Nombor Pengoksidaan, Agen Redoks dan Pengimbangan Setengah Tindak Balas

Apa yang direkodkan oleh nombor pengoksidaan

Nombor pengoksidaan ialah cas yang akan dibawa oleh sesuatu atom jika setiap ikatan antara atom yang berbeza bersifat ion sepenuhnya, dengan elektron yang dikongsi diberikan kepada atom yang lebih elektronegatif; elektron yang dikongsi antara atom yang serupa dibahagi sama rata. Ia ialah kiraan formal, bukan cas yang diukur. Dalam air, oksigen ditetapkan −2 dan setiap hidrogen +1, walaupun cas separa sebenarnya jauh lebih kecil.

Pengoksidaan ialah peningkatan nombor pengoksidaan, yang sepadan dengan kehilangan elektron. Penurunan ialah pengurangan nombor pengoksidaan, perolehan elektron. Kedua-duanya sentiasa berlaku bersama, kerana elektron yang hilang oleh satu spesies mesti diperoleh oleh yang lain. Dalam mana-mana persamaan redoks, jumlah peningkatan nombor pengoksidaan sama dengan jumlah pengurangan, dan setiap kaedah pengimbangan bertumpu pada kesamaan itu.

Menetapkan nombor pengoksidaan mengikut urutan keutamaan

Gunakan peraturan dari atas senarai ke bawah. Apabila dua peraturan bercanggah, yang lebih tinggi menang, dan atom terakhir yang tidak diketahui dalam formula dicari melalui beza.

Bagi ion dihidrogen fosfat, H₂PO₄⁻: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, jadi P = +5. Bagi ion tetrationat, S₄O₆²⁻: 4S + 6(−2) = −2, jadi keempat-empat atom sulfur berjumlah +10 dan puratanya ialah +2.5. Hasil berpecahan bermakna atom unsur yang sama berada dalam persekitaran yang berbeza dan nombor yang dilaporkan ialah purata. Magnetit, Fe₃O₄, mempunyai purata +8/3 kerana ia mengandungi satu Fe²⁺ bagi setiap dua Fe³⁺.

• Atom dalam unsur tulen ialah 0 (Fe, O₂, S₈).
• Ion monoatom sama dengan casnya (Mg²⁺ ialah +2, Br⁻ ialah −1).
• Nombor pengoksidaan dalam formula berjumlah cas keseluruhannya.
• Fluorin ialah −1 dalam semua sebatiannya.
• Logam kumpulan 1 ialah +1 dan logam kumpulan 2 ialah +2 dalam sebatian.
• Hidrogen ialah +1 dengan bukan logam dan −1 dalam hidrida logam seperti NaH.
• Oksigen biasanya −2, tetapi −1 dalam peroksida (H₂O₂), −½ dalam superoksida (KO₂), dan +2 dalam OF₂.
• Klorin, bromin dan iodin biasanya −1, kecuali apabila terikat kepada oksigen atau kepada halogen yang lebih ringan.

Menamakan agen pengoksidaan dan agen penurunan

Agen pengoksidaan menerima elektron dan menyebabkan sesuatu yang lain dioksidakan, jadi ia sendiri diturunkan. Agen penurunan menderma elektron dan ia sendiri dioksidakan. Namakan keseluruhan spesies dan bukannya satu atom.

Pertimbangkan 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l). Ferum meningkat daripada +2 kepada +3, jadi Fe²⁺ dioksidakan dan ialah agen penurunan. Oksigen menurun daripada −1 dalam peroksida kepada −2 dalam air, jadi H₂O₂ diturunkan dan ialah agen pengoksidaan. Hidrogen kekal +1 sepanjang masa. Dua ion ferum masing-masing kehilangan satu elektron dan dua atom oksigen peroksida masing-masing memperoleh satu, jadi dua elektron hilang dan dua diperoleh.

Satu spesies boleh memainkan kedua-dua peranan. Dalam Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O, satu atom klorin berubah daripada 0 kepada −1 dan yang satu lagi daripada 0 kepada +1. Ini ialah dismutasi, dan Cl₂ ialah agen pengoksidaan dan agen penurunan sekali gus.

Pengimbangan setengah tindak balas dalam larutan berasid

Memisahkan pengoksidaan daripada penurunan membolehkan anda mengimbangkan setiap pemindahan elektron secara berasingan, kemudian menggabungkan kedua-dua separuh itu supaya elektron terbatal. Air membekalkan atom oksigen dan H⁺ membekalkan atom hidrogen kerana itulah spesies yang sebenarnya ada dalam air berasid.

Contoh penyelesaian 1. Dalam asid, dikromat mengoksidakan nitrit: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. Kromium berubah daripada +6 kepada +3 dan nitrogen daripada +3 kepada +5. Separuh pengoksidaan: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, dengan cas −1 pada setiap belah. Separuh penurunan: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, dengan cas +6 pada setiap belah. Enam elektron itu sepadan dengan dua atom kromium yang masing-masing berubah tiga unit.

Darabkan separuh pengoksidaan dengan 3 supaya kedua-dua separuh melibatkan 6e⁻, kemudian tambahkan: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. Batalkan 6H⁺ dan 3H₂O daripada setiap belah: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. Semakan: Cr 2 dan 2; N 3 dan 3; O 7 + 6 = 13 dan 9 + 4 = 13; H 8 dan 8; cas −2 + 8 − 3 = +3 dan +6 − 3 = +3.

• Pisahkan persamaan rangka kepada separuh pengoksidaan dan separuh penurunan.
• Imbangkan setiap unsur kecuali O dan H.
• Imbangkan O dengan menambah H₂O, kemudian imbangkan H dengan menambah H⁺.
• Imbangkan cas dengan menambah elektron pada belah yang lebih positif.
• Skalakan kedua-dua separuh supaya elektron sepadan, tambahkan keduanya, dan batalkan apa-apa yang ada pada kedua-dua belah.
• Semak atom dan cas, dan pastikan tiada elektron yang tinggal.

Menukar kaedah untuk larutan berbes

Dalam larutan berbes, OH⁻ banyak dan persamaan akhir tidak sepatutnya mengandungi H⁺. Imbangkan seolah-olah larutan itu berasid, kemudian tambahkan OH⁻ yang mencukupi pada kedua-dua belah untuk menukar setiap H⁺ kepada air. Menambah spesies yang sama pada kedua-dua belah mengekalkan persamaan itu seimbang.

Contoh penyelesaian 2. Hipoklorit mengoksidakan kromium(III) hidroksida kepada kromat dalam bes: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. Kromium berubah daripada +3 kepada +6 dan klorin daripada +1 kepada −1. Separuh pengoksidaan: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. Separuh penurunan: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. Gandaan sepunya terkecil bagi 3 dan 2 ialah 6, jadi gandakan separuh pertama dan tigakan separuh kedua.

Menambah dan membatalkan memberikan 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O. Tambah 4OH⁻ pada kedua-dua belah; di sebelah kanan, 4H⁺ + 4OH⁻ menjadi 4H₂O. Akhir: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). Semakan: Cr 2 dan 2; Cl 3 dan 3; O 6 + 3 + 4 = 13 dan 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 dan 10; cas −7 pada setiap belah.

Kesilapan lazim dalam pencatatan redoks

Kebanyakan kesilapan redoks ialah kesilapan pencatatan, dan setiap satu mempunyai semakan tertentu.

Sebagai ujian akhir, sahkan dengan nombor pengoksidaan sahaja bahawa elektron yang hilang sama dengan elektron yang diperoleh. Dalam contoh penyelesaian 2, dua atom kromium masing-masing kehilangan 3 elektron (6 kesemuanya) dan tiga atom klorin masing-masing memperoleh 2 (juga 6).

• Menamakan atom sebagai agen: tulis bahawa Cr₂O₇²⁻ ialah agen pengoksidaan, bukan kromium.
• Mengira perubahan bagi setiap atom tetapi bukan bagi setiap formula: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ memerlukan 6 elektron, bukan 3.
• Meletakkan elektron pada belah yang salah: ia ialah hasil dalam separuh pengoksidaan dan bahan tindak balas dalam separuh penurunan. Jika semakan cas gagal, lihat di sini dahulu.
• Mengimbangkan oksigen dengan O, O₂ atau O²⁻ dan bukannya H₂O. Ion oksida bebas tidak wujud dalam air.
• Meninggalkan H⁺ dalam jawapan larutan berbes, atau terlupa membatalkan air selepas menambah OH⁻.
• Menganggap oksigen sentiasa −2: semak peroksida, superoksida dan ikatan O–F.
• Mencampuradukkan tatatanda: nombor pengoksidaan ditulis dengan tanda dahulu (+3); cas ion ditulis dengan nombor dahulu (3+).