- צעדים
- - כללי
- בדוק את מספר החמצון של המגיבים והמוצרים
- זהה את המינים המחמצנים והמצמצמים
- כתוב את חצי התגובות ואיזון האטומים והמטענים
- להחליף מקדמים של המשוואה היונית למשוואה הכללית
- - איזון בינוני חומצי
- - איזון במדיום בסיסי
- דוגמאות
- תרגילים
- תרגיל 1
- צעדים כלליים
- איזון במדיום בסיסי
- תרגיל 2
- צעדים כלליים
- איזון בינוני חומצי
- הפניות
שיטת איזון החיזור היא אחד המאפשר איזון המשוואות הכימיות של תגובות חמצון-חיזור, שאחרת להיות כאב ראש. כאן ממין אחד או יותר מחליפים אלקטרונים; זה שתורם או מאבד אותם נקרא המין המחמצן, ואילו זה שמקבל או מרוויח אותם, המין המצמצם.
בשיטה זו חיוני לדעת את מספר החמצון של מינים אלה, מכיוון שהם חושפים כמה אלקטרונים הם השיגו או איבדו לשומה. בזכות זה, ניתן לאזן את המטענים החשמליים על ידי כתיבת האלקטרונים במשוואות כאילו הם מגיבים או מוצרים.
תגובות חצי-כלליות של תגובת רדוקס יחד עם שלושת הגיבורים במהלך האיזון שלהם: H +, H2O ו- OH-. מקור: גבריאל בוליבר.
התמונה העליונה מראה באיזו יעילות האלקטרונים, האלקטרוניים - ממוקמים כגורמים מגיבים כאשר המין המחמצן משיג אותם; וכמוצרים כאשר המין המצמצם מאבד אותם. שימו לב שכדי לאזן משוואות מסוג זה יש צורך לשלוט במושגים של חמצון ומספרי צמצום חמצון.
המינים H + , H 2 O ו- OH - בהתאם ל pH של מדיום התגובה מאפשרים איזון של רדוקס, וזו הסיבה שמאוד נפוץ למצוא אותם בתרגילים. אם המדיום הוא חומצי, אנו נשתמש ב- H + ; אבל אם להפך, המדיום הוא בסיסי, אנו משתמשים ב- OH - לצורך איזון.
אופי התגובה עצמה מכתיב מה אמור להיות ה- pH של המדיום. זו הסיבה שלמרות שניתן לבצע איזון בהנחה של מדיום חומצי או בסיסי, המשוואה הסופית המאוזנת תצביע האם היונים H + ו- OH - באמת ניתנים לחלוקה או לא .
צעדים
- כללי
בדוק את מספר החמצון של המגיבים והמוצרים
נניח את המשוואה הכימית הבאה:
Cu (s) + AgNO 3 (aq) → Cu (NO 3 ) 2 + Ag (s)
זה מתאים לתגובת redox, בה מתרחש שינוי במספר החמצון של המגיבים:
Cu 0 (s) + Ag + NO 3 (aq) → Cu 2+ (NO 3 ) 2 + Ag (s) 0
זהה את המינים המחמצנים והמצמצמים
המין המחמצן משיג אלקטרונים על ידי חמצון המין המצמצם. לכן, מספר החמצון שלו פוחת: הוא הופך לחיובי פחות. בינתיים, מספר החמצון של המינים המצמצמים גדל מכיוון שהוא מאבד אלקטרונים: הוא הופך לחיובי יותר.
כך, בתגובה הקודמת, נחושת מתחמצן, מכיוון שהיא עוברת מ- Cu 0 ל- Cu 2+ ; וכסף מופחת, כשהוא עובר מ- Ag + ל- Ag 0 . נחושת היא המין המצמצם, וכסף המין המחמצן.
כתוב את חצי התגובות ואיזון האטומים והמטענים
תוך כדי זיהוי אילו מינים רוכשים או מאבדים אלקטרונים, כתובות חצי התגובות של redox הן לתגובות ההפחתה והן לחמצון:
Cu 0 → Cu 2+
Ag + → Ag 0
הנחושת מאבדת שני אלקטרונים ואילו הכסף מרוויח אחד. אנו ממקמים את האלקטרונים בשתי תגובות חצי:
Cu 0 → Cu 2+ + 2e -
Ag + + e - → Ag 0
שימו לב שהעומסים נשארים מאוזנים בשתי התגובות למחצה; אך אם היו מתווספים זה לזה, החוק של שימור החומר היה מופר: מספר האלקטרונים חייב להיות שווה בשתי מחצית התגובות. לפיכך, המשוואה השנייה מוכפלת על ידי 2 ושתי המשוואות מתווספות:
(Cu 0 → Cu 2+ + 2e - ) x 1
(Ag + + e - → Ag 0 ) x 2
Cu 0 + 2Ag + + 2e - → Cu 2+ + 2Ag 0 + 2e -
האלקטרונים מבטלים מכיוון שהם נמצאים בצידי המגיבים והמוצרים:
Cu 0 + 2Ag + → Cu 2+ + 2Ag 0
זו המשוואה היונית העולמית.
להחליף מקדמים של המשוואה היונית למשוואה הכללית
לבסוף, המקדמים הסטויו-מטריים מהמשוואה הקודמת מועברים למשוואה הראשונה:
Cu (s) + 2AgNO 3 (aq) → Cu (NO 3 ) 2 + 2Ag (s)
שימו לב ש -2 התמקמו עם AgNO 3 מכיוון שבמלח זה הכסף הוא Ag + , וזה קורה גם עם Cu (NO 3 ) 2 . אם משוואה זו לא מאוזנת בסוף, אנו ממשיכים לבצע את המשפט.
המשוואה שהוצעה בשלבים הקודמים הייתה יכולה להיות איזונה ישירות על ידי ניסוי וטעייה. עם זאת, ישנן תגובות רדוקס שצריכות להתקיים מדיום חומצי (H + ) או בסיסי (OH - ). כשזה קורה, לא ניתן לאזן בהנחה שהמדיום הוא ניטרלי; כפי שמוצג זה עתה (לא H + ולא OH - נוסף ).
מצד שני, נוח לדעת שהאטומים, היונים או התרכובות (בעיקר תחמוצות) בהם מתרחשים השינויים במספר החמצון כתובים בחצי התגובות. זה יודגש בחלק התרגילים.
- איזון בינוני חומצי
כאשר המדיום הוא חומצה, יש צורך לעצור בשתי מחצית התגובות. הפעם כאשר מאזנים אנו מתעלמים מאטומי החמצן והמימן, וגם מהאלקטרונים. האלקטרונים יתאזן בסוף.
ואז, בצד התגובה עם פחות אטומי חמצן, אנו מוסיפים מולקולות מים כדי לפצות עליה. בצד השני, אנו מאזנים את ההידרוגנים עם יוני H + . ולבסוף, אנו מוסיפים את האלקטרונים וממשיכים לבצע את הצעדים הכלליים שכבר התוארו.
- איזון במדיום בסיסי
כאשר המדיום בסיסי, אחד ממשיך באותו אופן כמו במדיום החומצי עם הבדל קטן: הפעם בצד בו יש יותר חמצן, ימוקם מספר מולקולות מים השוות לעודף החמצן הזה; ומהצד השני, יוני OH - כדי לפצות על הידרוגנים.
לבסוף האלקטרונים מאוזנים, שתי החצי-תגובות מתווספות, ומקדמי המשוואה היונית העולמית מוחלפים למשוואה הכללית.
דוגמאות
משוואות redox המאוזנות והלא מאוזנות הבאות משמשות כדוגמאות כדי לראות כמה הן משתנות לאחר יישום שיטת איזון זו:
P 4 + ClO - → PO 4 3- + Cl - (לא מאוזן)
P 4 + 10 ClO - + 6 H 2 O → 4 PO 4 3- + 10 Cl - + 12 H + (בינוני חומצה מאוזנת)
P 4 + 10 ClO - + 12 OH - → 4 PO 4 3- + 10 Cl - + 6 H 2 O (מדיום בסיסי מאוזן)
I 2 + KNO 3 → I - + KIO 3 + NO 3 - (לא מאוזן)
3I 2 + KNO 3 + 3H 2 O → 5I - + KIO 3 + NO 3 - + 6H + (בינוני חומצה מאוזנת)
Cr 2 O 2 7- + HNO 2 → Cr 3+ + NO 3 - (לא מאוזן)
3HNO 2 + 5H + + Cr 2 O 2 7- → 3NO 3 - + 2Cr 3+ + 4H 2 O (בינוני חומצה מאוזנת)
תרגילים
תרגיל 1
איזון המשוואה הבאה במדיום בסיסי:
I 2 + KNO 3 → I - + KIO 3 + NO 3 -
צעדים כלליים
אנו מתחילים על ידי רישום מספרי החמצון של המינים שאנו חושדים שחוסנו או הופחתו; במקרה זה אטומי יוד:
I 2 0 + KNO 3 → I - + KI 5+ O 3 + NO 3 -
שימו לב כי יוד מחומצן ובאותו הזמן מופחת, ולכן אנו ממשיכים לכתוב את שתי התגובות החצי המתאימות שלהם:
I 2 → I - (צמצום, עבור כל אלקטרונית I - 1 נצרכת)
I 2 → IO 3 - (חמצון, לכל IO 3 - 5 אלקטרונים משתחררים)
בחצי-תגובת החמצון אנו ממקמים את האניון IO 3 - , ולא את אטום היוד כ- I 5+ . אנו מאזנים את אטומי היוד:
I 2 → 2I -
I 2 → 2IO 3 -
איזון במדיום בסיסי
כעת אנו מתמקדים באיזון התגובה למחצית החמצון במדיום בסיסי, מכיוון שיש לו מין מחומצן. אנו מוסיפים בצד המוצר את אותו מספר מולקולות מים כמו שיש אטומי חמצן:
I 2 → 2IO 3 - + 6H 2 O
ובצד שמאל אנו מאזנים את ההידרוגנים עם OH - :
I 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 6H 2 O
אנו כותבים את שתי מחצית התגובות ומוסיפים את האלקטרונים החסרים כדי לאזן את המטענים השליליים:
I 2 + 2e - → 2I -
I 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 6H 2 O + 10e -
אנו משווים את המספרים של האלקטרונים בשתי התגובות למחצה ומוסיפים אותם:
(I 2 + 2e - → 2I - ) x 10
(I 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 6H 2 O + 10e - ) x 2
12I 2 + 24 OH - + 20e - → 20I - + 4IO 3 - + 12H 2 O + 20e -
האלקטרונים מבטלים ואנחנו מחלקים את כל המקדמים בארבעה כדי לפשט את המשוואה היונית העולמית:
(12I 2 + 24 OH - → 20I - + 4IO 3 - + 12H 2 O) x ¼
3I 2 + 6OH - → 5I - + IO 3 - + 3H 2 O
ולבסוף, אנו מחליפים את המקדמים של המשוואה היונית במשוואה הראשונה:
3I 2 + 6OH - + KNO 3 → 5I - + KIO 3 + NO 3 - + 3H 2 O
המשוואה כבר מאוזנת. השווה תוצאה זו עם האיזון במדיום חומצי שבדוגמא 2.
תרגיל 2
מאזנים את המשוואה הבאה במדיום חומצי:
Fe 2 O 3 + CO → Fe + CO 2
צעדים כלליים
אנו מסתכלים על מספר החמצון של ברזל ופחמן כדי לגלות מי מהשניים התחמצן או הופחת:
Fe 2 3+ O 3 + C 2+ O → Fe 0 + C 4+ O 2
הברזל הופחת והופך אותו למין המחמצן. בינתיים התחמצן פחמן, ומתנהג כמין המפחית. מחצית התגובות לחמצון והפחתה הנוגעות בדבר הן:
Fe 2 3+ O 3 → Fe 0 (הפחתה, עבור כל אלקטרונים Fe 3 צורכים)
CO → CO 2 (חמצון, עבור כל אלקטרונים CO 2 2 משתחררים)
שימו לב שאנחנו כותבים את התחמוצת, Fe 2 O 3 , מכיוון שהוא מכיל Fe 3+ , במקום רק להציב את Fe 3+ . אנו מאזנים את האטומים הדרושים למעט אלה של חמצן:
Fe 2 O 3 → 2Fe
CO → CO 2
ואנחנו ממשיכים לבצע את האיזון במדיום חומצי בשתי התגובות למחצה, מכיוון שיש מינים מחומצן בין לבין.
איזון בינוני חומצי
אנו מוסיפים מים כדי לאזן את המקצבים ואז H + כדי לאזן את ההידרוגנים:
Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O
6H + + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O
CO + H 2 O → CO 2
CO + H 2 O → CO 2 + 2H +
כעת אנו מאזנים את המטענים על ידי הצבת האלקטרונים המעורבים בחצי התגובות:
6H + + 6e - + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O
CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e -
אנו משווים את מספר האלקטרונים בשתי התגובות למחצה ומוסיפים אותם:
(6H + + 6e - + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O) x 2
(CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e - ) x 6
12 H + + 12E - + 2Fe 2 O 3 + 6CO + 6H 2 O → 4Fe + 6H 2 O + 6CO 2 + 12H + + 12E -
אנו מבטלים אלקטרונים, יוני H + ומולקולות מים:
2Fe 2 O 3 + 6CO → 4Fe + 6CO 2
אך ניתן לחלק את המקדמים הללו לשניים כדי לפשט את המשוואה ביתר שאת, תוך:
Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2
שאלה זו עולה: האם איזון redox היה הכרחי למשוואה זו? על ידי ניסוי וטעייה זה היה מהיר הרבה יותר. זה מראה שתגובה זו מתרחשת ללא קשר לחומציות ה- pH של המדיום.
הפניות
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (22 בספטמבר 2019). כיצד לאזן בין תגובות רדוקס. התאושש מ: thoughtco.com
- אן נגוין ולוולין ברר. (05 ביוני, 2019). איזון תגובות Redox. כימיה LibreTexts. התאושש מ: chem.libretexts.org
- קווימיטוב. (2012). תרגיל 19: התאמת תגובת redox במדיום בסיסי עם שתי תגובות חצי חמצון. התאושש מ: quimitube.com
- אוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס. (sf). בעיות תרגול: תגובות Redox. התאושש מ: chemistry.wustl.edu
- ג'ון וויילי ובניו. (2020). כיצד לאזן משוואות Redox. התאושש מ: dummies.com
- Rubén Darío OG (2015). איזון משוואות כימיות. התאושש מ: aprendeenlinea.udea.edu.co