Kidolgozott példa: Redoxiegyenlet rendezése lúgos oldatban lejátszódó rekció esetén

Az előző videóban láttuk, hogyan rendezhetjük savas oldatban zajló redoxireakciók egyenletét. Itt most lúgos közegben lejátszódó redoxireakciók egyenletét rendezzük. Ez valamivel nehezebb, de hasonlóképpen fogjuk megközelíteni, mint a savas oldatban zajló reakciókat. A negyedik lépésben itt is protonokat fogunk hozzáadni a félreakciókhoz, majd összeadjuk őket. Ezután hidroxidionokat is hozzáadunk az egyenlethez. Mivel lúgos az oldat, a hidroxidokra szükség van, hogy semlegesítsék a protonokat, amiket a 4. lépésben hozáadtunk. Kezdjük az oxidációs számokkal, ahogy az előző videóban is tettük. Kezdjük ezzel a hipokloritionnal... Tudjuk, hogy az oxigén oxidációs száma -2, az összegnek pedig -1-nek kell lennie. Ez azt jelenti, hogy a klór oxidációs számának +1-nek kell lennie, mivel +1 és -2 együtt -1-et ad. Ennél a krómtartalmú ionnál a legegyszerűbb megközelítés az, ha felidézzük, hogy a hidroxidion töltése -1. Négy hidroxidion van, ez összesen -4. Az oxidációs számok összegének itt is -1-et kell adnia, az ion töltését. Így a króm oxidációs száma +3, mivel +3 és -4 együtt -1-et ad. Tehát a króm oxidációs száma itt +3. Lépjünk át a jobb oldalra a kromátionhoz! Az oxigén oxidációs száma -2, van belőle 4, az összesen -8. Az összegnek -2-nek kell lennie, ami az ion töltése. Így a króm oxidációs száma +6 lesz, mivel +6 és -8 összege -2. A króm oxidációs száma tehát itt +6. Végül a kloridion -1-es töltésű, így az oxidációs száma is -1. Ha azt keressük, hogy mi oxidálódik és mi redukálódik, oxidáció esetén az oxidációs szám növekedését kell keresnünk. Az, hogy a króm oxidációs száma +3-ról +6-ra változott, azt jelenti, hogy a króm oxidálódott. Ha pedig a klórt nézzük, annak az oxidációs száma +1-ről változott -1-re. Ez csökkenés, tehát redukció. A klór tehát redukálódott. Így már tudjuk, hogy van, ami oxidálódik és van, ami redukálódik. Mehetünk tehát tovább az 1. lépésre: felírjuk a félreakciókat, egy oxidációs és egy redukciós félreakciót. Írjuk fel először a redukciót! Természetesen mindegy, melyikkel kezdjük. Felírjuk tehát a klórt tartalmazó félreakciót, mivel a klór redukálódott. A hipoklorition kloriddá alakul. Ez a redukciós félreakció. Az oxidációs félreakcióban meg a króm szerepel. Itt ez a krómtartalmú ion, a Cr(OH)₄⁻ alakul át CrO₄²⁻-tá. Ez az oxidációs félreakció. Jöjjön a második lépés, rendezzük az atomokat, kivéve az oxigént és a hidrogént ! A redukciós félreakciónál a klórral kell foglalkoznunk. Egy klór van a bal és a jobb oldalon is, tehát ez már rendezve van. Az oxidációs félreakcióban a krómmal kell foglalkoznunk. Egy króm van a bal és a jobb oldalon is. Ebben az esetben tehát a 2. lépés eleve készen van. Óvatosnak kell lenni azonban, mert van, amikor tényleg rendezni kell az atomokat, és pont ezen múlik a végső válasz. Jöjjön a 3. lépés, az oxigének rendezése víz hozzáadásával! Ha a redukciós félreakciót tekintjük, látjuk, hogy a bal oldalon egy oxigén van, a jobb oldalon pedig egy sincs. Hozzá kell adnunk tehát egy vízmolekulát a termékoldalhoz a redukciós félreakcióban. Most egy-egy oxigén van a jobb és a bal oldalon is, így az oxigént rendeztük a redukciós félreakcióban. Nézzük az oxidációs félreakciót! Ez ugye a 4-es mindenre vonatkozik, ami a zárójelben van. Négy oxigén van a bal oldalon, és négy oxigén a jobb oldalon. Az oxigén tehát rendben van. Következik a 4. lépés: rendezzük a hidrogéneket protonok hozzáadásával. A redukciós reakciónál hozzáadtunk egy vízmolekulát, ezzel egyúttal a jobb oldalra két hidrogént. Így a bal oldalra is kell két hidrogén, mivel most egy sincs. Adjuk hozzá őket protonok formájában! Hozzáadok tehát két protont a bal oldali félreakciónál. Most két hidrogén van a bal és a jobb oldalon is. Az oxidációs félreakciónál ez a 4-es a hidrogénre is vonatkozik. Négy hidrogén van a bal oldalon, és egy sincs a jobb oldalon. Így négy kell a jobb oldalra is. Itt is protonokat adunk hozzá. 4 H⁺-t a jobb oldalra. A töltések rendezésére elektronokat is adunk hozzá. Az ötödik lépésben tehát megnézzük az össztöltést a félreakciók mindkét oldalán. Nézzük először a redukciós félreakciót! Két protonunk van, tehát +2 töltés a bal oldalon. Ezen kívül van egy negatív töltés is a hipokloritionon. +2 és -1 töltés, összesen +1. Úgy szoktuk írni a töltést, ahogy az oxidációs számokat is. Legyünk tudatában azonban, hogy ezek töltések, nem oxidációs számok! Összesen +1 a bal oldalon. A jobb oldalon van -1 töltés a kloridionon, tehát a jobb oldal össztöltése -1. Ezeket kell egyenlővé tenni. Most már csak elektronokat lehet hozzáadni, amik természetesen negatív töltésűek. Így ha a redukciós félreakció két oldalát rendezni akarjuk, két elektront kell adni a bal oldalhoz, mert így lesz ott még két negatív töltés. Ez változtatja az összeget +1-ről -1-re. Most -1 töltés van a félreakció bal oldalán, ami most már egyenlő a -1-gyel a félreakció jobb oldalán. Kiegyenlítettük a töltést elektronok hozzáadásával. Következhet most az oxidációs félreakció. A bal oldalon csak ez az egy ionunk van, így a bal oldal töltése -1. A jobb oldalon egy kromátion van, a kromátion töltése pedig -2. Ezen kívül van még +4 töltés a protonokon. -2 és +4 összege +2. +2 van a jobb oldalon, -1 a bal oldalon. Mint tudjuk, ezeket a töltéseket már csak elektronok hozzáadásával lehet rendezni. Ha 3 elektront adok a jobb oldalhoz, az össztöltés ott +2-ről -1-re változik. Most már -1 töltés van a jobb és a bal oldalon is, tehát a töltések azonosak. Arra, hogy hova mennek ezek az elektronok, rájöhetünk az ismert LEO és FRED emlékeztetőből is. Az elektronLEadás az Oxidáció (LEO). Így az oxidációs félreakcióban a termékoldalon kell lenniük az elektronoknak. Az elektronFelvétel a REDukció. Így a redukciós félreakcióban a kiindulási anyagoknál kell megjelenniük az elektronoknak. Ezzel másképp meggondolva is ellenőrizhetjük a megoldást. Térjünk át a 6. lépésre. Tegyük egyenlővé a félreakciókban az elektronok számát! Ez azért kell, mert az oxidációban ugyanannyi elektron kerül leadásra, mint amennyi a redukcióban felvételre. Az oxidációban 3 elektron távozik, de a redukció egyelőre csak kettőt vesz fel. Ez ugye nyilvánvalóan nincs rendben. Mivel ugyanazok az elektronok, ugyanannyinak kell lenniük. A rendezéshez a legkisebb közös többszörös a megoldás. Van 2 és 3 elektron. Lehet belőlük 6 elektront csinálni. Rá kell jönnünk, hogyan lehet mindkét félreakcióban 6 elektron. Úgy, hogy az első félreakciót megszorozzuk 3-mal, a második félreakciót pedig 2-vel. Így mindegyikben ugyanannyi elektron lesz. Számoljunk utána! 3-szor 2 elektron, az 6 elektron. 3-szor 2 proton az 6 proton. 3-szor a hipoklorit együtthatója (1), az 3 ClO⁻. 3-szor a kloridion együtthatója (1) az 3 Cl⁻. Végezetül a víz együtthatója is 1, és 3-szor 1, az 3 vizet ad. Nézzük most az oxidációs félreakciót! Ezt 2-vel kell végigszorzni. Itt egy 1-es együttható van az ion előtt. Ebből most lesz 2 Cr(OH)₄⁻. A 2-es vonatkozik a kromát 1-es együtthatójára is. Lesz belőle tehát 2 CrO₄²⁻, 2-szer a 4 proton összesen 8 protont eredményez. Végül 2-szer a 3 elektron összesen 6 elektront. Így tehát van 6 elektron a redukciós félreakcióban, és 6 elektron az oxidációs félreakcióban. Adjuk össze a félreakciókat. A protonok miatt még úgy tűnik, mintha savas oldatban lennénk. Adjuk tehát össze a félreakciókat! Először az összes reagenst a bal oldalra írjuk. Tegyük akkor ezt, összesen 6 elektron, 6 proton, 3 ClO⁻, és két Cr(OH)₄⁻ lesz. Ugyanígy a jobb oldalon is összeadjuk a termékeket. Nézzük, mink van! Van 3 Cl⁻, 3 H₂O, 2 CrO₄²⁻, 8 H⁺ és 6 elektron. Így egy egyenletet írva jól látszik, hogy hat elektron van mindkét oldalon. Ezeket most el lehet hagyni. Protonok is vannak mindkét oldalon. Hat proton a bal oldalon, nyolc a jobb oldalon. Ezzel a hattal egyszerűsíthetünk, így marad csak két proton a jobb oldalon. Tisztázzuk le most az egyenletet! Van a bal oldalon 3 ClO⁻, 2 Cr(OH)₄⁻, lesz belőlük, 3 Cl⁻, 2 H₂O – bocsánat, 3 H₂O –, 2 CrO₄²⁻ és 2 H⁺. Emlékezzünk vissza: lúgos oldatban zajlik a reakció! Hozzá kell adni néhány hidroxidiont, hogy a protonokat semlegesítsük. Nézzük a protonok számát: két proton van a jobb oldalon ezért két hidroxidiont kell hozzáadnunk,. hogy semlegesítsük a protonokat. Egy rendezett egyenletben ugyanezt a bal oldalon is meg kell tenni. Két hidroxidot adtunk a jobb oldalhoz, ezért kettő kell a bal oldalra is. Mi lesz, ha hidroxidot adunk a protonokhoz? Semlegesítik egymást. Ha összeteszünk H⁺-t és OH⁻-t, H₂O-t kapunk. Vízmolekulák keletkeznek. Két vízmolekulát kapunk, mivel két protont semlegesítünk két hidroxidionnal. A jobb oldalon tehát két H₂O-t kapunk, azaz két vízmolekulát. Írjuk föl tehát a végső választ! A bal oldalon van 3 ClO⁻, 2 Cr(OH)₄⁻, továbbá hozzáadtunk két hidroxidot: 2 OH⁻. A jobb oldalon: 3 Cl⁻, valamint volt 3 víz, amihez még 2-t hozzáadtunk, az összesen 5 H₂O. És itt van még a két kromát. 2 CrO₄²⁻ Ezzel készen van minden, bekeretezhetjük a végső választ. Hosszú volt, de most készen van. Ne feledjük; a végén mindig ellenőrizhetjük az atomok számának és a töltések számának a segítségével. Az atomok és a töltések száma is legyen azonos. Ellenőrizd ezt egyedül, ahogy az előző videóban mutattam.