Подробное изложение последовательности действий и анализ всевозможных примеров.
Уравнивание коэффициентов методом электронного баланса - это одна из основных форм развлечения на уроках химии. Наряду с написанием уравнений реакций и решением задач.
Применение данного метода ограниченно исключительно окислительно-восстановительными реакциями (ОВР).
Окислительно-восстановительный реакции (ОВР) - это реакции, в ходе которых меняются степени окисления.
То есть:
- видите, что меняются степени окисления
- значит это ОВР
- значит, можете применить метод электронного баланса.
Алгоритм
Рассмотрим простой пример.
Первое, что необходимо сделать - это
1) Расставить степени окисления
Подробнее о том, что такое степени окисления, можно почитать тут, а о том, как их расставлять, - здесь.
2) Выписать частицы поменявшие степень окисления
3) Обозначить транспорт электронов
Это может быть непросто. Нужно помнить, что электроны - это отрицательно заряженные частицы и чем электронов больше, тем степень окисления (условный заряд частицы) - ниже.
Поэтому, на мой взгляд, проще всего найти частицу, степень окисления которой понижается, и это будет означать, что она принимает электроны! Значит, частица, степень окисления которой возрастает - эти электроны отдаёт.
Обозначим транспорт электроном на нашем примере.
4) Перенести значения числа электронов крест-на-крест
Традиционно перенос числа электронов осуществляется за вертикальную черту.
5) Внести коэффициенты в исходное уравнение
Интерпретировать текущую запись электронного баланса можно как: "в результате окислительно-восстановительных процессов получено два катиона железа в степени окисления +2 и один атом серы", что можно обозначить в виде коэффициентов уже в исходном уравнении.
6) Уравнять оставшиеся коэффициенты методом подбора
В данном случае это не составляет труда. Конечно, есть одно правило, которое помогает на данном этапе, но пока оно не актуально, поэтому мы вспомним о нём чуть позже, когда будем разбирать другой пример, так что попробуем до него добраться.
Стоит сказать, что ставить единички в качестве коэффициентов совсем не обязательно, я же это делаю для наглядности.
7) Выписать окислитель и восстановитель
Представьте, что рассмотренный нами процесс - это художественный текст, в котором есть положительный персонаж - восстановитель, он отдаёт электроны, жертвует тем, что у него есть, и есть отрицательный персонаж - окислитель, который, будучи ведомым своими эгоистичными мотивами, эти электроны с жадностью выхватывает.
А теперь всё вместе
Чтобы успешно применять данный алгоритм на практике необходимо обладать определённым опытом, который мы попробуем приобрести прямо сейчас, разобрав ещё несколько примеров.
Более сложный пример
Данный случай интересен тем, что в окислительно-восстановительном процессе участвует простое молекулярное вещество - бром.
Бром, который меняет степень окисления, обратите внимание, целиком, в виде молекулы, переезжает к электронный баланс. Объяснить это можно тем, что в данном случае мельчайшей частичкой вещества является именно двухатомная молекула брома, что вынуждает нас уравнивать коэффициенты уже в самом уравнении электронного баланса (красные кружочки). И как следствие, если бы один бром принимал один электрон, то два брома принимают два.
При перенесении числа электронов крест-на-крест значение числа электронов, если имеется такая возможность, необходимо сократить. В нашем случае 6 и 2 сокращается до 3 и 1.
Следующий важный момент момент заключается в том, что тройка (3) позади брома - это ещё не окончательный коэффициент, а по большому счёту - множитель, который необходимо умножать на коэффициент в маленьком уравненьице электронного баланса.
Как следствие, в продуктах реакции оказывается именно 6 бромид-анионов и один катион йода в степени окисления +5.
Казалось бы, осталось уравнять недостающие коэффициенты методом подбора и выписать окислитель и восстановитель, но вы ещё не забыли про правило, о котором я упоминал выше? Так вот, согласно ему в большинстве случае водород мы уравниваем в предпоследнюю очередь, а кислород - в последнюю, часто уже только проверяя себя.
Примеры органических ОВР
Отдельного внимания заслуживают примеры уравнений окислительно-восстановительных реакций из органической химии, в которых тоже нужно как-то уравнивать коэффициенты, и электронный баланс здесь тоже может помочь.
Однако ситуация усложняется тем, что:
- Надо знать строение веществ
- Надо уметь сравнивать электроотрицательность атомов
- Надо уметь считать, потому число атомов тех или иных химических элементов может приближаться и до ста.
Рассмотрим конкретный пример, фигурировавший в материале химические свойства ароматических углеводородов и попробуем ответить на вопрос, почему же коэффициенты именно такие.
Для этого вспомним понятие электроотрицательности
Электроотрицательность - это способность атомов химических элементов оттягивать на себя электронную плотность
и рассмотрим молекулы этилбензола и бензойной кислоты с точки зрения распределения электронной плотности.
Более электроотрицательный атом оттягивает на себя электронную плотность и как бы принимает число электронов равное кратности связи.
В первом случае мы имеем дело с парой углерод (C) - водород (H), где более электроотрицательные атомы углерода (С) как бы оттягивают на себя электронную плотность, как бы принимая электроны и как бы приобретая степени окисления -2 и -3 (всё это определённые допущения).
В втором случае в паре углерод (C) - кислород (O), дело обстоит иначе и менее электроотрицательный атом углерода (C) как бы отдаёт три электрона по трём соответствующим ковалентным полярным связям, приобретая в результате степень окисления +3.
Обратите внимание, при подсчёте степени окисления мы не учитываем ковалентные неполярные связи углерод (C) - углерод (C).
Видим, что оба атома углерода претерпевают повышение степени окисления, значит каждый из них отдаёт электроны, которые мы суммируем, получая итоговый вклад каждого атома-восстановителя.
"Ладно, с пятаками и дюжинами - понятно", - скажите Вы, а как быть с другими числами.
Давайте разбираться.
После того, как число атомов углерода (C) и марганца (Mn) оказалось равно вполне понятным нам значениям, обратим внимание на атомы K, S, H и O.
Слева мы видим 12K, пусть в правой части уравнения тоже будет 12.
Справа стало 18 атомов серы (S) - пусть слева тоже станет 18!
Считаем атомы водорода (H) и кислорода (O) в левой части уравнения!
Считаем коэффициент, необходимый перед водой:
((86-6*5)/2)=28!
Считаем атомы кислорода в правой части уравнения, чтобы проверить себя:
O: 2*5+5*2+6*4+12*4+28=120! Всё правильно.
Тех, кто вместе со мной дошёл до этого момента, я поздравляю и предлагаю при желании поставить лайк или оставить комментарий. А на этом у меня всё. Спасибо. Пока.
