ჟანგვა–აღდგენის რეაქციები

ჟანგვა–აღდგენის რეაქციების ტიპები, მაგალითები, მჟანგავი და აღმდგენი აგენტები. 

რა არის ჟანგვა–აღდგენის რეაქცია?

ჟანგვა–აღდგენა არის ქიმიური რეაქციის ერთ–ერთი ტიპი, რომელიც მოიცავს ელექტრონების გადაცემას ორ სახეობას შორის.
არაჩვეულებრივი კითხვაა! ქიმიური სახეობა არის ეს არის ტერმინი, რომელიც აღნიშნავს ერთნაირი ფორმულის მქონე ატომების, მოლეკულების ან იონების ნაკრებს.
მაგალითად, თერმულ რეაქციაში:
F, e, start subscript, 2, end subscript, O, start subscript, 3, end subscript, plus, 2, A, l, right arrow, 2, F, e, plus, A, l, start subscript, 2, end subscript, O, start subscript, 3, end subscript
ამ რეაქციაში მონაწილე ოთხი სახეობა არის: რეაგენტები F, e, start subscript, 2, end subscript, O, start subscript, 3, end subscript და A, l, ისევე როგორც, პროდუქტები F, e და A, l, start subscript, 2, end subscript, O, start subscript, 3, end subscript.
ჩვენ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ელექტრონების გადაცემა მოხდა, თუ რეაგენტებსა და პროდუქტების ჟანგვის რიცხვი შეიცვალა.
ქიმიკოსები იყენებენ ჟანგვის რიცხვს (ჟანგვის ხარისხს), რათა თვალყური ადევნონ მოლეკულებსა ან ატომებს შორის ელექტრონების გაზიარებას. ძალიან მნიშვნელოვანია იმის ცოდნა, თუ როგორ უნდა ვიპოვოთ ჟანგვის რიცხვი მანამ, სანამ ჟანგვა–აღდგენის რეაქციას შევხედავთ.
If you would like a refresher on what oxidation numbers are and how to find them, see this video.
ეგზოთერმული რეაქცია გამოყოფს სითბოს, სინათლეს და რკინის დამდნარ ბურთულებს.
უხვი სინათლისა და სითბოს გამოყოფა = ქიმიური რექცია! ეს არის თერმული რეაქცია, რომელიც ამავდროულად არის ჟანგვა–აღდგენის რეაქციაც. რეაქცია შემდეგნაირია: F, e, start subscript, 2, end subscript, O, start subscript, 3, end subscript, plus, 2, A, l, right arrow, 2, F, e, plus, A, l, start subscript, 2, end subscript, O, start subscript, 3, end subscript, point თერმული რეაქციის ფოტო by Nikthestunned at Wikimedia Commons, CC-BY-SA 3.0.
ჟანგვა–აღდგენის რეაქციები არის ყველგან! თქვენი სხეული იყენებს ჟანგვა–აღდგენის რეაქციას, რათა გარდაქმნას საკვები და ჟანგბადი ენერგიად, წყლად და C, O, start subscript, 2, end subscript–ად, რომელსაც ჩვენ შემდეგ ამოვისუნთავთ. ჩვენი ელექტროტექნიკის ბატარეებიც ჟანგვა–აღდგენის რეაქციის წყალობით მუშაობს, რომლის შესახებაც თქვენ გაიგებთ მეტს, როცა ელექტროქიმიას ვისწავლით. შეგიძლიათ ჟანგვა–აღდგენის რეაქციის სხვა მაგალითები მოიყვანო, რომელიც თქვენს ირგვლივ ყოველდღიურად ხდება?

მნიშვნელოვანი ტერმინები და მაგალითები

არსებობს ტერმინები, რომლებიც გამოიყენება ჟანგვა–აღდგენის რეაქციების დროს. ჩვენ განვიხილავთ ამ ტერმინებს შემდეგი რეაქციების მაგალითების გამოყენებით:
2, F, e, start subscript, 2, end subscript, O, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 3, C, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, 4, F, e, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 3, C, O, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis
ქვევით ჩამოწერილია კითხვები, რომლებზეც გვინდა შეგვეძლოს პასუხის გაცემა:
1, point, space არის თუ არა რეაქცია ჟანგვა–აღდგენის და როგორ უნდა მივხვდეთ ამას?
2, point, space თუ ეს ჟანგვა–აღდგენის რეაქციაა, რა დაიჟანგა და რა აღდგა?
Here are two ways to remember oxidation and reduction:
1, point, spaceOIL RIG: "Oxidation Is Loss" and "Reduction Is Gain"
2, point, spaceLEO the lion says GER: "Loss of Electron is Oxidation" and "Gain of Electron is Reduction"
3, point, space რომელი რეაგენტია აღმდგენი ამ რეაქციაში?
4, point, space რომელი რეაგენტია მჟანგავი?
კითხვა # 1:
ამ სტატიის სათაურის მიხედვით ჩვენ შეგვიძლია ვარაუდი გამოვთქვათ პირველი კითხვის პირველ ნაწილზე. დიახ, ეს ალბათ არის ჟანგვა–აღდგენის რეაქცია, მაგრამ როგორ უნდა გავიგოთ დანამდვილებით? ამისათვის საჭიროა ვანახოთ, რომ რეაქციაში ელექტრონების გადაცემა ხდება და ამის დაზუსტება შესაძლებელია, რეაგენტების და პროდუქტების ჟანგვის რიცხვის შეცვლის შემოწმებით.
თუ ჩვენ ვნახავთ რეაგენტების და პროდუქტების თითოეული ატომის ჟანგვის რიცხვს, ჩვენ მივიღებთ შემდეგს:
C, left parenthesis, s, right parenthesis და F, e, left parenthesis, s, right parenthesis: ელემენტების ჟანგვის რიცხვი არის 0, ასე რომ ჩვენ ვიცით C, left parenthesis, s, right parenthesis–ისა და F, e, left parenthesis, s, right parenthesis–ის ჟანგვის რიცხვი არის 0.
F, e, start subscript, 2, end subscript, O, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis: O–ის ჟანგვის რიცხვი არის minus, 2 და ნაერთის მუხტი არის ნეიტრალური, ასე რომ რკინის ატომის ჟანგვის რიცხვი არის plus, 3.
C, O, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis: O–ს ჟანგვის რიცხვი არის minus, 2 და ნაერთის მუხტი არის ნეიტრალური, ასე რომ C–ის ჟანგვის რიცხვი არის plus, 4.
2, F, e, start subscript, 2, end subscript, O, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 3, C, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, 4, F, e, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 3, C, O, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis
                                                             \purpleC{~~~\downarrow~~~~\downarrow ~~~~~~~~~~~~~~\downarrow~~~~~~~~~~~~~~~\downarrow~~~~~~~~~~~~~\downarrow~~~\downarrow}~~~~~~~~~
ჩვენ შეგვიძლია ჟანგვის რიცხვები გამოვიყენოთ 1 კითხვის მეორე ნაწილზე პასუხის გასაცემად, რადგან შეგვიძლია ვაჩვენოთ, რომ რკინის და ნახშირბადის ჟანგვის რიცხვები იცვლება რეაქციის დროს ელექტრონების გაცემის გამო.
კითხვა # 2:
ნახშირბადი იჟანგება, რადგან ის კარგავს ელექტრონებს და მისი ჟანგვის რიცხვი იზრდება 0-დან plus, 4-მდე.
რკინა აღდგება, რადგან ის იძენს ელექტრონებს და მისი ჟანგვის რიცხვი მცირდება plus, 3-დან 0-მდე.
კითხვა # 3:
* მჟანგავი არის რეაგენტი, რომელიც თავად აღდგება და იწვევს სხვა რეაგენტის დაჟანგვას, ასე რომ C, left parenthesis, s, right parenthesis არის მჟანგავი.
მჟანგავის და აღმდგენის ცნება შეიძლება დამაბნეველი იყოს. უფრო დეტალური განმარტებისთვის თქვენ შეგიძლიათ უყუროთ ვიდეოს მჟანგავებსა და აღმდგენებზე.
კითხვა # 4:
აღმდგენი არის რეაგენტი, რომელიც თავად იჟანგება და იწვევს სხვა რეაგენტის აღდგენას, ასე რომ F, e, start subscript, 2, end subscript, O, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis არის აღმდგენი.

ჟანგვა–აღდგენის რეაქციების ტიპები

რადგანაც ჟანგვა–აღდგენა ქიმიური რეაქციების მნიშვნელოვანი კლასია, ჩვენ უნდა შეგვეძლოს მათი ცნობა. ჟანგვა–აღდგენის რეაქციების რამოდენიმე ტიპი არსებობს. თითოეული მაგალითისთვის აიღეთ ერთი წუთი და შეეცადეთ მიხვდეთ, რომელი რეაგენტი იჟანგება და რომელი აღდგება!
1, point, spaceწვის რეაქცია
წვა არის ჟანგვა–აღდგენის რეაქცია ნაერთსა და ჟანგბადის მოლეკულას შორის (O, start subscript, 2, end subscript), რომლის დროსაც იქმნება ჟანგბადნარევი პროდუქტი. როცა ამ რეაგენტებიდან ერთ–ერთი ნახშირწყალბადია, პროდუქტი შეიცავს წყალს და ნახშირორჟანგს.
ნახშირწყალბადი არის ნაერთი, რომელიც შექმნილია მხოლოდ ნახშირბადისა და წყალბადის ატომებისგან. ნახშირწყალბადის ნაერთების მაგალითია მეთანი C, H, start subscript, 4, end subscript, და ბენზინი C, start subscript, 6, end subscript, H, start subscript, 6, end subscript.
შემდეგი რეაქცია გვაჩვენებს ოქტანის (ერთ–ერთი ნახშირწყალბადი) წვას. ოქტანი საწვავის კომპონენტია და წვის ეს რეაქცია მიმდინარეობს მანქანების ძრავაში:
2, C, start subscript, 8, end subscript, H, start subscript, 18, end subscript, plus, 25, O, start subscript, 2, end subscript, right arrow, 16, C, O, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis, plus, 18, H, start subscript, 2, end subscript, O
2, point, spaceდისპროპორციონირების რეაქციები
დისპროპორციონირება ( იგივე თვით ჟანგვა–აღდგენის რეაქცია) არის რეაქცია, რომლის დროსაც მიმდინარეობს ერთისა და იმავე ქიმიური ელემენტის ჟანგვაც და აღდგენაც. შემდეგი რეაქცია გვიჩვენებს ჰიპოქლორიტის C, l, O, start superscript, minus, end superscript თვით ჟანგვა–აღდგენას:
3, C, l, O, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, C, l, O, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, 2, C, l, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis
If we analyze the oxidation numbers for chlorine, we see that the reactant C, l, O, start superscript, minus, end superscript is being oxidized to C, l, O, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript (where the oxidation number increases from plus, 1 to plus, 5). At the same time, the chlorine in some other molecules of C, l, O, start superscript, minus, end superscript are being reduced to C, l, start superscript, minus, end superscript(where the oxidation number decreases from plus, 1 to minus, 1). Oxygen has an oxidation number of minus, 2 in both C, l, O, start superscript, minus, end superscript and C, l, O, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, so it does not get oxidized or reduced in the reaction.
3, point, spaceSingle replacement reactions
A single replacement reaction (or single displacement reaction) involves two elements trading places within a compound. For example, many metals react with dilute acids to form salts and hydrogen gas. The following reaction shows zinc replacing hydrogen in the single replacement reaction between zinc metal and aqueous hydrochloric acid:
Z, n, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 2, H, C, l, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, Z, n, C, l, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, H, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis
For another example of a single replacement redox reaction, see this video on a reaction with iron.

Balancing a simple redox reaction using the half-reaction method

Redox reactions can be split into reduction and oxidation half-reactions. Chemists use half-reactions to make it easier to see the electron transfer, and it also helps when balancing redox reactions. Let's write the half-reactions for another example reaction:
If you want an explanation of half-reactions, oxidation, and reduction in a different format, check out this video for an example of a redox reaction with iron.
A, l, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, C, u, start superscript, 2, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, A, l, start superscript, 3, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, C, u, left parenthesis, s, right parenthesis
Is the above reaction balanced? Our atoms appear to be balanced: we have 1, space, A, l atom and 1, space, C, u atom on each side of the arrow. However, when we add up the charges on the reactant side we get a 2, plus charge, which is not the same as the 3, plus charge on the product side. We need to make sure both the atoms and the charges are balanced! We will use the half-reaction method to balance the reaction.
Reduction half-reaction: The reduction half-reaction shows the reactants and products participating in the reduction step. Since C, u, start superscript, 2, plus, end superscript is being reduced to C, u, left parenthesis, s, right parenthesis, we might start by writing out that step:
C, u, start superscript, 2, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, C, u, left parenthesis, s, right parenthesis
However, this is not the correct half-reaction, because it is not charge-balanced. There is a net charge of 2, plus on the reactant side and 0 on the product side. We can balance the charges by including the electrons being transferred, and then we will get our reduction half-reaction:
C, u, start superscript, 2, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, 2, e, start superscript, minus, end superscript, right arrow, C, u, left parenthesis, s, right parenthesis, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color blueD, R, e, d, u, c, t, i, o, n, space, h, a, l, f, negative, r, e, a, c, t, i, o, n, end color blueD
The balanced half-reaction tells us that C, u, start superscript, 2, plus, end superscript is gaining 2, e, start superscript, minus, end superscript per copper atom to form C, u, start superscript, 0, end superscript. So where are those electrons coming from? We can follow the trail of electrons to the oxidation half-reaction.
Oxidation half-reaction: The oxidation half-reaction shows the reactants and products participating in the oxidation step. This reaction will include the oxidation of A, l, left parenthesis, s, right parenthesis to A, l, start superscript, 3, plus, end superscript, and we will also want to make sure the half-reaction is charge-balanced:
A, l, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, A, l, start superscript, 3, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, 3, e, start superscript, minus, end superscript, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color blueD, O, x, i, d, a, t, i, o, n, space, h, a, l, f, negative, r, e, a, c, t, i, o, n, end color blueD
The oxidation half reaction tells us that each atom of A, l, left parenthesis, s, right parenthesis is losing 3, e, start superscript, minus, end superscript to form A, l, start superscript, 3, plus, end superscript.
We will combine the balanced half-reactions to get the balanced overall equation, but there is one more thing to check. The electrons must cancel out in the overall equation. Another way to think of this that we want to make sure that any electrons that are released in the oxidation half-reaction get used up in the reduction half-reaction. Otherwise we would have stray electrons floating around! That means we need the number of electrons being transferred in each half-reaction to be equal.
We can multiply the reduction half-reaction by 3 and multiply the oxidation half-reaction by 2 so both reactions involve the transfer of 6 electrons:
Now that we have the same number of electrons in each half-reaction, we can add them together to get our overall balanced equation:
Lastly, we can check to see if any reactants and products appear on both sides. Since that is not the case here, we are done! Our reaction is balanced for both mass and charge.
This reaction is occurring under neutral conditions left parenthesis, open bracket, H, start superscript, plus, end superscript, close bracket, equals, open bracket, O, H, start superscript, minus, end superscript, close bracket, right parenthesis. Sometimes you need to balance redox reactions under acidic conditions (where left parenthesis, open bracket, H, start superscript, plus, end superscript, close bracket, is greater than, open bracket, O, H, start superscript, minus, end superscript, close bracket, right parenthesis, or under basic conditions (left parenthesis, open bracket, H, start superscript, plus, end superscript, close bracket, is less than, open bracket, O, H, start superscript, minus, end superscript, close bracket, right parenthesis. The procedures for balancing redox reactions under acidic and basic conditions have a few extra steps compared to the example we just went through.
For more on balancing under acidic conditions, see this video on balancing redox reactions in acid.
For more on balancing redox reactions under basic conditions, see this video on balancing redox reactions in base.

შინაარსი

We can identify redox reactions by checking for changes in oxidation number. Redox reactions can be split into oxidation and reduction half-reactions. We can use the half-reaction method to balance redox reactions, which requires that both mass and charge are balanced. Three common types of redox reactions are combustion, disproportionation, and single replacement reactions.

Attributions:

This article was adapted from the following articles:
The modified article is licensed under a CC-BY-NC-SA 4.0 license.

Additional References:

Kotz, J. C., Treichel, P. M., Townsend, J. R., and Treichel, D. A. (2015). Oxidation-Reduction Reactions. In Chemistry and Chemical Reactivity, Instructor's Edition (9th ed., pp. 125-131). Stamford, CT: Cengage Learning.
Kotz, J. C., Treichel, P. M., Townsend, J. R., and Treichel, D. A. (2015). Chlorine Compounds. In Chemistry and Chemical Reactivity, Instructor's Edition (9th ed., pp. 850-851). Stamford, CT: Cengage Learning.

სცადე!

Problem 1

What is the balanced form of the following redox reaction?
A, l, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, H, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, A, l, start superscript, 3, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, H, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis
Choose 1 answer:
Choose 1 answer:

The oxidation half reaction is:
A, l, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, A, l, start superscript, 3, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, 3, e, start superscript, minus, end superscript
The reduction half reaction is:
2, H, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, 2, e, start superscript, minus, end superscript, right arrow, H, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis
We can multiply the reduction half-reaction by 3 and multiply the oxidation half-reaction by 2 so both reactions involve the transfer of 6 electrons: