5.1.2017

Kovaa asiaa: hapetus-pelkistysreaktioiden tasapainottaminen (neutraali liuos)

Nämä ovat ykkösvuoden kemian opiskelijoiden suurimmat hankaluudet, ja siksi ajattelinkin ojentaa auttavan käteni ja näyttää, miten homma hoidetaan kotiin. Otetaan esimerkiksi nyt aluksi ihan normaali tasapainotus ilman happoja ja emäksiä sekoittamasta. Sanotaan vaikkapa, että meillä on hapetus-pelkistysreaktio

$Cu^+ (aq) + Fe (s) \longrightarrow Fe^{3+} (aq) + Cu (s)$


joka pitäisi tasapainottaa. Käytetään puolireaktiomenetelmää eli tarkastellaan yksittäisiä reaktioita, ottaen huomioon seuraavat seikat:

– yksiatomisissa molekyyleissä atomien varaus on 0, esim, $N_2$ = 2 · 0 = 0 
– jos yhdisteen tai atomin perässä ei ole yläindeksissä varausta, sen nettovaraus on nolla, esim.
$NaCl$ = $Na^+ + Cl^-$ = +1 + –1 = 0 
– jos yhdisteen tai atomin perässä on yläindeksissä jokin luku, sen nettovaraus on yläindeksin luku, esim.
$SO_4^{2-}$ = $S^{6+} + 4 · O^{2-} $ = +6 + 4 · (–2) = –2

Kirjataan ylös osareaktiot.

Osareaktio 1:

$\stackrel{\text{+1}}{Cu} (aq) \longrightarrow \stackrel{\text{0}}{Cu} (s)$
Kuparin varaus muuttuu +1:stä 0:aan eli se vastaanottaa yhden elektronin (e:n varaus on –1) eli se pelkistyy.

Osareaktio 2:

$\stackrel{\text{0}}{Fe} (s) \longrightarrow \stackrel{\text{+3}}{Fe} (aq)$ 
Varaus muuttuu 0:sta +3:ksi eli rauta luovuttaa kolme elektronia eli hapettuu.

Näiden tietojen nojalla lisäämme osareaktioihin niihin kuuluvat elektronit:

${Cu^+} (aq) + e^- \longrightarrow{Cu} (s)$
${Fe} (s) \longrightarrow {Fe^{3+}} (aq) +  3 e^-$ 

Nyt osareaktioiden elektronit pitää tasapainottaa, joten kerrotaan ensimmäinen reaktio kolmella:

$3 {Cu^+} (aq) + 3 e^- \longrightarrow 3 {Cu} (s)$
${Fe} (s) \longrightarrow {Fe^{3+}} +  3 e^-(aq)$ 

Laitetaan osareaktiot takaisin yhdeksi reaktioksi:

$3 {Cu^+} (aq) + 3 e^- +{Fe} (s)  \longrightarrow 3 {Cu} (s) +{Fe^{3+}} (aq) + 3 e^- (s)$

Elektronit kumoavat toisensa, joten reaktiosta tulee lopulta:

$3 {Cu^+} (aq) +{Fe} (s)  \longrightarrow 3 {Cu} (s) +{Fe^{3+}} (aq)$

Noin. Ei se ole tuon hankalampaa. Seuraavassa osassa käsittelen tasapainotusta happamassa liuoksessa, ja sen jälkeen emäksisessä.

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti