ऑक्सिडीकरण अंक, रेडॉक्स कारक आणि अर्ध-अभिक्रिया संतुलन

ऑक्सिडीकरण अंक काय नोंदवतो

ऑक्सिडीकरण अंक म्हणजे वेगवेगळ्या अणूंमधील प्रत्येक बंध पूर्णपणे आयनिक असता आणि सामायिक इलेक्ट्रॉन अधिक विद्युतऋण अणूला दिले असते तर अणूवर जो प्रभार असता तो; समान अणूंमध्ये सामायिक इलेक्ट्रॉन समान वाटले जातात. ही औपचारिक मोजणी आहे, मोजलेला प्रभार नव्हे. पाण्यात ऑक्सिजनला −2 आणि प्रत्येक हायड्रोजनला +1 दिले जाते, जरी खरे आंशिक प्रभार खूप लहान असतात.

ऑक्सिडीकरण म्हणजे ऑक्सिडीकरण अंकात वाढ, जी इलेक्ट्रॉन गमावण्याशी संबंधित आहे. क्षपण म्हणजे ऑक्सिडीकरण अंकात घट, इलेक्ट्रॉन मिळवणे. दोन्ही नेहमी एकत्र घडतात, कारण एका स्पीशीजने गमावलेले इलेक्ट्रॉन दुसऱ्याने मिळवले पाहिजेत. कोणत्याही रेडॉक्स समीकरणात ऑक्सिडीकरण अंकातील एकूण वाढ एकूण घटीइतकी असते, आणि प्रत्येक संतुलन पद्धत त्या समानतेवर आधारित असते.

प्राधान्य क्रमाने ऑक्सिडीकरण अंक ठरवणे

नियम यादीच्या वरून खाली लावा. दोन नियमांमध्ये विरोध असेल तेव्हा वरचा नियम जिंकतो, आणि सूत्रातील शेवटचा अज्ञात अणू वजाबाकीने शोधला जातो.

डायहायड्रोजन फॉस्फेट आयन, H₂PO₄⁻ साठी: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, म्हणून P = +5. टेट्राथायोनेट आयन, S₄O₆²⁻ साठी: 4S + 6(−2) = −2, म्हणून चार सल्फर अणूंची बेरीज +10 आणि सरासरी +2.5 आहे. अपूर्णांकात निकाल आल्यास एकाच मूलद्रव्याचे अणू वेगवेगळ्या परिस्थितीत आहेत आणि नोंदवलेला अंक सरासरी आहे. मॅग्नेटाइट, Fe₃O₄, ची सरासरी +8/3 आहे कारण त्यात प्रत्येक दोन Fe³⁺ मागे एक Fe²⁺ आहे.

• शुद्ध मूलद्रव्यातील अणू 0 असतो (Fe, O₂, S₈).
• एकाणुक आयन त्याच्या प्रभाराइतका असतो (Mg²⁺ हा +2, Br⁻ हा −1).
• सूत्रातील ऑक्सिडीकरण अंकांची बेरीज त्याच्या एकूण प्रभाराइतकी होते.
• फ्लोरीन त्याच्या सर्व संयुगांमध्ये −1 असतो.
• संयुगांमध्ये गट 1 चे धातू +1 आणि गट 2 चे धातू +2 असतात.
• हायड्रोजन अधातूंसोबत +1 आणि NaH सारख्या धातू हायड्राइडांमध्ये −1 असतो.
• ऑक्सिजन सहसा −2 असतो, पण पेरॉक्साइडांमध्ये (H₂O₂) −1, सुपरऑक्साइडांमध्ये (KO₂) −½ आणि OF₂ मध्ये +2.
• क्लोरीन, ब्रोमीन आणि आयोडीन सहसा −1 असतात, ऑक्सिजनशी किंवा हलक्या हॅलोजनशी जोडलेले असताना वगळता.

ऑक्सिडीकारक आणि क्षपणकारक यांना नावे देणे

ऑक्सिडीकारक इलेक्ट्रॉन स्वीकारतो आणि दुसऱ्या कशाचे तरी ऑक्सिडीकरण घडवतो, म्हणून त्याचे स्वतःचे क्षपण होते. क्षपणकारक इलेक्ट्रॉन देतो आणि स्वतः ऑक्सिडीकृत होतो. एका अणूचे नव्हे तर संपूर्ण स्पीशीजचे नाव सांगा.

2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) विचारात घ्या. लोह +2 वरून +3 वर जाते, म्हणून Fe²⁺ ऑक्सिडीकृत होतो आणि क्षपणकारक आहे. ऑक्सिजन पेरॉक्साइडमधील −1 वरून पाण्यातील −2 वर जातो, म्हणून H₂O₂ चे क्षपण होते आणि तो ऑक्सिडीकारक आहे. हायड्रोजन संपूर्ण वेळ +1 राहतो. दोन लोह आयन प्रत्येकी एक इलेक्ट्रॉन गमावतात आणि पेरॉक्साइडचे दोन ऑक्सिजन अणू प्रत्येकी एक मिळवतात, म्हणून दोन इलेक्ट्रॉन गमावले जातात आणि दोन मिळवले जातात.

एक स्पीशीज दोन्ही भूमिका बजावू शकते. Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O मध्ये एक क्लोरीन अणू 0 वरून −1 वर आणि दुसरा 0 वरून +1 वर जातो. हे विषमीकरण आहे, आणि Cl₂ हा ऑक्सिडीकारक आणि क्षपणकारक दोन्ही आहे.

आम्लीय द्रावणात अर्ध-अभिक्रिया संतुलन

ऑक्सिडीकरण आणि क्षपण वेगळे केल्यामुळे तुम्ही प्रत्येक इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण स्वतंत्रपणे संतुलित करू शकता, मग इलेक्ट्रॉन छेदले जातील असे दोन्ही भाग एकत्र करा. पाणी ऑक्सिजन अणू पुरवते आणि H⁺ हायड्रोजन अणू पुरवतो कारण आम्लीय पाण्यात प्रत्यक्षात उपस्थित असलेल्या त्याच स्पीशीज आहेत.

सोडवलेले उदाहरण 1. आम्लात डायक्रोमेट नायट्राइटचे ऑक्सिडीकरण करतो: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. क्रोमियम +6 वरून +3 वर आणि नायट्रोजन +3 वरून +5 वर जातो. ऑक्सिडीकरण अर्ध: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, प्रत्येक बाजूला −1 प्रभारासह. क्षपण अर्ध: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, प्रत्येक बाजूला +6 प्रभारासह. सहा इलेक्ट्रॉन दोन क्रोमियम अणूंच्या प्रत्येकी तीन एककांच्या बदलाशी जुळतात.

ऑक्सिडीकरण अर्धाला 3 ने गुणा म्हणजे दोन्ही अर्धांमध्ये 6e⁻ असतील, मग बेरीज करा: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. प्रत्येक बाजूकडून 6H⁺ आणि 3H₂O छेदा: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. तपासणी: Cr 2 आणि 2; N 3 आणि 3; O 7 + 6 = 13 आणि 9 + 4 = 13; H 8 आणि 8; प्रभार −2 + 8 − 3 = +3 आणि +6 − 3 = +3.

• सांगाड्याचे समीकरण ऑक्सिडीकरण अर्ध आणि क्षपण अर्ध यात विभागा.
• O आणि H वगळता प्रत्येक मूलद्रव्य संतुलित करा.
• H₂O घालून O संतुलित करा, मग H⁺ घालून H संतुलित करा.
• अधिक धन बाजूला इलेक्ट्रॉन घालून प्रभार संतुलित करा.
• इलेक्ट्रॉन जुळतील असे अर्ध मोठे करा, त्यांची बेरीज करा आणि दोन्ही बाजूंना असलेले काहीही छेदा.
• अणू आणि प्रभार तपासा आणि एकही इलेक्ट्रॉन उरलेला नाही याची खात्री करा.

आम्लारीय द्रावणासाठी पद्धतीचे रूपांतर

आम्लारीय द्रावणात OH⁻ भरपूर असतो आणि अंतिम समीकरणात H⁺ असू नये. द्रावण आम्लीय असल्यासारखे संतुलन करा, मग प्रत्येक H⁺ चे पाण्यात रूपांतर करण्यासाठी दोन्ही बाजूंना पुरेसा OH⁻ घाला. दोन्ही बाजूंना तीच स्पीशीज घातल्याने समीकरण संतुलित राहते.

सोडवलेले उदाहरण 2. आम्लारीत हायपोक्लोराइट क्रोमियम(III) हायड्रॉक्साइडचे क्रोमेटमध्ये ऑक्सिडीकरण करतो: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. क्रोमियम +3 वरून +6 वर आणि क्लोरीन +1 वरून −1 वर जातो. ऑक्सिडीकरण अर्ध: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. क्षपण अर्ध: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. 3 आणि 2 यांचा लघुत्तम सामायिक विभाज्य 6 आहे, म्हणून पहिले अर्ध दुप्पट आणि दुसरे तिप्पट करा.

बेरीज करून आणि छेदून 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O मिळते. दोन्ही बाजूंना 4OH⁻ घाला; उजवीकडे 4H⁺ + 4OH⁻ चे 4H₂O होते. अंतिम: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). तपासणी: Cr 2 आणि 2; Cl 3 आणि 3; O 6 + 3 + 4 = 13 आणि 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 आणि 10; प्रत्येक बाजूला प्रभार −7.

रेडॉक्स हिशोबातील सामान्य चुका

बहुतेक रेडॉक्स चुका हिशोबाच्या चुका असतात, आणि प्रत्येकीसाठी विशिष्ट तपासणी आहे.

अंतिम चाचणी म्हणून, केवळ ऑक्सिडीकरण अंकांवरून गमावलेले इलेक्ट्रॉन मिळवलेल्या इलेक्ट्रॉनांइतके आहेत याची खात्री करा. सोडवलेल्या उदाहरण 2 मध्ये दोन क्रोमियम अणू प्रत्येकी 3 इलेक्ट्रॉन गमावतात (एकूण 6) आणि तीन क्लोरीन अणू प्रत्येकी 2 मिळवतात (तेही 6).

• एखाद्या अणूला कारक म्हणून नाव देणे: क्रोमियम नव्हे तर Cr₂O₇²⁻ ऑक्सिडीकारक आहे असे लिहा.
• बदल प्रति सूत्र नव्हे तर प्रति अणू मोजणे: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ साठी 6 इलेक्ट्रॉन लागतात, 3 नाही.
• इलेक्ट्रॉन चुकीच्या बाजूला ठेवणे: ते ऑक्सिडीकरण अर्धात उत्पादने आणि क्षपण अर्धात अभिक्रियाकारक असतात. प्रभार तपासणी अयशस्वी झाली तर आधी येथे पहा.
• ऑक्सिजन H₂O ऐवजी O, O₂ किंवा O²⁻ ने संतुलित करणे. मुक्त ऑक्साइड आयन पाण्यात अस्तित्वात नसतात.
• आम्लारीय द्रावणाच्या उत्तरात H⁺ ठेवणे, किंवा OH⁻ घातल्यानंतर पाणी छेदायला विसरणे.
• ऑक्सिजन नेहमी −2 असतो असे मानणे: पेरॉक्साइड, सुपरऑक्साइड आणि O–F बंध तपासा.
• संकेतलेखनाची गल्लत: ऑक्सिडीकरण अंक आधी चिन्ह लिहून (+3) लिहिला जातो; आयन प्रभार आधी संख्या लिहून (3+) लिहिला जातो.