تحدث العديد من العمليات الكيميائية مع تغير في حالات أكسدة الذرات التي تشكل المركبات المتفاعلة. غالبًا ما تكون كتابة المعادلات لتفاعلات نوع الأكسدة والاختزال مصحوبة بصعوبة في ترتيب المعاملات أمام كل صيغة للمواد. لهذه الأغراض ، تم تطوير تقنيات تتعلق بالتوازن الإلكتروني أو الأيوني لتوزيع الشحنات. تصف المقالة بالتفصيل الطريقة الثانية لكتابة المعادلات.
طريقة شبه التفاعل ، الكيان
يطلق عليه أيضًا توازن الإلكترون الأيوني لتوزيع عوامل المعامل. تعتمد الطريقة على تبادل الجسيمات سالبة الشحنة بين الأنيونات أو الكاتيونات في الوسائط الذائبة بقيم أس هيدروجيني مختلفة.
في تفاعلات الإلكتروليتات من النوع المؤكسد والاختزال ، تشارك الأيونات ذات الشحنة السالبة أو الموجبة. المعادلات الجزيئية الأيونيةالأنواع ، بناءً على طريقة شبه التفاعلات ، تثبت بوضوح جوهر أي عملية.
لتكوين توازن ، يتم استخدام تعيين خاص للإلكتروليتات ذات الارتباط القوي كجسيمات أيونية ومركبات ضعيفة وغازات وهطول في شكل جزيئات غير مرتبطة. كجزء من المخطط ، من الضروري الإشارة إلى الجسيمات التي تتغير فيها درجة الأكسدة. لتحديد وسيط المذيب في الميزان ، حمضي (H+) ، قلوي (OH-) ومحايدة (H2 O) الشروط.
بماذا تستخدم؟
في OVR ، تهدف طريقة نصف التفاعل إلى كتابة المعادلات الأيونية بشكل منفصل لعمليات الأكسدة والاختزال. الرصيد النهائي سيكون مجموعهم.
خطوات التنفيذ
طريقة نصف رد الفعل لها خصائصها الخاصة في الكتابة. تتضمن الخوارزمية المراحل التالية:
- الخطوة الأولى هي كتابة صيغ جميع المواد المتفاعلة. على سبيل المثال:
H2S + KMnO4+ HCl
- إذن أنت بحاجة إلى تحديد الوظيفة ، من وجهة نظر كيميائية ، لكل عملية مكونة. في هذا التفاعل ، يعمل KMnO4كعامل مؤكسد ، H2S هو عامل مختزل ، ويحدد HCl البيئة الحمضية.
- الخطوة الثالثة هي أن نكتب من سطر جديد معادلات المركبات الأيونية المتفاعلة ذات الجهد الكهربي القوي ، والذرات لها تغير في حالات الأكسدة. في هذا التفاعل ، يعمل MnO4-كعامل مؤكسد ، H2S هوالكاشف المختزل ، و H+أو الأوكسونيوم الكاتيون H3O+يحدد البيئة الحمضية. يتم التعبير عن المركبات الإلكتروليتية الغازية أو الصلبة أو الضعيفة بواسطة الصيغ الجزيئية الكاملة.
بمعرفة المكونات الأولية ، حاول تحديد الكواشف المؤكسدة والمختزلة التي سيكون لها أشكال مختصرة ومؤكسدة ، على التوالي. في بعض الأحيان يتم ضبط المواد النهائية بالفعل في الظروف ، مما يجعل العمل أسهل. تشير المعادلات التالية إلى انتقال H2S (كبريتيد الهيدروجين) إلى S (كبريت) ، وأنيون MnO4- إلى Mn الموجبة2 +.
لموازنة الجسيمات الذرية في القسمين الأيسر والأيمن ، تتم إضافة كاتيون الهيدروجين H+أو الماء الجزيئي إلى الوسط الحمضي. يتم إضافة أيونات هيدروكسيد OH-أو H2O.
إلى المحلول القلوي
MnO4-→ Mn2 +
في المحلول ، تشكل ذرة الأكسجين من أيونات المنغنات مع H+جزيئات الماء. لمعادلة عدد العناصر ، تتم كتابة المعادلة على النحو التالي:2O + Mn2 +.
ثم يتم إجراء الموازنة الكهربائية. للقيام بذلك ، ضع في اعتبارك المبلغ الإجمالي للرسوم في القسم الأيسر ، اتضح +7 ، ثم في الجانب الأيمن ، اتضح +2. لموازنة العملية ، تتم إضافة خمس جسيمات سلبية إلى مواد البداية: 8H++ MnO4- + 5e-→ 4H2O + Mn2 +. ينتج عن هذا تقليل نصف رد الفعل.
الآن تتبع عملية الأكسدة لمعادلة عدد الذرات. لهذا ، على الجانب الأيمنإضافة كاتيونات الهيدروجين: H2S → 2H++ S.
بعد معادلة الرسوم: H2S -2e-→ 2H++ S. يمكن ملاحظة أنه يتم أخذ جسيمين سالبين من مركبات البداية. اتضح أن نصف تفاعل عملية الأكسدة
اكتب كلا المعادلتين في عمود وقم بمعادلة الرسوم المقدمة والمستلمة. وفقًا لقاعدة تحديد أصغر المضاعفات ، يتم اختيار مُضاعِف لكل نصف تفاعل. يتم ضرب معادلة الأكسدة والاختزال بها.
الآن يمكنك إضافة الميزان عن طريق إضافة الجانبين الأيسر والأيمن معًا وتقليل عدد جسيمات الإلكترون.
8H++ MnO4-+ 5e-→ 4H2O + Mn2 +| 2
H2S -2e-→ 2H++ S | 5
16H++ 2MnO4-+ 5H2S → 8H2O + 2Mn2 ++ 10H++ 5S
في المعادلة الناتجة ، يمكنك تقليل الرقم H+بمقدار 10: 6H++ 2MnO4-+ 5H2S → 8H2O + 2Mn 2 ++ 5S.
التحقق من صحة التوازن الأيوني عن طريق حساب عدد ذرات الأكسجين قبل السهم وبعده ، والذي يساوي 8. من الضروري أيضًا التحقق من شحنات الجزأين النهائي والأول للميزان: (+6) + (-2)=+4. إذا كان كل شيء يتطابق ، فهو صحيح.
تنتهي طريقة نصف التفاعل بالانتقال من الترميز الأيوني إلى المعادلة الجزيئية. لكل أنيوني وجسيم كاتيوني من الجانب الأيسر من الميزان ، يتم اختيار الأيون المقابل في الشحنة. ثم يتم نقلهم إلى الجانب الأيمن بنفس المقدار. الآن يمكن دمج الأيونات في جزيئات كاملة.
6H++ 2MnO4-+ 5H2S → 8H2O + 2Mn2 ++ 5S
6Cl-+ 2K+→ 6Cl-+ 2K+
H2S + KMnO4+ 6HCl → 8H2O + 2MnCl2+ 5S + 2KCl.
من الممكن تطبيق طريقة نصف التفاعلات ، التي تتلخص خوارزمية منها في كتابة معادلة جزيئية ، إلى جانب كتابة أرصدة نوع إلكتروني.
تحديد العوامل المؤكسدة
ينتمي هذا الدور إلى الجسيمات الأيونية أو الذرية أو الجزيئية التي تقبل الإلكترونات سالبة الشحنة. المواد التي تتأكسد تخضع لتقليل التفاعلات. لديهم نقص إلكتروني يمكن ملؤه بسهولة. تتضمن هذه العمليات نصف تفاعلات الأكسدة والاختزال.
ليست كل المواد لديها القدرة على قبول الإلكترونات. تشمل العوامل المؤكسدة القوية:
- ممثل الهالوجين
- حمض مثل النيتريك والسيلينك والكبريتيك ؛
- برمنجنات البوتاسيوم ، ثنائي كرومات ، منغنات ، كرومات ؛
- أكاسيد المنغنيز والرصاص رباعي التكافؤ ؛
- الفضة والذهب الأيونية ؛
- مركبات الأكسجين الغازية
- ثنائي التكافؤ وأكاسيد الفضة أحادية التكافؤ ؛
- مكونات ملح تحتوي على الكلور ؛
- الفودكا الملكية ؛
- بيروكسيد الهيدروجين.
تحديد عوامل الاختزال
ينتمي هذا الدور إلى الجسيمات الأيونية أو الذرية أو الجزيئية التي تنتج شحنة سالبة. في التفاعلات ، تخضع المواد المختزلة لعمل مؤكسد عندما يتم التخلص من الإلكترونات.
الخصائص التصالحية لها:
- ممثلين عن العديد من المعادن ؛
- مركبات رباعي التكافؤ الكبريت وكبريتيد الهيدروجين ؛
- أحماض مهلجنة ؛
- كبريتات الحديد والكروم والمنغنيز ؛
- كلوريد ثنائي التكافؤ القصدير
- الكواشف المحتوية على النيتروجين مثل حمض النيتروز ، وأكسيد ثنائي التكافؤ ، والأمونيا والهيدرازين ؛
- الكربون الطبيعي وأكسيده ثنائي التكافؤ ؛
- جزيئات الهيدروجين ؛
- حمض الفوسفور
مزايا طريقة الأيونات الإلكترونية
لكتابة تفاعلات الأكسدة والاختزال ، يتم استخدام طريقة نصف التفاعل أكثر من موازنة النموذج الإلكتروني.
هذا بسبب مزايا طريقة الإلكترون أيون:
- عند كتابة معادلة ، ضع في اعتبارك الأيونات والمركبات الحقيقية الموجودة في الحل.
- قد لا يكون لديك معلومات مبدئية حول المواد الناتجة ، يتم تحديدها في المراحل النهائية.
- بيانات درجة الأكسدة ليست مطلوبة دائمًا.
- بفضل الطريقة ، يمكنك معرفة عدد الإلكترونات التي تشارك في نصف ردود الفعل ، وكيف يتغير الرقم الهيدروجيني للحل.
- التفردالعمليات وهيكل المواد الناتجة.
نصف تفاعلات في المحلول الحمضي
إجراء الحسابات مع وجود فائض من أيونات الهيدروجين يتبع الخوارزمية الرئيسية. تبدأ طريقة نصف التفاعلات في الوسط الحمضي بتسجيل الأجزاء المكونة لأي عملية. ثم يتم التعبير عنها في شكل معادلات للصيغة الأيونية مع توازن الشحنة الذرية والإلكترونية. يتم تسجيل العمليات ذات الطبيعة المؤكسدة والمختزلة بشكل منفصل.
لموازنة الأكسجين الذري في اتجاه التفاعلات مع فائضه ، يتم إدخال كاتيونات الهيدروجين. يجب أن تكون كمية H+كافية للحصول على الماء الجزيئي. في اتجاه نقص الأكسجين ، H2O.
ثم قم بتنفيذ توازن ذرات الهيدروجين والإلكترونات.
يلخصون أجزاء المعادلات قبل السهم وبعده بترتيب المعاملات.
تقليل الأيونات والجزيئات المتطابقة. تضاف الجسيمات الأنيونية والكاتيونية المفقودة إلى الكواشف المسجلة بالفعل في المعادلة الكلية. يجب أن يتطابق عددهم بعد السهم وقبله.
تعتبر معادلة OVR (طريقة نصف التفاعل) مستوفاة عند كتابة تعبير جاهز لشكل جزيئي. يجب أن يكون لكل مكون مُضاعِف معين.
أمثلة للبيئات الحامضة
تفاعل نتريت الصوديوم مع حمض الكلوريك يؤدي إلى إنتاج نترات الصوديوم وحمض الهيدروكلوريك. لترتيب المعاملات ، يتم استخدام طريقة شبه التفاعلات ، أمثلة لكتابة المعادلاتالمرتبطة بالإشارة إلى بيئة حمضية.
NaNO2+ HClO3→ NaNO3+ HCl
ClO3-+ 6H++ 6e-→ 3H2O + Cl-| 1
لا2-+ H2O - 2e-→ NO3-+ 2H+| 3
ClO3-+ 6H++ 3H2O + 3NO2-→ 3H2O + Cl-+ 3NO3-+ 6H+
ClO3-+ 3NO2- → Cl-+ 3NO3-
3Na++ H+→ 3Na++ H+
3NaNO2+ HClO3→ 3NaNO3+ HCl.
في هذه العملية ، تتكون نترات الصوديوم من النتريت ، ويتكون حمض الهيدروكلوريك من حمض الكلوريك. تتغير حالة أكسدة النيتروجين من +3 إلى +5 ، وتصبح شحنة الكلور +5 -1. كلا المنتجين لا يترسب.
شبه تفاعلات للوسط القلوي
إجراء الحسابات مع وجود فائض من أيونات الهيدروكسيد يتوافق مع حسابات المحاليل الحمضية. تبدأ طريقة نصف التفاعلات في الوسط القلوي أيضًا بالتعبير عن الأجزاء المكونة للعملية في شكل معادلات أيونية. لوحظت اختلافات أثناء محاذاة عدد الأكسجين الذري. لذلك ، يضاف الماء الجزيئي إلى جانب التفاعل مع فائضه ، وتضاف أنيونات الهيدروكسيد إلى الجانب المقابل.
المعامل أمام جزيء H2O يوضح الفرق في كمية الأكسجين بعد السهم وقبله ، وبالنسبة لـ OH-أيونات يتضاعف. أثناء الأكسدةكاشف يعمل كعامل اختزال يزيل ذرات O من أنيون الهيدروكسيل.
تنتهي طريقة نصف التفاعلات بالخطوات المتبقية من الخوارزمية ، والتي تتزامن مع العمليات التي تحتوي على فائض حمضي. النتيجة النهائية هي معادلة جزيئية
أمثلة القلوية
عندما يتم خلط اليود مع هيدروكسيد الصوديوم ، يتشكل يوديد الصوديوم واليود ، جزيئات الماء. للحصول على توازن العملية ، يتم استخدام طريقة نصف التفاعل. أمثلة المحاليل القلوية لها خصائصها الخاصة المرتبطة بمعادلة الأكسجين الذري.
NaOH + I2→ NaI + NaIO3+ H2O
I + e-→ أنا-| 5
6OH-+ أنا - 5e-→ أنا-+ 3H2O + IO3-| 1
I + 5I + 6OH-→ 3H2O + 5I-+ IO3-
6Na+→ Na++ 5Na+
6NaOH + 3I2→ 5NaI + NaIO3+ 3H2O.
نتيجة التفاعل هو اختفاء اللون البنفسجي لليود الجزيئي. هناك تغيير في حالة أكسدة هذا العنصر من 0 إلى -1 و +5 بتكوين يوديد الصوديوم واليودات.
ردود الفعل في بيئة محايدة
عادة هذا هو اسم العمليات التي تحدث أثناء التحلل المائي للأملاح مع تكوين محلول حمضي قليلاً (برقم هيدروجيني من 6 إلى 7) أو قلوي قليلاً (برقم هيدروجيني من 7 إلى 8)
طريقة نصف التفاعل في وسط محايد مكتوبة بعدة طرقالخيارات.
الطريقة الأولى لا تأخذ في الاعتبار التحلل المائي للملح. يتم أخذ الوسط على أنه محايد ، ويتم تعيين الماء الجزيئي على يسار السهم. في هذا الإصدار ، يتم أخذ نصف التفاعل على أنه حمضي والآخر قلوي.
الطريقة الثانية مناسبة للعمليات التي يمكنك فيها تعيين القيمة التقريبية لقيمة الأس الهيدروجيني. ثم يتم اعتبار تفاعلات طريقة الأيونات الإلكترونية في محلول قلوي أو حمضي.
مثال البيئة المحايدة
عندما يتم دمج كبريتيد الهيدروجين مع ثنائي كرومات الصوديوم في الماء ، يتم الحصول على راسب من هيدروكسيدات الكبريت والصوديوم والكروم ثلاثي التكافؤ. هذا رد فعل نموذجي لحل محايد.
Na2Cr2O7+ H2S + H2O → NaOH + S + Cr (OH)3
H2S - 2e-→ S + H+| 3
7H2O + Cr2O72-+ 6e-→ 8OH-+ 2Cr (OH)3| 1
7H2O + 3H2S + Cr2O72-→ 3H++ 3S + 2Cr (OH)3+ 8OH-. تتحد كاتيونات الهيدروجين وأنيونات الهيدروكسيد لتكوين 6 جزيئات ماء. يمكن إزالتها على الجانبين الأيمن والأيسر ، مع ترك الفائض أمام السهم.
H2O + 3H2S + Cr2O72-→ 3S + 2Cr (OH)3+ 2OH-
2Na+→ 2Na+
Na2Cr2O7+ 3H2S + H2O → 2NaOH + 3S + 2Cr (OH)3
في نهاية التفاعل ، ترسب من هيدروكسيد الكروم الأزرق والأصفرالكبريت في محلول قلوي مع هيدروكسيد الصوديوم. حالة أكسدة العنصر S مع -2 تصبح 0 ، وشحنة الكروم مع +6 تصبح + 3.
