REDOX संतुलन विधि: कदम, उदाहरण, अभ्यास - रसायन विज्ञान - 2025

रेडोक्स संतुलन विधि एक की अनुमति देता है रेडोक्स प्रतिक्रियाओं, जो अन्यथा सिर में दर्द हो सकता है की रासायनिक समीकरणों में संतुलन है। यहां एक या एक से अधिक प्रजातियां इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान करती हैं; जो उन्हें दान या खो देता है, उसे ऑक्सीकरण प्रजाति कहा जाता है, जबकि वह जो उन्हें स्वीकार करता है या प्राप्त करता है, कम करने वाली प्रजातियां।

इस पद्धति में इन प्रजातियों की ऑक्सीकरण संख्याओं को जानना आवश्यक है, क्योंकि वे यह बताती हैं कि उन्होंने कितने इलेक्ट्रॉन प्राप्त किए हैं या प्रति मोल खो दिया है। इसके लिए धन्यवाद, समीकरणों में इलेक्ट्रॉनों को लिखकर विद्युत आवेशों को संतुलित करना संभव है जैसे कि वे अभिकारक या उत्पाद थे।

उनके संतुलन के दौरान तीन नायक के साथ एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया की सामान्य अर्ध-प्रतिक्रियाएं: एच +, एच 2 ओ और ओएच-। स्रोत: गेब्रियल बोलिवर

ऊपरी छवि दिखाती है कि कैसे प्रभावी रूप से इलेक्ट्रॉनों, ई ^- को प्रतिक्रियाशील के रूप में रखा जाता है जब ऑक्सीकरण प्रजातियां उन्हें प्राप्त करती हैं; और उत्पादों के रूप में जब कम करने वाली प्रजातियां उन्हें खो देती हैं। ध्यान दें कि इस प्रकार के समीकरणों को संतुलित करने के लिए ऑक्सीकरण और ऑक्सीकरण-कमी की संख्याओं की अवधारणाओं को मास्टर करना आवश्यक है।

एच ⁺, एच ₂ ओ और ओएच ^- प्रजातियां, प्रतिक्रिया माध्यम के पीएच पर निर्भर करती हैं, रेडॉक्स संतुलन की अनुमति देती हैं, यही कारण है कि उन्हें अभ्यास में ढूंढना बहुत आम है। यदि माध्यम अम्लीय है, तो हम एच ^{+ का} सहारा लेते हैं; लेकिन अगर इसके विपरीत माध्यम बुनियादी है, तो हम OH ^- संतुलन के लिए उपयोग करते हैं ।

प्रतिक्रिया की प्रकृति स्वयं बताती है कि माध्यम का पीएच क्या होना चाहिए। इसीलिए, हालांकि संतुलन को एक अम्लीय या बुनियादी माध्यम मानकर किया जा सकता है, अंतिम संतुलित समीकरण यह संकेत देगा कि एच ⁺ और ओएच ^- आयन वास्तव में डिस्पेंसेबल हैं या नहीं ।

कदम

- सामान्य

अभिकारकों और उत्पादों के ऑक्सीकरण संख्या की जाँच करें

निम्नलिखित रासायनिक समीकरण मानें:

Cu (s) + AgNO ₃ (aq) → Cu (NO ₃) ₂ + Ag (s)

यह एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया से मेल खाती है, जिसमें अभिकारकों के ऑक्सीकरण संख्या में परिवर्तन होता है:

Cu ⁰ (s) + Ag ⁺ NO ₃ (aq) → Cu ²⁺ (NO ₃) ₂ + Ag (s) ⁰

ऑक्सीकरण और प्रजातियों को कम करने की पहचान करें

ऑक्सीकरण करने वाली प्रजातियां कम करने वाली प्रजातियों को ऑक्सीकरण करके इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करती हैं। इसलिए, इसकी ऑक्सीकरण संख्या कम हो जाती है: यह कम सकारात्मक हो जाता है। इस बीच, कम करने वाली प्रजातियों की ऑक्सीकरण संख्या बढ़ जाती है, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों को खो देता है: यह अधिक सकारात्मक हो जाता है।

इस प्रकार, पिछली प्रतिक्रिया में, तांबा ऑक्सीकरण होता है, क्योंकि यह Cu ⁰ से Cu ²⁺ से गुजरता है; और चांदी कम हो जाती है, क्योंकि यह Ag ⁺ से Ag ^{0 तक जाती है} । कॉपर कम करने वाली प्रजाति है, और ऑक्सीकरण करने वाली प्रजाति की चांदी है।

अर्ध-प्रतिक्रियाओं को लिखें और परमाणुओं और शुल्कों को संतुलित करें

कौन सी प्रजातियां इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करती हैं या खो देती हैं, यह पहचानते हुए कि कमी और ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं दोनों के लिए रेडॉक्स आधी प्रतिक्रियाएँ लिखी जाती हैं:

Cu ⁰ → Cu ²⁺

अग ⁺ → अग ^०

कॉपर दो इलेक्ट्रॉनों को खो देता है, जबकि चांदी एक हासिल करता है। हम इलेक्ट्रॉनों को दोनों अर्ध-प्रतिक्रियाओं में रखते हैं:

Cu ⁰ → Cu ²⁺ + 2e ^-

अग ⁺ + ई ^- → अग ^०

ध्यान दें कि लोड आधी-प्रतिक्रिया दोनों में संतुलित रहता है; लेकिन अगर उन्हें एक साथ जोड़ा जाता है, तो मामले के संरक्षण के कानून का उल्लंघन किया जाएगा: दो अर्ध-प्रतिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉनों की संख्या बराबर होनी चाहिए। इसलिए, दूसरे समीकरण को 2 से गुणा किया जाता है और दो समीकरण जोड़े जाते हैं:

(Cu ⁰ → Cu ²⁺ + 2e ^-) x 1

(अग ⁺ + ई ^- → अग ^०) x २

Cu ⁰ + 2Ag ⁺ + 2e ^- → Cu ²⁺ + 2Ag ⁰ + 2e ^-

इलेक्ट्रॉनों को रद्द करना क्योंकि वे अभिकारकों और उत्पादों के किनारों पर हैं:

Cu ⁰ + 2Ag ⁺ → Cu ²⁺ + 2Ag ⁰

यह वैश्विक आयनिक समीकरण है।

सामान्य समीकरण में आयनिक समीकरण के गुणांक गुणांक

अंत में, पिछले समीकरण से स्टोइकोमेट्रिक गुणांक को पहले समीकरण में स्थानांतरित किया जाता है:

Cu (s) + 2AgNO ₃ (aq) → Cu (NO ₃) ₂ + 2Ag (s)

ध्यान दें कि 2 को AgNO _{3 के} साथ तैनात किया गया था क्योंकि इस नमक में Ag ⁺ जैसा होता है, और Cu (NO ₃) _{2 के} साथ भी ऐसा ही होता है । यदि यह समीकरण अंत में संतुलित नहीं है, तो हम परीक्षण को आगे बढ़ाने के लिए आगे बढ़ते हैं।

पिछले चरणों में प्रस्तावित समीकरण को सीधे परीक्षण और त्रुटि द्वारा संतुलित किया जा सकता था। हालांकि, रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं होती हैं जिन्हें लेने के लिए एक अम्लीय (एच ⁺) या बुनियादी (ओएच ^-) माध्यम की आवश्यकता होती है। जब ऐसा होता है, तो यह संतुलित नहीं माना जा सकता है कि माध्यम तटस्थ है; जैसा कि दिखाया गया है (न तो H ⁺ और न ही OH ^{- जोड़ा गया था})।

दूसरी ओर, यह जानना सुविधाजनक है कि परमाणु, आयन या यौगिक (ज्यादातर ऑक्साइड) जिसमें ऑक्सीकरण संख्या में परिवर्तन होते हैं, आधी प्रतिक्रियाओं में लिखे जाते हैं। यह अभ्यास अनुभाग में हाइलाइट किया जाएगा।

- एसिड माध्यम में संतुलन

जब माध्यम एसिड होता है, तो दो अर्ध-प्रतिक्रियाओं पर रोकना आवश्यक है। इस समय जब संतुलन हम ऑक्सीजन और हाइड्रोजन परमाणुओं, और इलेक्ट्रॉनों को भी अनदेखा करते हैं। इलेक्ट्रॉन अंत में संतुलन बनाएंगे।

फिर, कम ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ प्रतिक्रिया के पक्ष में, हम इसके लिए पानी के अणुओं को जोड़ते हैं। दूसरी तरफ, हम एच ⁺ आयनों के साथ हाइड्रोजन्स को संतुलित करते हैं । और अंत में, हम इलेक्ट्रॉनों को जोड़ते हैं और पहले से उल्लिखित सामान्य चरणों का पालन करके आगे बढ़ते हैं।

- बुनियादी माध्यम में संतुलन

जब माध्यम बुनियादी होता है, तो हम उसी तरह से आगे बढ़ते हैं जैसे कि अम्लीय माध्यम में एक छोटा अंतर होता है: इस बार उस तरफ जहां अधिक ऑक्सीजन होती है, इस अतिरिक्त ऑक्सीजन के बराबर पानी के अणुओं की संख्या स्थित होगी; और दूसरी तरफ, ओह आयनों ^- हाइड्रोजेन के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए।

अंत में, इलेक्ट्रॉनों को संतुलित किया जाता है, दो अर्ध-प्रतिक्रियाएं जोड़ी जाती हैं, और वैश्विक आयनिक समीकरण के गुणांक को सामान्य समीकरण में प्रतिस्थापित किया जाता है।

उदाहरण

निम्नलिखित संतुलित और असंतुलित रेडॉक्स समीकरण इस संतुलन विधि को लागू करने के बाद देखने के लिए कि वे कितने बदलते हैं, उदाहरण के रूप में काम करते हैं:

P ₄ + ClO ^- → PO ₄ ^3- + Cl ^- (असंतुलित)

P ₄ + 10 ClO ^- + 6 H ₂ O → 4 PO ₄ ^3- + 10 Cl ^- + 12 H ⁺ (संतुलित एसिड माध्यम)

P ₄ + 10 ClO ^- + 12 OH ^- → 4 PO ₄ ^3- + 10 Cl ^- + 6 H ₂ O (संतुलित मूल माध्यम)

I ₂ + KNO ₃ → I ^- + KIO ₃ + NO ₃ ^- (असंतुलित)

3I ₂ + KNO ₃ + 3H ₂ O → 5I ^- + KIO ₃ + NO ₃ ^- + 6H ⁺ (संतुलित अम्ल मध्यम)

Cr ₂ O ₂ ^7- + HNO ₂ → Cr ³⁺ + NO ₃ ^- (असंतुलित)

3HNO ₂ + 5H ⁺ + Cr ₂ O ₂ ^7- → 3NO ₃ ^- + 2Cr ³⁺ + 4H ₂ O (संतुलित एसिड माध्यम)

अभ्यास

अभ्यास 1

निम्नलिखित समीकरण को मूल माध्यम में संतुलित करें:

I ₂ + KNO ₃ → I ^- + KIO ₃ + NO ₃ ^-

सामान्य चरण

हम उन प्रजातियों के ऑक्सीकरण संख्या को लिखकर शुरू करते हैं, जिन पर हमें संदेह है कि उनका ऑक्सीकरण हो गया है या कम हो गया है; इस मामले में, आयोडीन परमाणु:

I ₂ ⁰ + KNO ₃ → I ^- + KI ⁵⁺ O ₃ + NO ₃ ^-

ध्यान दें कि आयोडीन ऑक्सीकरण होता है और एक ही समय में कम हो जाता है, इसलिए हम उनके दो संबंधित अर्ध-प्रतिक्रियाओं को लिखने के लिए आगे बढ़ते हैं:

I ₂ → I ^- (कमी, प्रत्येक I ^- 1 इलेक्ट्रॉन की खपत होती है)

I ₂ → IO ₃ ^- (ऑक्सीकरण, प्रत्येक IO _{3 के लिए} ^- 5 इलेक्ट्रॉनों को छोड़ा जाता है)

ऑक्सीकरण अर्ध-प्रतिक्रिया में हम आयनों IO _{3 को} स्थान देते हैं ^- और आयोडीन परमाणु को I ^{5+ के} रूप में नहीं । हम आयोडीन परमाणुओं को संतुलित करते हैं:

I ₂ → 2I ^-

I ₂ → 2IO ₃ ^-

मूल माध्यम में संतुलन

अब हम एक मूल माध्यम में ऑक्सीकरण अर्ध-प्रतिक्रिया को संतुलित करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं, क्योंकि इसमें ऑक्सीजन युक्त प्रजातियां हैं। हम पानी के अणुओं की समान संख्या वाले उत्पाद पक्ष में जोड़ते हैं क्योंकि ऑक्सीजन परमाणु हैं:

I ₂ → 2IO ₃ ^- + 6H ₂ O

और बाईं ओर हम ओह साथ हाइड्रोजन संतुलन ^-:

I ₂ + 12OH ^- → 2IO ₃ ^- + 6H ₂ O

हम नकारात्मक प्रतिक्रियाओं को संतुलित करने के लिए दो अर्ध-अभिक्रियाएँ लिखते हैं और लापता इलेक्ट्रॉनों को जोड़ते हैं:

I ₂ + 2e ^- → 2I ^-

I ₂ + 12OH ^- → 2IO ₃ ^- + 6H ₂ O + 10e ^-

हम दोनों अर्ध-प्रतिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉनों की संख्या को बराबर करते हैं और उन्हें जोड़ते हैं:

(I ₂ + 2e ^- → 2I ^-) x 10

(I ₂ + 12OH ^- → 2IO ₃ ^- + 6H ₂ O + 10e ^-) x 2

12I ₂ + 24 OH ^- + 20e ^- → 20I ^- + 4IO ₃ ^- + 12H ₂ O + 20e ^-

इलेक्ट्रॉनों को रद्द कर देते हैं और हम सभी गुणांक को वैश्विक आयनिक समीकरण को सरल बनाने के लिए चार से विभाजित करते हैं:

(12I ₂ + 24 OH ^- → 20I ^- + 4IO ₃ ^- + 12H ₂ O) x 24

3I ₂ + 6OH ^- → 5I ^- + IO ₃ ^- + 3H ₂ O

और अंत में, हम पहले समीकरण में आयनिक समीकरण के गुणांक को प्रतिस्थापित करते हैं:

3I ₂ + 6OH ^- + KNO ₃ → 5I ^- + KIO ₃ + NO ₃ ^- + 3H ₂ O

समीकरण पहले से ही संतुलित है। उदाहरण 2 में एसिड माध्यम में संतुलन के साथ इस परिणाम की तुलना करें।

व्यायाम २

एक एसिड माध्यम में निम्नलिखित समीकरण को संतुलित करें:

Fe ₂ O ₃ + CO → Fe + CO ₂

सामान्य चरण

हम यह पता लगाने के लिए लोहे और कार्बन के ऑक्सीकरण संख्याओं को देखते हैं कि दोनों में से कौन सा ऑक्सीकरण या कम किया गया है:

Fe ₂ ³⁺ O ₃ + C ²⁺ O → Fe ⁰ + C ⁴⁺ O ₂

लोहे को कम कर दिया गया है, जिससे यह ऑक्सीकरण प्रजाति बन गया है। इस बीच, कार्बन को ऑक्सीकरण किया गया है, जो कम करने वाली प्रजातियों के रूप में व्यवहार करता है। ऑक्सीकरण और संबंधित कमी के लिए अर्ध-प्रतिक्रियाएं हैं:

Fe ₂ ³⁺ O ₃ → Fe ⁰ (प्रत्येक Fe 3 इलेक्ट्रॉनों की खपत में कमी होती है)

CO → सीओ ₂ (ऑक्सीकरण, हर कंपनी के लिए ₂ 2 इलेक्ट्रोन जारी कर रहे हैं)

ध्यान दें कि हम ऑक्साइड लिखते हैं, Fe ₂ O ₃, क्योंकि इसमें Fe ^{3+ होने} के बजाय Fe ^{3+ शामिल है} । हम उन परमाणुओं को संतुलित करते हैं जिन्हें ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है:

Fe ₂ O ₃ → 2Fe

सीओ → सीओ ₂

और हम दोनों अर्ध-प्रतिक्रियाओं में एक एसिड माध्यम में संतुलन को आगे बढ़ाने के लिए आगे बढ़ते हैं, क्योंकि बीच में ऑक्सीजन युक्त प्रजातियां हैं।

एसिड माध्यम में संतुलन

हम ऑक्सीज़न को संतुलित करने के लिए पानी जोड़ते हैं, और फिर हाइड्रोजेंस को संतुलित करने के लिए H ⁺:

Fe ₂ O ₃ → 2Fe + 3H ₂ O

6H ⁺ + Fe ₂ O ₃ → 2Fe + 3H ₂ O

सीओ + एच ₂ ओ → सीओ _२

CO + H ₂ O → CO ₂ + 2H ⁺

अब हम इलेक्ट्रॉनों को अर्ध-प्रतिक्रियाओं में शामिल करके शुल्कों को संतुलित करते हैं:

6H ⁺ + 6e ^- + Fe ₂ O ₃ → 2Fe + 3H ₂ O

CO + H ₂ O → CO ₂ + 2H ⁺ + 2e ^-

हम दोनों अर्ध-प्रतिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉनों की संख्या को बराबर करते हैं और उन्हें जोड़ते हैं:

(6H ⁺ + 6e ^- + Fe ₂ O ₃ → 2Fe + 3H ₂ O) x 2

(CO + H ₂ O → CO ₂ + 2H ⁺ + 2e ^-) x 6

12 H ⁺ + 12e ^- + 2Fe ₂ O ₃ + 6CO + 6H ₂ O → 4Fe + 6H ₂ O + 6CO ₂ + 12H ⁺ + 12e ^-

हम इलेक्ट्रॉनों, H ⁺ आयनों और पानी के अणुओं को रद्द करते हैं:

2Fe ₂ O ₃ + 6CO → 4Fe + 6CO ₂

लेकिन इन गुणांक को समीकरण को सरल बनाने के लिए दो से विभाजित किया जा सकता है:

Fe ₂ O ₃ + 3CO → 2Fe + 3CO ₂

यह सवाल उठता है: क्या इस समीकरण के लिए रेडॉक्स संतुलन आवश्यक था? परीक्षण और त्रुटि से यह बहुत तेज होता। इससे पता चलता है कि यह प्रतिक्रिया माध्यम के पीएच की परवाह किए बिना आगे बढ़ती है।

संदर्भ

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