Η βασική διαφορά μεταξύ της μεθόδου ηλεκτρονίων ιόντων και της μεθόδου αριθμού οξείδωσης είναι ότι, στη μέθοδο ηλεκτρονίων ιόντων, η αντίδραση εξισορροπείται ανάλογα με το φορτίο των ιόντων ενώ, στη μέθοδο του αριθμού οξείδωσης, η αντίδραση εξισορροπείται ανάλογα με την αλλαγή αριθμοί οξείδωσης οξειδωτικών και αναγωγικών.
Τόσο η μέθοδος ηλεκτρονίων ιόντων όσο και η μέθοδος αριθμού οξείδωσης είναι σημαντικές για την εξισορρόπηση χημικών εξισώσεων. Δίνεται μια ισορροπημένη χημική εξίσωση για μια συγκεκριμένη χημική αντίδραση και μας βοηθά να προσδιορίσουμε πόσο από το αντιδρόν αντέδρασε για να δώσει μια συγκεκριμένη ποσότητα του προϊόντος ή την ποσότητα των αντιδρώντων που απαιτείται για να ληφθεί μια επιθυμητή ποσότητα του προϊόντος.
Τι είναι η μέθοδος ηλεκτρονίων ιόντων;
Η μέθοδος ηλεκτρονίων ιόντων είναι μια αναλυτική τεχνική που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να προσδιορίσουμε τη στοιχειομετρική σχέση μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων, χρησιμοποιώντας ιοντικές ημι-αντιδράσεις. Δεδομένης της χημικής εξίσωσης για μια συγκεκριμένη χημική αντίδραση, μπορούμε να προσδιορίσουμε τις δύο ημι-αντιδράσεις της χημικής αντίδρασης και να εξισορροπήσουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων και ιόντων σε κάθε μισή αντίδραση για να λάβουμε πλήρως ισορροπημένες εξισώσεις.
Εικόνα 01: Χημικές αντιδράσεις
Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα για να κατανοήσουμε αυτήν τη μέθοδο.
Η αντίδραση μεταξύ υπερμαγγανικού ιόντος και ιόντος σιδήρου είναι η εξής:
MnO4– + Fe2+ ⟶ Mn2 + + Fe3+ + 4H2O
Οι δύο ημι-αντιδράσεις είναι η μετατροπή του υπερμαγγανικού ιόντος σε ιόν μαγγανίου (II) και του ιόντος σιδήρου σε ιόν σιδήρου. Οι ιοντικές μορφές αυτών των δύο ημι-αντιδράσεων είναι οι εξής:
MnO4– ⟶ Mn2+
Fe2+ ⟶ Fe3+
Στη συνέχεια, πρέπει να εξισορροπήσουμε τον αριθμό των ατόμων οξυγόνου σε κάθε ημιαντίδραση. Στην ημιαντίδραση όπου ο σίδηρος μετατρέπεται σε ιόν σιδήρου, δεν υπάρχουν άτομα οξυγόνου. Επομένως, πρέπει να ισορροπήσουμε το οξυγόνο στην άλλη μισή αντίδραση.
MnO4– ⟶ Mn2+ + 4O2 -
Αυτά τα τέσσερα άτομα οξυγόνου προέρχονται από το μόριο του νερού (όχι μοριακό οξυγόνο επειδή δεν υπάρχει παραγωγή αερίου σε αυτήν την αντίδραση). Τότε η σωστή ημιαντίδραση είναι:
MnO4– ⟶ Mn2+ + 4H2 O
Στην παραπάνω εξίσωση, δεν υπάρχουν άτομα υδρογόνου στην αριστερή πλευρά, αλλά υπάρχουν οκτώ άτομα υδρογόνου στη δεξιά πλευρά, επομένως πρέπει να προσθέσουμε οκτώ άτομα υδρογόνου (με τη μορφή ιόντων υδρογόνου) στα αριστερά πλευρά.
MnO4– + 8H+ ⟶ Mn2+ + 4H2O
Στην παραπάνω εξίσωση, το ιοντικό φορτίο της αριστερής πλευράς δεν είναι ίσο με τη δεξιά πλευρά. Επομένως, μπορούμε να προσθέσουμε ηλεκτρόνια σε μία από τις δύο πλευρές για να εξισορροπήσουμε το ιοντικό φορτίο. Η φόρτιση στην αριστερή πλευρά είναι +7 και στη δεξιά είναι +2. Εδώ, πρέπει να προσθέσουμε πέντε ηλεκτρόνια στην αριστερή πλευρά. Τότε η μισή αντίδραση είναι, MnO4– + 8H+ + 5e– ⟶ Mn2+ + 4H2O
Όταν εξισορροπείται η ημιαντίδραση της μετατροπής του σιδήρου σε ιόν σιδήρου, το ιοντικό φορτίο μετατρέπεται από +2 σε +3. Εδώ πρέπει να προσθέσουμε ένα ηλεκτρόνιο στη δεξιά πλευρά ως εξής για να εξισορροπήσουμε το ιοντικό φορτίο.
Fe2+ ⟶ Fe3+ + e–
Στη συνέχεια, μπορούμε να προσθέσουμε δύο εξισώσεις μαζί εξισορροπώντας τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Πρέπει να πολλαπλασιάσουμε την μισή αντίδραση με τη μετατροπή του σιδήρου σε σίδηρο επί 5 για να πάρουμε πέντε ηλεκτρόνια και στη συνέχεια προσθέτοντας αυτήν την τροποποιημένη εξίσωση μισής αντίδρασης στη μισή αντίδραση με τη μετατροπή του υπερμαγγανικού σε ιόν μαγγανίου(II), τα πέντε ηλεκτρόνια σε κάθε πλευρά ακυρώνονται. Η ακόλουθη αντίδραση είναι το αποτέλεσμα αυτής της προσθήκης.
MnO4– + 8H+ + 5Fe2+ + 5e– ⟶ Mn2+ + 4H2O + 5Fe 3+ + 5e–
MnO4– + 8H+ + 5Fe2+ ⟶ Mn2+ + 4H2O + 5Fe3+
Τι είναι η μέθοδος αριθμών οξείδωσης;
Η μέθοδος αριθμών οξείδωσης είναι μια αναλυτική τεχνική που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να προσδιορίσουμε τη στοιχειομετρική σχέση μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων, χρησιμοποιώντας την αλλαγή στην οξείδωση των χημικών στοιχείων όταν η αντίδραση μεταβαίνει από αντιδρώντα σε προϊόντα. Σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής, υπάρχουν δύο ημι-αντιδράσεις: αντίδραση οξείδωσης και αντίδραση αναγωγής. Για το ίδιο παράδειγμα όπως παραπάνω, η αντίδραση μεταξύ υπερμαγγανικού και ιόντων σιδήρου, η αντίδραση οξείδωσης είναι η μετατροπή του σιδήρου σε ιόν σιδήρου ενώ η αντίδραση αναγωγής είναι η μετατροπή του υπερμαγγανικού ιόντος σε ιόν μαγγανίου (II).
Οξείδωση: Fe2+ ⟶ Fe3+
Reduction: MnO4– ⟶ Mn2+
Κατά την εξισορρόπηση αυτού του τύπου αντίδρασης, πρώτα πρέπει να προσδιορίσουμε την αλλαγή στις καταστάσεις οξείδωσης των χημικών στοιχείων. Στην αντίδραση οξείδωσης, το +2 ιόντος σιδήρου μετατρέπεται σε +3 ιόν σιδήρου. Στην αντίδραση αναγωγής, το +7 μαγγανίου μετατρέπεται σε +2. Επομένως, μπορούμε να εξισορροπήσουμε τις καταστάσεις οξείδωσης αυτών πολλαπλασιάζοντας τη μισή αντίδραση με τον βαθμό αύξησης/μείωσης της κατάστασης οξείδωσης στην άλλη μισή αντίδραση. Στο παραπάνω παράδειγμα, η αλλαγή στην κατάσταση οξείδωσης για την αντίδραση οξείδωσης είναι 1 και η αλλαγή στην κατάσταση οξείδωσης για την αντίδραση αναγωγής είναι 5. Στη συνέχεια, πρέπει να πολλαπλασιάσουμε την αντίδραση οξείδωσης με 5 και την αντίδραση αναγωγής με 1.
5Fe2+ ⟶ 5Fe3+
MnO4– ⟶ Mn2+
Στη συνέχεια, μπορούμε να προσθέσουμε αυτές τις δύο ημι-αντιδράσεις για να πάρουμε την πλήρη αντίδραση και στη συνέχεια να εξισορροπήσουμε τα άλλα στοιχεία (άτομα οξυγόνου) χρησιμοποιώντας μόρια νερού και ιόντα υδρογόνου για να εξισορροπήσουμε το ιοντικό φορτίο και στις δύο πλευρές.
MnO4– + 8H+ + 5Fe2+ ⟶ Mn2+ + 4H2O + 5Fe3+
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της μεθόδου ηλεκτρονίων ιόντων και της μεθόδου αριθμού οξείδωσης;
Η μέθοδος ηλεκτρονίων ιόντων και η μέθοδος αριθμού οξείδωσης είναι σημαντικές για την εξισορρόπηση χημικών εξισώσεων. Η βασική διαφορά μεταξύ της μεθόδου ηλεκτρονίων ιόντων και της μεθόδου αριθμού οξείδωσης είναι ότι στη μέθοδο ηλεκτρονίων ιόντων, η αντίδραση εξισορροπείται ανάλογα με το φορτίο των ιόντων ενώ, στη μέθοδο αριθμών οξείδωσης, η αντίδραση ισορροπεί ανάλογα με την αλλαγή στον αριθμό οξείδωσης των οξειδωτικών και αναγωγικών.
Το παρακάτω infographic συνοψίζει τη διαφορά μεταξύ της μεθόδου ηλεκτρονίων ιόντων και της μεθόδου αριθμού οξείδωσης.
Σύνοψη – Μέθοδος ηλεκτρονίων ιόντων έναντι μεθόδου αριθμού οξείδωσης
Η βασική διαφορά μεταξύ της μεθόδου ηλεκτρονίων ιόντων και της μεθόδου αριθμού οξείδωσης είναι ότι στη μέθοδο ηλεκτρονίων ιόντων, η αντίδραση εξισορροπείται ανάλογα με το φορτίο των ιόντων ενώ, στη μέθοδο του αριθμού οξείδωσης, η αντίδραση εξισορροπείται ανάλογα με την αλλαγή στην οξείδωση αριθμός οξειδωτικών και αναγωγικών.
