شیمی, علوم پایه 2424 بازدید

در مطالب قبلی مجله فرادرس، مختصری در خصوص موازنه واکنش‌ها صحبت کردیم. در این بخش قصد داریم به طور ویژه به واکنش‌های اکسایش کاهش (ردوکس) و نحوه موازنه واکنش اکسایش کاهش آلی بپردازیم. به طور کلی، یک راه ساده برای نمایش واکنش‌های ردوکس، نوشتن آن‌ها به صورت نیم‌واکنش است. در واکنش‌های غیرآلی (معدنی)، به طور معمول، الکترون‌ها را در نیم‌واکنش‌ها نمایش می‌دهیم. در واکنش‌های آلی، ذرات را همچون اتم‌های هیدروژن آزاد یا اتم های اکسیژن نمایش خواهیم داد. آن‌چه که در این نوع از نمایش اهمیت دارد این است که تمامی این روش‌ها با یکدیگر مرتبط هستند.

مقدمه

پیش از آن‌که به بررسی موازنه واکنش‌های اکسایش کاهش بپردازیم، نیاز داریم تا برخی از عبارات و اصطلاحات آشنا شویم تا درک مطلب و نوشتار آن ساده‌تر باشد. این موارد در ادامه آورده شده‌اند:

  • ON: «اعداد اکسایش» (Oxidation Numbers)
  • بعد از واکنش‌هایی که کامل یا موازنه نیستند، عبارت $$???$$ قرار داده شده است.
  • اتم‌های هیدروژن و اکسیژن به ترتیب با $$H $$ و $$O$$ نشان داده شده‌اند. در شیمی عمومی و زمانی که تاکید بر واکنش‌های معدنی باشد، موازنه واکنش‌ اکسایش کاهش را بر اساس عدد اکسایش انجام می‌دهند. با این‌ وجود، زمانی که واکنش‌های آلی داشته باشیم، بهره‌گیری از اعداد اکسایش، معمول نیست. هدف این مطلب نیز در این است که برای موازنه واکنش اکسایش کاهش آلی، راهی به غیر از عدد اکسایش ارائه دهد.

واکنش اکسایش اتانول با دی‌‌کرومات

در این‌جا بر یک واکنش شیمیایی تمرکز می‌کنیم و آن، واکنش اکسایش اتانول توسط دی‌کرومات است. در این مطلب سعی می‌کنیم روش‌های مختلفی را برای موازنه واکنش اکسایش کاهش اتانول ارائه دهیم. در اثر این واکنش، اتانوییک اسید و $$Cr ^ {3+}$$ خواهیم داشت. این واکنش در محیطی اسیدی انجام می‌گیرد. واکنش موازنه شده آن به صورت زیر است:

رابطه (۱): $$3 C H_ 3 C H_2 O H + 2 C r _ 2 O_ 7 ^ { 2 -} + 16 H ^+ \rightarrow 3 C H _ 3 C O O H + 4Cr ^ {3+} + 11 \,H _ 2O $$

برای بررسی موازنه واکنش اکسایش کاهش بالا در ابتدا آن‌را به دو بخش نیم‌سلول اکسایش و کاهش تقسیم می‌کنیم. می‌دانیم که دی‌کرومات، ترکیب آلی اکسنده است. همچنین،‌ این دو نیم‌سلول را به طور جداگانه در نظر می‌گیریم.

نیم سلول کاهش

نیم‌سلول غیرآلی شامل کاهش دی‌کرومات به $$Cr ^ {3+}$$ است. کروم با عدد اکسایش $$+6$$ شروع می‌کند و پایان آن با عدد اکسایش $$+3$$ خواهد بود. بنابراین، در این نیم‌سلول، هر کروم، سه الکترون می‌گیرد. در ادامه نیز هیدروژن و اکسیژن موجود در محیط آبی را موازنه می‌کنیم. نتیجه به صورت زیر خواهد بود:

رابطه (۲): $$C r _2 O _7^{2-} + 14 H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr ^{3+} + 7 H_2 O $$

واکنش بالا، تمامی ویژگی‌های یک واکنش موازنه شده را دارد. تنها مشکلی که در واکنش بالا وجود دارد این است که در این واکنش، الکترون‌های آزاد نیز نشان داده شده‌اند. اما به یاد داشته باشید که واکنش بالا، یک واکنش در نیم‌سلول است. در حقیقت، این الکترون‌ها نشان‌دهنده آن‌چیزی است که در خصوص کروم اتفاق می‌افتد و می‌دانیم که در واکنش کلی، نمایش داده نخواهند شد.

نیم سلول اکسایش

نیم‌واکنش اکسایش شامل اکسایش اتانول به اتانوییک اسید است. بهتر است این واکنش را با دقت بیش‌تری بررسی کنیم. کار با عدد اکسایش کربن در این‌جا قدری دشوار است. به همین دلیل، از تعداد اتم‌های هیدروژن و اکسیژن کمک می‌گیریم. واکنش اکسایش شامل اضافه شدن اکسیژن یا حذف هیدروژن است.

این نوع تعریف در خصوص واکنش، به اتم‌های هیدروژن اکسیژن و نه یون‌ها اشاره دارد. فهم این مطلب اهمیت بسیاری دارد چراکه واکنش‌های اکسایش و کاهش با انتقال الکترون همراه هستند. اگر در نظر بگیریم که یک اتم کربن، اکسید شود (الکترون از دست بدهد)، نمایش از دست دادن یک اتم هیدروژن، منطقی به نظر می‌رسد اما نمی‌توان این حالت را با از دست دادن یون $$H^ +$$ نشان داد.

مرحله اول اکسایش: تبدیل الکل به آلدهید

واکنش این مرحله را به صورت زیر نشان می‌دهیم:

رابطه (3): $$C H _3 C H_2 O H \rightarrow C H _3 C H O + \, ??? $$

با بررسی واکنش بالا در می‌یابیم که این واکنش اکسایش، شامل از دست دادن دو اتم هیدروژن خواهد بود. بنابراین، واکنش را به صورت زیر می‌نویسیم:

رابطه (4): $$C H _3C H_ 2 O H \rightarrow C H _3 C H O + 2H $$

واکنش بالا یعنی تبدیل الکل به آلدهید، واکنش موازنه شده برای این نیم‌سلول خواهد بود. در مرحله بعدی، تبدیل آلدهید به اسید را بررسی خواهیم کرد.

مرحله دوم اکسایش: تبدیل آلدهید به اسید

واکنش این مرحله را به صورت زیر نشان می‌دهیم:

رابطه (۵): $$CH_3CHO \rightarrow CH_3COOH ??? $$

در این شرایط، اکسایش شامل دریافت یک اتم اکسیژن خواهد بود. در نتیجه، واکنش را به صورت زیر خواهیم نوشت:

رابطه (۶): $$C H _3 C H O + O \rightarrow C H_3 C O O H$$

واکنش بالا نیز،‌ نوع موازنه شده این نیم‌واکنش است که صورتی کاملا منطقی دارد. این واکنش را به شکل دیگری نیز می‌توان نشان داد. در رابطه (۶)،  از اتم اکسیژن برای نمایش الکترون‌های واکنش ردوکس استفاده کرده‌ایم. می‌توان واکنش را به گونه‌ای نشان داد که به جای استفاده از اکسیژن، از هیدروژن کمک بگیریم. می‌دانیم که ترکیب دو اتم هیدروژن و اکسیژن، مولکول آب را بدست می‌دهد:

رابطه (۷): $$2 H + O = H _ 2 O $$

با جایگذاری واکنش ۷ در واکنش ۶، به معادله شیمیایی زیر می‌رسیم:

رابطه (۸): $$C H _ 3 C H O + H_2 O \rightarrow C H _3C O O H + 2 H $$

واکنش‌های ۶ و ۸ هر دو معادل یکدیگر هستند و هیچ برتری نسبت به یکدیگر ندارند اما در برخی موارد، بکارگیری رابطه (۸)، فرآیند محاسبات را ساده‌تر می‌کند.

اکسایش: ترکیب مراحل اول و دوم

واکنش مورد نظر ما، مجموع واکنش‌های ۴ و رابطه ۶ (یا ۸) خواهد بود. با توجه به این‌که رابطه (۴) بر اساس $$H$$ نوشته شده است، در جمع‌زنی دو واکنش، از رابطه (۸) کمک گرفته‌ایم. بنابراین، واکنش مورد نظر ما به صورت زیر نوشته می‌شود:

رابطه (۹): $$C H _3 C H_ 2O H + H _2O \rightarrow C H _3C OO H + 4 H$$

واکنش بالا هم برای تعداد اتم‌ها و هم برای بار، موازنه است. این واکنش شامل یک فرآورده غیر معمول به نام $$H$$ است. زمانی که نیم‌سلول‌ها را با یکدیگر ترکیب کنیم، این مشکل نیز برطرف خواهد شد.

موازنه واکنش اکسایش کاهش

موازنه واکنش کلی بدون در نظر گرفتن دو مرحله قبل

با وجود این‌که نیم‌سلول اکسایش را مرحله به مرحله موازنه کردیم اما می‌توان این نیم‌سلول را در یک مرحله نیز موازنه کرد. با شمردن اتم‌ها در می‌یابیم که اکسایش $$CH _ 3 C H _ 2 O H $$ به $$C H _ 3 C O O H $$ به یک اتم اکسیژن و آزادسازی دو اتم هیدروژن نیاز دارد.

رابطه (10): $$\begin {equation}\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}+\mathrm{O} \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{COOH}+2 \mathrm{H}\end {equation}$$

این واکنش نیز منطقی و موازنه به نظر می‌رسد. چنین واکنشی به کمک رابطه (۷)، به همان شکل رابطه (۹) تبدیل خواهد شد. در این بخش، هر سه مرحله اکسایش را با یکدیگر ترکیب کردیم. در موازنه واکنش اکسایش کاهش و به هنگام موازنه بخش اکسایش، می‌توان از هر دو روش کمک گرفت یعنی هم می‌توان واکنش را به صورت مرحله به مرحله در نظر گرفت و با یکدیگر ترکیب کرد و هم می‌توان تمامی مراحل را همزمان انجام داد. البته نمایش مرحله به مرحله برای درک بهتر و منطقی موازنه اکسایش کاهش انجام شد و جنبه آموزشی بیشتری دارد.

ترکیب نیم سلول‌ها

با توجه به مراحل انجام شده، تا اینجای کار دو معادله برای نیم‌سلول‌ها داریم. نیم سلول کاهش را در رابطه (۲) و نیم‌سلول اکسایش را در رابطه (۹) توضیح دادیم. واکنش اول، انتقال الکترون‌ها را به صورت الکترون آزاد و واکنش دوم، این انتقال را بر اساس اتم‌های هیدروژن نشان می‌دهد. برای ترکیب این دو نیم‌سلول باید نحوه نمایش آن‌ها را بر اساس الکترون و به شکل یکسان مرتب کنیم. به همین منظور، اتم $$H$$ را به صورت زیر می‌نویسیم:

رابطه (۱۱) $$H = H ^ + + e ^ -$$

با جایگذاری رابطه (۱۱) در رابطه (۹) به رابطه زیر می‌رسیم:

رابطه (۱۲): $$\begin {equation} \mathrm {C H}_{3} \mathrm {C H }_{2} \mathrm {O H}+\mathrm {H}_{2} \mathrm {O} \rightarrow \mathrm {C H}_{3} \mathrm{ C O O H}+4 \mathrm { H}^{+} +4 \mathrm {e}^{-} \end {equation}$$

برای بدست آوردن رابطه نهایی، نیم‌سلول اکسایش و کاهش را همچون یک واکنش ردوکس با یکدیگر ترکیب می‌کنیم. نیم‌واکنش کاهش در رابطه (۲)، مقدار ۶ الکترون را نشان می‌دهد. شکل نیم‌سلول اکسایش نیز در رابطه (۱۲) آورده شده است و مقدار ۴ الکترون در این رابطه دیده می‌شود. برای موازنه الکترون‌ها به هنگام ترکیب دو نیم‌سلول، رابطه (۲) را در عدد ۲ و رابطه (۱۲) را در عدد ۳ ضرب و این دو رابطه را با یکدیگر جمع می‌کنیم. در نهایت به رابطه (۱) در ابتدای متن می‌رسیم.

رابطه (۱): $$3 C H_ 3 C H_2 O H + 2 C r _ 2 O_ 7 ^ { 2 -} + 16 H ^+ \rightarrow 3 C H _ 3 C O O H + 4Cr ^ {3+} + 11 \,H _ 2O $$

با توجه به واکنش بالا در می‌یابیم که این واکنش شامل یون $$H ^ +$$ است که با توجه به اسیدی بودن محیط، منطقی به نظر می‌رسد.

بررسی واکنش‌های اکسایش کاهش

برای این‌که درک درستی از موازنه واکنش اکسایش کاهش داشته باشیم به طور معمول آن‌ها را به دو بخش تقسیم می‌کنیم: بخشی مربوط به اکسایش و بخشی دیگر مربوط به کاهش. از دست دادن الکترون، نشانی از وجود یک واکنش اکسایش و به طور معادل ممکن است از دست دادن هیدروژن یا دریافت اکسیژن داشته باشیم. همچنین، از جمله نکاتی که به هنگام موازنه واکنش اکسایش کاهش باید در نظر بگیریم، دریافت الکترون و هیدروژن یا از دست دادن اکسیژن است که به عنوان نشانی از نیم‌واکنش کاهش شناخته می‌شود.

توجه داشته باشید که این نوع از واکنش‌های نیم‌سلولی به صورت فرضی هستند و آن‌ها به همراه ذراتی همچون الکترون آزاد یا اتم‌های هیدروژن می‌نویسیم تا فرضی بودن آن‌ها را توجیه کند. این ذرات ممکن است به هنگام ترکیب دو نیم‌سلول و تشکیل یک واکنش ردوکس، دیگر وجود نداشته باشند. با این وجود، به هنگام موازنه واکنش اکسایش کاهش و همچنین، بررسی واکنش‌های ردوکس در الکتروشیمی، نیم‌سلول‌ها به ما کمک بسیاری در فهم مطلب می‌کنند.

برای واکنش‌ها و مواد شیمیایی ساده، نیم‌سلول اکسایش کاهش را بر اساس الکترون‌های آزد و اعداد اکسایش می‌نویسم:

رابطه (۱۳): $$C r ( V I ) + 3 e^ – \rightarrow C r (I I I ) $$

برای واکنش‌ها و مواد شیمیایی پیچیده‌تر، خاصه برای مواد آلی، نیم‌سلول ردوکس را به کمک هیدروژن آزاد یا اتم‌های اکسیژن همچون مثال زیر می‌نویسیم:

رابطه (۱۴): $$C H _ 2= C H_2 + 2 H \rightarrow C H _3 C H _3$$

به هنگام ترکیب نیم‌سلول‌ها در موازنه واکنش اکسایش کاهش ممکن است نیاز داشته باشیم تا عبارات قراردادی واسط همچون الکترون، هیدروژن یا اکسیژن را حذف کنیم. برای این‌کار باید از روابط بین این عبارات کمک بگیریم و در عین حال، منطق شیمی واکنش نیز حفظ شود. دو مورد از این روابط را به هنگام موازنه واکنش اکسایش کاهش بالا بکار بردیم. اولین رابطه، رابطه (۷) بین اتم‌های هیدروژن و اکسیژن بود:

رابطه (7): $$2 H + O = H _ 2 O $$

از این رابطه زمانی استفاده کردیم که دو واکنش جزئی داشتیم که یکی شامل اتم هیدروژن و دیگری شامل اتم اکسیژن بود. رابطه (۷) به ما کمک کرد تا این دو ذره را با یکدیگر ترکیب کنیم و واکنشی به شکل الکترونی داشته باشیم.

رابطه بعدی که از آن استفاده کردیم، رابطه (۱۱) بود که $$H ^ +$$ و $$e ^ -$$ را به یکدیگر مرتبط می‌کرد.

رابطه (۱۱) $$H = H ^ + + e ^ -$$

زمانی که از رابطه بالا استفاده کردیم، دو واکنش جزئی داشتیم که یکی شامل الکترون و دیگری شامل هیدروژن بود. به کمک این رابطه بود که به هنگام موازنه واکنش اکسایش و کاهش و ترکیب نیم‌سلول‌ها می‌توانستیم الکترون‌ها را از دو طرف حذف کنیم.

رابطه دیگری که ممکن است در موازنه واکنش اکسایش کاهش مورد استفاده قرار بگیرد، رابطه زیر است:

رابطه (۱۵): $$O + 2 e ^- = O ^ {2-} $$

از روابط ۷، ۱۱ و ۱۵ بمنظور تبدیل الکترون آزاد، هیدروژن یا اکسیژن به یکدیگر بهره می‌گیریم. بنابراین، بسته به نوع واکنش، از هر یک از این سه رابطه برای موازنه واکنش اکسایش کاهش کمک می‌گیریم. در نتیجه، به راحتی می‌توانیم نیم‌سلول‌های اکسایش و کاهش را با یکدیگر ترکیب کنیم. البته روابط دیگری را نیز در ادامه همین مطلب، مطرح خواهیم کرد.

راه‌های میانبر در موازنه واکنش اکسایش کاهش

همواره به هنگام بررسی موازنه واکنش‌ها این سوال پیش می‌آید که آیا نیازی به بررسی راه‌های جایگزین و به اصطلاح میان‌بر وجود دارد یا خیر. البته بهتر است همواره، آموزش مطالب به گونه‌ای منطقی و صحیح انجام بگیرند.

مثال‌های زیر شامل تقسیم واکنش اکسایش به دو واکنش و بررسی جداگانه نیم‌سلول‌ها هستند به این معنی که آن‌ها را به یک واکنش موازنه شده کلی تقسیم نمی‌کنیم. البته توجه داشته باشید که در ابتدای متن، نحوه موازنه واکنش اکسایش کاهش را به طور پایه‌ای بررسی کردیم و مثال‌هایی که در ادامه آورده می‌شوند به جهت سادگی کار مورد بررسی قرار می‌گیرند. با این وجود، تمامی این روش‌ها، منطق شیمی خود را حفظ می‌کنند.

میانبری برای موازنه نیم سلول آلی

در ادامه، روشی جایگزین را برای موازنه نیم‌سلول آلی ارائه می‌کنیم. این روش را می‌توان نوعی میانبر در نظر گرفت. البته توجه داشته باشید که ارائه هر نوع روش جایگزین، نقاط ضعف و قوت مخصوص به خود را دارد. برای سادگی کار، مرحله اول واکنش اکسایش بالا یعنی رابطه (۳) را در نظر می‌گیریم:

رابطه (3): $$C H _3 C H_2 O H \rightarrow C H _3 C H O + \, ??? $$

می‌توان فرض کرد که از جمله فرآورده‌های این واکنش، یون $$H ^ +$$ باشد. در طرف چپ واکنش، ۶ هیدروژن داریم درحالیکه در طرف راست، ۴ هیدروژن دیده می‌شود. بنابراین، واکنش زیر را به عنوان «رابطه آزمایشی» (Trial Equation) می‌نویسیم:

رابطه (16): $$\begin {equation} \mathrm { C H } _ {3} \mathrm { C H} _{2} \mathrm { O H} \rightarrow \mathrm {C H} _{3} \mathrm {C H O}+2 \mathrm {H }^{+} ? ? ? \end {equation}$$

با این کار، هیدروژن موازنه می‌شود اما موازنه بار نداریم. برای حل این مشکل و موازنه بار، به رابطه بالا، الکترون اضافه می‌کنیم:

رابطه (۱۷): $$\begin {equation} \mathrm { C H } _ {3} \mathrm { C H} _{2} \mathrm { O H} \rightarrow \mathrm {C H} _{3} \mathrm {C H O}+2 \mathrm {H }^{+} + 2 e ^ – \end {equation}$$

این نیم‌واکنش، به طور کامل موازنه و معادل با رابطه (۴) است چراکه به کمک رابطه (۱۱)، رابطه زیر را می‌توان نتیجه گرفت:

$$2 H = 2 H ^+ + 2 e^- $$

دیدیم که این روش به خوبی برای سوال بالا کاربرد داشت و جوابی صحیح بدست داد. اما در ادامه قصد داریم تا به کمک مقایسه آن با روش قبل، این دو روش را به طور منطقی بررسی کنیم. هر دو روش به نوعی از الکترون‌ها کمک می‌گیرند. در روش «مرحله اول اکسایش»، الکترون‌ها را از همان ابتدا لحاظ می‌کنیم چراکه با یک موازنه اکسایش کاهش آلی و انتقال الکترون روبرو هستیم. اولین واکنشی که نوشته شد یعنی رابطه (۴)، واکنشی کامل و موازنه بود.

در مقابل، روش میانبر بالا، الکترون‌ها را در مرحله اول در نظر نمی‌گیریم و در انتها بمنظور تکمیل واکنش، آن‌ها را اضافه می‌کنیم. اولین واکنشی که در این روش نوشته می‌شود، یعنی رابطه (۱۶)، واکنشی غیر موازنه و غیر منطقی به شمار می‌آید و برای رسیدن به واکنشی منطقی، باید تغییراتی انجام دهیم.

موازنه واکنش اکسایش کاهش

سایر روابط برای موازنه واکنش اکسایش کاهش

در ادامه سعی می‌کنیم روابط دیگری را برای تبدیل اتم‌ها و ذرات به یکدیگر مطرح کنیم تا به کمک آن‌ها، عمل موازنه واکنش اکسایش کاهش به انجام برسد. به طور مثال، برای گاز هیدروژن می‌توان از رابطه زیر کمک گرفت که به نوعی مشابه با رابطه (۷) است:

رابطه (۷): $$2 H = H _ 2$$

یون هیدرید

یون هیدرید را به صورت $$H ^ -$$ نشان می‌دهند و منبعی از الکترون به عنوان عامل کاهنده به شمار می‌آید. به طور مثال، عامل کاهنده $$LiAlH _ 4$$ را به صورت $$Li^+ +Al^{3+} + 4 H ^−$$ نشان ‌می‌دهند. علاوه بر این، یون هیدرید را به سادگی می‌توان با سایر شکل‌های مختلف هیدروژن، مرتبط کرد. یکی از این روابط، به شکل زیر است:

رابطه (۱۸): $$H^- = H^+ + 2e^- $$

کوفاکتورها در بیوشیمی

در بیوشیمی، الکترون‌ها به کمک «کوفاکتورها» (Cofactors) منتقل می‌شوند. از جمله این کوفاکتورها می‌توان به FAD و NAD اشاره کرد. به طور معمول می‌توانیم الکترون‌ها را در شکل اتم‌های هیدروژن نشان دهیم و در نتیجه، FAD را به کمک رابطه زیر به هیدروژن مرتبط می‌کنیم:

رابطه (19): $$F A D + 2H = F A D H_2$$

برای NAD اما این رابطه کمی پیچیده‌تر است زیرا NAD در واقع یک یون به شمار می‌آید. رابطه مربوط به NAD هم به صورت زیر خواهد بود:

رابطه (۲۰): $$NAD^ + + 2H = NADH + H ^ + $$

همچنین گروه شامل فسفات موسوم به NADP وجود دارد که می‌توان از رابطه زیر برای معادل قرار دادن آن استفاده کرد.

رابطه (21) $$\begin {equation} \mathrm {N A D P}^{+}+2 \mathrm {H} = \mathrm {N A D P H}+\mathrm { H}^ {+} \end {equation}$$

این روش را می‌توان در سایر حامل‌های الکترون همچون PQQ گسترش داد.

استفاده از عدد اکسایش در موازنه اکسایش کاهش

برای موازنه واکنش اکسایش کاهش می‌توان از عدد اکسایش (ON) نیز کمک گرفت. بار دیگر واکنش زیر را در نظر بگیرید:

رابطه (23): $$\begin {equation} \mathrm {C H } _ {3} \mathrm {C H } _ {2} \mathrm {O H}+ \mathrm {Cr}_{2} \mathrm {O}_ {7}^{2-} \rightarrow \mathrm {C H }_ {3} \mathrm {C O O H } + 2 \mathrm { C r }^{3+} \text { ??? } \end {equation}$$

می‌بینید که در این واکنش،‌ ابتدا برای موازنه $$Cr$$، ضریب ۲ را در طرف راست واکنش نظر گرفتیم.

موازنه $$Cr$$: در این واکنش، عدد اکسایش $$Cr$$ از $$+6$$ به $$+3$$ کاهش پیدا می‌کند. بنابراین، با توچه به ضریب $$Cr$$ در طرف راست، رابطه بالا شامل دریافت ۶ الکترون برای اتم $$Cr$$ خواهد بود.

موازنه کربن: به طور معمول برای هیدروژن، عدد اکسایش $$+1$$ و برای اکسیژن، عدد $$-2$$ را در نظر می‌گیریم. بنابراین برای ترکیب $$C H _ 3 C H _ 2 O H $$، شش هیدروژن معادل $$+6$$ و یک اکسیژن معادل $$-2$$ در نظر گرفته می‌شود. بنابراین مجموع اعداد اکسایش برابر با $$+4$$ خواهد بود.

بعد از تعیین اعداد اکسایش و جمع زدن آن‌ها، نوبت به اتم‌های کربن می‌رسد. دو اتم کربن داریم و مجموع آن‌ها باید برابر با $$-4$$ باشند. به طور مشابه، در ترکیب $$CH _ 3 C O O H $$ نیز مجموع اعداد برای کربن برابر با صفر خواهد بود. در نتیجه، اتم‌های کربن در مجموع، ۴ الکترون از دست می‌دهند.

برای موازنه ۶ الکترون از دست داده شده در $$Cr$$ و ۴ الکترون از دست داده شده در کربن،‌ $$Cr$$ را در عدد ۲ و کربن را در عدد ۳ ضرب می‌کنیم (در هر دو طرف واکنش).

رابطه (24): $$\begin {equation} 3 \mathrm {C H } _ {3} \mathrm { C H } _{2} \mathrm {O H } + 2 \mathrm {C r } _ { 2 } \mathrm {O} 7^{2-} \rightarrow 3 \mathrm {C H } _ { 3 } \mathrm {C O O H }+4 \mathrm {C r } ^ { 3+} ? ? ? \end {equation}$$

برای موازنه واکنش اکسایش کاهش تا اینجای کار، انتقال الکترون را بررسی کردیم. در ادامه قصد داریم به موازنه آب و یون‌های معمول و  مشترک آن بپردازیم. به همین منظور و برای موازنه اکسیژن، می‌بینیم که در سمت چپ، ۱۷ اکسیژن و در سمت راست ۶ اکسیژن داریم. به همین دلیل در سمت راست،‌ ۱۱ $$11 H _ 2 O $$ اضافه می‌کنیم تا رابطه واکنش به شکل زیر تبدیل شود:

رابطه (25): $$\begin {equation}3 \mathrm {C H}_{3} \mathrm {C H }_{2} \mathrm {O H}+2 \mathrm {C r}_{2} \mathrm{ O} 7^{2-} \rightarrow 3 \mathrm {C H }_{3} \mathrm {C O O H} +4 \mathrm {C r }^{3+}+11 \mathrm {H}_{2} \mathrm {O} \text { ??? }\end {equation}$$

حال، ۱۸ هیدروژن در سمت چپ و ۳۴ هیدروژن در سمت راست داریم. بنابراین، برای موازنه هیدروژن، به طرف چپ، $$16 H ^ +$$ اضافه می‌کنیم و به طور مجدد به رابطه (1) می‌رسیم.

رابطه (۱): $$3 C H_ 3 C H_2 O H + 2 C r _ 2 O_ 7 ^ { 2 -} + 16 H ^+ \rightarrow 3 C H _ 3 C O O H + 4Cr ^ {3+} + 11 \,H _ 2O $$

جمع‌بندی

در این آموزش، نحوه موازنه اکسایش کاهش برای ترکیبات آلی را بررسی کردیم. برای بررسی این روش از واکنش اتانول استفاده کردیم. در ابتدا، واکنش را به دو نیم‌سلول اکسایش کاهش تقسیم کردیم و بعد از انجام موازنه هر بخش، این دو نیم‌سلول را با یکدیگر ترکیب کردیم. همچنین، روشی ارائه دادیم تا بدون موازنه مرحله به مرحله هم به موازنه واکنش اکسایش کاهش در یک مرحله بپردازیم.

در این آموزش همچنین راه‌های ساده‌تری را برای موازنه واکنش اکسایش کاهش به صورت منطقی ارائه دادیم و تبدیلات مختلفی را برای اکسیژن، هیدروژن، یون هیدرید، کوفاکتورها و … ارائه کردیم. در پایان نیز به بررسی نحوه موازنه واکنش اکسایش کاهش با استفاده از عدد اکسایش پرداختیم.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

سهیل بحر کاظمی (+)

«سهیل بحرکاظمی» دانش‌آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی نفت، گرایش مهندسی مخازن هیدروکربوری از دانشگاه علوم و تحقیقات تهران است. به عکاسی و شیمی آلی علاقه دارد و در زمینه‌ متون شیمی به تولید محتوا می‌پردازد.

بر اساس رای 3 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *