Coeficienţii stoechiometrici în ecuaţiile reacţiilor redox

Lecția aceasta vom vedea cum putem stabili coeficienții stoichiometrici în ecuațiile reacțiilor redox.

Analiza procesurilor de oxidare și de reducere ne e foarte utilă la stabilirea coeficienților respectivi.

Această metodă, care se numește metoda Redox, e foarte rapidă și se bazează pe faptul că numărul electronilor primiți trebuie să fie egal întotdeauna cu numărul electronilor cedați.

Ca exemplu, vom lua chiar reacția de mai devreme, cea dintre aluminiu și acid clorhide.

Mai întâi, scriem ecuația reacției fără coeficient.

Pentru a stabili coeficienții stoichiometrici, va trebui să parcurgem următoarele etape.

Stabilim numerele de oxidare ale tuturor atomilor, identificând astfel atomii care își modifică numărul de oxidare.

Vedem că hidrogenul și aluminiul și-au schimbat numărul de oxidare.

Aluminiul s-a oxidat, iar hidrogenul s-a redus.

Apoi, vom scrie ecuația celor două semireacții.

Aluminiul care cedează trei electroni și se transformă în ionul aluminiu plus trei, acesta fiind procesul de oxidare.

Și apoi, ionul de hidrogen plus, care primește un electron, acesta fiind procesul de reducere.

Mai departe, observăm că trebuie să egalăm numărul de atom din fiecare semireacție.

În cazul aluminiului nu se schimbă nimic, însă la hidrogen observăm că pentru a forma o moleculă de hidrogen e nevoie de doi atomi de hidrogen.

Acum putem stabili numărul de electron primit sau cedat în fiecare semireacție.

În semireacția de oxidare, aluminiul cedează trei electroni, transformându-se astfel în ionul aluminiu plus trei.

Iar în semireacția de reducere, doi ion de hidrogen plus primesc câte un electron, deci în total doi electroni, formând astfel o moleculă de hidrogen.

În următoarea etapă, trebuie să echilibrăm cele două semireacții.

Ținem cont de faptul că numărul electronilor cedați trebuie să fie egal cu numărul electronilor primiți.

Deci găsim cel mai mic multiplu comun al numerelor de electron primiți și cedați.

În acest caz, acesta este șase.

Dacă nu mai țineți minte de la matematică, vă reamintesc că cel mai mic multiplu comun se calculează astfel.

Mai întâi se descompun numerele în produgi de factor prim, apoi se iau factorii comun și necomuni o singură dată, la puterea cea mai mare, și se înmulțesc.

În cazul nostru este foarte simplu pentru că avem deja două numere prime, deci le mulțim direct, iar cel mai mic multiplu comun va fi șase.

În cazul semireacției de oxidare, împărțim șase la trei, adică la numărul de electron cedați.

Obținem doi și înmulțim semireacția cu doi, obținând astfel coeficientul stoichiometric al aluminiului și coeficientul stoichiometric al clorurii de aluminiu.

În cazul semireacției de reducere, împărțim șase la doi, adică la numărul electronelor primiți.

Obținem valoarea trei și înmulțim semireacția cu trei.

Astfel obținem coeficientul stoichiometric al acetului clorhidric și coeficientul stoichiometric al hidrogenului.

Așadar, avem un total de șase electron cedați și șase electron primiți.

După aceasta, introducem acești coeficienți în ecuația globală a reacției.

Avem doi la aluminiu, șase la acidul clorhidric, doi la clorura de aluminiu și trei la hidrogen.

Mai departe, ar trebui stabilit și coeficienții celor alte specii care iau parte la reacție, în funcție de coeficienții stabilite anteriori.

Însă, în cazul acestei reacții, nu avem alte specii, așa că vom lua acum un alt exemplu, o reacție redoxă care participă mai multe specii chimice.

Este vorba de reacția de oxidare a acidului clorhidric la clor cu permanganat de potasiu.

Mai întâi, stabilim numerele de oxidare pentru fiecare atom din compus.

Observăm că atomii care își modifică numărul de oxidare sunt manganul și clorul.

Apoi, scriem ecuațiile celor două semireacții de reducere.

Ionul de mangan plus șapte se reduce la ionul de mangan plus doi și semireacția de oxidare, ionul de clor minus, se oxidează la clor.

Acum vom egala numărul de atom din fiecare semireacție.

În cazul clorului, este nevoie de doi atomi pentru a forma molecula de clor.

Mai departe, stabilim numărul de electron cedat sau primit.

Ionul mangan plus șapte primește cinci electroni și se reduce la ionul mangan plus doi.

Doi ion de clor minus cedează fiecare câte un electron, deci în total doi electroni, și formează molecula de clor.

Cel mai mic multiplu comun al numerelor de electron primis și cedați în fiecare semireacție este doi ori cinci, deci zece.

Împărțim zece la cinci la numărul electronilor acceptați de mangan și obținem doi, deci înmulțim semireacția procesului de reducere cu doi.

Astfel, am obținut coeficienții stoichiometrici a ipermanganatului de potasiu și ai clorului de mangan.

În continuare, împărțim zece la doi, adică la numărul electronilor cedați de ionii de clor, și obținem cinci, deci înmulțim semireacția procesului de oxidare cu cinci.

Și astfel, am obținut și coeficienții stoichiometrici a iacidului clorhidric și ai clorului.

Și avem un total de zece electron primiți și zece electron cedați.

Introducem coeficienții astfel obținuți în ecuația globală a reacției, deci coeficientul doi la ipermanganatul de potasiu și la clorul de mangan.

La clor avem coeficientul cinci și știm că la acidul clorhidric ar trebui să avem coeficientul zece.

Însă trebuie să fim atenți, mai sunt și alți produs de reacție care conțin clor.

Așa că vom calcula coeficienții celorlalte specii chimice participante la reacția redox ținând cont de legea conservării mase.

În cazul nostru, legea conservării mase se referă la faptul că numărul de atomi de orice tip care intră în reacție sub formă de reactant este întotdeauna egal cu numărul de atom care ies din reacție sub formă de produs.

Deci avem aici doi atomi de mangan care intră în reacție și la produs tot doi atomi.

Doi atomi de potasiu înseamnă că și aici trebuie să fie tot doi atomi de potasiu.

2 x 4 este 8, deci avem 8 atomi de oxigen.

Ne uităm unde mai apare oxigenul și vedem că apare în molecula de apă.

Deci coeficientul moleculei de apă va fi 8.

Molecula de apă conține însă și doi atomi de hidrogen.

În total, 2 x 8, avem 16 atomi de hidrogen în această parte a reacției.

Deci și în cazul reactanților va trebui să avem tot 16 atomi de hidrogen.

Să verificăm acum dacă numărul atomilor de clor de la reactanț corespunde cu numărul atomilor de clor de la produs.

În partea reactanților avem 16, iar în partea produsilor avem 2 x 5, 10, plus 2 x 2, 4, deci 14, și cu încă doi de aici avem tot 16 atomi de clor.

Așadar, am stabilit corect coeficienții stoichiometrice a acestei ecuații.

Metoda Redox ne ajută foarte mult, de exemplu în laborator, când trebuie să calculăm cantitățile de reactanți necesare pentru o anumită reacție.

Lecția viitoare vom vedea mai de aproape care e principiul de funcționare din spatele bateriilor care ne-au devenit indispensabile, adică vom vorbi despre celule electrochimice.