محاسبه ضریب کمبود هیدروژن

نشانه‌های سجاوندی

عجب سازنده ی این علامت عرب دولاب است

View Full Version : ی یی ( ی )

اکسایش و کاهش نام کلی واکنش‌های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم‌ها می‌شوند. این فرآیند می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی‌اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان و یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد. با کمی اغماض علمی می‌توان این فرآیند را انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، ملکول یا یون دیگر دانست. در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می‌دهد (اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند (کاهش) می یابد. در چنین واکنشی مولکول دهنده اتم اکسیده شده و ملکول گیرنده کاهیده می‌شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق‌تر تعریف شد و کلیه واکنش‌هایی که طی آن ماده‌ای الکترون از دست می‌دهد اکسایش نامیده شدند. اتم‌اکسیِژن می‌تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد.

در اثر اُکسایــِش عدد اکسایش معمولی یک اتم یا اتم‌های یک مولکول در پی حذف الکترون‌ها افزایش می یابد. برای نمونه آهن (II) می‌تواند به آهن (III) اکسید شود.

-Fe2+ → Fe3+ + e

محاسبه ضریب کمبود هیدروژن

عامل اکسنده و عامل کاهنده

اکسایش و کاهش به تنهایی انجام پذیر نیستند. چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده ای دیگر ، اکسیده گردد، ماده کاهیده شده ، عامل اکسایش است و بنابراین عامل اکسنده نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، عامل کاهنده می‌نامیم. همچنین در هر واکنش ، مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر ، باید برابر مجموع کاهش شماره اکسایش عناصر دیگر باشد. برای نمونه در واکنش گوگرد و اکسیژن ، افزایش شماره اکسایش گوگرد ، ۴ است. کاهش شماره اکسایش ، ۲ است، چون دو اتم در معادله شرکت دارد، کاهش همه ، ۴ است.

موازنه واکنشهای اکسایش ـ کاهش

واژه ی اکسایش ، ابتدا در مورد واکنش هایی به کار گرفته می شد که در آنها مواد با اکسیژن ترکیب می شدند ، و کاهش نیز به صورت حذف یک اکسیژن از یک ترکیب اکسیژن دار تعریف می شد . اما معنی این واژه ها به تدریج گسترش یافت . امروزه ، اکسایش و کاهش ، بر مبنای تغییر عدد اکسایش تعریف می شوند . اکسایش فرآیندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم افزایش می یابد و کاهش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم کاهش می یابد . برای مثال در واکنش زیر اتم S اکسیده شده ( پس کاهنده است ) و اتم O کاهیده شده ( پس اکسنده است ) است . چون که عدد اکسایش اتم S از صفر به 4+ و عدد اکسایش اتم O از صفر به 2- تغییر کرده است .

و همچنین واکنش زیر شامل اکسایش ـ کاهش نیست ، چونکه عدد اکسایش هیچ اتمی تغییر نکرده است :

معمولاً موازنه واکنش هایی که شامل اکسایش ـ کاهش که کاکس نامیده می شود ، دشوارتر از موازنه ی واکنش هایی است که شامل اکسایش ـ کاهش نیست . برای موازنه ی واکنش های اکسایش ـ کاهش از دو روش متداول استفاده می شود :

روش یون ـ الکترون

الف) برای اتم O مورد نیاز ، یک H2O به آن طرف معادله ی جزئی که کمبود O دارد ، اضافه می کنیم .

ب) و H را هم با افزودن H+ ، موازنه می کنیم .

الف) برای هر اتم O مورد نیاز ، یک H2O به آن طرف معادله ی جزئی که کمبود O دارد اضافه می کنیم .

ب) به ازای هر اتم H مورد نیاز ، یک H2O به ان طرف معادله ی جزئی که کمبود H دارد اضافه می کنیم و یک- OH  نیز در سمت مقابل قرار می دهیم .

مثال: واکنش زیر را که در محلول اسیدی انجام می شود را موازنه می کنیم :

روش عدد اکسایش

در روش عدد اکسایش برای موازنه کردن واکنش های اکسایش ـ کاهش ، سه مرحله وجود دارد . معادله ی واکنش نیتریک اسید و هیدروژن سولفید را برای نمایش این روش به کار می گیریم . معادله ی واکنش موازنه نشده به قرار زیر است :

توجه داریم که اکنون هشت اتم هیدروژن در سمت چپ معادله داریم . با قرار دادن 4 H2O در سمت راست ، می توان به همان تعداد اتم H رسید :

منبع: شیمی عمومی ( جلد اول ) ، چارلز مورتیمر ، دکتر عیسی یاوری ، نشر علوم دانشگاهی ، تهران ، 1375 ، ISBN 964-6186-30-0

محاسبه ضریب کمبود هیدروژن

موازنه به روش وارسی

ضریب مولی یا ضریب استوکیومتری چیست :

ضریب استوکیومتری عددی است که در سمت چپ نماد شیمیایی یک عنصر یا فرمول شیمیایی یک ترکیب قرار می گیرد و تعداد آن را مشخص می کند. مثلا وقتی می نویسیم ۵Fe  عدد 5 ضریب استوکیومتری یا ضریب مولی آهن را نشان می دهد و مفهوم آن پنج اتم آهن است. یا وقتی می نویسیم ۳H2O ، عدد سه ضریب استوکیومتری آب را نشان می دهد، یعنی سه مولکول آب. ضریب استوکیومتری یک ترکیب علاوه بر آنکه تعداد واحد فرمولی آن ترکیب را نشان می دهد، در شمارش اتمهای سازنده آن ترکیب نیز محاسبه می شود.

مثال :

در 5 مولکول سولفوریک اسید، H2SO4 ، تعداد 10 اتم H هیدروژن ، 5 اتم S گوگرد و 20 اتم O اکسیژن وجود دارد.

موازنه واکنشهای شیمیایی به روش وارسی :

برای موازنه واکنشهای شیمیایی به روش وارسی به این صورت عمل می کنیم.

1- ترکیبی را که بیشترین تعداد اتمها در ساختمان آن وجود دارد ( از بین واکنش دهنده ها یا فرآورده ها ) انتخاب می کنیم.

2- موازنه را از عنصری در این ترکیب آغاز می کنیم که بیشترین شمار اتم را داشته باشد و پراکندگی آن در معادله واکنش کمتر باشد. ( منظور از پراکندگی کمتر این است که آن اتم در معادله شیمیایی واکنش در ترکیبهای کمتری دیده شود )

3- در مرحله آخر ابتدا تعداد اتمهای اکسیژن و سپس اتمهای هیدروژن را موازنه می کنیم.

توجه داشته باشید که اتمهای اکسیژن و هیدروژن حتما نباید در مرحله آخر موازنه شوند و در مواردی این قاعده اجرا نمی شود.

در موازنه به روش وارسی باید به نکات زیر نیز توجه داشت :

– اتمهای مناسب برای شروع موازنه باید فقط به صورت ترکیب باشند. مثلا در معادله واکنش زیر 3 نوع اتم (C , N , O  ) وجود دارد که می توان موازنه را از آنها شروع کرد، اما چون اکسیژن در سمت چپ به صورت عنصر است موازنه با آن شروع نمی شود.

CH4 + NH3 + O2                 HCN + H2O

معادله موازنه شده نباید دارای ضرایب کسری باشد. اگر در موازنه به ضرایب کسری برخوردیم ، تمام ضرایب معادله را در عددی مناسب ضرب می کنیم تا ضرایب کسری از بین بروند. برای مثال معادله واکنش سوختن گاز اتان پس از موازنه به صورت زیر است.

C2H6 + 7/2O2                2CO2 + 3H2O

برای از بین بردن ضریب کسری 2/7 برای اکسیژن می توان تمام ضریبهای معادله را در عدد 2 ضرب کرد. تا معادله به صورت زیر در آید

2C2H6 + 7O2                4CO2 + 6H2O

– ضریبهای موازنه باید کوچکترین عددهای صحیح را برای آن معادله شامل شوند. مثلا معادله بالا را می تونستیم با ضریبهای بزرگتری نیز موازنه کنیم .

4C2H6 + 14O2                 6CO2 + 12H2O                                                                                            

این ضریبها عددهای صحیح هستند ولی می توان آنها را ساده کرد.

اهمیت استفاده از ضریبهای غیر کسری و کوچک در محاسبات استوکیومتری نشان داده می شود.

حل چند تمرین در مورد موازنه به روش وارسی :

موازنه را از اتم کربن یا نیتروژن شروع می کنیم.

CH4 + NH3 + O2                  HCN + H2O

بعد از موازنه اتمهای C معادله به صورت مقابل نوشته می شود.

1CH4 + NH3 + O2                    1HCN + H2O

موازنه اتمهای N  ادامه می یابد.

1CH4 + 1NH3 + O2                       1HCN + H2O

و سرانجام اتمهای O موازنه شده و معادله موازنه شده بدست می آید.

۱CH4 + 1NH3 + 3/2O2             1HCN + 3H2O

سپس معادله در 2 ضرب می شود تا ضریب کسری از بین برود.

2CH4 + 2NH3 + 3O2                2HCN + 6H2O

اتم P پراکندگی زیادی دارد در معادله در 4 جا دیده می شود

P2I4 + P4 + H2O                     PH4I + H3PO4

پس موازنه با آن نباید شروع شود. دو نوع اتم ( I , O ) در هر طرف معادله فقط در یک ماده ظاهر شده اند و هر دو به صورت ترکیب هستند اما اکسیژن در ترکیبی با بیشترین تعداد اتم است ( H3PO4 ) . بنابر این موازنه با اتمهای O آغاز می شود :

P2I4 + P4 + 4H20                   PH4I + 1H3PO4

با موازنه اتمهای H می نویسیم

P2I4 + P4 + 4H2O                    5/4PH4I + 1H3PO4

بعد از موازنه اتمهای I  داریم

5/16P2I4 + P4 + H2O                   5/4PH4I + 1H3PO4

سرانجام معادله را برای اتمهای P موازنه می کنیم.

5/16P2I4 + 13/32P4 + 4H20                       5/4PH4I + 1H3PO4

موازنه معادله های یونی :

برخی معادله های یونی را نیز می توان به روش وارسی موازنه کرد. در موازنه این نوع معادله ها باید علاوه بر موازنه تعداد اتمها در دو سمت معادله تعداد بارهای منفی یا مثبت نیز در دو سمت معادله برابر شوند. در این نوع معادله ها بهتر است ابتدا با استفاده از تغییر عدد اکسایش ضرایب موازنه را برای اتمهای که عدد اکسایش آنها تغییر کرده است را به دست آوریم. در معادله زیر عدد اکسایش کلر در Cl2 صفر و در ClO3-  ، 5+ می باشد یعنی تغییر عدد اکسایش 5 درجه است. از طرفی عدد اکسایش کلر در یونCl- ، 1- می باشد. پس تغییر عدد اکسایش یک درجه است. تغییر عدد اکسایش در ClO3- را ضریب Cl- و تغییر عدد اکسایش در Cl- را ضریب ClO3- قرار می دهیم. 

                                            Cl2 + OH-                    ClO3- + Cl- + H2O   

Cl2 + OH-                     1ClO3- + 5Cl- + H2O     

برای موازنه بارهای منفی به OH-   ضریب 6 می دهیم.

Cl2 + 6OH-                 1ClO3- + 5Cl- + H2O              

هیدروژنها را موازنه می کنیم.

Cl2 + 6OH-                   1ClO3- + 5Cl- + 3H20

 با موازنه اتمهای کلر ، معادله موزنه می شود.

3Cl2 + 6OH-                   1ClO3- + 5Cl- + 3H2O