Oksidēšanas pakāpes, redoksa aģenti un pusreakciju izlīdzināšana

Ko fiksē oksidēšanas pakāpe

Oksidēšanas pakāpe ir lādiņš, kādu atoms nestu, ja katra saite starp dažādiem atomiem būtu pilnīgi jonu saite, kopīgos elektronus piešķirot elektronegatīvākajam atomam; elektroni, kas kopīgi identiskiem atomiem, tiek sadalīti vienādi. Tas ir formāls skaitījums, nevis izmērīts lādiņš. Ūdenī skābeklim piešķir −2 un katram ūdeņradim +1, lai gan īstie daļējie lādiņi ir daudz mazāki.

Oksidēšanās ir oksidēšanas pakāpes palielināšanās, kas atbilst elektronu zaudēšanai. Reducēšanās ir oksidēšanas pakāpes samazināšanās, elektronu iegūšana. Abas vienmēr notiek kopā, jo elektroniem, ko zaudē viena daļiņa, jābūt iegūtiem citai. Jebkurā redoksvienādojumā kopējais oksidēšanas pakāpes pieaugums ir vienāds ar kopējo samazinājumu, un uz šīs vienādības balstās katra izlīdzināšanas metode.

Oksidēšanas pakāpju piešķiršana prioritāšu secībā

Piemērojiet noteikumus no saraksta augšas uz leju. Ja divi noteikumi ir pretrunā, uzvar augstāks, un pēdējo nezināmo atomu formulā atrod pēc starpības.

Dihidrogēnfosfāta jonam H₂PO₄⁻: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, tātad P = +5. Tetrationāta jonam S₄O₆²⁻: 4S + 6(−2) = −2, tātad četru sēra atomu kopsumma ir +10 un vidējā vērtība ir +2.5. Daļskaitlis nozīmē, ka viena elementa atomi atrodas dažādā vidē, un norādītais skaitlis ir vidējais. Magnetītam Fe₃O₄ vidējā vērtība ir +8/3, jo tas satur vienu Fe²⁺ uz katriem diviem Fe³⁺.

• Atoms tīrā elementā ir 0 (Fe, O₂, S₈).
• Monoatomiskam jonam tā ir vienāda ar lādiņu (Mg²⁺ ir +2, Br⁻ ir −1).
• Oksidēšanas pakāpju summa formulā ir vienāda ar tās kopējo lādiņu.
• Fluors ir −1 visos savos savienojumos.
• Savienojumos 1. grupas metāliem ir +1 un 2. grupas metāliem +2.
• Ūdeņradim ir +1 ar nemetāliem un −1 metālu hidrīdos, piemēram, NaH.
• Skābeklim parasti ir −2, bet −1 peroksīdos (H₂O₂), −½ superoksīdos (KO₂) un +2 OF₂.
• Hloram, bromam un jodam parasti ir −1, izņemot gadījumus, kad tie ir saistīti ar skābekli vai vieglāku halogēnu.

Oksidētāja un reducētāja nosaukšana

Oksidētājs pieņem elektronus un izraisa kaut kā cita oksidēšanos, tāpēc pats tiek reducēts. Reducētājs ziedo elektronus un pats tiek oksidēts. Nosauciet visu daļiņu, nevis atsevišķu atomu.

Aplūkojiet 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l). Dzelzs pieaug no +2 uz +3, tāpēc Fe²⁺ tiek oksidēts un ir reducētājs. Skābeklis krītas no −1 peroksīdā uz −2 ūdenī, tāpēc H₂O₂ tiek reducēts un ir oksidētājs. Ūdeņradis visu laiku paliek +1. Divi dzelzs joni katrs zaudē vienu elektronu, un divi peroksīda skābekļa atomi katrs iegūst vienu, tāpēc divi elektroni tiek zaudēti un divi iegūti.

Viena daļiņa var pildīt abas lomas. Reakcijā Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O viens hlora atoms no 0 pāriet uz −1, bet otrs no 0 uz +1. Tā ir disproporcionēšanās, un Cl₂ ir gan oksidētājs, gan reducētājs.

Pusreakciju izlīdzināšana skābā šķīdumā

Nošķirot oksidēšanos no reducēšanās, katru elektronu pārnesi var izlīdzināt atsevišķi, pēc tam apvienot pusreakcijas tā, lai elektroni saīsinātos. Ūdens nodrošina skābekļa atomus un H⁺ nodrošina ūdeņraža atomus, jo tās ir daļiņas, kas skābā ūdenī patiešām ir klāt.

Risinātais piemērs 1. Skābē dihromāts oksidē nitrītu: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. Hroms no +6 pāriet uz +3 un slāpeklis no +3 uz +5. Oksidēšanās pusreakcija: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, ar lādiņu −1 katrā pusē. Reducēšanās pusreakcija: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, ar lādiņu +6 katrā pusē. Seši elektroni atbilst diviem hroma atomiem, kuri katrs mainās par trim vienībām.

Reiziniet oksidēšanās pusreakciju ar 3, lai abās pusreakcijās būtu 6e⁻, un saskaitiet: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. Saīsiniet 6H⁺ un 3H₂O katrā pusē: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. Pārbaude: Cr 2 un 2; N 3 un 3; O 7 + 6 = 13 un 9 + 4 = 13; H 8 un 8; lādiņš −2 + 8 − 3 = +3 un +6 − 3 = +3.

• Sadaliet shēmatisko vienādojumu oksidēšanās un reducēšanās pusreakcijā.
• Izlīdziniet visus elementus, izņemot O un H.
• Izlīdziniet O, pievienojot H₂O, tad izlīdziniet H, pievienojot H⁺.
• Izlīdziniet lādiņu, pievienojot elektronus pozitīvākajā pusē.
• Reiziniet pusreakcijas tā, lai elektroni sakristu, saskaitiet tās un saīsiniet visu, kas ir abās pusēs.
• Pārbaudiet atomus un lādiņu un pārliecinieties, ka elektronu nav palicis.

Metodes pielāgošana bāziskam šķīdumam

Bāziskā šķīdumā OH⁻ ir daudz, un galīgajā vienādojumā nedrīkst būt H⁺. Izlīdziniet tā, it kā šķīdums būtu skābs, pēc tam abās pusēs pievienojiet tik daudz OH⁻, lai katrs H⁺ pārvērstos ūdenī. Pievienojot abās pusēs vienu un to pašu daļiņu, vienādojums paliek izlīdzināts.

Risinātais piemērs 2. Hipohlorīts bāzē oksidē hroma(III) hidroksīdu par hromātu: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. Hroms no +3 pāriet uz +6 un hlors no +1 uz −1. Oksidēšanās pusreakcija: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. Reducēšanās pusreakcija: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. Mazākais kopīgais daudzkārtnis 3 un 2 ir 6, tāpēc pirmo pusreakciju dubultojiet un otro trīskāršojiet.

Saskaitot un saīsinot, iegūst 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O. Pievienojiet 4OH⁻ abās pusēs; labajā pusē 4H⁺ + 4OH⁻ kļūst par 4H₂O. Galīgais: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). Pārbaude: Cr 2 un 2; Cl 3 un 3; O 6 + 3 + 4 = 13 un 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 un 10; lādiņš −7 katrā pusē.

Biežākās kļūdas redoksa uzskaitē

Lielākā daļa redoksa kļūdu ir uzskaites kļūdas, un katrai ir konkrēta pārbaude.

Kā galīgo pārbaudi, tikai ar oksidēšanas pakāpēm apstipriniet, ka zaudētie elektroni ir vienādi ar iegūtajiem. 2. risinātajā piemērā divi hroma atomi katrs zaudē 3 elektronus (kopā 6), bet trīs hlora atomi katrs iegūst 2 (arī 6).

• Atoma nosaukšana par aģentu: rakstiet, ka Cr₂O₇²⁻ ir oksidētājs, nevis hroms.
• Izmaiņu skaitīšana uz atomu, nevis uz formulu: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ prasa 6 elektronus, nevis 3.
• Elektronu likšana nepareizajā pusē: tie ir produkti oksidēšanās pusreakcijā un reaģenti reducēšanās pusreakcijā. Ja lādiņa pārbaude neizdodas, vispirms skatieties šeit.
• Skābekļa izlīdzināšana ar O, O₂ vai O²⁻ H₂O vietā. Brīvu oksīda jonu ūdenī nav.
• H⁺ atstāšana atbildē bāziskā šķīdumā vai aizmirsta ūdens saīsināšana pēc OH⁻ pievienošanas.
• Pieņēmums, ka skābeklis vienmēr ir −2: pārbaudiet, vai nav peroksīdu, superoksīdu un O–F saišu.
• Apzīmējumu sajaukšana: oksidēšanas pakāpi raksta ar zīmi vispirms (+3); jona lādiņu raksta ar skaitli vispirms (3+).