ఆక్సీకరణ సంఖ్యలు, రెడాక్స్ కారకాలు, అర్ధచర్య సమతుల్యం

ఆక్సీకరణ సంఖ్య ఏమి నమోదు చేస్తుంది

వేర్వేరు పరమాణువుల మధ్య ప్రతి బంధం పూర్తిగా అయానికమైతే, పంచుకున్న ఎలక్ట్రాన్‌లు ఎక్కువ విద్యుదృణాత్మక పరమాణువుకు కేటాయించబడితే, ఒక పరమాణువు కలిగి ఉండే ఆవేశమే ఆక్సీకరణ సంఖ్య; ఒకేలాంటి పరమాణువుల మధ్య పంచుకున్న ఎలక్ట్రాన్‌లు సమానంగా పంచబడతాయి. ఇది ఫార్మల్ లెక్క, కొలిచిన ఆవేశం కాదు. నీటిలో, నిజమైన పాక్షిక ఆవేశాలు చాలా చిన్నవైనా, ఆక్సిజన్‌కు −2, ప్రతి హైడ్రోజన్‌కు +1 కేటాయిస్తారు.

ఆక్సీకరణ అంటే ఆక్సీకరణ సంఖ్య పెరగడం, ఇది ఎలక్ట్రాన్‌ల నష్టానికి సరిపోతుంది. క్షయకరణ అంటే ఆక్సీకరణ సంఖ్య తగ్గడం, ఎలక్ట్రాన్‌ల లాభం. ఈ రెండూ ఎల్లప్పుడూ కలిసి జరుగుతాయి, ఎందుకంటే ఒక జాతి కోల్పోయిన ఎలక్ట్రాన్‌లను మరొక జాతి పొందాలి. ఏ రెడాక్స్ సమీకరణంలోనైనా, ఆక్సీకరణ సంఖ్య మొత్తం పెరుగుదల మొత్తం తగ్గుదలకు సమానం, ప్రతి సమతుల్య పద్ధతి ఆ సమానత్వంపైనే ఆధారపడుతుంది.

ఆక్సీకరణ సంఖ్యలను ప్రాధాన్య క్రమంలో కేటాయించడం

జాబితాలో పై నుండి కిందికి నియమాలను వర్తింపజేయండి. రెండు నియమాలు విభేదించినప్పుడు, పైనున్నది గెలుస్తుంది, సూత్రంలో చివరి తెలియని పరమాణువును తేడా ద్వారా కనుగొంటారు.

డైహైడ్రోజన్ ఫాస్ఫేట్ అయాన్, H₂PO₄⁻ కు: 2(+1) + P + 4(−2) = −1, కాబట్టి P = +5. టెట్రాథయోనేట్ అయాన్, S₄O₆²⁻ కు: 4S + 6(−2) = −2, కాబట్టి నాలుగు సల్ఫర్ పరమాణువుల మొత్తం +10, సగటు +2.5. భిన్న ఫలితం అంటే ఒకే మూలకం పరమాణువులు వేర్వేరు పరిసరాలలో ఉన్నాయని, చెప్పిన సంఖ్య సగటు అని అర్థం. మాగ్నెటైట్, Fe₃O₄, సగటు +8/3, ఎందుకంటే ప్రతి రెండు Fe³⁺ కు ఒక Fe²⁺ ఉంటుంది.

• స్వచ్ఛమైన మూలకంలోని పరమాణువు 0 (Fe, O₂, S₈).
• ఏకపరమాణుక అయాన్ దాని ఆవేశానికి సమానం (Mg²⁺ +2, Br⁻ −1).
• సూత్రంలోని ఆక్సీకరణ సంఖ్యల మొత్తం దాని మొత్తం ఆవేశానికి సమానం.
• ఫ్లోరిన్ దాని అన్ని సమ్మేళనాలలో −1.
• సమ్మేళనాలలో మొదటి గ్రూపు లోహాలు +1, రెండో గ్రూపు లోహాలు +2.
• హైడ్రోజన్ అలోహాలతో +1, NaH వంటి లోహ హైడ్రైడ్‌లలో −1.
• ఆక్సిజన్ సాధారణంగా −2, కానీ పెరాక్సైడ్‌లలో (H₂O₂) −1, సూపర్‌ఆక్సైడ్‌లలో (KO₂) −½, OF₂ లో +2.
• క్లోరిన్, బ్రోమిన్, అయోడిన్ సాధారణంగా −1, ఆక్సిజన్‌తో లేదా తేలికైన హాలోజన్‌తో బంధించినప్పుడు తప్ప.

ఆక్సీకరణ కారకానికి, క్షయకరణ కారకానికి పేరు పెట్టడం

ఆక్సీకరణ కారకం ఎలక్ట్రాన్‌లను స్వీకరించి, మరొకదాన్ని ఆక్సీకరణం చేస్తుంది, కాబట్టి అది స్వయంగా క్షయకరణం చెందుతుంది. క్షయకరణ కారకం ఎలక్ట్రాన్‌లను ఇచ్చి స్వయంగా ఆక్సీకరణం చెందుతుంది. ఒక్క పరమాణువును కాక, మొత్తం జాతికి పేరు పెట్టండి.

2Fe²⁺(aq) + H₂O₂(aq) + 2H⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + 2H₂O(l) ను పరిగణించండి. ఐరన్ +2 నుండి +3 కు పెరుగుతుంది, కాబట్టి Fe²⁺ ఆక్సీకరణం చెందుతుంది, అది క్షయకరణ కారకం. ఆక్సిజన్ పెరాక్సైడ్‌లోని −1 నుండి నీటిలోని −2 కు తగ్గుతుంది, కాబట్టి H₂O₂ క్షయకరణం చెందుతుంది, అది ఆక్సీకరణ కారకం. హైడ్రోజన్ అంతటా +1 గానే ఉంటుంది. రెండు ఐరన్ అయాన్‌లు ఒక్కొక్కటి ఒక ఎలక్ట్రాన్‌ను కోల్పోతాయి, రెండు పెరాక్సైడ్ ఆక్సిజన్ పరమాణువులు ఒక్కొక్కటి ఒకటి పొందుతాయి, కాబట్టి రెండు ఎలక్ట్రాన్‌లు కోల్పోబడతాయి, రెండు పొందబడతాయి.

ఒక జాతి రెండు పాత్రలనూ పోషించవచ్చు. Cl₂ + 2OH⁻ → Cl⁻ + ClO⁻ + H₂O లో, ఒక క్లోరిన్ పరమాణువు 0 నుండి −1 కు, రెండోది 0 నుండి +1 కు వెళ్తుంది. ఇది అసమానుపాత చర్య, Cl₂ ఆక్సీకరణ కారకం, క్షయకరణ కారకం రెండూ.

ఆమ్ల ద్రావణంలో అర్ధచర్య సమతుల్యం

ఆక్సీకరణను, క్షయకరణను వేరు చేయడం ప్రతి ఎలక్ట్రాన్ బదిలీని విడిగా సమతుల్యం చేయడానికి, ఆపై ఎలక్ట్రాన్‌లు రద్దయ్యేలా భాగాలను కలపడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ఆమ్ల నీటిలో నిజంగా ఉండే జాతులు అవే కాబట్టి, నీరు ఆక్సిజన్ పరమాణువులను, H⁺ హైడ్రోజన్ పరమాణువులను అందిస్తాయి.

సాధన ఉదాహరణ 1. ఆమ్లంలో, డైక్రోమేట్ నైట్రైట్‌ను ఆక్సీకరణం చేస్తుంది: Cr₂O₇²⁻ + NO₂⁻ → Cr³⁺ + NO₃⁻. క్రోమియం +6 నుండి +3 కు, నైట్రోజన్ +3 నుండి +5 కు వెళ్తాయి. ఆక్సీకరణ భాగం: NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻, ప్రతి వైపు ఆవేశం −1. క్షయకరణ భాగం: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O, ప్రతి వైపు ఆవేశం +6. ఆరు ఎలక్ట్రాన్‌లు ఒక్కొక్కటి మూడు ప్రమాణాలు మారే రెండు క్రోమియం పరమాణువులకు సరిపోతాయి.

రెండు భాగాల్లోనూ 6e⁻ ఉండేలా ఆక్సీకరణ భాగాన్ని 3 తో గుణించి, కలపండి: Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 3NO₂⁻ + 3H₂O → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃⁻ + 6H⁺. ప్రతి వైపు నుండి 6H⁺, 3H₂O ను రద్దు చేయండి: Cr₂O₇²⁻ + 8H⁺ + 3NO₂⁻ → 2Cr³⁺ + 3NO₃⁻ + 4H₂O. తనిఖీ: Cr 2, 2; N 3, 3; O 7 + 6 = 13, 9 + 4 = 13; H 8, 8; ఆవేశం −2 + 8 − 3 = +3, +6 − 3 = +3.

• ప్రారంభ సమీకరణాన్ని ఆక్సీకరణ భాగం, క్షయకరణ భాగంగా విభజించండి.
• O, H తప్ప ప్రతి మూలకాన్ని సమతుల్యం చేయండి.
• H₂O జోడించి O ను సమతుల్యం చేసి, తర్వాత H⁺ జోడించి H ను సమతుల్యం చేయండి.
• ఎక్కువ ధనాత్మక వైపు ఎలక్ట్రాన్‌లను జోడించి ఆవేశాన్ని సమతుల్యం చేయండి.
• ఎలక్ట్రాన్‌లు సరిపోయేలా భాగాలను గుణించి, కలిపి, రెండు వైపులా ఉన్నదాన్ని రద్దు చేయండి.
• పరమాణువులను, ఆవేశాన్ని సరిచూసి, ఎలక్ట్రాన్‌లు ఏవీ మిగలలేదని నిర్ధారించండి.

క్షార ద్రావణం కోసం పద్ధతిని మార్చడం

క్షార ద్రావణంలో OH⁻ సమృద్ధిగా ఉంటుంది, తుది సమీకరణంలో H⁺ ఉండకూడదు. ద్రావణం ఆమ్లమైనట్లుగా సమతుల్యం చేసి, ప్రతి H⁺ ను నీరుగా మార్చడానికి రెండు వైపులా తగినంత OH⁻ జోడించండి. రెండు వైపులా ఒకే జాతిని జోడించడం సమీకరణాన్ని సమతుల్యంగా ఉంచుతుంది.

సాధన ఉదాహరణ 2. క్షారంలో హైపోక్లోరైట్ క్రోమియం(III) హైడ్రాక్సైడ్‌ను క్రోమేట్‌గా ఆక్సీకరణం చేస్తుంది: Cr(OH)₃ + ClO⁻ → CrO₄²⁻ + Cl⁻. క్రోమియం +3 నుండి +6 కు, క్లోరిన్ +1 నుండి −1 కు వెళ్తాయి. ఆక్సీకరణ భాగం: Cr(OH)₃ + H₂O → CrO₄²⁻ + 5H⁺ + 3e⁻. క్షయకరణ భాగం: ClO⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O. 3, 2 ల కనీస సామాన్య గుణిజం 6, కాబట్టి మొదటి భాగాన్ని రెట్టింపు చేసి, రెండో భాగాన్ని మూడు రెట్లు చేయండి.

కలిపి, రద్దు చేస్తే 2Cr(OH)₃ + 3ClO⁻ → 2CrO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 4H⁺ + H₂O వస్తుంది. రెండు వైపులా 4OH⁻ జోడించండి; కుడి వైపు 4H⁺ + 4OH⁻ 4H₂O అవుతుంది. తుది: 2Cr(OH)₃(s) + 3ClO⁻(aq) + 4OH⁻(aq) → 2CrO₄²⁻(aq) + 3Cl⁻(aq) + 5H₂O(l). తనిఖీ: Cr 2, 2; Cl 3, 3; O 6 + 3 + 4 = 13, 8 + 5 = 13; H 6 + 4 = 10, 10; ప్రతి వైపు ఆవేశం −7.

రెడాక్స్ లెక్కల్లో సాధారణ తప్పులు

చాలా రెడాక్స్ తప్పులు లెక్కల తప్పులు, ప్రతిదానికీ ఒక నిర్దిష్ట తనిఖీ ఉంది.

చివరి పరీక్షగా, ఆక్సీకరణ సంఖ్యలతో మాత్రమే కోల్పోయిన ఎలక్ట్రాన్‌లు పొందిన వాటికి సమానమని నిర్ధారించండి. సాధన ఉదాహరణ 2 లో, రెండు క్రోమియం పరమాణువులు ఒక్కొక్కటి 3 ఎలక్ట్రాన్‌లు కోల్పోతాయి (మొత్తం 6), మూడు క్లోరిన్ పరమాణువులు ఒక్కొక్కటి 2 పొందుతాయి (అవి కూడా 6).

• పరమాణువును కారకంగా పేర్కొనడం: క్రోమియం కాదు, Cr₂O₇²⁻ ఆక్సీకరణ కారకం అని రాయండి.
• మార్పును ఒక్కో సూత్రానికి కాక ఒక్కో పరమాణువుకు లెక్కించడం: Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ కు 6 ఎలక్ట్రాన్‌లు పడతాయి, 3 కాదు.
• ఎలక్ట్రాన్‌లను తప్పు వైపు ఉంచడం: అవి ఆక్సీకరణ భాగంలో ఉత్పన్నాలు, క్షయకరణ భాగంలో క్రియాజనకాలు. ఆవేశ తనిఖీ విఫలమైతే, ముందు ఇక్కడ చూడండి.
• H₂O కు బదులు O, O₂ లేదా O²⁻ తో ఆక్సిజన్‌ను సమతుల్యం చేయడం. స్వేచ్ఛా ఆక్సైడ్ అయాన్‌లు నీటిలో ఉండవు.
• క్షార-ద్రావణ సమాధానంలో H⁺ ను వదిలేయడం, లేదా OH⁻ జోడించిన తర్వాత నీటిని రద్దు చేయడం మర్చిపోవడం.
• ఆక్సిజన్ ఎల్లప్పుడూ −2 అని భావించడం: పెరాక్సైడ్‌లు, సూపర్‌ఆక్సైడ్‌లు, O–F బంధాలను సరిచూడండి.
• సంకేతాలను కలిపేయడం: ఆక్సీకరణ సంఖ్యను గుర్తు మొదట రాస్తారు (+3); అయాన్ ఆవేశాన్ని సంఖ్య మొదట రాస్తారు (3+).