Bilans jonowo-elektronowy: jak rozpisać go krok po kroku
Metoda jonowo-elektronowa rozbija reakcję na dwie połówki — utlenianie i redukcję — uzgadnia każdą osobno, a dopiero potem składa je tak, żeby liczba oddanych elektronów równała się liczbie pobranych.
Zwykłe dobieranie współczynników metodą prób działa, dopóki równanie jest krótkie. Przy reakcjach w roztworze, gdzie po obu stronach stoją jony, a tlen i wodór pochodzą z wody, prób jest za dużo. Metoda jonowo-elektronowa zamienia jedno trudne zadanie na dwa łatwe: osobno bilansuje to, co się utlenia, i osobno to, co się redukuje, a łączy je dopiero przez liczbę elektronów.
Cała trudność leży w jednym miejscu — w uzupełnianiu tlenu i wodoru. Reguła jest prosta i zależy od środowiska. W środowisku kwaśnym brakujący tlen uzupełnia się cząsteczkami wody po stronie, w której tlenu jest mniej, a powstałą nierównowagę wodoru wyrównuje się jonami wodorowymi po stronie przeciwnej. W środowisku zasadowym rolę tę przejmują jony wodorotlenowe i woda. Pomyłka w tym kroku psuje bilans ładunku, więc wychodzi dopiero na końcu, gdy liczby elektronów nie chcą się zgodzić.
Drugie miejsce, w którym praca się sypie, to moment składania. Liczba elektronów oddanych w utlenianiu musi być równa liczbie pobranych w redukcji, więc obie połówki zwykle trzeba pomnożyć — każdą przez inny współczynnik. Najmniejsza wspólna wielokrotność liczb elektronów podaje te współczynniki wprost.
Na koniec zostaje sprawdzenie, które zajmuje chwilę, a wyłapuje większość błędów: policzyć atomy każdego pierwiastka po obu stronach i zsumować ładunki po obu stronach. Jeżeli zgadzają się atomy, a nie zgadza się ładunek, błąd jest prawie zawsze w liczbie elektronów albo w jonach dodanych dla uzgodnienia wodoru.
Bilans jonowo-elektronowy krok po kroku
Ustal stopnie utlenienia i wskaż, co się zmienia
Przejdź po pierwiastkach i porównaj stopnie utlenienia po obu stronach. Pierwiastek, którego stopień rośnie, jest utleniany; ten, którego maleje — redukowany. Reszta jonów nie bierze udziału w wymianie elektronów i wraca dopiero w równaniu cząsteczkowym.
Rozpisz dwie reakcje połówkowe
Zapisz osobno przemianę formy utlenianej i osobno formy redukowanej, w postaci jonowej — czyli tak, jak te cząstki realnie istnieją w roztworze. Na tym etapie nie dobieraj jeszcze niczego poza atomem pierwiastka zmieniającego stopień utlenienia.
Uzgodnij atomy pierwiastka głównego
Jeżeli po jednej stronie stoi jeden atom, a po drugiej dwa — wyrównaj to współczynnikiem, zanim zaczniesz dokładać wodę. Pominięcie tego kroku jest źródłem większości błędów w dalszej części.
Uzupełnij tlen wodą, a wodór jonami zgodnie ze środowiskiem
W środowisku kwaśnym: dolej tyle cząsteczek wody, ile brakuje atomów tlenu, a po przeciwnej stronie tyle jonów wodorowych, ile potrzeba do wyrównania wodoru. W środowisku zasadowym: użyj jonów wodorotlenowych po stronie ubogiej w tlen i wody po przeciwnej.
Wyrównaj ładunek elektronami
Policz sumę ładunków po obu stronach każdej połówki i dopisz elektrony po tej stronie, która jest bardziej dodatnia. W utlenianiu elektrony wyjdą po stronie produktów, w redukcji po stronie substratów — odwrotny wynik znaczy, że połówki są zamienione miejscami.
Zrównaj liczbę elektronów i dodaj połówki stronami
Pomnóż każdą połówkę przez taki współczynnik, żeby liczby elektronów były równe; najmniejsza wspólna wielokrotność podaje je od ręki. Dodaj równania stronami i skróć to, co występuje po obu stronach: elektrony w całości, wodę i jony częściowo.
Sprawdź atomy i ładunek
Policz każdy pierwiastek po obu stronach, a potem zsumuj ładunki po obu stronach. Zgodne atomy przy niezgodnym ładunku wskazują błąd w elektronach albo w jonach dodanych przy uzgadnianiu wodoru — nie szukaj gdzie indziej.
Gdzie najczęściej ginie punkt
- Bilans przeprowadzony na wzorach cząsteczkowych zamiast na jonach. Metoda jonowo-elektronowa wymaga zapisu jonowego — inaczej ładunek nie ma czego bilansować.
- Uzupełnianie tlenu jonami wodorotlenowymi w środowisku kwaśnym. Środowisko rozstrzyga o tym, czym wolno uzupełniać, i wynika z treści polecenia, nie z wygody.
- Elektrony dopisane po obu stronach równania sumarycznego. Po dodaniu połówek elektrony muszą się skrócić w całości — ich obecność w wyniku znaczy, że współczynniki były źle dobrane.
- Poprawnie uzgodnione równanie połówkowe bez wskazania, który proces jest utlenianiem, a który redukcją, gdy polecenie o to pytało.