Namba za Oksidishaji, Wakala wa Redoksi na Kusawazisha kwa Nusu-Athari

Namba ya oksidishaji inarekodi nini

Namba ya oksidishaji ni chaji ambayo atomi ingebeba kama kila kifungo kati ya atomi tofauti kingekuwa cha ioni kabisa, huku elektroni zinazoshirikiwa zikipewa atomi yenye elektronegativiti kubwa zaidi; elektroni zinazoshirikiwa kati ya atomi zinazofanana hugawanywa sawa. Ni hesabu rasmi, si chaji iliyopimwa. Katika maji, oksijeni hupewa −2 na kila hidrojeni +1, ingawa chaji sehemu halisi ni ndogo zaidi sana.

Oksidishaji ni ongezeko la namba ya oksidishaji, linalolingana na kupoteza elektroni. Upunguzaji ni upungufu wa namba ya oksidishaji, kupata elektroni. Viwili hivi hutokea pamoja daima, kwa sababu elektroni zinazopotezwa na spishi moja lazima zipatwe na nyingine. Katika mlinganyo wowote wa redoksi, ongezeko la jumla la namba ya oksidishaji ni sawa na upungufu wa jumla, na kila mbinu ya kusawazisha inategemea usawa huo.

Kupanga namba za oksidishaji kwa mpangilio wa kipaumbele

Tumia kanuni kuanzia juu ya orodha kwenda chini. Kanuni mbili zinapogongana, ya juu inashinda, na atomi ya mwisho isiyojulikana katika fomula hupatikana kwa tofauti.

Kwa ioni ya dihidrojeni fosfeti, H₂PO₄⁻: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, kwa hivyo P = +5. Kwa ioni ya tetrathionati, S₄O₆²⁻: 4S + 6(−2) = −2, kwa hivyo atomi nne za salfa zinajumlisha +10 na wastani ni +2.5. Matokeo ya sehemu yanamaanisha atomi za elementi ile ile ziko katika mazingira tofauti na namba iliyoripotiwa ni wastani. Magnetiti, Fe₃O₄, ina wastani wa +8/3 kwa sababu ina Fe²⁺ moja kwa kila Fe³⁺ mbili.

• Atomi katika elementi safi ni 0 (Fe, O₂, S₈).
• Ioni ya atomi moja ni sawa na chaji yake (Mg²⁺ ni +2, Br⁻ ni −1).
• Namba za oksidishaji katika fomula hujumlishwa kuwa chaji yake ya jumla.
• Florini ni −1 katika misombo yake yote.
• Metali za kundi la 1 ni +1 na metali za kundi la 2 ni +2 katika misombo.
• Hidrojeni ni +1 na zisizo metali na −1 katika hidridi za metali kama NaH.
• Oksijeni kwa kawaida ni −2, lakini −1 katika peroksidi (H₂O₂), −½ katika superoksidi (KO₂), na +2 katika OF₂.
• Klorini, bromini na iodini kwa kawaida ni −1, isipokuwa inapounganishwa na oksijeni au na halojeni nyepesi zaidi.

Kutaja kioksidishaji na kipunguzaji

Kioksidishaji hukubali elektroni na kusababisha kitu kingine kuoksidishwa, kwa hivyo chenyewe hupunguzwa. Kipunguzaji hutoa elektroni na chenyewe huoksidishwa. Taja spishi nzima badala ya atomi moja.

Fikiria 2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l). Chuma kinapanda kutoka +2 hadi +3, kwa hivyo Fe²⁺ inaoksidishwa na ni kipunguzaji. Oksijeni inashuka kutoka −1 katika peroksidi hadi −2 katika maji, kwa hivyo H₂O₂ inapunguzwa na ni kioksidishaji. Hidrojeni inabaki +1 kote. Ioni mbili za chuma kila moja hupoteza elektroni moja na atomi mbili za oksijeni za peroksidi kila moja hupata moja, kwa hivyo elektroni mbili hupotea na mbili hupatikana.

Spishi moja inaweza kuwa na majukumu yote mawili. Katika Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O, atomi moja ya klorini inatoka 0 hadi −1 na nyingine kutoka 0 hadi +1. Hii ni disproporsheni, na Cl₂ ni kioksidishaji na pia kipunguzaji.

Kusawazisha nusu-athari katika myeyusho wa asidi

Kutenganisha oksidishaji na upunguzaji hukuruhusu kusawazisha kila uhamishaji wa elektroni peke yake, kisha kuunganisha nusu hizo ili elektroni zifutane. Maji hutoa atomi za oksijeni na H⁺ hutoa atomi za hidrojeni kwa sababu hizo ndizo spishi zilizopo kweli katika maji yenye asidi.

Mfano uliotatuliwa 1. Katika asidi, dikromati huoksidisha nitriti: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. Kromiamu inatoka +6 hadi +3 na naitrojeni kutoka +3 hadi +5. Nusu ya oksidishaji: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, yenye chaji −1 kila upande. Nusu ya upunguzaji: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, yenye chaji +6 kila upande. Elektroni sita zinalingana na atomi mbili za kromiamu zinazobadilika kwa vizio vitatu kila moja.

Zidisha nusu ya oksidishaji kwa 3 ili nusu zote mbili zihusishe 6e⁻, kisha ujumlishe: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. Futa 6H⁺ na 3H₂O kutoka kila upande: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. Ukaguzi: Cr 2 na 2; N 3 na 3; O 7 + 6 = 13 na 9 + 4 = 13; H 8 na 8; chaji −2 + 8 − 3 = +3 na +6 − 3 = +3.

• Gawanya mlinganyo wa mifupa kuwa nusu ya oksidishaji na nusu ya upunguzaji.
• Sawazisha kila elementi isipokuwa O na H.
• Sawazisha O kwa kuongeza H₂O, kisha sawazisha H kwa kuongeza H⁺.
• Sawazisha chaji kwa kuongeza elektroni upande wenye chaji chanya zaidi.
• Zidisha nusu hizo ili elektroni zilingane, ziunganishe, na ufute chochote kilicho pande zote mbili.
• Kagua atomi na chaji, na uthibitishe hakuna elektroni zinazobaki.

Kubadilisha mbinu kwa myeyusho wa besi

Katika myeyusho wa besi, OH⁻ ni nyingi na mlinganyo wa mwisho haupaswi kuwa na H⁺. Sawazisha kana kwamba myeyusho ni wa asidi, kisha ongeza OH⁻ ya kutosha pande zote mbili kugeuza kila H⁺ kuwa maji. Kuongeza spishi ile ile pande zote mbili kunaweka mlinganyo ukiwa umesawazishwa.

Mfano uliotatuliwa 2. Hipoklorati huoksidisha hidroksidi ya kromiamu(III) kuwa kromati katika besi: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. Kromiamu inatoka +3 hadi +6 na klorini kutoka +1 hadi −1. Nusu ya oksidishaji: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. Nusu ya upunguzaji: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. Kigawo kidogo cha pamoja cha 3 na 2 ni 6, kwa hivyo zidisha nusu ya kwanza mara mbili na ya pili mara tatu.

Kujumlisha na kufuta kunatoa 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O. Ongeza 4OH⁻ pande zote mbili; upande wa kulia, 4H⁺ + 4OH⁻ inakuwa 4H₂O. Mwisho: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). Ukaguzi: Cr 2 na 2; Cl 3 na 3; O 6 + 3 + 4 = 13 na 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10 na 10; chaji −7 kila upande.

Makosa ya kawaida katika uwekaji hesabu wa redoksi

Makosa mengi ya redoksi ni makosa ya uwekaji hesabu, na kila moja lina ukaguzi mahususi.

Kama jaribio la mwisho, thibitisha kwa namba za oksidishaji pekee kwamba elektroni zilizopotea ni sawa na elektroni zilizopatikana. Katika mfano uliotatuliwa 2, atomi mbili za kromiamu kila moja hupoteza elektroni 3 (6 kwa jumla) na atomi tatu za klorini kila moja hupata 2 (pia 6).

• Kutaja atomi kama wakala: andika kwamba Cr₂O₇²⁻ ni kioksidishaji, si kromiamu.
• Kuhesabu badiliko kwa kila atomi lakini si kwa kila fomula: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ huchukua elektroni 6, si 3.
• Kuweka elektroni upande usio sahihi: ni bidhaa katika nusu ya oksidishaji na viitikio katika nusu ya upunguzaji. Ukaguzi wa chaji ukishindwa, angalia hapa kwanza.
• Kusawazisha oksijeni kwa O, O₂, au O²⁻ badala ya H₂O. Ioni huru za oksidi hazipo majini.
• Kuacha H⁺ katika jibu la myeyusho wa besi, au kusahau kufuta maji baada ya kuongeza OH⁻.
• Kudhani oksijeni ni −2 daima: angalia peroksidi, superoksidi, na vifungo vya O–F.
• Kuchanganya nukuu: namba ya oksidishaji huandikwa ishara kwanza (+3); chaji ya ioni huandikwa namba kwanza (3+).