Химия — наука количественная. Коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций позволяют определить, в каких пропорциях нужно смешать исходные вещества, чтобы процесс пошёл в правильном направлении, а также рассчитать количество конечных продуктов.
В окислительно-восстановительных реакциях число отданных электронов всегда равно числу принятых. Кроме того, соблюдается материальный баланс, т. е. число атомов каждого элемента должно быть одинаковым в левой и правой части уравнения. Поэтому чтобы найти коэффициенты для уравнения окислительно-восстановительной реакции, поступают следующим образом. Сначала реакцию разбивают на полуреакции окисления и восстановления, записывают уравнения этих процессов определяют число электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем. Затем уравнения полуреакций умножают на такие коэффициенты, чтобы число отданных электронов было равно числу принятых. Наконец, полуреакции складывают и получают суммарное уравнение реакции.
Уравнения полуреакций можно составить по-разному. По одному из методов — методу электронного баланса — элемент-окислитель и элемент-восстановитель записывают в виде атомов с определённой степенью окисления, и число электронов находят как разность зарядов в левой и правой части полуреакции.
Однако метод электронного баланса не всегда имеет чёткий химический смысл, поскольку в нём часто
фигурируют несуществующие частицы вроде Mn+7 или N+5. Кроме того, в органических соединениях определить степени окисления элементов часто бывает не легко.
Перечисленных недостатков лишён метод электронно-ионного баланса, где фигурируют только реальные частицы и реальные полуреакции (с помощью которых в определённых условиях можно получить электрический ток). Правда, этот метод применим только для реакций, протекающих в водном растворе или в расплаве.
В этом случае окислитель и восстановитель записывают в том виде, в котором они реально существуют в растворе: в виде ионов или отдельных молекул. Растворимые в воде электролиты записывают в виде ионов (см. статью «Вещество и электричество»), а неэлектролиты, слабые электролиты и малорастворимые соединения — в молекулярном виде.
Если реакция протекает в кислой среде, для уравнивания можно использовать частицы Н2О и Н+, а если в щелочной — Н2О и ОН-. Заряды в обеих частях полуреакции уравнивают, прибавляя или вычитая электроны.
В ряде случаев можно вообще обойтись без электронов и использовать метод материального баланса. Для этого все коэффициенты в полном уравнении реакции обозначают переменными и составляют систему алгебраических уравнений (по одному для каждого элемента), решение которой и даёт искомые числа.
Какой из трёх балансов лучше? Всё зависит от конкретной ситуации. У каждого метода есть свои преимущества: один баланс проще (электронный), другой красивее и ближе к реальности (электронно-ионный),
третий иногда позволяет быстро получить нужный результат.
Если уравнение реакции составлено правильно, то, в принципе, нет разницы, каким методом найдены коэффициенты. Как говорится, победителей не судят.
Похожие статьи