Բազմաթիվ քիմիական գործընթացներ տեղի են ունենում արձագանքող միացություններ կազմող ատոմների օքսիդացման վիճակների փոփոխությամբ: Օքսիդացման տիպի ռեակցիաների համար հավասարումներ գրելը հաճախ ուղեկցվում է նյութերի յուրաքանչյուր բանաձևի դիմաց գործակիցները դասավորելու դժվարությամբ: Այդ նպատակների համար մշակվել են տեխնիկա՝ կապված լիցքի բաշխման էլեկտրոնային կամ էլեկտրոն-իոնային հաշվեկշռի հետ: Հոդվածում մանրամասն նկարագրված է հավասարումներ գրելու երկրորդ եղանակը։
Կիսա-ռեակցիայի մեթոդ, էություն
Այն նաև կոչվում է գործակիցների բաշխման էլեկտրոն-իոնային հավասարակշռություն։ Մեթոդը հիմնված է անիոնների կամ կատիոնների միջև բացասական լիցքավորված մասնիկների փոխանակման վրա տարբեր pH արժեքներով լուծված միջավայրում։
Օքսիդացնող և վերականգնող տիպի էլեկտրոլիտների ռեակցիաներում ներգրավված են բացասական կամ դրական լիցք ունեցող իոններ։ Մոլեկուլային-իոնային հավասարումներտեսակները, որոնք հիմնված են կիսա-ռեակցիայի մեթոդի վրա, հստակ ապացուցում են ցանկացած գործընթացի էությունը:
Հավասարակշռություն ձևավորելու համար օգտագործվում է ուժեղ կապի էլեկտրոլիտների հատուկ նշանակում՝ որպես իոնային մասնիկներ, իսկ թույլ միացություններ, գազեր և տեղումներ՝ չտարանջատված մոլեկուլների տեսքով: Որպես սխեմայի մաս, անհրաժեշտ է նշել այն մասնիկները, որոնցում փոխվում է դրանց օքսիդացման աստիճանը։ Հաշվեկշռում լուծիչ միջավայրը որոշելու համար թթվային (H+), ալկալային (OH-) և չեզոք (H2):O) պայմաններ։
Ինչի՞ համար է այն օգտագործվում?
OVR-ում կիսա-ռեակցիայի մեթոդը նպատակաուղղված է առանձին գրելու իոնային հավասարումներ օքսիդատիվ և վերականգնողական գործընթացների համար: Վերջնական մնացորդը կլինի դրանց գումարումը։
Կատարման քայլեր
Կեսարակցիայի մեթոդն ունի գրելու իր առանձնահատկությունները. Ալգորիթմը ներառում է հետևյալ փուլերը՝
- Առաջին քայլը բոլոր ռեակտիվների բանաձևերը գրելն է: Օրինակ՝
H2S + KMnO4 + HCl
- Այնուհետև դուք պետք է սահմանեք յուրաքանչյուր բաղադրիչ գործընթացի գործառույթը քիմիական տեսանկյունից: Այս ռեակցիայում KMnO4 գործում է որպես օքսիդացնող նյութ, H2S-ը վերականգնող նյութ է, իսկ HCl-ը սահմանում է թթվային միջավայրը:
- Երրորդ քայլը նոր տողից գրելն է իոնային արձագանքող միացությունների բանաձևերը, որոնք ունեն հզոր էլեկտրոլիտային պոտենցիալ, որոնց ատոմներն ունեն իրենց օքսիդացման վիճակների փոփոխություն: Այս փոխազդեցության մեջ MnO4- գործում է որպես օքսիդացնող նյութ, H2S է.վերականգնող ռեագենտ և H+ կամ օքսոնիումի կատիոն H3O+ որոշում է թթվային միջավայրը: Գազային, պինդ կամ թույլ էլեկտրոլիտիկ միացություններն արտահայտվում են ամբողջ մոլեկուլային բանաձևերով։
Իմանալով սկզբնական բաղադրիչները՝ փորձեք որոշել, թե որ օքսիդացնող և վերականգնող ռեակտիվները համապատասխանաբար կունենան նվազած և օքսիդացված ձևեր: Երբեմն վերջնական նյութերն արդեն դրված են պայմանների մեջ, ինչը հեշտացնում է աշխատանքը։ Հետևյալ հավասարումները ցույց են տալիս H2S (ջրածնի սուլֆիդ) անցումը դեպի S (ծծումբ), իսկ անիոն MnO4 -դեպի Mn կատիոն2+.
Ձախ և աջ հատվածների ատոմային մասնիկները հավասարակշռելու համար թթվային միջավայրին ավելացնում են ջրածնի կատիոն H+ կամ մոլեկուլային ջուր: Ալկալային լուծույթին ավելացվում են հիդրօքսիդ իոններ OH- կամ H2O.
MnO4-→ Mn2+
Լուծման մեջ մանգանատի իոններից թթվածնի ատոմը H+-ի հետ միասին կազմում են ջրի մոլեկուլներ: Տարրերի թիվը հավասարեցնելու համար հավասարումը գրվում է հետևյալ կերպ՝ 2O + Mn2+..
Այնուհետև կատարվում է էլեկտրական հավասարակշռում։ Դա անելու համար հաշվի առեք գանձումների ընդհանուր գումարը ձախ հատվածում, ստացվում է +7, իսկ հետո աջ կողմում ստացվում է +2: Գործընթացը հավասարակշռելու համար սկզբնական նյութերին ավելացվում են հինգ բացասական մասնիկներ՝ 8H+ + MnO4-+ 5e - → 4H2O + Mn2+. Սա հանգեցնում է կրճատման կիսապատասխանության:
Այժմ հաջորդում է օքսիդացման գործընթացը՝ ատոմների թիվը հավասարեցնելու համար: Դրա համար՝ աջ կողմումավելացնել ջրածնի կատիոնները՝ H2S → 2H+ + S.
Գանձումները հավասարեցվելուց հետո՝ H2S -2e- → 2H+ + Ս. Երևում է, որ սկզբնական միացություններից երկու բացասական մասնիկ է վերցվում։ Ստացվում է օքսիդատիվ պրոցեսի կիսա-ռեակցիան։
Սյունակում գրեք երկու հավասարումները և հավասարեցրեք տրված և ստացված լիցքերը: Ամենափոքր բազմապատիկները որոշելու կանոնի համաձայն՝ յուրաքանչյուր կիսա-ռեակցիայի համար ընտրվում է բազմապատկիչ։ Օքսիդացման և նվազեցման հավասարումը բազմապատկվում է դրանով։
Այժմ կարող եք ավելացնել երկու մնացորդները՝ ավելացնելով ձախ և աջ կողմերը միասին և նվազեցնելով էլեկտրոնային մասնիկների թիվը:
8H+ + MnO4- + 5e-→ 4H2O + Mn2+ |2
H2S -2e- → 2H+ + S |5
16H+ + 2MnO4- + 5H2 S → 8H2O + 2Mn2+ + 10H+ + 5S
Ստացված հավասարման մեջ դուք կարող եք կրճատել H+ թիվը 10-ով. 6H+ + 2MnO4 - + 5H2S → 8H2O + 2Mn 2+ + 5S.
Իոնների հաշվեկշռի ճիշտության ստուգում` հաշվելով թթվածնի ատոմների թիվը սլաքին առաջ և հետո, որը հավասար է 8-ի: Անհրաժեշտ է նաև ստուգել հաշվեկշռի վերջնական և սկզբնական մասերի լիցքերը. +6) + (-2)=+4. Եթե ամեն ինչ համընկնում է, ուրեմն ճիշտ է։
Կես ռեակցիայի մեթոդն ավարտվում է իոնային նշումից մոլեկուլային հավասարման անցումով: Յուրաքանչյուր անիոնային ևհավասարակշռության ձախ կողմի կատիոնային մասնիկ, ընտրվում է հակադիր իոն: Հետո դրանք տեղափոխվում են աջ կողմում՝ նույն չափով։ Այժմ իոնները կարող են միավորվել ամբողջ մոլեկուլների մեջ։
6H+ + 2MnO4- + 5H2 S → 8H2O + 2Mn2+ + 5S
6Cl- + 2K+ → 6Cl- + 2K +
H2S + KMnO4 + 6HCl → 8H2O + 2MnCl 2 + 5S + 2KCl.
Հնարավոր է կիրառել կիսա-ռեակցիաների մեթոդը, որի ալգորիթմը հանգում է մոլեկուլային հավասարման գրմանը, էլեկտրոնային տիպի մնացորդներ գրելուն զուգահեռ։
Օքսիդացնող նյութերի որոշում
Այս դերը պատկանում է իոնային, ատոմային կամ մոլեկուլային մասնիկներին, որոնք ընդունում են բացասական լիցքավորված էլեկտրոններ։ Նյութերը, որոնք օքսիդանում են, ենթարկվում են ռեակցիաների կրճատման։ Նրանք ունեն էլեկտրոնային թերություն, որը կարելի է հեշտությամբ լրացնել։ Նման պրոցեսները ներառում են ռեդոքս կիսա-ռեակցիաները:
Ոչ բոլոր նյութերն ունեն էլեկտրոններ ընդունելու հատկություն։ Ուժեղ օքսիդացնող նյութերը ներառում են՝
- հալոգենի ներկայացուցիչներ;
- թթու, ինչպես ազոտային, սելենիկ և ծծմբական;
- կալիումի պերմանգանատ, երկքրոմատ, մանգանատ, քրոմատ;
- մանգանի և կապարի քառավալենտ օքսիդներ;
- արծաթ և ոսկի իոնիկ;
- գազային թթվածնի միացություններ;
- երկվալենտ պղնձի և միավալենտ արծաթի օքսիդներ;
- քլոր պարունակող աղի բաղադրիչներ;
- արքայական օղի;
- ջրածնի պերօքսիդ.
Նվազեցնող նյութերի որոշում
Այս դերը պատկանում է իոնային, ատոմային կամ մոլեկուլային մասնիկներին, որոնք բացասական լիցք են արձակում։ Ռեակցիաներում վերականգնող նյութերը ենթարկվում են օքսիդացման գործողության, երբ էլեկտրոնները վերանում են:
Վերականգնողական հատկություններ ունեն՝
- շատ մետաղների ներկայացուցիչներ;
- ծծմբի քառավալենտ միացություններ և ջրածնի սուլֆիդ;
- հալոգենացված թթուներ;
- երկաթի, քրոմի և մանգանի սուլֆատներ;
- անագ երկվալենտ քլորիդ;
- ազոտ պարունակող ռեակտիվներ, ինչպիսիք են ազոտաթթուն, երկվալենտ օքսիդը, ամոնիակը և հիդրազինը;
- բնական ածխածին և նրա երկվալենտ օքսիդ;
- ջրածնի մոլեկուլներ;
- ֆոսֆորաթթու.
Էլեկտրոն-իոն մեթոդի առավելությունները
Օքսիդացման ռեակցիաներ գրելու համար կես-ռեակցիայի մեթոդն ավելի հաճախ օգտագործվում է, քան էլեկտրոնային ձևի հաշվեկշիռը:
Սա պայմանավորված է էլեկտրոն-իոն մեթոդի առավելություններով.
- Հավասարում գրելիս հաշվի առեք լուծույթում առկա իրական իոններն ու միացությունները:
- Դուք կարող եք սկզբում տեղեկություն չունենալ ստացված նյութերի մասին, դրանք որոշվում են վերջնական փուլերում:
- Օքսիդացման աստիճանի տվյալները միշտ չէ, որ անհրաժեշտ են:
- Մեթոդի շնորհիվ կարող եք պարզել կիսարեակցիաներին մասնակցող էլեկտրոնների թիվը, ինչպես է փոխվում լուծույթի pH-ը։
- Եզակիությունգործընթացները և ստացված նյութերի կառուցվածքը։
Կիսառեակցիաներ թթվային լուծույթում
Ջրածնի իոնների ավելցուկով հաշվարկներ կատարելը ենթարկվում է հիմնական ալգորիթմին։ Թթվային միջավայրում կես ռեակցիաների մեթոդը սկսվում է ցանկացած գործընթացի բաղկացուցիչ մասերի գրանցմամբ։ Այնուհետև դրանք արտահայտվում են ատոմային և էլեկտրոնային լիցքի հավասարակշռությամբ իոնային ձևի հավասարումների տեսքով։ Օքսիդացնող և վերականգնող բնույթի գործընթացները գրանցվում են առանձին։
Ատոմային թթվածինը ռեակցիաների ուղղությամբ իր ավելցուկով հավասարեցնելու համար ներմուծվում են ջրածնի կատիոններ։ H+-ի քանակը պետք է բավարար լինի մոլեկուլային ջուր ստանալու համար: Թթվածնի պակասի ուղղությամբ H2O.
Այնուհետև կատարեք ջրածնի ատոմների և էլեկտրոնների հավասարակշռությունը։
Նրանք գումարում են հավասարումների մասերը սլաքին առաջ և հետո՝ գործակիցների դասավորությամբ։
Նվազեցրեք միանման իոնները և մոլեկուլները: Բացակայող անիոնային և կատիոնային մասնիկները ավելացվում են ընդհանուր հավասարման մեջ արդեն գրանցված ռեակտիվներին: Սլաքից հետո և առաջ դրանց թիվը պետք է համընկնի:
OVR հավասարումը (կես ռեակցիայի մեթոդ) համարվում է կատարված մոլեկուլային ձևի պատրաստի արտահայտություն գրելիս: Յուրաքանչյուր բաղադրիչ պետք է ունենա որոշակի բազմապատկիչ։
Օրինակներ թթու միջավայրերի համար
Նատրիումի նիտրիտի փոխազդեցությունը քլորաթթվի հետ հանգեցնում է նատրիումի նիտրատի և աղաթթվի արտադրությանը։ Գործակիցները դասավորելու համար օգտագործվում է կիսա ռեակցիաների մեթոդը, հավասարումների գրման օրինակներ.կապված է թթվային միջավայրի ցուցման հետ:
NaNO2 + HClO3 → NaNO3 + HCl
ClO3- + 6H+ + 6e- → 3H2O + Cl- |1
NO2- + H2O – 2e- → NO3- +2H+ |3
ClO3- + 6H+ + 3H2 O + 3NO2- → 3H2O + Cl - + 3NO3- +6H+
ClO3- + 3NO2-→ Cl- + 3NO3-
3Na+ + H+ → 3Na+ + H +
3NaNO2 + HClO3 → 3NaNO3 + HCl.
Այս գործընթացում նիտրիտից առաջանում է նատրիումի նիտրատ, իսկ քլորաթթվից՝ աղաթթուն։ Ազոտի օքսիդացման վիճակը +3-ից փոխվում է +5-ի, իսկ քլորի +5 լիցքը դառնում է -1։ Երկու ապրանքներն էլ չեն նստում:
Կիսա-ռեակցիաներ ալկալային միջավայրի համար
Հիդրօքսիդի իոնների ավելցուկով հաշվարկներ կատարելը համապատասխանում է թթվային լուծույթների հաշվարկներին: Ալկալային միջավայրում կիսա-ռեակցիաների մեթոդը նույնպես սկսվում է գործընթացի բաղկացուցիչ մասերի արտահայտմամբ իոնային հավասարումների տեսքով։ Տարբերություններ են նկատվում ատոմային թթվածնի քանակի դասավորության ժամանակ։ Այսպիսով, մոլեկուլային ջուրը ավելացվում է ռեակցիայի կողքին իր ավելցուկով, իսկ հիդրօքսիդի անիոնները՝ հակառակ կողմում։
H2O մոլեկուլի դիմացի գործակիցը ցույց է տալիս թթվածնի քանակի տարբերությունը նետից հետո և առաջ, և OH-իոն այն կրկնապատկվել է: Օքսիդացման ընթացքումռեագենտը, որը գործում է որպես վերականգնող նյութ, հեռացնում է O ատոմները հիդրօքսիլ անիոններից:
Կիսարակցիաների մեթոդն ավարտվում է ալգորիթմի մնացած քայլերով, որոնք համընկնում են թթվային ավելցուկ ունեցող գործընթացների հետ։ Վերջնական արդյունքը մոլեկուլային հավասարումն է։
Ալկալային օրինակներ
Յոդը նատրիումի հիդրօքսիդի հետ խառնելիս առաջանում են նատրիումի յոդիդ և յոդատ՝ ջրի մոլեկուլներ։ Գործընթացի հավասարակշռությունը ստանալու համար օգտագործվում է կիսա-ռեակցիայի մեթոդը։ Ալկալային լուծույթների օրինակներն ունեն իրենց առանձնահատկությունները՝ կապված ատոմային թթվածնի հավասարեցման հետ:
NaOH + I2 →NaI + NaIO3 + H2O
I + e- → I- |5
6OH- + I - 5e- → I- + 3H 2O + IO3- |1
I + 5I + 6OH- → 3H2O + 5I- + IO 3-
6Na+ → Na+ + 5Na+
6NaOH + 3I2 →5NaI + NaIO3 + 3H2O.
Ռեակցիայի արդյունքը մոլեկուլային յոդի մանուշակագույն գույնի անհետացումն է։ Այս տարրի օքսիդացման վիճակի փոփոխություն կա 0-ից -1 և +5 նատրիումի յոդիդի և յոդատի առաջացմամբ։
Արձագանքները չեզոք միջավայրում
Սովորաբար այսպես են կոչվում այն գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում աղերի հիդրոլիզի ժամանակ՝ թեթևակի թթվային (pH 6-ից 7) կամ թեթևակի ալկալային (7-ից 8 pH-ով) լուծույթի ձևավորմամբ։.
Կես ռեակցիայի մեթոդը չեզոք միջավայրում գրված է մի քանիումտարբերակներ։
Առաջին մեթոդը հաշվի չի առնում աղի հիդրոլիզը: Միջավայրը վերցվում է որպես չեզոք, իսկ մոլեկուլային ջուրը նշանակվում է սլաքի ձախ կողմում: Այս տարբերակում կես ռեակցիան ընդունվում է որպես թթվային, իսկ մյուսը՝ ալկալային։
Երկրորդ մեթոդը հարմար է գործընթացների համար, որոնցում կարող եք սահմանել pH արժեքի մոտավոր արժեքը: Այնուհետև իոն-էլեկտրոն մեթոդի ռեակցիաները դիտարկվում են ալկալային կամ թթվային լուծույթում:
Չեզոք միջավայրի օրինակ
Երբ ջրածնի սուլֆիդը միացվում է նատրիումի երկքրոմատի հետ ջրի մեջ, ստացվում է ծծմբի, նատրիումի և եռարժեք քրոմի հիդրօքսիդների նստվածք։ Սա տիպիկ ռեակցիա է չեզոք լուծման համար:
Na2Cr2O7 + H2 S +H2O → NaOH + S + Cr(OH)3
H2S - 2e- → S + H+ |3
7H2O + Cr2O72- + 6e- → 8OH- + 2Cr(OH)3 |1
7H2O +3H2S + Cr2O 72- → 3H+ +3S + 2Cr(OH)3 +8OH-. Ջրածնի կատիոնները և հիդրօքսիդի անիոնները միանում են և ձևավորում են ջրի 6 մոլեկուլ։ Դրանք կարելի է հեռացնել աջ և ձախ կողմերից՝ թողնելով ավելցուկը սլաքի դիմաց։
H2O +3H2S + Cr2O 72- → 3S + 2Cr(OH)3 +2OH-
2Na+ → 2Na+
Na2Cr2O7 + 3H2 S +H2O → 2NaOH + 3S + 2Cr(OH)3
Ռեակցիայի վերջում կապույտ քրոմի հիդրօքսիդի նստվածք և դեղինծծումբը նատրիումի հիդրօքսիդով ալկալային լուծույթում: S տարրի օքսիդացման վիճակը -2-ով դառնում է 0, իսկ քրոմի լիցքը +6-ով՝ +3։
