Elektron balans usuli haqida
Elektron balans usuli
Bu usul oksidlovchining qabul qilgan va qaytaruvchining bergan elektronlari soni bir-biriga teng bo‘lishi shartiga asoslangan.
Reaksiya davomida elementlarning faqat oksidlanish darajalarining o‘zgarishini hisoblash asosida olingan va berilgan elektronlar soni topiladi; bu borada elementlar valentligiga asoslanib bo'lmaydi. Deyarli hamma organik moddalarning valentliklari shunday reaksiyalarda o ‘zgarmaydi; masalan, metanning yonishi va xlorlanish reaksiyalariga ahamiyat beraylik:
CH4 + 2O2 ⇄ 2H2O + CO₂
CH4 + 2Cl2 ⇄ CH2CI2 + 2HCI
ikkala reaksiyada ham uglerod atomining valentliklari o‘zgarmadi, lekin metandagi uglerodning oksidlanish darajasi —4 dan CO2 ga o‘tganda +4 gacha, keyingi reaksiyada esa 0 gacha ortadi. Faqat oksidlanish darajasigina yuz bergan hodisalarni tushunishga yordam beradi.
Bu usul reaksiyada qatnashuvchi oksidlovchining biriktirgan elektronlar sonini qaytaruvchining bergan elektronlari soniga tenglashtirish bilan cheklanadi. Reaksiya tenglamasini tuzish uchun reaksiyaga kirishuvchi boshlang‘ich moddalar va reaksiya mahsulotlarining formulalarini bilish zarur. Hosil bo‘lgan mahsulotlardagi qaytarilgan va oksidlangan moddalarning reaksiya davomida oksidlanish darajalari aniqlanishi kerak.
Elektron balans usuliga misollar
1-misol. Mis simi bilan kumush nitrat eritmasi orasidagi reaksiya tenglamasida o‘z oksidlanish darajasini o‘zgartgan elementlar ostiga chizib chiqamiz:
Cu + 2AgNO2→ Cu(NO3)2 + 2Ag
Bu sxemaning o‘ng tomonida vertikal chiziqdan keyin reaksiyada qatnashgan elektronlar soni yoziladi. Bu raqamlaming ko‘paytuvchisi 2 ga teng, bu raqamni mis va kumushning oksidlanish darajasini o‘zgartuvchi elektronlar soniga bo‘lib, natijalami keyingi vertikal chiziq orqasiga yozamiz:
Umumiy kimyo
| Cu - 2ē → Cu2+ | 2 | 1 (qaytaruvchi →oksidlandi |
| Ag+ + 1ē → Ag0 | 1 | 2 (oksidlovchi → qaytarildi) |
Olingan raqamlar tegishli elementlaming tenglamadagi koeffitsienti bo'ladi:
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag
Reaksiyada ishtirok etgan zarrachalarning o'zlarinigina ko‘rsatish maqsadida jarayonning qisqartirilgan ion tenglamasini keltiramiz.
Cu+2Ag+ → Cu2+ + 2Ag
2-misol. Kaliy permanganatning konsentrlangan xlorid kislota bilan reaksiya tenglamasi:
KMnO4+ HCI→ MnCl2 + CI2 + KCI + H₂O
Oksidlanish darajasi o ‘zgargan elementlaming oksidlanish darajalari qiymatlarini qo‘yib chiqamiz:
KMn+7O4+ HCI-→ Mn+2Cl2 + CI02 + KCI + H₂O
Oksidlovchi va qaytaruvchilarning xususiy elektron sxemalarini tuzamiz:
| Mn+7 + 5ē → Mn+2 | 5 | 2 |
| 2Cl - 2ē → Cl20 | 2 | 5 |
Ikkinchi qatordagi xlorning oksidlangan shakli — xlor molekulasi ikki atomdan hosil bo‘lgani sababli reaksiyadan oldingi ionidan ikkita olish kerak (material balans yuzaga keltiriladi).
Topilgan elektronlar sonini qisqartirib bo'lmaydi, shuning uchun oksidlovchi qabul qilgan elektronlar sonini oksidlangan xlor molekulasiga koeffitsient qilib yoziladi. Reaksiyada qatnashgan zarrachaning qaysi biri uchun topilgan raqam koeffitsient bo'lishini to'g'ri topish ahamiyatlidir. Topilgan koeffitsientni HCI, MnCl2, yoki KCI oldiga qo'yilmaydi topilgan 5 koeffitsientni faqat oksidlangan zarracha oldiga qo'yish to'g'ri bo'ladi. Qolgan hollardagi xlor ioni kationlarni bog'lashdagina qatnashadi:
KMnO4+ HCI→ MnCl2 + 5CI2 + KCI + H₂O
Qaytarilgan marganes atomi oldiga ham, boshlang'ich KMnO4 oldiga ham 2 koeffitsientni qo'yish kerak. Bu zarrachalar tenglamaning ikki tomonida bittadan modda tarkibida uchraydi:
2KMnO4+ HCI→ 2MnCl2 + 5CI2 + KCI + H₂O
KMnO4 ning koeffitsienti 2 ni KCI oldiga ham qo‘yiladi:
2KMnO4+ HCI→ 2MnCl2 + 5CI2 + 2KCI + H₂O
Tenglamaning o'ng tomonidagi xlor atomlarini tutgan zarrachalar koeffitsientlari tanlanib bo'ldi, endi ularning soniga teng bo'lgan qiymat 16(2*2+5*2+2) ni HCI oldiga qo'yish kerak. Endi atomlar soniga teng miqdordagi vodorod atomlari soni o'ng tomonda va chap tomonda teng bo'lishi uchun 8 koeffitsientni suv molekulasi oldiga qo'yamiz:
2KMnO4+ 16HCI→ 2MnCl2 + 5CI2 + 2KCI + 8H₂O
Kislorod atomlari soni chap va o‘ng tomonda bir xil bo'lishini tekshirish oson. Ikkala tomonda zarrachalar miqdori balans holiga kelgan tenglamada → o ‘rniga tenglik alomatini yozish o ‘rinli bo'ladi.
3-misol. Suyultirilgan nitrat kislota bilan aluminiy orasidagi reaksiyada aluminiy o ‘zining maksimal oksidlanish darajali Al(NO3)3 ni hosil qilib oksidlanadi, azot +5 holatdan azot(I) oksidgacha qaytariladi:
AI+HNO3→ AI(NO3)3+N2O
Oksidlovchi va qaytaruvchilarning xususiy elektron sxemalari:
| Al - 3ē → Al+3 | 3 | 8 |
| 2N+5 + 8ē → 2N+1 | 8 | 3 |
Reaksiyada qatnashgan Al zarrachalari ikkala tomonda ham bittadan bo'lgani sababli topilgan koeffitsientlar(8)ni ular oldiga, azotning koeffitsientini esa faqat qaytarilgan mahsulotdagi N2O oldiga qo‘yamiz:
8AI+HNO3 → 8AI(NO3)3+3N2O
Tenglamaning o‘ng tomonida 30 ta azot atomi bo'lgani uchun shu raqamni HNO3 oldiga va undagi 30 ta vodorodga teng bo'ladigan 15 ta suv molekulasi oldiga yozamiz:
8AI + 30HNO3 → 8AI(NO3)3+ 3N2O + 15H2O
Tenglamaning chap va o‘ng tomonida 90 tadan kislorod atomlari bor.
4-misol. Reaksiyada yagona oksidlovchi va ikkita qaytaruvchi bo'lgan reaksiya FeS2+ HNO3 tenglamasida temir va oltingugurt atomlarining oksidlanish darajalari + 2 va — 1 dan tegishli ravishda +3 va +6 ga o'tadi, nitrat kislotadagi azotning oksidlanish darajasi +5 dan +2 ga o'tadi:
FeS2+HNO3→ Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO
Har bir elementning xususiy elektron tenglamalarini tuzamiz:
| Fe+2 - 1ē → Fe+3 2S-1 -14ē → 2S+6 | 15 | 1 |
| N+5 + 3ē → N+2 | 3 | 5 |
Topilgan koeffitsientlarning birini pirit oldiga, ikkinchisini esa NO oldiga qo‘yish kerak, chunki qaytarilgan azotdan tashqari mahsulotlar orasida bog'angan, oksidlanish darajasi o‘zgarmagan azot ham bo'lgani sababli bu koeffitsientni faqat oksidlanish darajasi pasaygan azot birikmasi oldiga qo‘yish kerak:
FeS2+HNO3→ Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 5NO
O‘ng tomondagi azot atomlarining soni 8 ta bo'lgani uchun bu raqamni chap tomondagi HNO3 oldiga qo‘yamiz, undagi 8 ta vodorod atomi 2 mol sulfat kislotada va yana qo‘shimcha 2 mol suv tarkibida bo'ladi:
FeS2+ 8HNO3→ Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 5NO + 2H2O
Agar shunday reaksiyada konsentrlangan nitrat kislota olinganda edi, quyidagi tenglamaga ega bo'lardik:
FeS2+ 18HNO3→ Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO + 7H2O
Shunga o ‘xshagan tenglamalarda yagona modda tarkibidagi ikkita element oksidlanishi ro‘y berganda ular uchun ayrim-ayrim xususiy elektron sxemalar tuzmasdan ham koeffitsientlarni tanlash mumkin.