روش نیمه واکنش: الگوریتم

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

بسیاری از فرآیندهای شیمیایی با تغییر در حالت اکسیداسیون اتم هایی که ترکیبات واکنش دهنده را تشکیل می دهند، اتفاق می افتد. نوشتن معادلات برای واکنش های از نوع ردوکس اغلب با مشکل در ترتیب ضرایب در مقابل هر فرمول از مواد همراه است. برای این اهداف، تکنیک‌های مربوط به تعادل الکترونیکی یا الکترون یونی توزیع بار توسعه داده شده است. مقاله روش دوم نوشتن معادلات را با جزئیات شرح می دهد.

روش نیمه واکنش، موجودیت

به آن توازن الکترون یونی توزیع عوامل ضریب نیز می گویند. این روش مبتنی بر تبادل ذرات با بار منفی بین آنیون ها یا کاتیون ها در محیط های محلول با مقادیر pH متفاوت است.

در واکنش های الکترولیت های نوع اکسید کننده و احیا کننده، یون هایی با بار منفی یا مثبت دخالت دارند. معادلات مولکولی-یونیانواع، بر اساس روش نیمه واکنش ها، به وضوح ماهیت هر فرآیندی را ثابت می کند.

برای ایجاد تعادل، از نامگذاری ویژه ای از الکترولیت های پیوند قوی به عنوان ذرات یونی و ترکیبات ضعیف، گازها و رسوب به شکل مولکول های جدا نشده استفاده می شود. به عنوان بخشی از طرح، لازم است ذرات را نشان دهیم که درجه اکسیداسیون آنها تغییر می کند. برای تعیین محیط حلال موجود در تعادل، اسیدی (H⁺)، قلیایی (OH^-) و خنثی (H_{2O) شرایط.}

برای چه استفاده می شود؟

در OVR، هدف روش نیمه واکنش نوشتن معادلات یونی به طور جداگانه برای فرآیندهای اکسیداتیو و احیا است. تراز نهایی جمع آنها خواهد بود.

مراحل اجرا

روش نیم‌واکنشی ویژگی‌های خاص خود را در نوشتن دارد. این الگوریتم شامل مراحل زیر است:

- اولین گام این است که فرمول همه واکنش دهنده ها را یادداشت کنید. به عنوان مثال:

H₂S + KMnO₄ + HCl

- سپس باید عملکرد هر فرآیند تشکیل دهنده را از نقطه نظر شیمیایی تعیین کنید. در این واکنش، KMnO₄ به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند، H₂S یک عامل کاهنده است، و HCl یک محیط اسیدی را تعریف می کند.

- مرحله سوم این است که از یک خط جدید فرمول های ترکیبات واکنش یونی با پتانسیل الکترولیت قوی را بنویسید که اتم های آنها در حالت اکسیداسیون خود تغییر می کنند. در این برهمکنش، MnO₄^- به عنوان یک عامل اکسید کننده عمل می کند، H₂S استمعرف کاهنده، و H⁺ یا کاتیون اکسونیوم H₃O⁺ محیط اسیدی را تعیین می کند. ترکیبات الکترولیتی گازی، جامد یا ضعیف با فرمول‌های مولکولی کامل بیان می‌شوند.

با دانستن اجزای اولیه سعی کنید مشخص کنید که کدام معرفهای اکسید کننده و احیاکننده به ترتیب دارای اشکال احیا و اکسید شده خواهند بود. گاهی اوقات مواد نهایی از قبل در شرایط تنظیم شده اند که کار را آسان تر می کند. معادلات زیر انتقال H₂S (سولفید هیدروژن) به S (گوگرد) و آنیون MnO₄ ^{را نشان می دهد. -به کاتیون Mn}2+.

برای متعادل کردن ذرات اتمی در بخش چپ و راست، کاتیون هیدروژن H⁺ یا آب مولکولی به محیط اسیدی اضافه می شود. یون های هیدروکسید OH^- یا H₂O.

به محلول قلیایی اضافه می شود

MnO₄^-→ Mn²⁺

در محلول، یک اتم اکسیژن از یون های منگنات همراه با H⁺ مولکول های آب را تشکیل می دهند. برای برابر کردن تعداد عناصر، معادله به صورت زیر نوشته می شود: 2^{O + Mn}2+.

سپس تعادل الکتریکی انجام می شود. برای انجام این کار، مقدار کل شارژ را در قسمت سمت چپ در نظر بگیرید، +7 و سپس در سمت راست، +2 می شود. برای متعادل کردن فرآیند، پنج ذره منفی به مواد اولیه اضافه می‌شود: 8H⁺ + MnO₄^-+ 5e ^- → 4H₂O + Mn²⁺. این منجر به یک نیمه واکنش کاهشی می شود.

اکنون فرآیند اکسیداسیون برای برابر کردن تعداد اتم ها دنبال می شود. برای این، در سمت راستکاتیون های هیدروژن را اضافه کنید: H₂S → 2H⁺ + S.

پس از یکسان شدن شارژها: H₂S -2e^- → 2H⁺ + S. مشاهده می شود که دو ذره منفی از ترکیبات شروع کننده برداشته می شود. به نظر می رسد نیمه واکنش فرآیند اکسیداتیو است.

هر دو معادله را در یک ستون بنویسید و بارهای داده شده و دریافتی را برابر کنید. طبق قاعده تعیین کوچکترین مضرب ها، برای هر نیمه واکنش یک ضریب انتخاب می شود. معادله اکسیداسیون و کاهش در آن ضرب می شود.

اکنون می توانید با جمع کردن سمت چپ و راست با هم و کاهش تعداد ذرات الکترون، دو تعادل را اضافه کنید.

8H⁺ + MnO₄^- + 5e^-→ 4H₂O + Mn²⁺ |2

H₂S -2e^- → 2H⁺ + S |5

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

در معادله به دست آمده، می توانید عدد H⁺ را 10 کاهش دهید: 6H⁺ + 2MnO₄ ^- + 5H₂S → 8H₂O + 2Mn ²⁺ + 5S.

بررسی درستی تعادل یونی با شمارش تعداد اتم های اکسیژن قبل و بعد از فلش که برابر با 8 است. همچنین بررسی شارژ قسمت های نهایی و اولیه تعادل ضروری است: (+6) + (-2)=+4. اگر همه چیز مطابقت دارد، پس درست است.

روش نیمه واکنش با انتقال از نماد یونی به معادله مولکولی به پایان می رسد. برای هر آنیونی وذره کاتیونی سمت چپ تعادل، یک یون مخالف بار انتخاب می شود. سپس به همان مقدار به سمت راست منتقل می شوند. اکنون یون ها را می توان به مولکول های کامل ترکیب کرد.

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

6Cl^- + 2K⁺ → 6Cl^- + 2K ⁺

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

می توان از روش نیمه واکنش ها استفاده کرد که الگوریتم آن در نوشتن معادله مولکولی به همراه نوشتن ترازهای نوع الکترونیکی خلاصه می شود.

تعیین عوامل اکسید کننده

این نقش متعلق به ذرات یونی، اتمی یا مولکولی است که الکترون های با بار منفی را می پذیرند. موادی که اکسید می شوند در واکنش ها کاهش می یابند. آنها یک نقص الکترونیکی دارند که به راحتی قابل پر کردن است. چنین فرآیندهایی شامل نیمه واکنش‌های ردوکس هستند.

همه مواد توانایی پذیرش الکترون را ندارند. عوامل اکسید کننده قوی عبارتند از:

• نمایندگان هالوژن؛
• اسید مانند نیتریک، سلنیک و سولفوریک؛
• پرمنگنات پتاسیم، دی کرومات، منگنات، کرومات؛
• اکسیدهای چهار ظرفیتی منگنز و سرب؛
• نقره و طلا یونی؛
• ترکیبات گازی اکسیژن؛
• اکسیدهای مس دو ظرفیتی و نقره تک ظرفیتی؛
• اجزای نمک حاوی کلر؛
• ودکای سلطنتی؛
• پراکسید هیدروژن.

تعیین عوامل کاهنده

این نقش متعلق به ذرات یونی، اتمی یا مولکولی است که بار منفی از خود ساطع می کنند. در واکنش‌ها، هنگامی که الکترون‌ها حذف می‌شوند، مواد احیاکننده تحت یک عمل اکسیدکننده قرار می‌گیرند.

خواص ترمیمی دارای:

• نمایندگان بسیاری از فلزات؛
• ترکیبات چهار ظرفیتی گوگرد و سولفید هیدروژن؛
• اسیدهای هالوژنه؛
• سولفات آهن، کروم و منگنز؛
• کلرید دو ظرفیتی قلع؛
• معرفهای حاوی نیتروژن مانند اسید نیتروژن، اکسید دو ظرفیتی، آمونیاک و هیدرازین؛
• کربن طبیعی و اکسید دو ظرفیتی آن؛
• مولکول های هیدروژن؛
• اسید فسفر.

مزایای روش الکترون یون

برای نوشتن واکنش های ردوکس، از روش نیمه واکنش بیشتر از تعادل فرم الکترونیکی استفاده می شود.

این به دلیل مزایای روش الکترون یون است:

1. هنگام نوشتن یک معادله، یون ها و ترکیبات واقعی موجود در محلول را در نظر بگیرید.
2. شما ممکن است در ابتدا اطلاعاتی در مورد مواد به دست آمده نداشته باشید، آنها در مراحل نهایی تعیین می شوند.
3. داده های درجه اکسیداسیون همیشه مورد نیاز نیست.
4. به لطف روش، می توانید تعداد الکترون هایی را که در نیمه واکنش ها شرکت می کنند، چگونگی تغییر pH محلول را دریابید.
5. تکینگیفرآیندها و ساختار مواد حاصله.

نیمه واکنش در محلول اسید

انجام محاسبات با یون هیدروژن اضافی از الگوریتم اصلی پیروی می کند. روش نیمه واکنش ها در یک محیط اسیدی با ثبت اجزای تشکیل دهنده هر فرآیند آغاز می شود. سپس در قالب معادلات شکل یونی با تعادل بار اتمی و الکترونیکی بیان می شوند. فرآیندهای اکسید کننده و کاهش دهنده به طور جداگانه ثبت می شوند.

برای یکسان سازی اکسیژن اتمی در جهت واکنش ها با مازاد آن، کاتیون های هیدروژن معرفی می شوند. مقدار H⁺ باید برای به دست آوردن آب مولکولی کافی باشد. در جهت کمبود اکسیژن، H₂O.

سپس تعادل اتم های هیدروژن و الکترون ها را انجام دهید.

قسمت های معادلات قبل و بعد از فلش را با ترتیب ضرایب جمع می کنند.

یون ها و مولکول های یکسان را کاهش دهید. ذرات آنیونی و کاتیونی از دست رفته به معرف های از قبل ثبت شده در معادله کلی اضافه می شوند. تعداد آنها بعد و قبل از پیکان باید مطابقت داشته باشد.

معادله OVR (روش نیمه واکنش) هنگام نوشتن یک عبارت آماده از یک فرم مولکولی برآورده می شود. هر جزء باید ضریب خاصی داشته باشد.

نمونه هایی برای محیط های ترش

برهمکنش نیتریت سدیم با اسید کلریک منجر به تولید نیترات سدیم و اسید هیدروکلریک می شود. برای چیدمان ضرایب از روش نیمه واکنش ها، نمونه هایی از نوشتن معادلات استفاده شده است.مرتبط با نشان دادن یک محیط اسیدی.

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.

در این فرآیند نیترات سدیم از نیتریت و اسید کلریدریک از اسید کلرید تشکیل می شود. حالت اکسیداسیون نیتروژن از +3 به +5 تغییر می کند و بار کلر 5+ می شود -1. هر دو محصول رسوب نمی‌کنند.

نیمه واکنش برای محیط قلیایی

انجام محاسبات با یونهای هیدروکسید اضافی با محاسبات محلولهای اسیدی مطابقت دارد. روش نیمه واکنش ها در یک محیط قلیایی نیز با بیان اجزای تشکیل دهنده فرآیند در قالب معادلات یونی آغاز می شود. تفاوت ها در طول تراز تعداد اکسیژن اتمی مشاهده می شود. بنابراین، آب مولکولی با مقدار اضافی آن به طرف واکنش و آنیون های هیدروکسید به طرف مقابل اضافه می شود.

ضریب جلوی مولکول H₂O تفاوت مقدار اکسیژن بعد و قبل از فلش و برای OH^{- را نشان می دهد.یون آن دو برابر می شود. در طول اکسیداسیونیک معرف که به عنوان یک عامل کاهنده عمل می کند، اتم های O را از آنیون های هیدروکسیل حذف می کند.}

روش نیمه‌واکنش‌ها با مراحل باقی‌مانده الگوریتم، که همزمان با فرآیندهایی هستند که دارای مازاد اسیدی هستند، به پایان می‌رسد. نتیجه نهایی یک معادله مولکولی است.

نمونه های قلیایی

وقتی ید با هیدروکسید سدیم مخلوط می شود، یدید سدیم و یدات، مولکول های آب تشکیل می شوند. برای به دست آوردن تعادل فرآیند از روش نیمه واکنش استفاده می شود. مثال‌هایی برای محلول‌های قلیایی ویژگی‌های خاص خود را دارند که با یکسان سازی اکسیژن اتمی مرتبط است.

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.

نتیجه واکنش ناپدید شدن رنگ بنفش ید مولکولی است. با تشکیل سدیم یدید و یدات، حالت اکسیداسیون این عنصر از 0 به 1- و 5+ تغییر می کند.

واکنش‌ها در یک محیط خنثی

معمولاً این نام فرآیندهایی است که در هنگام هیدرولیز نمک ها با تشکیل محلول کمی اسیدی (با pH 6 تا 7) یا کمی قلیایی (با pH 7 تا 8) انجام می شود..

روش نیمه واکنش در یک محیط خنثی در چندین نوشته شده استگزینه ها.

روش اول هیدرولیز نمک را در نظر نمی گیرد. محیط به عنوان خنثی در نظر گرفته می شود و آب مولکولی به سمت چپ فلش اختصاص داده می شود. در این نسخه، یک نیمه واکنش اسیدی و دیگری به عنوان قلیایی در نظر گرفته می شود.

روش دوم برای فرآیندهایی مناسب است که در آن می توانید مقدار تقریبی مقدار pH را تعیین کنید. سپس واکنش‌های روش یون الکترون در محلول قلیایی یا اسیدی در نظر گرفته می‌شوند.

مثال محیط خنثی

هنگامی که سولفید هیدروژن با دی کرومات سدیم در آب ترکیب می شود، رسوبی از سولفور، سدیم و هیدروکسیدهای کروم سه ظرفیتی به دست می آید. این یک واکنش معمولی برای یک محلول خنثی است.

Na₂Cr₂O_۷ + H_۲ 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^-. کاتیون های هیدروژن و آنیون های هیدروکسید با هم ترکیب می شوند و 6 مولکول آب را تشکیل می دهند. می توان آنها را در سمت راست و چپ برداشت و قسمت اضافی را جلوی فلش باقی گذاشت.

H₂O +3H₂S + Cr_۲O ₇^2- → 3S + 2Cr(OH)₃ +2OH^-

2Na⁺ → 2Na⁺

Na₂Cr₂O_۷ + 3H₂ S +H₂O → 2NaOH + 3S + 2Cr(OH)₃

در پایان واکنش، رسوبی از هیدروکسید کروم آبی و زردگوگرد در محلول قلیایی با هیدروکسید سدیم. حالت اکسیداسیون عنصر S با 2- 0 می شود و بار کروم با 6+ به 3+ می شود.