже бір элементтің атомдарының әртүрлі ортада тұрғанын және көрсетілген санның орташа екенін білдіреді. Магнетит Fe₃O₄ орташа +8/3 береді, өйткені онда әр екі Fe³⁺-ке бір Fe²⁺ келеді.

• Таза элементтегі атом 0 болады (Fe, O₂, S₈).
• Бір атомды ион өз зарядына тең болады (Mg²⁺ — +2, Br⁻ — −1).
• Формуладағы тотығу дәрежелерінің қосындысы оның жалпы зарядына тең.
• Фтор барлық қосылыстарында −1.
• Қосылыстарда 1-топ металдары +1, 2-топ металдары +2.
• Сутек бейметалдармен +1, ал NaH сияқты металл гидридтерінде −1.
• Оттек әдетте −2, бірақ пероксидтерде (H₂O₂) −1, супероксидтерде (KO₂) −½, ал OF₂-де +2.
• Хлор, бром және йод әдетте −1, оттекпен немесе жеңілірек галогенмен байланысқан жағдайдан басқа.

Тотықтырғышты және тотықсыздандырғышты атау

Тотықтырғыш электрондарды қабылдайды және басқа бір нәрсенің тотығуына себеп болады, сондықтан өзі тотықсызданады. Тотықсыздандырғыш электрондарды береді және өзі тотығады. Бір атомды емес, бүкіл бөлшекті атаңыз.

2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) теңдеуін қарастырыңыз. Темір +2-ден +3-ке көтеріледі, сондықтан Fe²⁺ тотығады және тотықсыздандырғыш болады. Оттек пероксидтегі −1-ден судағы −2-ге түседі, сондықтан H₂O₂ тотықсызданады және тотықтырғыш болады. Сутек бүкіл уақытта +1 күйінде қалады. Екі темір ионының әрқайсысы бір электрон жоғалтады, ал екі пероксид оттек атомының әрқайсысы біреуін қабылдайды, сондықтан екі электрон жоғалады және екеуі қабылданады.

Бір бөлшек екі рөлді де атқара алады. Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O теңдеуінде бір хлор атомы 0-ден −1-ге, ал екіншісі 0-ден +1-ге өтеді. Бұл диспропорциялану, және Cl₂ тотықтырғыш та, тотықсыздандырғыш та болады.

Қышқылдық ортада жартылай реакциялар арқылы теңестіру

Тотығуды тотықсызданудан бөлу әр электрон ауысуын жеке теңестіруге мүмкіндік береді, содан кейін электрондар қысқаратындай етіп жартыларын біріктіреді. Су оттек атомдарын, ал H⁺ сутек атомдарын береді, өйткені қышқылдық суда шын мәнінде осы бөлшектер бар.

1-шешілген мысал. Қышқылда дихромат нитритті тотықтырады: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. Хром +6-дан +3-ке, ал азот +3-тен +5-ке өтеді. Тотығу жартысы: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, әр жақта заряд −1. Тотықсыздану жартысы: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, әр жақта заряд +6. Алты электрон әрқайсысы үш бірлікке өзгеретін екі хром атомына сәйкес келеді.

Тотығу жартысын 3-ке көбейтіңіз, сонда екі жартысы да 6e⁻ қамтиды, содан кейін қосыңыз: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. Әр жақтан 6H⁺ және 3H₂O қысқартыңыз: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. Тексеру: Cr 2 және 2; N 3 және 3; O 7 + 6 = 13 және 9 + 4 = 13; H 8 және 8; заряд −2 + 8 − 3 = +3 және +6 − 3 = +3.

• Қаңқа теңдеуді тотығу жартысына және тотықсыздану жартысына бөліңіз.
• O және H-тан басқа әр элементті теңестіріңіз.
• O-ны H₂O қосып теңестіріңіз, содан кейін H-ты H⁺ қосып теңестіріңіз.
• Зарядты электрондарды неғұрлым оң жаққа қосу арқылы теңестіріңіз.
• Жартыларды электрондар сәйкес келетіндей көбейтіңіз, қосыңыз және екі жақта да бар нәрсені қысқартыңыз.
• Атомдар мен зарядты тексеріп, электрондар қалмағанын растаңыз.

Әдісті сілтілік ортаға ауыстыру

Сілтілік ортада OH⁻ мол, және соңғы теңдеуде H⁺ болмауы керек. Ерітінді қышқылдық сияқты теңестіріңіз, содан кейін әр H⁺-ты суға айналдыру үшін екі жаққа да жеткілікті OH⁻ қосыңыз. Екі жаққа бірдей бөлшекті қосу теңдеуді теңестірілген күйде сақтайды.

2-шешілген мысал. Гипохлорит сілтіде хром(III) гидроксидін хроматқа дейін тотықтырады: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. Хром +3-тен +6-ға, ал хлор +1-ден −1-ге өтеді. Тотығу жартысы: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. Тотықсыздану жартысы: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. 3 пен 2-нің ең кіші ортақ еселігі 6, сондықтан бірінші жартысын екі есе, екіншісін үш есе көбейтіңіз.

Қосу және қысқарту 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O береді. Екі жаққа да 4OH⁻ қосыңыз; оң жақта 4H⁺ + 4OH⁻ 4H₂O болады. Соңғы теңдеу: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). Тексеру: Cr 2 және 2; Cl 3 және 3; O 6 + 3 + 4 = 13 және 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 және 10; әр жақта заряд −7.

Тотығу–тотықсыздану есебіндегі жиі қателер

Тотығу–тотықсыздану қателерінің көбі есеп жүргізу қателері, және әрқайсысының нақты тексеруі бар.

Соңғы сынақ ретінде тек тотығу дәрежелері арқылы жоғалған электрондар қабылданған электрондарға тең екенін растаңыз. 2-шешілген мысалда екі хром атомының әрқайсысы 3 электрон жоғалтады (барлығы 6), ал үш хлор атомының әрқайсысы 2 электрон қабылдайды (бұл да 6).

• Атомды агент деп атау: хром емес, Cr₂O₇²⁻ тотықтырғыш екенін жазыңыз.
• Өзгерісті формулаға емес, атомға санау: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ 3 емес, 6 электрон алады.
• Электрондарды қате жаққа қою: олар тотығу жартысында өнім, тотықсыздану жартысында реагент болады. Заряд тексеруі сәтсіз болса, алдымен осыны қараңыз.
• Оттекті H₂O орнына O, O₂ немесе O²⁻ арқылы теңестіру. Бос оксид иондары суда болмайды.
• Сілтілік орта жауабында H⁺ қалдыру немесе OH⁻ қосқаннан кейін суды қысқартуды ұмыту.
• Оттек әрқашан −2 деп болжау: пероксидтерді, супероксидтерді және O–F байланыстарын тексеріңіз.
• Таңбалауды араластыру: тотығу дәрежесі алдымен таңба (+3), ион заряды алдымен сан (3+) болып жазылады.