Yarim reaksiya usuli: algoritm

2024 Muallif: Angel Austin | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 05:45

Koʻp kimyoviy jarayonlar reaksiyaga kirishuvchi birikmalarni hosil qiluvchi atomlarning oksidlanish darajalari oʻzgarishi bilan sodir boʻladi. Oksidlanish-qaytarilish tipidagi reaksiyalar uchun tenglamalarni yozish ko'pincha moddalarning har bir formulasi oldidagi koeffitsientlarni joylashtirishda qiyinchiliklar bilan birga keladi. Ushbu maqsadlar uchun zaryad taqsimotining elektron yoki elektron-ion balansi bilan bog'liq texnikalar ishlab chiqilgan. Maqolada tenglamalarni yozishning ikkinchi usuli batafsil tasvirlangan.

Yarim reaksiya usuli, ob'ekt

Koeffitsient omillari taqsimotining elektron-ion balansi ham deyiladi. Usul turli pH qiymatlari bilan erigan muhitda anionlar yoki kationlar o'rtasida manfiy zaryadlangan zarrachalar almashinuviga asoslangan.

Oksidlovchi va qaytaruvchi turdagi elektrolitlar reaksiyalarida manfiy yoki musbat zaryadli ionlar ishtirok etadi. Molekulyar-ionli tenglamalaryarim reaksiyalar usuliga asoslangan turlar har qanday jarayonning mohiyatini aniq isbotlaydi.

Muvozanat hosil qilish uchun ion zarralari sifatida kuchli bog`langan elektrolitlar, ajratilmagan molekulalar ko`rinishidagi kuchsiz birikmalar, gazlar va cho`kmalarning maxsus belgilanishi qo`llaniladi. Sxemaning bir qismi sifatida ularning oksidlanish darajasi o'zgargan zarralarni ko'rsatish kerak. Balansdagi erituvchi muhitni aniqlash uchun kislotali (H⁺), ishqoriy (OH^-) va neytral (H_{2)O) shartlari.}

U nima uchun ishlatiladi?

OVRda yarim reaksiya usuli oksidlanish va qaytarilish jarayonlari uchun ion tenglamalarini alohida yozishga qaratilgan. Yakuniy qoldiq ularning yig‘indisi bo‘ladi.

Bajarish bosqichlari

Yarim reaksiya usuli yozishning oʻziga xos xususiyatlariga ega. Algoritm quyidagi bosqichlarni o'z ichiga oladi:

- Birinchi qadam barcha reaktivlarning formulalarini yozishdir. Masalan:

H₂S + KMnO₄ + HCl

- Keyin har bir tarkibiy jarayonning kimyoviy nuqtai nazardan funktsiyasini belgilashingiz kerak. Bu reaksiyada KMnO₄ oksidlovchi, H₂S qaytaruvchi, HCl esa kislotali muhitni belgilaydi.

- Uchinchi bosqich - atomlari oksidlanish darajasi o'zgargan kuchli elektrolitlar potentsialiga ega ionli reaksiyaga kirishuvchi birikmalarning formulalarini yangi satrdan yozish. Ushbu o'zaro ta'sirda MnO₄^- oksidlovchi vosita sifatida ishlaydi, H₂Sqaytaruvchi reagent va H⁺ yoki oksonium kationi H₃O⁺ kislota muhitini aniqlaydi. Gazsimon, qattiq yoki kuchsiz elektrolitik birikmalar butun molekulyar formulalar bilan ifodalanadi.

Boshlang'ich komponentlarni bilib, qaysi oksidlovchi va qaytaruvchi reagentlar mos ravishda qaytarilgan va oksidlangan shaklga ega bo'lishini aniqlashga harakat qiling. Ba'zida yakuniy moddalar allaqachon sharoitda o'rnatiladi, bu esa ishni osonlashtiradi. Quyidagi tenglamalar H₂S (vodorod sulfidi) ning S (oltingugurt) va anion MnO₄ ^{ga oʻtishini koʻrsatadi. -dan Mn kation}2+.

Atom zarralarini chap va oʻng boʻlimlarda muvozanatlash uchun kislotali muhitga vodorod kationi H⁺ yoki molekulyar suv qoʻshiladi. Ishqoriy eritmaga OH^- yoki H₂O.

gidroksid ionlari qo'shiladi.

MnO₄^-→ Mn²⁺

Eritmada manganat ionlaridan kislorod atomi H⁺ bilan birgalikda suv molekulalarini hosil qiladi. Elementlar sonini tenglashtirish uchun tenglama quyidagicha yoziladi: 2^{O + Mn}2+.

Keyin elektr balanslash amalga oshiriladi. Buning uchun chap qismdagi to'lovlarning umumiy miqdorini ko'rib chiqing, u +7, keyin o'ng tomonda +2 bo'ladi. Jarayonni muvozanatlash uchun boshlang'ich moddalarga beshta manfiy zarracha qo'shiladi: 8H⁺ + MnO₄^-+ 5e ^- → 4H₂O + Mn²⁺. Bu yarim reaksiyaning qisqarishiga olib keladi.

Endi atomlar sonini tenglashtirish uchun oksidlanish jarayoni davom etadi. Buning uchun o'ng tomondavodorod kationlarini qo'shing: H₂S → 2H⁺ + S.

Toʻlovlar tenglashtirilgandan keyin: H₂S -2e^- → 2H⁺ + S. Ko'rinib turibdiki, boshlang'ich birikmalardan ikkita manfiy zarrachalar olinadi. Bu oksidlanish jarayonining yarim reaktsiyasi bo'lib chiqadi.

Ikkala tenglamani ustunga yozing va berilgan va qabul qilingan toʻlovlarni tenglang. Eng kichik ko'paytmalarni aniqlash qoidasiga ko'ra, har bir yarim reaksiya uchun ko'paytiruvchi tanlanadi. Oksidlanish va qaytarilish tenglamasi unga ko'paytiriladi.

Endi siz chap va oʻng tomonlarni qoʻshish va elektron zarrachalar sonini kamaytirish orqali ikkita balansni qoʻshishingiz mumkin.

8H⁺ + MnO₄^- + 5e^-→ 4H₂O + Mn²⁺ |2

H₂S -2e^- → 2H⁺ + S |5

16H⁺ + 2MnO₄^- + 5H₂ S → 8H₂O + 2Mn²⁺ + 10H⁺ + 5S

Olingan tenglamada siz H⁺ sonini 10 ga kamaytirishingiz mumkin: 6H⁺ + 2MnO₄ ^- + 5H₂S → 8H₂O + 2Mn ²⁺ + 5S.

Oʻqdan oldin va keyin kislorod atomlari sonini sanash orqali ion balansining toʻgʻriligini tekshirish, bu 8 ga teng. Shuningdek, balansning yakuniy va boshlangʻich qismlarining zaryadlarini tekshirish kerak: (+6) + (-2)=+4. Agar hammasi mos boʻlsa, u toʻgʻri.

Yarim reaksiya usuli ion belgilaridan molekulyar tenglamaga oʻtish bilan yakunlanadi. Har bir anion uchun vamuvozanatning chap tomonidagi katyonik zarracha, zaryadga qarama-qarshi ion tanlanadi. Keyin ular o'ng tomonga, bir xil miqdorda o'tkaziladi. Endi ionlar butun molekulalarga birlashtirilishi mumkin.

6H⁺ + 2MnO₄^- + 5H₂ S → 8H₂O + 2Mn²⁺ + 5S

6Cl^- + 2K⁺ → 6Cl^- + 2K ⁺

H₂S + KMnO₄ + 6HCl → 8H₂O + 2MnCl ₂ + 5S + 2KCl.

Elektron turdagi balanslarni yozish bilan bir qatorda algoritmi molekulyar tenglamani yozishgacha boʻlgan yarim reaksiyalar usulini qoʻllash mumkin.

Oksidlovchi moddalarni aniqlash

Bu rol manfiy zaryadlangan elektronlarni qabul qiluvchi ion, atom yoki molekulyar zarrachalarga tegishli. Oksidlanadigan moddalar reaksiyalarda qaytarilishga uchraydi. Ular osongina to'ldirilishi mumkin bo'lgan elektron kamchilikka ega. Bunday jarayonlarga yarim oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari kiradi.

Hamma moddalar ham elektron qabul qilish qobiliyatiga ega emas. Kuchli oksidlovchi moddalarga quyidagilar kiradi:

• galogen vakillari;
• kislota kabi azot, selen va oltingugurt;
• kaliy permanganat, bixromat, manganat, xromat;
• marganets va qoʻrgʻoshin tetravalent oksidlari;
• kumush va oltin ion;
• gazsimon kislorod birikmalari;
• ikki valentli mis va bir valentli kumush oksidlari;
• xlor o'z ichiga olgan tuz komponentlari;
• qirollik aroq;
• vodorod peroksid.

Reduktorlarni aniqlash

Bu rol manfiy zaryad chiqaradigan ion, atom yoki molekulyar zarralarga tegishli. Reaksiyalarda qaytaruvchi moddalar elektronlar yoʻqolganda oksidlovchi taʼsirga uchraydi.

Qayta tiklovchi xususiyatlarga ega:

• ko'p metallarning vakillari;
• oltingugurtning tetravalent birikmalari va vodorod sulfidi;
• galogenli kislotalar;
• temir, xrom va marganets sulfatlari;
• qalay ikki valentli xlorid;
• azot o'z ichiga olgan reagentlar, masalan, azot kislotasi, ikki valentli oksid, ammiak va gidrazin;
• tabiiy uglerod va uning ikki valentli oksidi;
• vodorod molekulalari;
• fosfor kislotasi.

Elektron-ion usulining afzalliklari

Qaydirilish-qaytarilish reaksiyalarini yozish uchun elektron balansga qaraganda yarim reaksiya usuli tez-tez ishlatiladi.

Bu elektron-ion usulining afzalliklari bilan bogʻliq:

1. Tenglama yozishda eritmada mavjud boʻlgan haqiqiy ionlar va birikmalarni hisobga oling.
2. Olingan moddalar haqida dastlab ma'lumotga ega bo'lmasligingiz mumkin, ular oxirgi bosqichda aniqlanadi.
3. Oksidlanish darajasi har doim ham kerak emas.
4. Usul tufayli siz yarim reaksiyalarda ishtirok etadigan elektronlar sonini, eritmaning pH qiymati qanday oʻzgarishini bilib olishingiz mumkin.
5. Yagonalikjarayonlar va hosil bo'ladigan moddalarning tuzilishi.

Kislota eritmasidagi yarim reaksiyalar

Oddiy vodorod ionlari bilan hisob-kitoblarni amalga oshirish asosiy algoritmga bo'ysunadi. Kislota muhitida yarim reaksiyalar usuli har qanday jarayonning tarkibiy qismlarini qayd etishdan boshlanadi. Keyin ular atom va elektron zaryad balansi bilan ion shaklidagi tenglamalar shaklida ifodalanadi. Oksidlovchi va qaytaruvchi xarakterdagi jarayonlar alohida qayd etiladi.

Atom kislorodini uning ortiqligi bilan reaksiyalar yoʻnalishida tenglashtirish uchun vodorod kationlari kiritiladi. H⁺ miqdori molekulyar suv olish uchun etarli bo'lishi kerak. Kislorod etishmasligi yo'nalishida H₂O.

Keyin vodorod atomlari va elektronlar muvozanatini bajaring.

Ular tenglamalarning oʻqdan oldingi va keyingi qismlarini koeffitsientlar joylashuvi bilan jamlaydi.

Bir xil ionlar va molekulalarni kamaytiring. Yo'qolgan anion va katyonik zarralar umumiy tenglamada allaqachon qayd etilgan reagentlarga qo'shiladi. Ularning strelkadan keyingi va oldingi soni mos kelishi kerak.

Molekulyar shaklning tayyor ifodasini yozishda OVR tenglamasi (yarim reaksiya usuli) bajarilgan hisoblanadi. Har bir komponentda ma'lum multiplikator bo'lishi kerak.

Nordon muhitlar uchun misollar

Natriy nitritning xlorid kislota bilan o'zaro ta'siri natriy nitrat va xlorid kislota hosil bo'lishiga olib keladi. Koeffitsientlarni tartibga solish uchun yarim reaksiyalar usuli, tenglamalarni yozish misollari qo'llaniladikislotali muhitni ko'rsatish bilan bog'liq.

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}- ^{+ 3NO}3-

3Na⁺ + H⁺ → 3Na⁺ + H ⁺

3NaNO₂ + HClO₃ → 3NaNO₃ + HCl.

Bu jarayonda nitritdan natriy nitrat, xlorid kislotadan esa xlorid kislota hosil boʻladi. Azotning oksidlanish darajasi +3 dan +5 gacha o'zgaradi, xlorning zaryadi +5 -1 ga aylanadi. Ikkala mahsulot ham cho‘kmaydi.

Ishqoriy muhit uchun yarim reaksiyalar

Hisoblashlarni gidroksid ionlarining ortiqcha miqdori bilan bajarish kislotali eritmalar uchun hisob-kitoblarga mos keladi. Ishqoriy muhitda yarim reaksiyalar usuli ham jarayonning tarkibiy qismlarini ionli tenglamalar shaklida ifodalashdan boshlanadi. Atom kislorod sonining hizalanishida farqlar kuzatiladi. Demak, molekulyar suv uning ortigʻi bilan reaksiya tomoniga, qarama-qarshi tomoniga esa gidroksid anionlari qoʻshiladi.

H₂O molekulasi oldidagi koeffitsient strelkadan keyin va oldin kislorod miqdoridagi farqni koʻrsatadi va OH^{-ionlari ikki barobar ortadi. Oksidlanish jarayonidaqaytaruvchi vazifasini bajaruvchi reagent gidroksil anionlaridan O atomlarini olib tashlaydi.}

Yarim reaksiyalar usuli algoritmning qolgan bosqichlari bilan yakunlanadi, ular kislotali ortiqcha bo'lgan jarayonlarga to'g'ri keladi. Yakuniy natija molekulyar tenglamadir.

Alkalin misollar

Yodni natriy gidroksid bilan aralashtirishda natriy yodid va yoodat, suv molekulalari hosil bo'ladi. Jarayonning muvozanatini olish uchun yarim reaksiya usuli qo'llaniladi. Ishqoriy eritmalarga misollar atom kislorodini tenglashtirish bilan bog'liq o'ziga xos xususiyatlarga ega.

NaOH + I₂ →NaI + NaIO₃ + H₂O

I + e^- → I^- |5

6OH^- + I - 5e^- → I^- + 3H 2_{O + IO}3- ^|1

I + 5I + 6OH^- → 3H₂O + 5I^- + IO ₃^-

6Na⁺ → Na⁺ + 5Na⁺

6NaOH + 3I₂ →5NaI + NaIO₃ + 3H₂O.

Reaksiya natijasi molekulyar yodning binafsha rangining yo'qolishidir. Bu elementning oksidlanish darajasi 0 dan -1 gacha va +5 gacha natriy yodid va yoodat hosil bo'lishi bilan o'zgaradi.

Neytral muhitdagi reaksiyalar

Odatda tuzlarning gidrolizlanishi jarayonida ozgina kislotali (pH 6 dan 7 gacha) yoki ozgina ishqoriy (pH 7 dan 8 gacha) eritma hosil boʻladigan jarayonlar shunday nomlanadi..

Neytral muhitda yarim reaksiya usuli bir necha shaklda yozilganvariantlar.

Birinchi usulda tuz gidrolizlanishi hisobga olinmaydi. Muhit neytral sifatida qabul qilinadi va molekulyar suv o'qning chap tomoniga tayinlanadi. Bu versiyada bir yarim reaksiya kislotali, ikkinchisi ishqoriy deb qabul qilinadi.

Ikkinchi usul pH qiymatining taxminiy qiymatini belgilashingiz mumkin bo'lgan jarayonlar uchun javob beradi. Keyin ion-elektron usuli uchun reaktsiyalar ishqoriy yoki kislotali eritmada ko'rib chiqiladi.

Neytral muhitga misol

Vodorod sulfidini suvda natriy bixromat bilan birlashganda oltingugurt, natriy va uch valentli xrom gidroksidlarining choʻkmasi olinadi. Bu neytral eritma uchun odatiy reaksiya.

Na₂Cr₂O₇ + H₂ S +H2O → NaOH + S + Cr(OH)₃

H₂S - 2e^- → S + H⁺ |3

7H₂O + Cr₂O₇^2- + 6e^- → 8OH^- + 2Cr(OH)₃ |1

7H₂O +3H₂S + Cr₂O ₇^2- → 3H⁺ +3S + 2Cr(OH)₃ +8OH^-. Vodorod kationlari va gidroksid anionlari birlashib, 6 ta suv molekulasini hosil qiladi. Ularni o‘ng va chap tomondan olib tashlash mumkin, ortiqcha qismini strelka oldida qoldirish mumkin.

H₂O +3H₂S + Cr₂O ₇^2- → 3S + 2Cr(OH)₃ +2OH^-

2Na⁺ → 2Na⁺

Na₂Cr₂O₇ + 3H₂ S +H₂O → 2NaOH + 3S + 2Cr(OH)₃

Reaksiya oxirida koʻk xrom gidroksid va sariq choʻkma hosil boʻladi.natriy gidroksid bilan ishqoriy eritmada oltingugurt. S elementining -2 bilan oksidlanish darajasi 0 ga, +6 bilan xrom zaryadi +3 ga aylanadi.