ნახევრადრეაქციის მეთოდი: ალგორითმი

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 05:32

ბევრი ქიმიური პროცესი მიმდინარეობს იმ ატომების ჟანგვის მდგომარეობების ცვლილებით, რომლებიც ქმნიან რეაქციაში მყოფ ნაერთებს. რედოქსის ტიპის რეაქციების განტოლებების დაწერა ხშირად თან ახლავს ნივთიერების თითოეული ფორმულის წინ კოეფიციენტების დალაგების სირთულეს. ამ მიზნებისათვის შემუშავებულია ტექნიკა, რომელიც დაკავშირებულია მუხტის განაწილების ელექტრონულ ან ელექტრონ-იონურ ბალანსთან. სტატიაში დეტალურად არის აღწერილი განტოლებების დაწერის მეორე ხერხი.

ნახევრადრეაქციის მეთოდი, ერთეული

მას ასევე უწოდებენ კოეფიციენტთა ფაქტორების განაწილების ელექტრონ-იონურ ბალანსს. მეთოდი დაფუძნებულია უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკების გაცვლას ანიონებსა და კატიონებს შორის დაშლილ გარემოში, სხვადასხვა pH მნიშვნელობებით.

ჟანგვის და აღმდგენი ტიპის ელექტროლიტების რეაქციებში მონაწილეობენ უარყოფითი ან დადებითი მუხტის იონები. მოლეკულურ-იონური განტოლებებინახევრადრეაქციის მეთოდზე დაფუძნებული ტიპები ნათლად ადასტურებს ნებისმიერი პროცესის არსს.

ბალანსის ფორმირებისთვის გამოიყენება ძლიერი რგოლის ელექტროლიტების სპეციალური აღნიშვნა, როგორც იონური ნაწილაკები, ხოლო სუსტი ნაერთები, გაზები და ნალექი არადისოცირებული მოლეკულების სახით. როგორც სქემის ნაწილი, აუცილებელია მიეთითოს ნაწილაკები, რომლებშიც იცვლება მათი დაჟანგვის ხარისხი. ბალანსში გამხსნელი გარემოს დასადგენად, მჟავე (H⁺), ტუტე (OH^-) და ნეიტრალური (H_{2O) პირობები.}

რისთვის გამოიყენება?

OVR-ში ნახევრადრეაქციის მეთოდი მიზნად ისახავს იონური განტოლებების ცალკე დაწერას ჟანგვითი და შემცირების პროცესებისთვის. საბოლოო ბალანსი იქნება მათი ჯამი.

აღსრულების ნაბიჯები

ნახევრად რეაქციის მეთოდს აქვს ჩაწერის თავისი თავისებურებანი. ალგორითმი მოიცავს შემდეგ ეტაპებს:

- პირველი ნაბიჯი არის ყველა რეაქტანტის ფორმულის ჩაწერა. მაგალითად:

H₂S + KMnO₄ + HCl

- შემდეგ თქვენ უნდა დაადგინოთ თითოეული შემადგენელი პროცესის ფუნქცია, ქიმიური თვალსაზრისით. ამ რეაქციაში KMnO₄ მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი, H₂S არის აღმდგენი აგენტი და HCl განსაზღვრავს მჟავე გარემოს.

- მესამე ნაბიჯი არის ახალი სტრიქონიდან ჩამოწერა იონური რეაქციაში მყოფი ნაერთების ფორმულები ძლიერი ელექტროლიტური პოტენციალით, რომელთა ატომებს აქვთ ჟანგვის მდგომარეობების ცვლილება. ამ ურთიერთქმედებისას, MnO₄ ^- მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი, H₂S არისაღმდგენი რეაგენტი და H⁺ ან ოქსონიუმის კატიონი H₃O⁺ განსაზღვრავს მჟავე გარემოს. აირისებრი, მყარი ან სუსტი ელექტროლიტური ნაერთები გამოისახება მთლიანი მოლეკულური ფორმულებით.

ვიცოდეთ საწყისი კომპონენტები, შეეცადეთ დაადგინოთ რომელ ჟანგვის და აღმდგენი რეაგენტებს ექნებათ შემცირებული და დაჟანგული ფორმები. ზოგჯერ საბოლოო ნივთიერებები უკვე დაყენებულია პირობებში, რაც აადვილებს მუშაობას. შემდეგი განტოლებები მიუთითებს H₂S (წყალბადის სულფიდი) S-ზე (გოგირდი) და ანიონ MnO₄^{-ზე გადასვლას -Mn კათიონამდე}2+.

მარცხნივ და მარჯვენა მონაკვეთებში ატომური ნაწილაკების დასაბალანსებლად წყალბადის კატიონი H⁺ ან მოლეკულური წყალი ემატება მჟავე გარემოს. ტუტე ხსნარს ემატება ჰიდროქსიდის იონები OH^- ან H₂O.

MnO₄^-→ Mn²⁺

ხსნარში, მანგანატის იონების ჟანგბადის ატომი H⁺ ქმნიან წყლის მოლეკულებს. ელემენტების რაოდენობის გასათანაბრებლად განტოლება იწერება შემდეგნაირად: 2^{O + Mn}2+.

შემდეგ ტარდება ელექტრული დაბალანსება. ამისათვის განიხილეთ გადასახადების მთლიანი რაოდენობა მარცხენა განყოფილებაში, გამოდის +7, შემდეგ კი მარჯვენა მხარეს, გამოდის +2. პროცესის დასაბალანსებლად, საწყის ნივთიერებებს ემატება ხუთი უარყოფითი ნაწილაკი: 8H⁺ + MnO₄^-+ 5e ^- → 4H₂O + Mn²⁺. ეს იწვევს შემცირების ნახევრად რეაქციას.

ახლა მოჰყვება ჟანგვის პროცესი ატომების რაოდენობის გასათანაბრებლად. ამისათვის მარჯვენა მხარესდაამატეთ წყალბადის კათიონები: H₂S → 2H⁺ + S.

დამუხტვის გათანაბრების შემდეგ: H₂S -2e^- → 2H⁺ + S. ჩანს, რომ ორი უარყოფითი ნაწილაკი ამოღებულია საწყისი ნაერთებიდან. გამოდის ჟანგვითი პროცესის ნახევრად რეაქცია.

ჩაწერეთ ორივე განტოლება სვეტში და გაათანაბრე მოცემული და მიღებული მუხტები. უმცირესი ჯერადების განსაზღვრის წესის მიხედვით, ყოველ ნახევარრეაქციაზე ირჩევა მულტიპლიკატორი. ჟანგვის და შემცირების განტოლება მრავლდება მასზე.

ახლა შეგიძლიათ დაამატოთ ორი ნაშთი მარცხენა და მარჯვენა მხარის ერთად და ელექტრონის ნაწილაკების რაოდენობის შემცირებით.

8H⁺ + MnO₄^- + 5e ^-→ 4H₂O + Mn²⁺ |2

H₂S -2e^- → 2H⁺ + S |5

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

მიღებულ განტოლებაში შეგიძლიათ შეამციროთ რიცხვი H⁺ 10-ით: 6H⁺ + 2MnO₄ ^- + 5H₂S → 8H₂O + 2Mn ²⁺ + 5S.

იონური ბალანსის სისწორის შემოწმება ისრამდე და მის შემდეგ ჟანგბადის ატომების რაოდენობის დათვლით, რომელიც უდრის 8-ს. ასევე აუცილებელია ნაშთის ბოლო და საწყისი ნაწილების მუხტების შემოწმება: (+6) + (-2)=+4. თუ ყველაფერი ემთხვევა, მაშინ ეს სწორია.

ნახევრად რეაქციის მეთოდი მთავრდება იონური აღნიშვნიდან მოლეკულურ განტოლებაზე გადასვლით. თითოეული ანიონისთვის დაბალანსის მარცხენა მხარის კათიონური ნაწილაკი, შერჩეულია საპირისპირო იონი. შემდეგ გადააქვთ მარჯვენა მხარეს, იმავე ოდენობით. ახლა იონები შეიძლება გაერთიანდეს მთელ მოლეკულებად.

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

6Cl^- + 2K⁺ → 6Cl^- + 2K ⁺

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

შესაძლებელია ნახევრადრეაქციის მეთოდის გამოყენება, რომლის ალგორითმი ემყარება მოლეკულური განტოლების დაწერას, ელექტრონული ტიპის ნაშთების ჩაწერასთან ერთად.

დაჟანგვის აგენტების განსაზღვრა

ეს როლი ეკუთვნის იონურ, ატომურ ან მოლეკულურ ნაწილაკებს, რომლებიც იღებენ უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებს. ნივთიერებები, რომლებიც ჟანგდებიან, განიცდიან რეაქციებში შემცირებას. მათ აქვთ ელექტრონული დეფიციტი, რომელიც ადვილად ივსება. ასეთი პროცესები მოიცავს რედოქსის ნახევრად რეაქციებს.

ყველა ნივთიერებას არ აქვს ელექტრონების მიღების უნარი. ძლიერი ჟანგვის აგენტები მოიცავს:

• ჰალოგენის წარმომადგენლები;
• მჟავა, როგორიცაა აზოტის, სელენის და გოგირდის მსგავსი;
• კალიუმის პერმანგანატი, დიქრომატი, მანგანატი, ქრომატი;
• მანგანუმის და ტყვიის ოთხვალენტიანი ოქსიდები;
• ვერცხლი და ოქრო იონური;
• აიროვანი ჟანგბადის ნაერთები;
• ორვალენტიანი სპილენძი და ერთვალენტიანი ვერცხლის ოქსიდები;
• ქლორის შემცველი მარილის კომპონენტები;
• სამეფო არაყი;
• წყალბადის ზეჟანგი.

შემცირების აგენტების განსაზღვრა

ეს როლი ეკუთვნის იონურ, ატომურ ან მოლეკულურ ნაწილაკებს, რომლებიც გამოყოფენ უარყოფით მუხტს. რეაქციებში, აღმდგენი ნივთიერებები განიცდიან ჟანგვის მოქმედებას, როდესაც ელექტრონები გამოიყოფა.

აღდგენითი თვისებები აქვს:

• ბევრი ლითონის წარმომადგენლები;
• გოგირდის ოთხვალენტიანი ნაერთები და წყალბადის სულფიდი;
• ჰალოგენირებული მჟავები;
• რკინის, ქრომის და მანგანუმის სულფატები;
• კალის ორვალენტიანი ქლორიდი;
• აზოტის შემცველი რეაგენტები, როგორიცაა აზოტის მჟავა, ორვალენტიანი ოქსიდი, ამიაკი და ჰიდრაზინი;
• ბუნებრივი ნახშირბადი და მისი ორვალენტიანი ოქსიდი;
• წყალბადის მოლეკულები;
• ფოსფორის მჟავა.

ელექტრონ-იონის მეთოდის უპირატესობები

რედოქსული რეაქციების დასაწერად ნახევრადრეაქციის მეთოდი უფრო ხშირად გამოიყენება, ვიდრე ელექტრონული ფორმის ბალანსი.

ეს განპირობებულია ელექტრონ-იონის მეთოდის უპირატესობებით:

1. განტოლების დაწერისას გაითვალისწინეთ რეალური იონები და ნაერთები, რომლებიც არსებობენ ხსნარში.
2. შეიძლება თავდაპირველად არ გქონდეთ ინფორმაცია მიღებული ნივთიერებების შესახებ, ისინი განისაზღვრება საბოლოო ეტაპებზე.
3. დაჟანგვის ხარისხის მონაცემები ყოველთვის არ არის საჭირო.
4. მეთოდის წყალობით შეგიძლიათ გაიგოთ ელექტრონების რაოდენობა, რომლებიც მონაწილეობენ ნახევარრეაქციებში, როგორ იცვლება ხსნარის pH.
5. სინგულარულობაპროცესები და მიღებული ნივთიერებების სტრუქტურა.

ნახევრად რეაქცია მჟავას ხსნარში

გათვლების ჩატარება წყალბადის იონების სიჭარბით ემორჩილება მთავარ ალგორითმს. მჟავე გარემოში ნახევრად რეაქციების მეთოდი იწყება ნებისმიერი პროცესის შემადგენელი ნაწილების ჩაწერით. შემდეგ ისინი გამოიხატება იონური ფორმის განტოლებების სახით ატომური და ელექტრონული მუხტის ბალანსით. ჟანგვის და აღმდგენი ხასიათის პროცესები ცალკე აღირიცხება.

ატომური ჟანგბადის რეაქციის მიმართულებით მის ჭარბთან გასათანაბრებლად, შეყვანილია წყალბადის კათიონები. H⁺ საკმარისი უნდა იყოს მოლეკულური წყლის მისაღებად. ჟანგბადის ნაკლებობის მიმართულებით, H₂O.

შემდეგ შეასრულეთ წყალბადის ატომებისა და ელექტრონების ბალანსი.

ისინი აჯამებენ განტოლებების ნაწილებს ისრის წინ და მის შემდეგ კოეფიციენტების განლაგებით.

შეამცირეთ იდენტური იონები და მოლეკულები. დაკარგული ანიონური და კათიონური ნაწილაკები ემატება უკვე ჩაწერილ რეაგენტებს საერთო განტოლებაში. მათი რიცხვი ისრის შემდეგ და მის წინ უნდა ემთხვეოდეს.

OVR განტოლება (ნახევრად რეაქციის მეთოდი) შესრულებულად ითვლება მოლეკულური ფორმის მზა გამოხატვის დაწერისას. თითოეულ კომპონენტს უნდა ჰქონდეს გარკვეული მულტიპლიკატორი.

მაგალითები მჟავე გარემოსთვის

ნატრიუმის ნიტრიტის ურთიერთქმედება ქლორის მჟავასთან იწვევს ნატრიუმის ნიტრატის და მარილმჟავას წარმოქმნას. კოეფიციენტების დასალაგებლად გამოიყენება ნახევრადრეაქციის მეთოდი, განტოლებების ჩაწერის მაგალითები.ასოცირდება მჟავე გარემოს მითითებასთან.

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}- ^{+ 3NO}3-

3Na⁺ + H⁺ → 3Na⁺ + H ⁺

3NaNO₂ + HClO₃ → 3NaNO₃ + HCl.

ამ პროცესში ნატრიუმის ნიტრატი წარმოიქმნება ნიტრიტისაგან, ხოლო მარილმჟავა წარმოიქმნება ქლორის მჟავისგან. აზოტის ჟანგვის მდგომარეობა იცვლება +3-დან +5-მდე, ხოლო ქლორის მუხტი +5 ხდება -1. ორივე პროდუქტი არ იშლება.

ნახევრად რეაქციები ტუტე გარემოსთვის

გათვლების ჩატარება ჰიდროქსიდის იონების სიჭარბით შეესაბამება მჟავე ხსნარებისთვის გამოთვლებს. ტუტე გარემოში ნახევრად რეაქციების მეთოდი ასევე იწყება პროცესის შემადგენელი ნაწილების იონური განტოლებების სახით გამოხატვით. განსხვავებები შეინიშნება ატომური ჟანგბადის რაოდენობის გასწორებისას. ასე რომ, მოლეკულურ წყალს ემატება რეაქციის მხარეს მისი ჭარბი ნაწილი, ხოლო ჰიდროქსიდის ანიონები - მოპირდაპირე მხარეს.

კოეფიციენტი H₂O მოლეკულის წინ გვიჩვენებს განსხვავებას ჟანგბადის რაოდენობაში ისრის შემდეგ და მის წინ და OH^{-იონი გაორმაგებულია. დაჟანგვის დროსრეაგენტი, რომელიც მოქმედებს როგორც შემამცირებელი აგენტი, შლის O ატომებს ჰიდროქსილის ანიონებიდან.}

ნახევრად რეაქციების მეთოდი მთავრდება ალგორითმის დარჩენილი საფეხურებით, რომლებიც ემთხვევა პროცესებს, რომლებსაც აქვთ მჟავე ჭარბი. საბოლოო შედეგი არის მოლეკულური განტოლება.

ტუტე მაგალითები

იოდის ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან შერევისას წარმოიქმნება ნატრიუმის იოდიდი და იოდატი, წყლის მოლეკულები. პროცესის ბალანსის მისაღებად გამოიყენება ნახევრადრეაქციის მეთოდი. ტუტე ხსნარების მაგალითებს აქვთ საკუთარი სპეციფიკა, რომლებიც დაკავშირებულია ატომური ჟანგბადის გათანაბრებასთან.

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.

რეაქციის შედეგია მოლეკულური იოდის იისფერი ფერის გაქრობა. ამ ელემენტის დაჟანგვის მდგომარეობა იცვლება 0-დან -1-მდე და +5-მდე ნატრიუმის იოდიდისა და იოდატის წარმოქმნით.

რეაქცია ნეიტრალურ გარემოში

ჩვეულებრივ ასე ჰქვია პროცესებს, რომლებიც მიმდინარეობს მარილების ჰიდროლიზის დროს ოდნავ მჟავე (pH 6-დან 7-მდე) ან ოდნავ ტუტე (pH 7-დან 8-მდე) ხსნარის წარმოქმნით..

ნახევარი რეაქციის მეთოდი ნეიტრალურ გარემოში ჩაწერილია რამდენიმეშიპარამეტრები.

პირველი მეთოდი არ ითვალისწინებს მარილის ჰიდროლიზს. საშუალო აღებულია როგორც ნეიტრალური, ხოლო მოლეკულური წყალი მინიჭებულია ისრის მარცხნივ. ამ ვერსიაში, ერთი ნახევრად რეაქცია აღებულია როგორც მჟავე, ხოლო მეორე, როგორც ტუტე.

მეორე მეთოდი შესაფერისია იმ პროცესებისთვის, რომლებშიც შეგიძლიათ დააყენოთ pH მნიშვნელობის სავარაუდო მნიშვნელობა. შემდეგ იონ-ელექტრონული მეთოდის რეაქციები განიხილება ტუტე ან მჟავე ხსნარში.

ნეიტრალური გარემოს მაგალითი

როდესაც წყალბადის სულფიდი შერწყმულია ნატრიუმის დიქრომატთან წყალში, მიიღება გოგირდის, ნატრიუმის და სამვალენტიანი ქრომის ჰიდროქსიდების ნალექი. ეს არის ტიპიური რეაქცია ნეიტრალური ხსნარისთვის.

Na₂Cr₂O₇ + H₂ 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^-. წყალბადის კათიონები და ჰიდროქსიდის ანიონები ერთიანდებიან და ქმნიან 6 წყლის მოლეკულას. მათი ამოღება შესაძლებელია მარჯვენა და მარცხენა მხარეს, ჭარბი დატოვება ისრის წინ.

H₂O +3H₂S + Cr₂O ₇^2- → 3S + 2Cr(OH)₃ +2OH ^-

2Na⁺ → 2Na⁺

Na₂Cr₂O₇ + 3H₂ S +H₂O → 2NaOH + 3S + 2Cr(OH)₃

რეაქციის ბოლოს, ლურჯი ქრომის ჰიდროქსიდის ნალექი და ყვითელიგოგირდი ტუტე ხსნარში ნატრიუმის ჰიდროქსიდით. S ელემენტის დაჟანგვის მდგომარეობა -2-ით ხდება 0, ხოლო ქრომის მუხტი +6-ით ხდება +3.