موازنه واکنش اکسایش و کاهش | به زبان ساده

موازنه واکنش اکسایش و کاهش به روش وارسی

$$\begin {equation} \mathrm {Na}+ \mathrm {Cl} _ {2} \rightarrow \mathrm {Na Cl} \end {equation}$$

به سرعت در می‌یابیم که اتم‌های کلر، موازنه نیستند. کافی است ضریب ۲ را در پشت فرآورده واکنش قرار دهیم تا کلر، موازنه شود.

$$\begin {equation} \mathrm {Na}+ \mathrm {Cl} _ {2} \rightarrow \mathrm 2 {Na Cl} \end {equation}$$

$$\begin {equation} \mathrm2 {Na}+ \mathrm {Cl} _ {2} \rightarrow \mathrm 2 {Na Cl} \end {equation}$$

مثال موازنه واکنش اکسایش و کاهش به روش وارسی

واکنش زیر را به روشی وارسی موازنه کنید.

$$\begin {equation} \mathrm {S O} _{2}+ \mathrm{ O}_ {2} \rightarrow \mathrm {S O}_ {3} \end {equation}$$

$$\begin {equation} \mathrm {S O} _{2}+ \mathrm{ O}_ {2} \rightarrow \mathrm 2 {S O}_ {3} \end {equation}$$

حال با اضافه کردن این ضریب، ۶ اتم اکسیژن در طرف راست خواهیم داشت که این کار، سبب به هم خوردن موازنه گوگرد خواهد شد که با اضافه کردن ضریب ۲ در پشت $$SO_2$$ این مشکل نیز برطرف خواهد شد.

$$\begin {equation} 2 \mathrm {S O} _{2}+ \mathrm{ O}_ {2} \rightarrow \mathrm 2 {S O}_ {3} \end {equation}$$

موازنه واکنش اکسایش و کاهش به روش نیم سلولی

با توجه به مثال بالا، اولین چیزی که باید برای موازنه واکنش اکسایش و کاهش در نظر گرفته شود، روش وارسی است. بعضی از واکنش‌های ردوکس به سادگی از طریق روش وارسی موازنه نمی‌شوند. واکنش زیر را در نظر بگیرید:

$$\begin{equation} \mathrm {Al } + \mathrm {Ag}^ {+} \rightarrow \mathrm {Al} ^{3+}+ \mathrm {Ag} \end {equation}$$

به طور کلی، نیم‌واکنش‌ها را به طور جداگانه از لحاظ اتمی (عنصری) موازنه می‌کنیم. توجه داشته باشید که در نیم‌واکنش‌ها باید الکترون‌ها لحاظ شوند. در ادامه نیز الکترون‌ها را موازنه می‌کنیم به گونه‌ای که تعداد الکترون‌های از دست رفته با تعداد الکترون‌های بدست آمده یکی باشند. در نهایت، دو نیم‌واکنش را با یکدیگر جمع می‌کنیم. این روش موازنه را در قالب یک مثال، بررسی خواهیم کرد.

مثال موازنه به روش نیم سلولی

اکسایش یون‌های $$Fe ^ {2+}$$ به $$Fe ^ {3+}$$ توسط دی‌کرومات $$Cr _ 2 O _ 7 ^ {2-}$$ را در محیطی اسیدی در نظر بگیرید.

یون‌های دی‌کرومات در این مثال به یون‌های $${Cr^{3-}}$$ تبدیل می‌شوند.

مرحله اول: برای اینکه موازنه این واکنش را بررسی کنیم، در ابتدا،‌ معادله یونی موازنه نشده را می‌نویسیم:‌

$${Fe^{2+}} \left( aq \right) + {Cr_2O_7^{2-}} \left( aq \right) \rightarrow {Fe^{3+}} \left( aq \right) + {Cr^{3+}} \left( aq \right)$$

توجه کنید که این واکنش به هیچ عنوان موازنه نیست و هیچ اتم اکسیژنی هم در طرف راست نداریم.

مرحله دوم: برای فرآیندهای اکسایش و کاهش، نیم‌واکنش‌ها را به صورت جداگانه بنویسید. در صورت لوزم، ابتدا اعداد اکسایش را مشخص کنید.

نیم‌واکنش اکسایش: $$\begin {equation} \mathrm {Fe} ^ {2+} (a q) \rightarrow \mathrm {F e } ^ {3+} (a q) \end {equation}$$

نیم‌واکنش کاهش: $$\begin {equation} \mathrm {C r } _ {2} \mathrm {O}_ {7}^{2-}(a q) \rightarrow \mathrm {Cr} ^ {3+} (a q) \end {equation}$$

$${C r _2 O _7^{2-}} \left( aq \right) \rightarrow 2 {C r ^{3+}} \left ( aq \right)$$

$${C r _2 O_7^{2 -}} \left( aq \right) \rightarrow 2 {C r^ {3 +}} \left( aq \right) + 7 {H_ 2 O} \left( l \right)$$

حال، اتم‌های هیدروژن نیاز به موازنه شدن دارند. در یک محیط اسیدی، برای موازنه، اتم‌های هیدروژن را اضافه کنید. در این مثال، ۱۴ یون $$H ^ +$$ به بخش واکنش‌دهنده‌ها اضافه می‌شود.

$$14 {H^+} \left( aq \right) + {Cr_2O_7^{2-}} \left( aq \right) \rightarrow 2 {Cr^{3+}} \left( aq \right) + 7 {H_2O} \left( l \right)$$

مرحله پنجم: بارهای الکتریکی را با اضافه کردن الکترون‌ها به هر نیم‌واکنش اضافه کنید. برای نیم‌واکنش اکسایش، الکترون‌ها را باید به طرف راست نیم‌واکنش اضافه کنیم. با اضافه کردن یک الکترون به بخش فرآورده‌ها، بار الکتریکی در هر دو طرف، برابر با مقدار $$+2$$ خواهد شد.

$${Fe^{2+}} \left( aq \right) \rightarrow {Fe^{3+}} \left( aq \right) + {e^-}$$

در طرف چپ نیم‌واکنش کاهش، در مجموع‌ مقدار بار $$+12$$ و در طرف راست، بار $$+6$$ داریم. در حقیقت، عدد $$+6$$ حاصل ۲ یون کروم است. برای موازنه کردن بار، ۶ الکترون باید به طرف چپ اضافه کنیم.

$$6 {e^-} + 14 {H^+} \left( aq \right) + {Cr_2O_7^{2-}} \left( aq \right) \rightarrow 2 {Cr^{3+}} \left( aq \right) + 7 {H_2O} \left( l \right)$$

حال، الکترون‌ها را در دو طرف با یکدیگر برابر کنید. برای این کار باید از ضرایب مناسب استفاده کرد. در این مثال، نیم‌واکنش اکسایش را در عدد ۶ ضرب می‌کنیم و خواهیم داشت:‌

$$6 {Fe^{2+}} \left( aq \right) \rightarrow 6 {Fe^{3+}} \left( aq \right) + 6 {e^-}$$

مرحله ششم: حال، دو نیم‌واکنش را با یکدیگر جمع می‌کنیم. الکترون‌ها باید از دو طرف حذف شوند. سایر مواد را نیز به کمک روش وارسی، موازنه کنید. در صورت لزوم، $$H_2$$ یا $$H ^ +$$ نیز از دو طرف حذف شود.

$$\begin{align} \require {cancel} 6 {Fe^{2+}} \left( aq \right) &\rightarrow 6 {Fe^{3+}} \left( aq \right) + \cancel{ 6 {e^-}} \\ \cancel{6 {e^-}} + 14 {H^+} \left( aq \right) + {Cr_2O_7^{2-}} \left( aq \right) &\rightarrow 2 {Cr^{3+}} \left( aq \right) + 7 {H_2O} \left( l \right) \\ \hline 14 {H^+} \left( aq \right) + 6 {Fe^{2+}} \left( aq \right) + {Cr_2O_7^{2-}} \left( aq \right) &\rightarrow 6 {Fe^{3+}} \left( aq \right) + 2 {Cr^{3+}} \left( aq \right) + 7 {H_2O} \left( l \right) \end{align}$$