Тотығу – тотықсыздану реакция теңдеулерін кұру

Тотығу-тотықсыздану реакцияларын әдетте екі түрлі әдіс арқылы теңестіреді: электрондық баланс әдісі және жартылай реакция әдісі.

Электрондық баланс әдісі. Электрондық баланс әдісі бойынша тотығу –тотықсыздану реақция теңдеулерін теңестіргенде келесі ережелер орындалуы қажет: берілген реакцияда тотықсыздандырғыштың барлық бөлшектері арқылы берілген электрондар саны, тотықтырғыштың барлық болшектері қосып алатын электрондар санына тең болады.

Аталған әдіс бойынша тотығу-тотықсыздану реақцияларын теңестіру үшін бастапқы заттар мен реакция өнімдерінің формулаларын білу, молекулалар мен иондардағы элементтердің тотығу дәрежелерін есептеп табуды үйреніп және әрекеттердің ретін қатаң ұстану қажет. Айтылғанды нақты мысалда қарастырайық. Калий сульфитін қышқыл ортада калий дихроматымен тотықтырудың реакция теңдеуі берілсін:

1. Алдымен тотығу дәрежелері өзгеретін элементтерді анықтайды.

K₂Cr₂⁺⁶O₇ + K₂S⁺⁴O₃ + H₂SO₄ → Cr₂⁺³(SO₄)₃ + K₂S⁺⁶O₄ + H₂O.

Сонсын қосылыстардағы элементтердің тотығу және тотықсыздану үрдістерін шартты түрде жазып көрсетеді:

тотықтырғыш Cr⁺⁶→ Cr⁺³ – тотықсызданған пішіні;

(тотықсыздану үрдісі)

тотықсыздандырғыш S⁺⁴ → S⁺⁶ тотыққан пішіні.

(тотығу үрдісі)

1. Осыдан кейін электрондық баланс құрылады. Ол үшін тотықтырғыштың барлық атомдары қосып алуға тиісті электрондар саны есептелінеді де, оны тотықсыздану үрдісінің сол жағына қосады. Берілген мысалда хром +6 тотығу дәрежесінен +3 тотығу дәрежесіне ауысады, сондықтан 3 электрон (3ē) қосу керек. Алайда тотықтырғыш молекуласында K₂Cr₂O₇ екі хром атомы бар, ендеше сәйкес сызбада екі хром атомы бар, ендеше сәйкес сызбада екі хром атомы оң сәйкес және сол жақтарында көрсетіледі. Сөйтіп, қосып алатын электрондар саны 2 есе артады. Тотықсыздандырғыштың сол жағында электрондарды алып тастайды. Осының нәтижесінде:

2 Cr⁺⁶ + 6ē → 2 Cr⁺³

S⁺⁴ - 2ē → S⁺⁶.

Әр-бір көрсетілген сызбадағы электрондар саны өзара теңескенде электрондық баланс орнайды. Тотықтырғыш молекуласы тотықсыздандырғыш молекуласынан 3 есе артық электрондар қосып алатыны белгілі. Сондықтан электрондық баланс сақталу үшін екінші үрдіс - тотығу үрдісі – біріншіден үш есе жылдам жүруі қажет.

Бұны сызбаның оң жағындағы коэффициенттер түрінде көрсетеді:

2 Cr⁺⁶ + 6ē → 2 Cr⁺³ │1

S⁺⁴ - 2ē → S⁺⁶ │3

1. Алынған коэффициенттерді теңдеудің сол жағындағы тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың алдына және теңдеудің оң жағындағы тотығу және тотықсыздану өнімдерінің алдына қояды (1 коэффициенті қойылмайды):

K₂Cr₂O₇ + 3 K₂SO₃ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 3 K₂SO₄ + H₂O

1. Тотығу дәрежелері өзгермейтін ортадағы аниондарды біріктіруге қатысатын металл иондарын теңестіреді. Берілген мысалда бұндай ион ретінде калий дихроматы құрамындағы калий иондары қарастырылады. Хром (III) сульфатына ауысқаннан кейін хлор байланыссыз қалады. Реакция ортасы - күкірт қышқылы әсерінен К⁺ иондары сульфат-иоңдармен бірігеді. Сондықтан калий иондарын теңестіру үшін теңдеудің оң жағына калий сульфаты молекуласы түрінде жазамыз:

K₂Cr₂O₇ + 3 K₂SO₃ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 3 K₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

1. Ортаның алдындағы коэффициентті анықтайды. Орта - күкірт қышқылы, ол SO₄^2- иондарын береді. Оң жақта тұздар құрамында 7 сульфаттық топтар бар, оның 3-еуі калий сульфиті тотығуы нәтижесінде пайда болады. Ендеше тұзтүзуге қалған 4 сульфаттық топ қажет болды. Сондықтан күкірт қышқылы формуласының алдына 4 коэффициентін қояды:

K₂Cr₂O₇ + 3 K₂SO₃ + 4 H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 4 K₂SO₄ + H₂O.

1. Судың алдындағы коэффициенттерді таңдай отыра, сутек атомы сандарын теңестіреді:

K₂Cr₂O₇ + 3 K₂SO₃ + 4 H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 4 K₂SO₄ + 4 H₂O.

1. Реакция теңдеуінің оң және сол жағындағы оттек атомының сандарын санай отыра, коэффициенттердің дұрыс қойылғанын тексереді:

7 + 9 + 16 = 12 + 16 + 4

32 = 32

Теңестірілгеннен кейін реакция теңдеуіндегі бағытты теңдік белгісімен ауыстыруға болады:

K₂Cr₂O₇ + 3 K₂SO₃ + 4 H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 4 K₂SO₄ + 4 H₂O.

Жартылай реакциялар әдісі. Аталған әдісті ерітінділерде өтетін реакциялар үшін қолданады. Бұнда тотығу дәрежелерін анықтау мүмкіндігі қажет емес. Әдетте бұл әдіспен теңестіргенде реакция өнімдері белгісіз - олар теңестіру барысында пайда болады. Алайда әдісті дұрыс қолдану үшін ионды – молекулалық реакцияларды жазуды білу керек. Жоғарыдағы мысалды қарастырайық.

Калий сульфитін калий дихроматымен тотықтыру реакциясындағы бастапқы заттарды ионды - молекулалық түрде жазып көрсетейік. Барлық күшті электролиттерді иондар түрінде жазу қажет:

2 K⁺ + Cr₂O₇^2- + 2 K⁺ + SO₃^2- + H⁺ + HSO₄^- → …

Қышқыл ортада дихромат-ион тотықсызданып, Cr³⁺ ионына ауысады, ал сульфит-ион тотығып сульфат-ионға айналады. Осы үрдістерді екі жартылай реакция түрінде жазып көрсетейік:

Cr₂O₇^2- → Cr³⁺; SO₃^2- → SO₄^2-.

Жартылай реакцияларды теңестіру мақсатында қосымша иондар мен орта молекуласын қолданады: әдетте сутек иондары (қышқыл ортада), гидроксид-иондар (сілтілік ортада) және су молекулалары (бейтарап ортада). Бірінші жартылай реакцияда сол жағында екі хром атомы, ал оң жағында - біреу. Оң жаққа 2 коэффициентін қою арқылы оларды теңестіреміз:

Cr₂O₇^2- → 2 Cr³⁺; SO₃^2- → SO₄^2-.

Екі жартылай реакцияларда хром мен күкірт атомдары теңестірілді, алайда оттегі атомдары саны әр түрлі. Оттектің қосымша атомдары жартылай реакцияға оң немесе сол жағына су молекулаларын қосу арқылы енгізіледі. Бірінші жартылай реакцияда оң жағында 7 оттегі атомы жетпейді, сондықтан жеті су молекуласын қосамыз. Екінші жартылай реакцияның сол жағында бір оттек атомы жетпейді, сондықтан сол жаққа бір су молекуласын қосамыз:

Cr₂O₇^2- → 2 Cr³⁺ + 7 Н₂О; SO₃^2- + Н₂О → SO₄^2-.

Енді екі жартылай реакцияларда да сутек атомдары пайда болды. Олардың санын теңдеудің екінші жағына сутек иондарының эквиваленттік санын қосу арқылы теңестіреді:

Cr₂O₇^2- + 14 Н⁺→ 2 Cr³⁺ + 7 Н₂О; SO₃^2- + Н₂О → SO₄^2- + 2 Н⁺.

Сонымен жартылай реакция теңдеулеріне қатысатын барлық элементтер теңесті. Бірінші жартылай реакцияның оң жағындағы барлық бөлшектер зарядтарының қосындысы 6+, ал сол жақтағы қосынды заряд 12+. Зарядтарды теңестіру үшін тендеудің сол жағына алты теріс зарядтарды электрондар түрінде (6ē) қосу керек. Осыған сәйкес, екінші жартылай реакцияда сол жағынан 2ē алу қажет. Екі жартылай реакция теңдеулерінде бағыттың орнына теңдік белгісін қоюға болады:

Cr₂O₇^2- + 14 Н⁺+ 6ē = 2 Cr³⁺ + 7 Н₂О (тотықсыздану);

SO₃^2- + Н₂О - 2ē = SO₄^2- + 2 Н⁺ (тотығу).

Берілген мысалда тотықсыздану үрдісі кезінде қосып алынған электрондар санының тотығу кезінде бөлінетін электрондар санына қатынасы 6:2 болады. Қосынды реакция теңдеуін алу үшін қатынасты ескеру кажет, тотықсыздану теңдеуін 2, ал тотығу теңдеуін 6 көбейту керек. Немесе берілген көбейткіштерді 2 қысқартсақ тотығу теңдеуін 1, ал тотықсыздану теңдеуін 3 көбейтеміз. Вертикаль сызықтың оң жағына осы көбейткіштер жазылады:

Cr₂O₇^2- + 14 Н⁺+ 6ē = 2 Cr³⁺ + 7 Н₂О │1

SO₃^2- + Н₂О - 2ē = SO₄^2- + 2 Н⁺ │3

Жартылай реакция теңдеулерінің барлық мүшелерін алынған коэффициенттерге көбейтіп, оң және сол жақтарын жеке қосатын болсақ, реакция теңдеуін ионды – молекулалық түрін аламыз:

Cr₂O₇^2- + 14 Н⁺+ 6ē = 2 Cr³⁺ + 7 Н₂О

3 SO₃^2- + 3 Н₂О - 6ē = 3 SO₄^2- + 6 Н⁺

Cr₂O₇^2- + 14Н⁺+ 6ē + 3SO₃^2- + 3Н₂О - 6ē ═ 2 Cr³⁺ + 7 Н₂О + 3 SO₄^2- + 6Н⁺.

Ұқсас мүшелерді қысқартамыз:

Cr₂O₇^2- + 8 Н⁺+ 3 SO₃^2- ═ 2 Cr³⁺ + 4 Н₂О + 3 SO₄^2-.

Алынған реакция теңдеуінің оң және сол жақтарына қажетті иондарды қосатын болсақ, молекулалық түрдегі тендеу шығады:

Cr₂O₇^2- + 8 Н⁺+ 3 SO₃^2- ═ 2 Cr³⁺ + 4 Н₂О + 3 SO₄^2-

+ 2 K⁺ + 4 SO₄^2- + 6 K⁺ = + 2 K⁺ + 4 SO₄^2- + 6 K⁺

K₂Cr₂O₇ + 3 K₂SO₃ + 4 H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 4 K₂SO₄ + 4 H₂O.