If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Redoxiegyenletek rendezése

Bevezetés

A rozsda a vas és oxigén vízpára jelenlétében lezajló redoxireakciójában keletkezik. Kép forrása: "Badentarbat Bay: Corroded Buoy on the Beach" DeFacto, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.
Az oxidációs-redukciós reakciók avagy redoxireakciók olyan reakciók, melyekben elektronátmenet történik különböző kémiai részecskék között (olvasd el ezt a tananyagot a redoxireakciókról, ha szükséged van egy kis emlékeztetőre). A redoxireakciók egyenleteiben a tömeget és a töltést is ki kell egyenlíteni, ezért az egyenletrendezés kicsit nehezebb lehet. Ebben a cikkben megtanuljuk a félreakciókkal történő rendezés módszerét, ami sokat segíthet a vizes oldatokban lezajló reakciók egyenletének rendezésében.

Redoxireakciók rendezése félreakciók segítségével

A félreakciókkal történő rendezéshez az egyenletet először felosztjuk két félreakcióra: az egyik az oxidáció, a másik a redukció. Ezután a félreakciók egyenleteit rendezzük tömeg és töltés szerint, majd ha kell, egyenlővé tesszük a kettőben a résztvevő elektronok számát. Végül a félreakciók egyenleteit összeadjuk, ezzel kapjuk meg a reakció teljes (bruttó) rendezett egyenletét.
Nézzük meg egy egyszerű redoxireakció példáján, hogyan is működik ez a módszer. Vizsgáljuk meg például a CoA3+ ion és a fémnikkel reakcióját:
CoA3+(aq)+Ni(s)CoA2+(aq)+NiA2+(aq)
Rendezve van-e ez az egyenlet? A tömeg szempontjából láthatóan igen, mivel az egyenlet mindkét oldalán egy Co-atom és egy Ni-atom található. Ellenben nincs rendezve a töltés szempontjából: a bal oldalon az össztöltés 3+, míg a jobb oldalon 4+. A töltések rendezését a félreakciók módszerével fogjuk elvégezni.
Először válasszuk szét az egyenletet külön oxidációs, illetve redukciós félreakciókra:
Oxidációs félreakció: az oxidációs félreakció az oxidációs lépésben részt vevő kiindulási anyagokat és termékeket mutatja. Mivel a Ni oxidálódik NiA2+-ionná, kezdhetjük azzal, hogy felírjuk ezt a lépést:
Oxidáció:Ni(s)NiA2+(aq)
Ez azonban nem a teljes oxidációs félreakció! Ahogy a bruttó egyenlet, ez a félreakció is csak tömegre van rendezve, töltésre nincs. Rendezhetjük a töltéseket is azzal, ha az egyenlet jobb oldalához hozzáadunk két elektront. Így a töltések összege az egyenlet mindkét oldalán 0 lesz.
Oxidation:Ni(s)NiA2+(aq)+2e
Most, hogy az oxidációs félreakciót rendeztük, ez elárulja nekünk, hogy minden nikkelatom oxidálásakor két elektron keletkezik. De hova mennek ezek az elektronok? Követhetjük az útjukat a redukciós félreakcióig.
Redukciós félreakció: a redukciós félreakció a redukciós lépésben résztvevő kiindulási anyagokat és termékeket tartalmazza. Jelen esetben az egyenlettel a CoA3+ CoA2+-vé történő redukálódását kell leírnunk. A töltésegyensúly miatt az egyenlet bal oldalán egy elektronnak is kell lennie.
Redukció:CoA3+(aq)+eCoA2+(aq)
A redukciós félreakció rendezett egyenlete elárulja, hogy minden CoA3+-ion redukálásához egy elektronra van szükség. Fontos tudnunk, hogy ez az elektron az oxidációs félreakcióból származik.
A következő lépésben össze kell adnunk a rendezett félreakciókat, hogy megkapjuk a rendezett bruttó egyenletet. Először azonban meg kell arról bizonyosodnunk, hogy az elektronok kiesnek, amikor a félreakciókat összeadjuk (nem úszkálhatnak kóbor elektronok az oldatban). Most az oxidációs félreakció két elektron átmenetét tartalmazza, míg a redukciós félreakció csak egy elektronét. Ezért a redukciós félreakció egyenletét meg kell szoroznunk 2-vel.
2[CoA3+(aq)+eCoA2+(aq)]2CoA3+(aq)+2e2CoA2+(aq)
Most már összeadhatjuk a két félreakciót, mivel az elektronokkal egyszerűsíthetünk:
Ni(sz)NiA2+(aq)+2e2CoA3+(aq)+2e2CoA2+(aq)Ni(s)+2CoA3+(aq)NiA2+(aq)+2CoA2+(aq)Ni(s)+2CoA3+(aq)NiA2+(aq)+2CoA2+(aq)
Az így kapott egyenlet mindkét oldalán ugyanannyi van mindkét atomból (1 Ni és 2 Co), továbbá az össztöltés is megegyezik mindkét oldalon (6+). Ez együttvéve azt is jelenti, hogy tömeg és töltés szempontjából is rendezve van az egyenlet!

Redoxiegyenletek rendezése savas vagy lúgos oldatban

Az előbb a félreakciók módszerével rendeztünk egy egyszerű redoxiegyenletet. Sok vizes oldatban lejátszódó redoxireakció azonban bonyolultabb a fenti példánál. Előfordul, hogy hozzá kell adnunk HA2O-molekulákat és HA+-ionokat (savas oldatban lejátszódó reakciók esetén) vagy OHA-ionokat (lúgos oldatban lejátszódó reakciók esetén), hogy kielégítő módon rendezhessük az egyenletet. Az első példa ezt mutatja meg savas oldatban lejátszódó reakció esetén, a második pedig egy lúgos oldatban lejátszódó reakció esetén.

1. példa: Savas oldatban lejátszódó redoxireakció egyenletének rendezése

Rendezzük a réz és a nitrátion savas oldatban lejátszódó reakciójának egyenletét!
Cu(s)+NOA3A(aq)CuA2+(aq)+NOA2(g)
Alkalmazzuk a félreakciók imént megtanult módszerét! Mivel savas az oldat, HA+-ionokat és HA2O-molekulákat is alkalmazhatunk a rendezés érdekében.

1. lépés: osszuk ketté az egyenletet félreakciókra

Kezdjük azzal, hogy a rendezetlen egyenletet két félreakcióra osztjuk:
Oxidáció:Cu(s)CuA2+(aq)Redukció:NOA3A(aq)NOA2(g)
Figyeljünk rá, hogy egyik félreakció sincs még rendezve! Ezt a következő lépésben fogjuk megtenni.

2. lépés: rendezzük mindkét félreakciót tömeg és töltés szerint

Az oxidációs félreakció tömegre már rendezve van, csak a töltéssel kell foglalkoznunk. Ha az egyenlet jobb oldalához adunk két elektront, az össztöltés mindkét oldalon 0 lesz:
Oxidáció:Cu(s)CuA2+(aq)+2e
Nézzük, mi a helyzet a redukciós félreakcióval! Ebben az atomok és a töltések száma is különbözik a két oldalon. Először rendezzük atomszám szerint: láthatjuk, hogy a N-atomok már rendezve vannak (az egyenlet mindkét oldalán egy van). Viszont az O-atomok még nincsenek rendezve. Az O-atomokat úgy rendezhetjük, hogy hozzáadunk egy HA2O-molekulát az egyenlet jobb oldalához:
NOA3A(aq)NOA2(g)+HA2O(l)
Így viszont megjelent két többlet H-atom az egyenlet jobb oldalán. Mivel a reakció savas oldatban történik, a rendezéshez két HA+-iont adhatunk a bal oldalhoz:
NOA3A(aq)+2HA+(aq)NOA2(g)+HA2O(l)
Most rendezzük az egyenletet töltés szerint is! Ehhez egy elektront kell beírnunk az egyenlet bal oldalára, így az össztöltés mindkét oldalon 0 lesz.
Redukció:NOA3A(aq)+2HA+(aq)+eNOA2(g)+HA2O(l)

3. lépés: rendezzük az egyenletet az átadott elektronok számára nézve

Mivel az oxidációs félreakcióban két elektron távozik, a redukciósban pedig csak egy elektron felvétele történik meg, a redukciós félreakció egyenletét meg kell szoroznunk 2-vel.
2[NOA3A(aq)+2HA+(aq)+eNOA2(g)+HA2O(l)2NOA3A(aq)+4HA+(aq)+2e2NOA2(g)+2HA2O(l)

4. lépés: adjuk össze a félreakciókat

A két félreakció összeadásával, az elektronok egyszerűsítésével a következőt kapjuk:
Cu(s)CuA2+(aq)+2e2NOA3A(aq)+4HA+(aq)+2e2NOA2(g)+2HA2O(l)Cu(s)+2NOA3A(aq)+4HA+(aq)CuA2+(aq)+2NOA2(g)+2HA2O(l)Cu(s)+2NOA3A(aq)+4HA+(aq)CuA2+(aq)+2NOA2(g)+2HA2O(l)
Ezzel készen is vagyunk! Ellenőrizve megállapíthatjuk, hogy minden atomból ugyanannyi van az egyenlet mindkét oldalán (1 Cu, 2 N, 6 O, and 4 H) valamint az össztöltés is azonos a két oldalon (2+), tehát az egyenlet rendezve van!

2. példa: Lúgos oldatban lejátszódó redoxireakció egyenletének rendezése

Rendezzük a permanganát- és a jodidion lúgos oldatban lejátszódó reakciójának egyenletét!
MnOA4A(aq)+IA(aq)MnOA2(s)+IA2(aq)
Rendezzük ezt az egyenletet is a félreakciók módszerével! Most csak OHA-ionokat és HA2O-molekulákat használhatunk az egyenletrendezésben, mivel a reakció lúgos oldatban játszódik le.

1. lépés: osszuk ketté az egyenletet félreakciókra

Ebben a reakcióban a jodidion oxidálódik és a permanganátion redukálódik.
Oxidáció:IA(aq)IA2(aq)Redukció:MnOA4A(aq)MnOA2(s)

2. lépés: rendezzük mindkét félreakciót tömeg és töltés szerint

Kezdjük az oxidációs félreakcióval. Ezt mind atomszám, mind töltésszám szerint rendezni kell. Először írjunk egy 2-es együtthatót a IA elé, hogy atomszám szerint rendezve legyen az egyenlet:
2IA(aq)IA2(aq)
Ezt követően adjunk két elektront az egyenlet jobb oldalához, hogy a töltésszám is rendezve legyen:
Oxidáció:2IA(aq)IA2(aq)+2e
Következzen a redukciós félreakció, melyet szintén rendezni kell mind atomszám, mind töltésszám szerint. Kezdjük az atomszámokkal: mivel az egyenlet mindkét oldalán egy-egy Mn-atom van, csak az O-atomokkal van dolgunk. Elkezdhetnénk próbálgatással hozzáadni az egyenlethez OHA-ionokat és HA2O-molekulákat, de ez bonyolult és időrabló munka lenne. Ehelyett rendezzük a félreakciót úgy, mintha az savas oldatban történne:
MnOA4A(aq)+4HA+(aq)MnOA2(s)+2HA2O(l)
Ezután adjunk mindkét oldalhoz annyi OHA-iont, amennyivel semlegesíthetjük a HA+ ionokat.
MnOA4A(aq)+4HA+(aq)+4OHA(aq)MnOA2(s)+2HA2O(l)+4OHA(aq)4HA2O(l)MnOA4A(aq)+2HA2O(l)MnOA2(s)+4OHA(aq)
Figyeljük meg, hogy a HA+- és OHA-ionok a bal oldalon új HA2O-molekulákat hoztak létre, majd egyszerűsítettünk azokkal a HA2O-molekulákat, melyek az egyenlet mindkét oldalán megjelentek.
Végül rendezzük a félreakciót töltés szerint is! Ehhez az egyenlet bal oldalára még három elektront kell beírnunk, így az össztöltés mindkét oldalon 4 lesz.
Redukció:MnOA4A(aq)+2HA2O(l)+3eMnOA2(s)+4OHA(aq)

3. lépés: rendezzük az egyenletet az átadott elektronok számára nézve

Ahhoz, hogy a két félreakcióban ugyanannyi elektron átadása szerepeljen, az oxidációs félreakció egyenletét 3-mal, a redukciósét pedig 2-vel kell megszoroznunk. Így mindkét félreakcióban hat elektron fog szerepelni.
3[2IA(aq)IA2(aq)+2e]6IA(aq)3IA2(aq)+6e2[MnOA4A(aq)+2HA2O(l)+3eMnOA2(s)+4OHA(aq)]2MnOA4A(aq)+4HA2O(l)+6e2MnOA2(s)+8OHA(aq)

4. lépés: adjuk össze a félreakciókat

Végül adjuk össze a két félreakciót, biztosítva ezzel, hogy az elektronok mind kiesnek:
2MnOA4A(aq)+4HA2O(l)+6e2MnOA2(s)+8OHA(aq)6IA(aq)3IA2(aq)+6e2MnOA4A(aq)+4HA2O(l)+6IA(aq)2MnOA2(s)+8OHA+3IA2(aq)2MnOA4A(aq)+6IA(aq)+4HA2O(l)2MnOA2(s)+3IA2(aq)+8OHA(aq)
Láthatjuk, hogy az egyenlet mindkét oldalán 2 Mn, 12 O, 8 H és 6 I atom van, valamint az össztöltés 8. Tehát az egyenlet rendezve van.

Összefoglalás

A félreakciók módszerét a vizes oldatban lejátszódó redoxireakciók egyenletének rendezésére használhatjuk. A redoxiegyenletet két félreakcióra választjuk szét, az egyikben történik az oxidáció, a másikban a redukció. Mindkét félreakciót rendezzük mind atomszám, mind töltésszám szerint, majd összeadjuk a két egyenletet megfelelő együtthatókkal megszorozva, hogy a bennük szereplő elektronok kiessenek. Bonyolultabb redoxiegyenletek rendezésénél előfordul, hogy hozzá kell még adnunk az egyenlethez HA+-ionokat és HA2O-molekulákat (ha a reakció savas közegben zajlik), illetve OHA-ionokat és HA2O-molekulákat (ha a reakció lúgos közegben zajlik).

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.