Оксидациски броеви, редокс-средства и изедначување со полуреакции

Што запишува оксидацискиот број

Оксидацискиот број е полнежот што би го носел атомот кога секоја врска меѓу различни атоми би била целосно јонска, а споделените електрони би му се доделиле на поелектронегативниот атом; електроните споделени меѓу идентични атоми се делат поравно. Тоа е формално броење, а не измерен полнеж. Во водата, на кислородот му се доделува −2, а на секој водород +1, иако вистинските парцијални полнежи се многу помали.

Оксидација е зголемување на оксидацискиот број, што одговара на губење електрони. Редукција е намалување на оксидацискиот број, добивање електрони. Двете секогаш се случуваат заедно, бидејќи електроните изгубени од една честичка мора да ги добие друга. Во секоја редокс-равенка вкупното зголемување на оксидацискиот број е еднакво на вкупното намалување, а секој метод на изедначување се потпира на таа еднаквост.

Доделување оксидациски броеви по редослед на приоритет

Применувајте ги правилата од врвот на списокот надолу. Кога две правила се во конфликт, победува повисокото, а последниот непознат атом во формулата се наоѓа по разлика.

За дихидроген фосфатниот јон, H₂PO₄⁻: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, па P = +5. За тетратионатниот јон, S₄O₆²⁻: 4S + 6(−2) = −2, па четирите атоми сулфур вкупно се +10, а просекот е +2.5. Дропен резултат значи дека атомите на истиот елемент се наоѓаат во различно опкружување, а наведениот број е просек. Магнетитот, Fe₃O₄, има просек +8/3 бидејќи содржи еден Fe²⁺ на секои два Fe³⁺.

• Атомот во чист елемент е 0 (Fe, O₂, S₈).
• Едноатомниот јон е еднаков на својот полнеж (Mg²⁺ е +2, Br⁻ е −1).
• Оксидациските броеви во една формула се собираат во нејзиниот вкупен полнеж.
• Флуорот е −1 во сите свои соединенија.
• Металите од група 1 се +1, а металите од група 2 се +2 во соединенијата.
• Водородот е +1 со неметали и −1 во хидриди на метали како NaH.
• Кислородот обично е −2, но −1 во пероксиди (H₂O₂), −½ во супероксиди (KO₂) и +2 во OF₂.
• Хлорот, бромот и јодот обично се −1, освен кога се врзани за кислород или за полесен халоген.

Именување на оксидациското и редукциското средство

Оксидациското средство прима електрони и предизвикува нешто друго да се оксидира, па самото се редуцира. Редукциското средство дава електрони и самото се оксидира. Именувајте ја целата честичка, а не еден атом.

Размислете за 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l). Железото се зголемува од +2 на +3, па Fe²⁺ се оксидира и е редукциско средство. Кислородот паѓа од −1 во пероксидот на −2 во водата, па H₂O₂ се редуцира и е оксидациско средство. Водородот останува +1 во целиот тек. Два јона на железо губат по еден електрон, а два пероксидни атоми кислород добиваат по еден, па се губат два електрони и се добиваат два.

Една честичка може да ги игра двете улоги. Во Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O, едниот атом хлор оди од 0 на −1, а другиот од 0 на +1. Ова е диспропорционирање, а Cl₂ е и оксидациско и редукциско средство.

Изедначување со полуреакции во кисел раствор

Одвојувањето на оксидацијата од редукцијата ви овозможува да го изедначите секој пренос на електрони посебно, потоа да ги комбинирате половините така што електроните се скратуваат. Водата дава атоми кислород, а H⁺ дава атоми водород бидејќи тоа се честичките што навистина се присутни во кисела вода.

Решен пример 1. Во киселина, дихроматот го оксидира нитритот: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. Хромот оди од +6 на +3, а азотот од +3 на +5. Оксидациска половина: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, со полнеж −1 од секоја страна. Редукциска половина: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, со полнеж +6 од секоја страна. Шесте електрони одговараат на два атома хром што се менуваат по три единици.

Помножете ја оксидациската половина со 3 за двете половини да вклучуваат 6e⁻, потоа собирете: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. Скратете 6H⁺ и 3H₂O од секоја страна: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. Проверка: Cr 2 и 2; N 3 и 3; O 7 + 6 = 13 и 9 + 4 = 13; H 8 и 8; полнеж −2 + 8 − 3 = +3 и +6 − 3 = +3.

• Поделете ја скелетната равенка на оксидациска половина и редукциска половина.
• Изедначете го секој елемент освен O и H.
• Изедначете го O со додавање H₂O, потоа изедначете го H со додавање H⁺.
• Изедначете го полнежот со додавање електрони на попозитивната страна.
• Прилагодете ги половините така што електроните се совпаѓаат, собирете ги и скратете сè што е од двете страни.
• Проверете ги атомите и полнежот и потврдете дека не остануваат електрони.

Приспособување на методот за базен раствор

Во базен раствор има многу OH⁻, а крајната равенка не треба да содржи H⁺. Изедначувајте како растворот да е кисел, потоа додадете доволно OH⁻ на двете страни за секој H⁺ да се претвори во вода. Додавањето на истата честичка на двете страни ја одржува равенката изедначена.

Решен пример 2. Хипохлоритот го оксидира хром(III) хидроксидот до хромат во база: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. Хромот оди од +3 на +6, а хлорот од +1 на −1. Оксидациска половина: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. Редукциска половина: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. Најмалиот заеднички содржател на 3 и 2 е 6, па удвојте ја првата половина и утроете ја втората.

Собирањето и скратувањето дава 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O. Додајте 4OH⁻ на двете страни; десно, 4H⁺ + 4OH⁻ станува 4H₂O. Крајно: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). Проверка: Cr 2 и 2; Cl 3 и 3; O 6 + 3 + 4 = 13 и 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 и 10; полнеж −7 од секоја страна.

Вообичаени грешки во евиденцијата на редокс-реакциите

Повеќето редокс-грешки се грешки во евиденцијата, а секоја има посебна проверка.

Како завршен тест, потврдете само со оксидациски броеви дека изгубените електрони се еднакви на добиените. Во решениот пример 2, два атома хром губат по 3 електрони (вкупно 6), а три атома хлор добиваат по 2 (исто така 6).

• Именување на атом како средство: напишете дека Cr₂O₇²⁻ е оксидациското средство, а не хромот.
• Броење на промената по атом, а не по формула: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ зема 6 електрони, а не 3.
• Ставање електрони на погрешна страна: тие се производи во оксидациска половина и реактанти во редукциска половина. Ако проверката на полнежот не успее, прво побарајте тука.
• Изедначување на кислородот со O, O₂ или O²⁻ наместо со H₂O. Слободни оксидни јони не постојат во вода.
• Оставање H⁺ во одговор за базен раствор или заборавање на скратувањето на водата по додавањето OH⁻.
• Претпоставување дека кислородот е секогаш −2: проверете за пероксиди, супероксиди и врски O–F.
• Мешање на ознаките: оксидацискиот број се пишува со знакот напред (+3); полнежот на јонот се пишува со бројот напред (3+).