موازنة معادلات التأكسد والاختزال

التأكسد والاختزال الذاتي  :

هو وجود مواد تسلك في بعض الحالات كعامل مؤكسد وعامل مختزل في نفس التفاعل .

مثال :   حدد العامل المؤكسد والمختزل في التفاعل الآتي :

Cl₂    +   2OH ^-                   Cl ^-  +  ClO ^- +  H₂O

نحدد أعداد التأكسد لجميع الذرات :

يلاحظ بأن Cl₂  تأكسد فهو عامل مختزل ، كما أن  Cl₂ نفسه قد اختزل في نفس التفاعل فهو عامل مؤكسد ، لذلك يسمى

هذا التفاعل : تأكسد واختزال ذاتي .                                                                                                                                                                              

إعداد الأستاذ :

          محمد سالم دردس

079/9932064       

078/8734718

مثال : حدد العامل المؤكسد والمختزل في المعادلتين الآتيتين :

الحل :

1.                                                                             2.

                                

                                                                                                                                          

موازنة معادلات التأكسد والاختزال :

تحقق المعادلة الموزونة  قانونين  هما :

1. قانون حفظ المادة : أعداد الذرات وأنواعها في المواد المتفاعلة = أعداد الذرات وأنواعها  المواد الناتجة

2.قانون حفظ الشحنة : المجموع الجبري للشحنات الكهربائية للمتفاعلات = المجموع الجبري للشحنات الكهربائية للنواتج.

موازنة المعادلات بطريقة نصف التفاعل ( أيون - إلكترون ) :

مثال :   وازن المعادلة الآتية بطريقة نصف التفاعل ( أيون – إلكترون ) :

Ag ⁺   +   Zn                        Ag   +   Zn⁺²                                       

الحل :

1. بمقارنة المواد المتفاعلة والناتجة نقسم التفاعل إلى نصفي تفاعل هما : 

Zn                  Zn⁺²                                                                                                     ( نصف تفاعل تأكسد )

Ag ⁺                 Ag                                                                        ( نصف تفاعل اختزال)

2. نوازن أعداد الذرات في نصفي التفاعل ، وذلك لتحقيق قانون حفظ المادة :

Zn                 Zn⁺²                                                                                        

Ag ⁺                Ag                                                      

3. نوازن الشحنة الكهربائية بإضافة الكترونات للطرف المناسب في كل معادلة ( الأكبر شحنة ) ، لذلك نضيف 2e ^- إلى المواد الناتجة في نصف التفاعل الأول ، ونضيف e ^-  للمواد المتفاعلة في نصف التفاعل الثاني(تحقيق قانون حفظ الشحنة)

                                                        Zn                          Zn ²⁺   +  2e ^-                                              

Ag ⁺   +  e ^-                      Ag                 

4.للحصول على المعادلة الكلية الموزونة ، نساوي عدد الإلكترونات المفقودة في نصف تفاعل التأكسد بعدد الالكترونات المكتسبة في نصف تفاعل الاختزال ، لذا نضرب نصف تفاعل الاختزال بالعدد ( 2) ثم نقوم بجمع المعادلتين :

Zn                         Zn ²⁺ +  2e ^-

2Ag ⁺  + 2 e ^-                       2Ag                                                 

 

المعادلة النهائية الموزونة              2Ag  +   Zn  +  2Ag ⁺                       Zn⁺²  

     

سؤال :  وازن المعادلتين الآتيتين بطريقة نصف التفاعل :

1. Al   +   Cu ²⁺                      Al ³⁺  +  Cu                                        

Al                            Al ³⁺  + 3e ^- )       ) 2X

3X ( Cu²⁺  +  2e ^-                   Cu )

2Al                          2Al ³⁺  +  6e ^-                                             

3Cu ²⁺  +  6e ^-                      3Cu                               

2Al   +  3 Cu ²⁺                            2Al ³⁺  +  3Cu

2.                                I₂  +   S₂O₃ ^{2 -}                    I ^-   +   S₄O₆ ^{2 –}

2e ^-                       2I ^-                                     I₂   +

2S₂O₃ ^{2 -}                       S₄O₆ ^{2 -}   +  2e ^-

I₂   +  2S₂O₃ ^{2 -}                    2I ^-  +  S₄O₆ ^{2 -}

موازنة المعادلات في وسط حمضي بطريقة نصف التفاعل :

  خطوات الموازنة في وسط حمضي تكون كما هي موضحة في المثال الآتي :

مثال :   وازن المعادلة الآتية بطريقة نصف التفاعل في وسط حمضي :

CO₂  +  Mn⁺²                                           MnO₄^-   +   H₂C₂O₄                 

1.بمقارنة المواد المتفاعلة والناتجة ، نقسم التفاعل إلى نصفين ، نصف تفاعل تأكسد ، ونصف تفاعل اختزال :

MnO₄^-                      Mn²⁺

H₂C₂O₂                         CO₂

2.  نوازن ذرات العناصر ما عدا الهيدروجين والأكسجين :

MnO₄^-                   Mn²⁺

H₂C₂O₄                        2CO₂

3. نوازن ذرات الأكسجين وذلك بإضافة جزيء ماء (H₂O) مقابل كل ذرة أكسجين ناقصة إلى طرف النقص :            4H₂O                                      +  MnO₄^-                     Mn²⁺

H₂C₂O₄                        2CO₂

4. نوازن ذرات الهيدروجين ، وذلك بإضافة أيون هيدروجين( H⁺) مقابل كل ذرة هيدروجين إلى طرف النقص :

4H₂O  +          Mn ²⁺              MnO₄^-  +  8H ⁺

H₂C₂O₄                     2CO₂  +  2H ⁺

5.  نوازن الشحنة الكهربائية ، وذلك بإضافة عدد من الإلكترونات إلى أحد طرفي المعادلة ( الأكبر شحنة) ، ليصبح المجموع الجبري للشحنات متساوياً على الطرفين ، وبما أن مجموع الشحنات الكهربائية للمواد المتفاعلة ( +7) وللمواد الناتجة (+ 2) نضيف خمسة الكترونات إلى المواد المتفاعلة :

4H₂O +          Mn ^{2+              -} + 5e  MnO₄ ^-  +  8H ⁺

H₂C₂O₄                     2CO₂  +  2H ⁺ + 2e ^-                                                          

6. مساواة عدد الالكترونات المفقودة في نصف تفاعل التأكسد بعدد الالكترونات المكتسبة في نصف تفاعل الاختزال ،

وهنا نضرب نصف  التفاعل الأول بالرقم (2) بينما نضرب نصف التفاعل الثاني بالرقم (5).

 4H₂O)  +          Mn^{+2              -} +  5e  MnO₄^-  + 8 H ⁺ )        2/
H₂C₂O₄                  2CO₂  +  2H ⁺ +  2e ^-)) /5

7. نجمع نصفي التفاعل للحصول على المعادلة الموزونة بحذف الالكترونات المواد المشتركة في طرفي المعادلة :

6H⁺                                                                                                                                             

8H₂O +         2Mn^{+2              -} +10e  2MnO₄^- + 16 H⁺

5 H₂C₂O₄                     10CO₂  +  10H⁺  + 10e ^-

10CO₂  +  8H₂O      +   2Mn⁺²                 2MnO₄^-  +  5H₂C₂O₄   +  6H ⁺

H+

مثال :  وازن المعادلات الآتية بطريقة نصف التفاعل في وسط حمضي ، وحدد العامل المؤكسد والعامل المختزل :                                                                                                                          

1.  Cr₂O₇ ^2-   +   C₂H₆O                     Cr ³⁺  +  C₂H₄O

   الحل :

                                            Cr₂O₇ ^{2 -}                         Cr ³⁺  

 C₂H₆O                         C₂H₄O

                                           Cr₂O₇ ^{2 -}                         2Cr ³⁺  

 C₂H₆O                         C₂H₄O

7H₂O                                      +  Cr₂O₇ ^{2 -}                     2Cr ³⁺

 C₂H₆O                        C₂H₄O

7H₂O                                      +  Cr₂O₇ ^{2 -}  + 14H ⁺                      2Cr ³⁺

 C₂H₆O                         C₂H₄O  + 2H ⁺

6e ^-  +  Cr₂O₇ ^{2 -}  +  14H ⁺                    2Cr ³⁺   +  7H₂O                              

  3X ( C₂H₆O                    C₂H₄O  + 2H ⁺ + 2e  ^- )                                  

6e ^- + 14H ⁺  + Cr₂O₇  ^{2 -}                Cr³⁺   +  7H₂O                                 

3C₂H₆O                    3C₂H₄O + 6H ⁺ + 6e ^-                                                                     

Cr₂O₇  ^{2 -}      +  3C₂H₆O  + 8H ⁺                   2Cr ³⁺ +7H₂O + 3C₂H₄O       

العامل المؤكسد:  ^- Cr₂O₇ ²                       العامل المختزل  C₂H₆O :

                                                                                          

H+

2.   Zn    +   NO₃^-                      Zn²⁺    +    NH₄⁺  

نقسم التفاعل إلى نصفين :Zn                      Zn ²⁺                             

NO₃ ^-                 NH₄⁺                                                                                                 

نوازن ذرات العناصر : والذرات هنا موزونة

نوازن ذرات الأكسجين :

Zn                      Zn ²⁺                 

NO₃ ^-                 NH₄⁺   + 3H₂O                                                                          

نوازن ذرات الهيدروجين :

Zn                      Zn ²⁺                 

NO₃ ^-  +  10H ⁺                   NH₄⁺   + 3H₂O                                                                      

نوازن الشحنة الكهربائية :

Zn                      Zn ²⁺  + 2e ^-

NO₃^-  + 10H ⁺  + 8e ^-                  NH₄⁺ + 3H₂O 

مساواة عدد الالكترونات ، وجمع نصفي التفاعل :

4Zn                      4Zn ²⁺  +  8e ^-

NO₃^-  + 10H ⁺  + 8e ^-                  NH₄⁺ + 3H₂O 

4Zn    +   NO₃^-    +  10H ⁺                         4Zn ²⁺ +   NH₄⁺  +  3H₂O          

                      العامل المؤكسد : NO₃^-                                    العامل المختزل :  Zn

H+

سؤال :   وازن المعادلة الآتية بطريقة نصف التفاعل ، وحدد العامل المؤكسد والعامل المختزل :

  PbS    +    H₂O₂                        PbSO₄   +     H₂O                             

نقسم التفاعل إلى نصفين ونزن الذرات  :PbS                      PbSO₄          

H₂O₂                   H₂O                                                                                                  

نوازن ذرات الأكسجين :

PbS  +   4H₂O                      PbSO₄                     

 H₂O₂                   2H₂O                                                                                            

نوازن ذرات الهيدروجين :

PbS   +   4H₂O                      PbSO₄   +  8H ⁺               

 H₂O₂  + 2H ⁺                  2H₂O                                                                                       

نوازن الشحنة الكهربائية :

PbS   +   4H₂O                      PbSO₄   +  8H ⁺   + 8e ^-              

 H₂O₂  + 2H ⁺  + 2e ^-                   2H₂O                                                                            

مساواة عدد الالكترونات ، وجمع نصفي التفاعل :

PbS   +   4H₂O                      PbSO₄   +  8H ⁺   + 8e ^-              

4H2O

 4H₂O₂  + 8H ⁺  + 8e ^-                   8H₂O                                                                            

PbS    +   4H₂O₂                          PbSO₄ +   4H₂O                                     

                      العامل المؤكسد : H₂O₂                                   العامل المختزل :  PbS

موازنة المعادلات في وسط قاعدي بطريقة نصف التفاعل :

خطوات الموازنة في وسط قاعدي تكون كما هي موضحة في المثال الآتي :

مثال :    وازن المعادلة التالية بطريقة نصف التفاعل في وسط قاعدي :

Zn   +  HgO                   ZnO₂ ^2-   +   Hg                                 

1.     نزن المعادلة في الوسط الحمضي كما بالخطوات السابقة نفسها لنحصل على المعادلة الكلية الموزونة  :

                         Zn  +  HgO   +  H₂O                  ZnO₂ ^2- +  Hg +  2H⁺

2.     نضيف عدد من أيونات ( OH ^-) مساوياً لعدد ( H ⁺ ) لطرفي المعادلة وهنا نضيف (2OH ^- ) : 

         Zn  +  HgO   +  H₂O +  2OH ^-                  ZnO₂ ^{2 -}  +  Hg +  2H ⁺ + 2OH ^-

3.      جمع أيونات (OH ^- و H⁺ ) الموجودة في الطرف نفسه من المعادلة للحصول على جزيئات الماء (H₂O ) :

Zn  +  HgO   +  H₂O + 2OH ^-                 ZnO₂^{2 -}  +  Hg +  2H₂O     H₂O      

      4. حذف جزيئات الماء المشتركة بين الطرفين للحصول على المعادلة الكلية الموزونة في وسط قاعدي :

      Zn  +  HgO   +  2OH ^-                  ZnO₂^{2 -}  +  Hg +  H₂O                      

 سؤال :  وازن المعادلة الآتية بطريقة نصف التفاعل في وسط قاعدي ثم حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل :

1. Cr₂O₃     +   ClO ^-                  CrO₄^{2 -}   +   Cl  ^-                                                    

5H₂O  +  Cr₂O₃                 2CrO₄ ^{2 -}  +  10H ⁺ +  6e ^-                                                     

( 2e ^- +  2H ⁺ +  ClO ^-                  Cl ^- +  H₂O ) X3                                      

			2H2O

5H₂O  + Cr₂O₃                    2CrO₄ ^2- + 10H ⁺ + 6e ^-                                                              

6e^- + 6H⁺   + 3ClO ^-                3Cl ^-  + 3H₂O                                                    

 

2H₂O   +  Cr₂O₃  +  3ClO ^-                   2CrO₄ ^2- + 3Cl ^- + 4H ⁺                                              

4OH ^- + 2H₂O  +  Cr₂O₃ +  3ClO ^-                 2CrO₄ ^2-  + 3Cl ^- + 4H ⁺ + 4OH ^-                           

2H2O

4OH ^- + 2H₂O + Cr₂O₃  + 3ClO ^-                  2CrO₄ ^2- + 3Cl ^- + 4H₂O                            

المعادلة النهائية الموزونة :     4OH ^- +  Cr₂O₃ +  3ClO ^-              2CrO₄ ^{2 -}  +  3Cl ^-   +  2H₂O

              العامل المؤكسد: ClO ^-                                العامل المختزل : Cr₂O₃

سؤال :  إذا علمت أن التفاعل الآتي يتم في وسط قاعدي ، أجب عن الأسئلة التي تليه :

              S ²-     +    I₂                    SO₄ ^{2 -}  +   I ^-                                  

1- ما عدد تأكسد S في الأيون . SO₄ ^{2 -}                        2- اكتب المعادلة الموزونة لنصف تفاعل التأكسد.    

3- اكتب صيغة العامل المؤكسد .                                    

   الحل :      1-  ( 4 × - 2 + 1 × S ) = - 2 ↔ عدد تأكسد S = + 6

   2- نأخذ نصف تفاعل التأكسد ونزن الذرات  : S ^{2 -}                    SO₄ ^{2 -}             

   نوازن ذرات الأكسجين :

S ^{2 -}  +   4H₂O                    SO₄ ^{2 -}                                  

   نوازن ذرات الهيدروجين :

S ^{2 -}  +   4H₂O                    SO₄ ^{2 -}  + 8H ⁺                                

   نوازن الشحنة الكهربائية :

S ^{2 -}  +   4H₂O                    SO₄ ^{2 -}  + 8H ⁺  + 8e ^-               

   نضيف أيونات (OH ^-) بعدد (H ⁺ ) :

S ^{2 -}  +   4H₂O +  8OH ^-                     SO₄ ^{2 -}  + 8H ⁺  + 8OH ^-  + 8e ^-          

   جمع أيونات (OH ^- و H ⁺ ) للحصول على جزيئات الماء (H₂O ) :

S ^{2 -}  +   4H₂O +  8OH ^-                     SO₄ ^{2 -}  +  8H₂O  + 8e ^-          

  حذف جزيئات الماء المشتركة في طرفي المعادلة لنحصل على المعادلة الموزونة في وسط قاعدي :

4H2O

S ^{2 -}  +   4H₂O +  8OH ^-                     SO₄ ^{2 -}  + 8H₂O   + 8e ^-          

المعادلة النهائية الموزونة :   S ^{2 -}  +     8OH ^-                     SO₄ ^{2 -}  +  4H₂O  + 8e ^-         

3- العامل المؤكسد : I₂

OH -

               

سؤال :     في  معادلة التفاعل  الآتية : I₂                          IO₃ ^-     +     I ^-                                    

1-    اكتب المعادلة الموزونة لنصف تفاعل الاختزال .     2- اكتب المعادلة الموزونة لنصف تفاعل التأكسد .

3 - حدد العامل المؤكسد ، والعامل المختزل .             4- ماذا يسمى هذا النوع من التفاعلات ؟

 الحل :   1- نأخذ نصف تفاعل الاختزال ( هنا اختزل اليود من صفر إلى - 1 )  : 

  I₂                     I ^-                                                                                   

  نوازن الذرات          I₂                    2I ^-                                                 

ملاحظة :  لا يوجد ذرات أكسجين أو هيدروجين في نصف هذا التفاعل .

نوازن الشحنة الكهربائية فنحصل على المعادلة النهائية الموزونة  :          I₂   +  2e ^-                      2I ^-

2- نأخذ نصف تفاعل التأكسد ونزن الذرات ( هنا تأكسد اليود من صفر إلى + 5 )  : 

  I₂                        2IO₃ ^-                                                                                  

   نوازن ذرات الأكسجين :             I₂   +  6H₂O                  2IO₃ ^-

  نوازن ذرات الهيدروجين :        + 12H ⁺  I₂   +  6H₂O                  2IO₃ ^-

  نوازن الشحنة الكهربائية :     + 10e ^-    + 12H ⁺ I₂   +  6H₂O                   2IO₃ ^-

نضيف أيونات (OH ^-) بعدد (H ⁺ ) :

                  + 10e ^-  + 12OH ^-  + 12H ⁺ I₂   +  6H₂O +  12OH ^-                  2IO₃ ^-

حذف جزيئات الماء المشتركة في طرفي المعادلة لنحصل على المعادلة الموزونة في وسط قاعدي :

6H2O

                            + 10e ^-  +  12H₂O   I₂   +  6H₂O +  12OH ^-                 2IO₃ ^-

المعادلة النهائية الموزونة        + 10e ^-  +  6H₂O   I₂   +    12OH ^-                    2IO₃ ^-

3- العامل المؤكسد والعامل المختزل هو ( I₂ ) .                          4- تأكسد واختزال ذاتي .

وهناك مواد قد تسلك كعامل مؤكسد في تفاعل كيميائي وكعامل مختزل في تفاعل كيميائي آخر، مثال ذلك الهيدروجين :

1. 2Na   +    H₂                       2NaH                                       (هنا يسلك H₂ كعامل مؤكسد )         

2.  H₂    +   Cl₂                      2HCl                                          (هنا يسلك H₂ كعامل مختزل )

كذلك هناك مواد تسلك كعوامل مؤكسدة قوية أو كعوامل مختزلة قوية في معظم تفاعلاتها ، كما في الجدول الآتي :

                                       بعض العوامل المؤكسدة والعوامل المختزلة الشائعة ( ليست للحفظ )

عوامل مؤكسدة	عوامل مختزلة
جزيئات العناصر ذات الكهرسلبية العالية مثل:  Cl2 , O2 ,F2 ,O3 .	الفلزات النشيطة مثل : Zn , Mg , Al , Na  .
المركبات والأيونات متعددة الذرات والتي تحتوي على ذرات ذات  أعداد تأكسد عالية مثل : MnO4 , CrO4-2 , Cr2O7-2 HClO4 ,HNO3 .	بعض هيدرات الفلزات وأشباه الفلزات : NaBH4, LiAlH4