تتم موازنة تفاعل أكسدة – إرجاع بمساواة عدد الإلكترونات التي تتخلى عنها الذرات أو الشوارد المرجِعة
مع عدد الإلكترونات التي تكتسبها الذرات أو الشوارد المؤكسِدة.
وهناك طرق عدة لموازنة معادلة تفاعل أكسدة – إرجاع منها:
ـ طريقة التغير في درجة الأكسدة:
وتتم عبر اتباع القواعد المطبقة على التمرينات التالية:
تمرين ـ وازن تفاعل كبريتات النحاس مع الألمنيوم:
CuSO4 + Al ↔ Al2 (SO4)3 + Cu
1ـ تُكتب المعادلة الوصفية للتفاعل وذلك ببيان صيغ المواد الداخلة في التفاعل والمواد الناتجة عنه.
CuSO4 + Al ↔ Al2 (SO4)3 + Cu
2ـ يتم تحديد المواد المؤكسِدة والمواد المرجِعة مع عدد الالكترونات التي تكتسبها ذرة مؤكسدة واحدة، ومن ثم تعيين عدد الالكترونات الكلي الموافق لأكسدة أو إرجاع جزيء من المادة المرجِعة أو المادة المؤكسِدة.
(Cu( +2) → Cu (0) (1 عملية إرجاع شاردة النحاس
(Al (0) → Al (+3) (2 عملية أكسدة معدن الألمنيوم
3ـ يتم اختيار الأمثال العددية للمادة المؤكسِدة والمادة المرجِعة في أحد طرفي معادلة التفاعل بحيث يتساوى عدد الالكترونات المكتسبة مع عدد الالكترونات المعطاة. تُدعى هذه الأمثال بالأمثال الرئيسية للمعادلة، وهي التي تُحدد التوازن الالكتروني في التفاعل.
إن المضاعف المشترك الأصغر للعددين 2 و 3 هو 6، لذا تُضرب المعادلة (1) بالعدد 3 و المعادلة (2) بالعدد 2 وهي الأمثال الرئيسية، ثم تُجمع المعادلتان الجديدتان:
(3Cu (+2) +2Al (0) ↔ 3Cu (0) + 2Al (+3
4ـ إيجاد الأمثال العددية للمواد الأخرى في المعادلة استناداً إلى الأمثال الرئيسية.
3CuSO4 + 2Al ↔ 3Cu + Al2(SO4)3
تمرين ـ وازن المعادلة: SO2 + Br2 + H2O ↔ H2SO4 + HBr
(S (+4) → S (+6) (1 عملية أكسدة
(Br2 (0) → 2Br (-1) (2 عملية إرجاع
بما أن عدد الإلكترونات متساوي في عمليتي الأكسدة والإرجاع لذا تُجمع المعادلتان (1) و (2) مباشرة:
(S (+4) + Br2 (0) ↔ S (+6) + 2Br (-1
أو: SO2 + Br2 + 2H2O ↔ H2SO4 + 2HBr
تمرين ـ وازن المعادلة: FeS + O2 ↔ Fe2O3 + SO2
(Fe (+2) → Fe (+3 عملية أكسدة
(S (-2 ) → S (+4 عملية أكسدة
(Fe (+2) + S (-2 ) → Fe (+3) + S (+4) (1 عملية أكسدة
(O2 (0) → 2O (-2 ) (2 عملية إرجاع
لدى أكسدة الجزيء FeS بكامله يتخلى عن 7 الكترونات،
وجزيء الأوكسجين يضم 4 الكترونات،
لذا تُضرب المعدلة (2) بالعدد 7 والمعادلة (1) بالعدد 4، وهي الأمثال الرئيسية.
وبجمع المعادلتين الجديدتين:
(4Fe (+2) + 4 S (-2 ) + 7O2 (0) + 28e- ↔ 4Fe (+3) +4 S (+4) +28e- + 14O (-2
أو: 4FeS + 7O2 ↔ 2Fe2O3 + 4SO2
ـ طريقة المعادلات النصفية
وتتم عبر اتباع القواعد التالية والمطبقة كمثال على تفاعل أكسدة كلور القصديري SnCl2 بكلور الحديد FeCl3:
SnCl2 + FeCl3 ↔ SnCl4 + FeCl2
1ـ كتابة معادلة الأكسدة والإرجاع الكلية بشكل معادلتين نصفيتين إحداهما لعملية الأكسدة والأخرى لعملية الإرجاع الموافقة.
-Sn2+ → Sn4+ + 2e عملية أكسدة شاردة القصديري
+Fe3+ + e- → Fe2 عملية إرجاع شاردة الحديد
2ـ تُوازن كل معادلة نصفية بمفردها من حيث الشحنة والمادة.
إن المعادلتان النصفيتان السابقتان موازنتان من حيث الشحنة والمادة.
3ـ يتم جعل عدد الإلكترونات المتبادلة في كلا المعادلتين النصفيتين واحداً وذلك بضرب المعادلتين بأعداد مناسبة.
تُضرب المعادلة الثانية بالمعامل 2 ثم تتم عملية الجمع واختزال العوامل المشتركة (الإلكترونات):
-Sn2+ → Sn4+ + 2e
+2Fe3+ + 2e- → 2Fe2
4ـ تُجمع المعادلتان النصفيتان وتُختزل أي عوامل مشتركة بينهما.
+Sn2+ + 2Fe3+ ↔ Sn4+ + 2Fe2
ويُمكن كتابة المعادلة السابقة بشكلها الجزيئي كما يلي:
SnCl2 + 2FeCl3 ↔ SnCl4 + 2FeCl2
ـ موازنة تفاعلات الأكسدة والإرجاع في الأوساط الحمضية:
وتتم عبر كتابة المعادلات النصفية للأكسدة والإرجاع وموازنة عدد ذرات كل من الهيدروجين والأكسجين في كل منها باتباع القواعد التالية:
تمرين ـ وازن معادلة إرجاع شاردة البرمنغنات -MnO4 في وسط حمضي بوجود شاردة الحديدي.
+MnO4- + Fe2+ ↔ Mn2+ + Fe3
المعادلتين النصفيتين:
(2+) (7+)
(MnO4- + 5e- → Mn2+ (1 موازنة من حيث شحنة Mn
(Fe2+ → Fe3+ + e- (2 موازنة من حيث شحنةFe
موازنة ذرة الأكسجين في المعادلة النصفية الأولى: يوجد 4 ذرات أوكسجين في الطرف الأيسر، لذلك يُضاف إلى الطرف الأيمن عدد من جزيئات ماء يُساوي عدد ذرات الأكسجين (4H2O) ، ومن ثم يُضاف إلى الطرف الأيسر عدد من شوارد الهيدروجين يُساوي إلى ضعف عدد ذرات الأكسجين(+8H):
(MnO4- + 5e- + 8H+ ↔ Mn2+ + 4H2O (3
موازنة المعادلة النصفية الثانية: المعادلة لا تحتوي ذرات H ولا ذرات O وهي موازنة سلفاً. لجعل عدد الالكترونات متساوي في المعادلتين النصفيتين المتوازنتين شحنة ومادة، تُضرب المعادلة (2) بالمعامل 5 والمعادلة (3) بالمعامل 1، وتُجمعان :
+MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ ↔ Mn2+ + 4H2O + 5Fe3
ـ موازنة تفاعلات الأكسدة والإرجاع في الأوساط الأساسية:
وتتم عبر كتابة المعادلات النصفية للأكسدة والإرجاع وموازنة عدد ذرات كل من الهيدروجين والأكسجين في كل منها باتباع القواعد التالية:
تمرين ـ وازن المعادلة في وسط أساسي:
-Cr (OH) 3 + IO3- ↔ I- + CrO42
تُكتب التفاعلات النصفية الموافقة لعمليتي الأكسدة والإرجاع، وتوازن من حيث الشحنة:
-Cr3+ → Cr6+ + 3e
-I5+ +6e- → I
أو: -Cr (OH) 3 → CrO42- + 3e
-IO3- + 6e- → I
توازن ذرة O في التفاعل النصفي الأول:
يُلاحظ وجود 4 ذرات O في الطرف الأيمن، لذلك يضاف ( 2OH-).4) ) إلى الطرف الأيسر،
وحيث يوجد -3OH أصلاً في المركب Cr(OH)3 ، لذلك يضاف إلى الطرف الأيسر -5OH ، وكذلك يضاف 4H2O (بعدد ذراتO ) إلى نفس الطرف الذي يحوي ذراتO ، أي:
(Cr (OH) 3 + 5OH- ↔ CrO42- + 4H2O + 3e- (1
توازن ذرة O في التفاعل النصفي الثاني:
يلاحظ وجود 3 ذرات O في الطرف الأيسر، لذلك تضاف (3.(-2OH)) إلى الطرف الأيمن وكذلك تضاف 3H2O (بعدد ذرات O ) إلى نفس الطرف الذي يحوي ذرات O ، أي:
(IO3- + 6e- + 3H2O ↔ I- + 6OH- (2
يجعل عدد الالكترونات متساوياً في المعادلتين (1) و (2)، وذلك بضرب المعادلة (1) بالمعامل 2 وضرب المعادلة (2) بالمعامل 1، وبجمع المعادلتين الجديدتين والاختزال:
-2Cr (OH) 3 + 4OH- + IO3- ↔ 2CrO42- + 5H2O + I
تمرين ـ وازن المعادلات التالية بطريقة التغير في درجة الأكسدة:
As2S3 + HNO3 ↔ H3AsO4 + H2SO4 + NO
HClO3 ↔ ClO2 + HClO4
1ـ As2S3 + HNO3 ↔ H3AsO4 + H2SO4 + NO
(As2 (+3) - 4e-→ 2As (+5 عملية أكسدة
(S3 (-2 ) - 24e- → 3S (+6 عملية أكسدة
فلدى أكسدة جزيء As2S3 بكامله، فإنه يتخلى عن 28 إلكترونا، أي:
(As2S3 - 28e- → 2As (+5) + 3S (+6 عملية أكسدة
(N (+5) +3e- → N (+2 عملية إرجاع
إن المضاعف المشترك الأصغر للعددين 28 و 3 هو [(28).(3)]،
لذلك تُضرب معادلة الأكسدة بالعدد 3 ومعادلة االإرجاع بالعدد 28، وهي الأمثال الرئيسية، ثم تُجمع المعادلتان الجديدتان:
(3As2S3 + 28N (+5) → 6As (+5) + 9S (+6) + 28N (+2
3As2S3 + 28HNO3 → 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO
يتم البحث عن الهيدروجين لمعرفة عدد جزيئات الماء المشاركة في التفاعل، في الطرف الأيمن يوجد 36 ذرة هيدروجين بينما في الطرف الأيسر فيوجد 28ذرة، والفرق بينهما هو 8 ذرات هيدروجين يجب إضافتها على شكل ماء إلى الطرف الأيسر أي 4 جزيئات ماء:
3As2S3 + 28HNO3 +4H2O ↔ 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO
ثم يتم البحث عن الأكسجين للتأكد من أن المعادلة قد كُتبت بشكل صحيح.
2ـ HClO3 ↔ ClO2 + HClO4
(HClO3→ClO2 ; Cl (+5) +1e- → Cl (+4 عملية إرجاع
(HClO3→HClO4 ; Cl (+5) -2e- → Cl (+7 عملية أكسدة
والعدد المشترك الأصغر للعددين 1 و 2 هو 2، لذا نضرب معادلة الإرجاع بالعدد 2 و معادلة الأكسدة بالعدد 1 وهي الأمثال الرئيسية:
(2Cl (+5) + Cl (+5) ↔ 2Cl (+4) + Cl (+4
أي: (3Cl (+5) ↔ 2Cl (+4) + Cl (+7
أو: 3HClO3 ↔ 2ClO2 + HClO4
تُوازن الهيدروجين ومن ثم الأكسجين بإضافة جزيئه ماء إلى الطرف الأيمن.
3HClO3 ↔ 2ClO2 + HClO4 + H2O
تمرين ـ وازن التفاعلات التالية في وسط حمضي:
+SO32- + MnO4- ↔ SO42- + Mn2
Cr2O72- + H2S ↔ Cr3+ + S
+C8H16O + Cr2O72- ↔ C8H14O + Cr3
1ـ +SO32- + MnO4- ↔ SO42- + Mn2
-S(+4) ↔ S(+6) + 2e موازنة شحنة الكبريت
-SO32- ↔ SO42- + 2e
(Mn(+7) + 5e- ↔ Mn(+2 موازنة شحنة المنغنيز
+MnO4- + 5e- ↔ Mn2
موازنة ذرات O :
SO32- +(1)H2O ↔ SO42- + (2)H+ + 2e- x5
MnO4- +(8)H+ + 4e- ↔ Mn2+ +(4)H2O x2
5SO32- +(5)H2O +2MnO4- +(16)H+ ↔ 52SO42- + (10)H+ + 2Mn2+ +(8)H2O
5SO32- + 2MnO4- +(6)H+ ↔ 52SO42- + 2Mn2+ +(3)H2O
2ـ Cr2O72- + H2S ↔ Cr3+ + S
تُكتب التفاعلات النصفية الموافقة لعمليتي الأكسدة والإرجاع وتوا زن من حيث الشحنة:
+Cr2 (6+) + 6e- ↔ 2Cr3 موازنة شحنة الكروم
-S2- ↔ S + 2e موازنة شحنة الكبريت
موازنة المعادلة النصفية الأولى من حيث المادة:
+Cr2O72- +6e- ↔ 2Cr3
يُلاحظ وجود 7 ذرات O في الطرف الأيسر ، لذلك يُضاف 7H2O إلى الطرف الأيمن و +14H إلى الطرف الأيسر:
(Cr2O72- + 6e- + 14H+ ↔ 2Cr3+ + 7H2O (1
موازنة المعادلة النصفية الثانية من حيث المادة:
-H2S ↔ S + 2e
يُلاحظ وجود ذرتي H في الطرف الأيسر، لذلك تُوازن H أولاً بإضافة +2H إلى الطرف الأيمن:
(H2S ↔ S + 2H+ + 2e- (2
يساوى عدد الإلكترونات في المعادلتين (1) و(2) بضرب الأولى بالعامل 1 والثانية بالعامل 3، ثم بالجمع والاختصار:
Cr2O72- + 8H+ + 3H2S ↔ 2Cr3+ + 7H2O +3S
3ـ +C8H16O + Cr2O72- ↔ C8H14O + Cr3
-C8(-14) ↔ C8(-12) + 2e موازنة شحنة الكربون
-C8H16O ↔ C8H14O + 2e
(Cr2(+12) + 6e- ↔ 2Cr(+3 موازنة شحنة الكروم
+Cr2O72- + 6e- ↔ 2 Cr3
موازنة ذرات O :
C8H16O ↔ C8H14O+(2)H+ + 2e- x3
Cr2O72- +(14)H+ + 6e- ↔ 2 Cr3+ +(7)H2O x1
3C8H16O + Cr2O72- +(14)H+ ↔ 3C8H14O+(6)H+ +2 Cr3+ +(7)H2O
3C8H16O + Cr2O72- +(8)H+ ↔ 3C8H14O +2 Cr3+ +(7)H2O
تمرين ـ وازن تفاعلات الأكسدة والإرجاع التالية في وسط أساسي:
(Fe(CN)6]3- + N2H4(g) ↔ [Fe(CN)6]4- + N2(g]
-Cr(OH)3 + ClO- ↔ CrO42- + Cl
As2S3(s) + H2O2 ↔ AsO43- + SO42- + H2O
-H2O2 + CrI3(s) ↔ CrO42- + IO4
-P4(s) + H2O ↔ PH3(g) + H2PO2
-Br2 ↔ Br- + BrO3
MnO4- + N2H4 ↔ MnO2 + N2
1ـ (Fe(CN)6]3- + N2H4(g) ↔ [Fe(CN)6]4- + N2(g]
(Fe(+3) + e- ↔ Fe(+2 موازنة شحنة الحديد
-Fe(CN)6]3- + e- ↔ [Fe(CN)6]4]
-N2(-4) ↔ N2(0) + 4e موازنة شحنة الآزوت
-N2H4(g) ↔ N2(g) + 4e
موازنة ذرات H :
N2H4(g) +(4)OH- ↔ N2(g) + (4)H2O + 4e- x1
Fe(CN)6]3- + e- ↔ [Fe(CN)6]4- x4]
-N2H4(g) +(4)OH- +4[Fe(CN)6]3- ↔ N2(g) + (4)H2O + 4[Fe(CN)6]4
2ـ -Cr(OH)3 + ClO- ↔ CrO42- + Cl
-Cr(+3) ↔ Cr(+6) + 3e موازنة شحنة الكروم
-Cr(OH)3 ↔ CrO42- + 3e
(Cl(+1) + 2e- ↔ Cl(-1 موازنة شحنة الكلور
-ClO- + 2e- ↔ Cl
موازنة ذرات O :
Cr(OH)3 +(5)OH- ↔ CrO42- + (4)H2O + 3e- x2
ClO- + H2O + 2e- ↔ Cl- +(2)OH- x3
-2Cr(OH)3 +(10)OH- + 3ClO- + 3H2O ↔ 2CrO42- + (8)H2O + 3Cl- +(6)OH
-2Cr(OH)3 +(4)OH- + 3ClO- ↔ 2CrO42- + (5)H2O + 3Cl
3ـ As2S3(s) + H2O2 ↔ AsO43- + SO42- + H2O
-2As(+3) ↔ 2As(+5) + 4e موازنة شحنة الزرنيخ
-S3(-2) ↔ 3S(+6) + 24e موازنة شحنة الكبريت
-As2S3(s) ↔ 2AsO43- + 3SO42- + 28e
(O2(-1) + 2e- → 2O(-2 موازنة شحنة الأكسجين
H2O2 + 2e- ↔ 2H2O
موازنة ذرات O :
As2S3(s) +(40)OH- ↔ 2AsO43- + 3SO42- + (20)H2O + 28e- x1
موازنة ذرات H :
-H2O2 + (2)H2O + 2e- ↔ 2H2O + (2)OH
H2O2 + 2e- ↔ (2)OH- x14
-As2S3(s) +(40)OH- +14 H2O2 ↔ 2AsO43- + 3SO42- + (20)H2O +(28)OH
As2S3(s) +(12)OH- +14 H2O2 ↔ 2AsO43- + 3SO42- + (20)H2O
4ـ -H2O2 + CrI3(s) ↔ CrO42- + IO4
-Cr(+3) ↔ Cr(+6) + 3e موازنة شحنة الكروم
-I3(-3) ↔ 3I(+7) + 24e موازنة شحنة اليود
CrI3(s) ↔IO4- + 24e-
-CrI3(s) ↔ CrO4- + 3IO4- + 27e
موازنة ذرات O :
3IO4↔ -CrI3(s) + (32)OH
CrI3(s) + (32)OH- ↔ (16)H2O + 27e- + CrO42- + 3IO4- x2
H2O2 + 2e- ↔ (2)OH- x27
-2CrI3(s) + 10OH- + 27H2O2 ↔ 32H2O + 2CrO42- + 6IO4
5ـ -P4(s) + H2O ↔ PH3(g) + H2PO2
-P4(0) ↔ 4P(+1) + 4e موازنة شحنة الفوسفور
-P4(S) ↔ 4H2PO2- + 4e
P4(0) + 12e- D 4P(-3) موازنة شحنة الفوسفور
P4(S) + 12e- ↔ 4PH3(g) x1
P4(S) ↔ 4H2PO2- + 4e- x3
-4P4(S) ↔ 4PH3(g)+12H2PO2
موازنة ذرات O :
4P4(S) +(48) OH- ↔4PH3(g)+12H2PO2- +(24) H2O
موازنة ذرات H :
-4P4(S) + (48)OH- + (36) H2O ↔ 4PH3(g)+12H2PO2- +(24)H2O+ (36) OH
-4P4(S) + (12)OH- +(12)H2O ↔ 4PH3(g) + 12H2PO2
6ـ -Br2 ↔ Br- + BrO3
(Br2(0) + 2e- ↔ 2Br(-1 موازنة شحنة البروم
Br2 + 2e- ↔ 2Br- x5
-Br2(0) ↔ 2Br(+5) + 10e موازنة شحنة البروم
-Br2 ↔ 2BrO3- + 10e
موازنة ذرات O :
Br2 + (12)OH- ↔ 2BrO3- +(6)H2O + 10e- x1
5Br2 + Br2 + (12)OH- ↔ 10Br- + 2BrO3- +(6)H2O
7ـ MnO4- + N2H4 ↔ MnO2 + N2
تُكتب التفاعلات النصفية الموافقة لعمليتي الأكسدة والإرجاع وتوا زن من حيث الشحنة:
+Mn7+ +3e- ↔ Mn4
-N24- ↔ N20 + 4e
أو:
MnO4- +3e- ↔ MnO2
-N2H4 ↔ N2 + 4e
تُوازن ذرة O في التفاعل النصفي الأول: يُلاحظ وجود ذرتين إضافيتين من O في الطرف الأيسر، لذلك يُضاف
[2.(-2OH)] إلى الطرف الأيمن، ثم يُضاف2H2O إلى نفس الطرف الذي يحوي ذرات O أي:
(MnO4- +3e- + 2H2O ↔ MnO2 + 4OH- (1
تُوازن ذرة H في التفاعل النصفي الثاني:
يُلاحظ وجود 4 ذرات H في الطرف الأيسر، لذلك يُضاف 4H2O إلى الطرف الأيمن ومن ثم يُضاف -4OH إلى الطرف الأيسر.
(N2H4 + 4OH- ↔ N2 + 4e- + 4H2O (2
لجعل عدد الالكترونات متساوي في المعادلتين (1) و(2)، تُضرب المعادلة(1) بالعامل 4 و المعادلة (2) بالعامل 3، وبالجمع والاختصار:
4MnO4- + 3N2H4 ↔ 4MnO2 + 4OH- + 3N2 + 4H2O