Oksidacijos laipsniai, redokso agentai ir derinimas pusreakcijomis

Ką užfiksuoja oksidacijos laipsnis

Oksidacijos laipsnis yra krūvis, kurį atomas turėtų, jei kiekvienas ryšys tarp skirtingų atomų būtų visiškai joninis, o bendri elektronai būtų priskirti labiau elektroneigiamam atomui; elektronai, bendri tarp vienodų atomų, dalijami po lygiai. Tai formalus skaičiavimas, o ne išmatuotas krūvis. Vandenyje deguoniui priskiriamas −2, o kiekvienam vandeniliui +1, nors tikrieji daliniai krūviai yra daug mažesni.

Oksidacija yra oksidacijos laipsnio padidėjimas, atitinkantis elektronų netekimą. Redukcija yra oksidacijos laipsnio sumažėjimas, elektronų gavimas. Šie du procesai visada vyksta kartu, nes elektronus, kuriuos praranda viena dalelė, turi gauti kita. Bet kurioje redokso lygtyje bendras oksidacijos laipsnių padidėjimas lygus bendram sumažėjimui, ir kiekvienas derinimo metodas remiasi šia lygybe.

Oksidacijos laipsnių priskyrimas prioriteto tvarka

Taikykite taisykles nuo sąrašo viršaus žemyn. Kai dvi taisyklės prieštarauja, nugali aukštesnė, o paskutinis nežinomas formulės atomas randamas iš skirtumo.

Divandenilio fosfato jonui, H₂PO₄⁻: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, taigi P = +5. Tetrationato jonui, S₄O₆²⁻: 4S + 6(−2) = −2, taigi keturi sieros atomai kartu turi +10, o vidurkis yra +2.5. Trupmeninis rezultatas reiškia, kad to paties elemento atomai yra skirtingoje aplinkoje, o nurodytas skaičius yra vidurkis. Magnetito, Fe₃O₄, vidurkis yra +8/3, nes jame yra vienas Fe²⁺ kiekvienam dviem Fe³⁺.

• Atomo grynajame elemente oksidacijos laipsnis yra 0 (Fe, O₂, S₈).
• Vienatomio jono oksidacijos laipsnis lygus jo krūviui (Mg²⁺ yra +2, Br⁻ yra −1).
• Formulėje esantys oksidacijos laipsniai sudeda į bendrą jos krūvį.
• Fluoro oksidacijos laipsnis visuose jo junginiuose yra −1.
• 1 grupės metalų oksidacijos laipsnis junginiuose yra +1, o 2 grupės metalų +2.
• Vandenilio oksidacijos laipsnis su nemetalais yra +1, o metalų hidriduose, pavyzdžiui, NaH, −1.
• Deguonies oksidacijos laipsnis paprastai yra −2, bet peroksiduose (H₂O₂) −1, superoksiduose (KO₂) −½, o OF₂ +2.
• Chloro, bromo ir jodo oksidacijos laipsnis paprastai yra −1, išskyrus atvejus, kai jie sujungti su deguonimi ar lengvesniu halogenu.

Oksidiklio ir reduktoriaus įvardijimas

Oksidiklis priima elektronus ir sukelia kažko kito oksidaciją, todėl pats redukuojasi. Reduktorius atiduoda elektronus ir pats oksiduojasi. Įvardykite visą dalelę, o ne pavienį atomą.

Panagrinėkite 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l). Geležies oksidacijos laipsnis kyla nuo +2 iki +3, taigi Fe²⁺ oksiduojasi ir yra reduktorius. Deguonies oksidacijos laipsnis krenta nuo −1 peroksido iki −2 vandenyje, taigi H₂O₂ redukuojasi ir yra oksidiklis. Vandenilio oksidacijos laipsnis visą laiką lieka +1. Du geležies jonai kiekvienas praranda vieną elektroną, o du peroksido deguonies atomai kiekvienas gauna po vieną, taigi du elektronai prarandami ir du gaunami.

Viena dalelė gali atlikti abu vaidmenis. Reakcijoje Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O vieno chloro atomo oksidacijos laipsnis pasikeičia nuo 0 iki −1, o kito nuo 0 iki +1. Tai disproporcionavimas, o Cl₂ yra ir oksidiklis, ir reduktorius.

Derinimas pusreakcijomis rūgščioje terpėje

Atskyrus oksidaciją nuo redukcijos, kiekvieną elektronų perdavimą galima suderinti atskirai, o paskui sujungti puses taip, kad elektronai susiprastintų. Vanduo suteikia deguonies atomų, o H⁺ suteikia vandenilio atomų, nes būtent šios dalelės iš tikrųjų yra rūgščiame vandenyje.

1 pavyzdys. Rūgštyje dichromatas oksiduoja nitritą: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. Chromo oksidacijos laipsnis kinta nuo +6 iki +3, o azoto nuo +3 iki +5. Oksidacijos pusė: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, krūvis −1 kiekvienoje pusėje. Redukcijos pusė: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, krūvis +6 kiekvienoje pusėje. Šeši elektronai atitinka du chromo atomus, kurių kiekvieno oksidacijos laipsnis pasikeičia trimis vienetais.

Oksidacijos pusę padauginkite iš 3, kad abi pusės apimtų 6e⁻, tada sudėkite: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. Iš abiejų pusių suprastinkite 6H⁺ ir 3H₂O: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. Patikra: Cr 2 ir 2; N 3 ir 3; O 7 + 6 = 13 ir 9 + 4 = 13; H 8 ir 8; krūvis −2 + 8 − 3 = +3 ir +6 − 3 = +3.

• Suskaidykite skeleto lygtį į oksidacijos ir redukcijos puses.
• Suderinkite visus elementus, išskyrus O ir H.
• Suderinkite O pridėdami H₂O, tada suderinkite H pridėdami H⁺.
• Suderinkite krūvį pridėdami elektronų prie teigiamesnės pusės.
• Padauginkite puses taip, kad elektronai sutaptų, sudėkite jas ir suprastinkite viską, kas yra abiejose pusėse.
• Patikrinkite atomus ir krūvį ir įsitikinkite, kad neliko elektronų.

Metodo pritaikymas šarminei terpei

Šarminėje terpėje OH⁻ yra gausu, o galutinėje lygtyje neturėtų būti H⁺. Derinkite taip, tarsi tirpalas būtų rūgštus, tada prie abiejų pusių pridėkite tiek OH⁻, kad kiekvienas H⁺ virstų vandeniu. Pridėjus tą pačią dalelę prie abiejų pusių, lygtis lieka suderinta.

2 pavyzdys. Hipochloritas šarmuose oksiduoja chromo(III) hidroksidą į chromatą: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. Chromo oksidacijos laipsnis kinta nuo +3 iki +6, o chloro nuo +1 iki −1. Oksidacijos pusė: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. Redukcijos pusė: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. Mažiausias bendrasis 3 ir 2 kartotinis yra 6, todėl pirmąją pusę padvigubinkite, o antrąją patrigubinkite.

Sudėjus ir suprastinus gaunama 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O. Prie abiejų pusių pridėkite 4OH⁻; dešinėje 4H⁺ + 4OH⁻ virsta 4H₂O. Galutinė: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). Patikra: Cr 2 ir 2; Cl 3 ir 3; O 6 + 3 + 4 = 13 ir 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 ir 10; krūvis −7 kiekvienoje pusėje.

Dažnos redokso apskaitos klaidos

Dauguma redokso klaidų yra apskaitos klaidos, ir kiekvienai yra konkreti patikra.

Kaip galutinį testą, vien pagal oksidacijos laipsnius įsitikinkite, kad prarasti elektronai lygūs gautiems elektronams. 2 pavyzdyje du chromo atomai kiekvienas praranda po 3 elektronus (iš viso 6), o trys chloro atomai kiekvienas gauna po 2 (taip pat 6).

• Atomo įvardijimas kaip agento: rašykite, kad Cr₂O₇²⁻ yra oksidiklis, o ne chromas.
• Pokyčio skaičiavimas vienam atomui, o ne vienai formulei: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ reikia 6 elektronų, o ne 3.
• Elektronų padėjimas ne toje pusėje: jie yra produktai oksidacijos pusėje ir reagentai redukcijos pusėje. Jei krūvio patikra nepavyksta, pirmiausia žiūrėkite čia.
• Deguonies derinimas O, O₂ ar O²⁻ vietoj H₂O. Laisvų oksido jonų vandenyje nėra.
• H⁺ palikimas šarminės terpės atsakyme arba užmirštas vandens prastinimas pridėjus OH⁻.
• Prielaida, kad deguonies oksidacijos laipsnis visada −2: patikrinkite peroksidus, superoksidus ir O–F ryšius.
• Žymėjimo painiojimas: oksidacijos laipsnis rašomas pirmiausia ženklas (+3); jono krūvis rašomas pirmiausia skaičius (3+).