W szkole źle uczą bilansowania reakcji redoks

1. Czy bilansujesz redoksy na podstawie stopni utlenienia ?

Mam nadzieję, że jesteś już co najwyżej ,,mądrym Polakiem po szkodzie” (zadanej w szkole!) i potrafisz już poprawnie bilansować reakcje redoks, używając obiektywnie najlepszej, bo uniwersalnej metody.

Metoda, której uczą zwykle w szkołach (ja też niestety przez to musiałem kiedyś przejść) opiera się na stopniach utlenienia. To znaczy, że najpierw trzeba trzeba je przypisać i wtedy na tej podstawie ustalić ile elektronów trzeba dodać w równaniu połówkowym. I tutaj mamy tą różnicę! W uniwersalnej metodzie bilansowania reakcji redoks, elektrony dodajemy na samym końcu!

Zatem przykładowo dla takiej reakcji, którą mamy za zadanie zbilansować :

 MnO4  +  NO2  +  OH  ⟶ MnO42ー + NO3  + H2O

(redukcja) : MnO4  ⟶ MnO42ー

(utlenianie) : NO2  ⟶ NO3

Teraz trzeba było przypisać stopnie utlenienia do pierwiastków, żeby wiedzieć ile elektronów dodać . Mangan redukuje się ze stopnia utlenienia (+VII) na (+VI), więc dodajemy jeden elektron. Azot utlenia się ze stopnia (+III) do stopnia (+V), więc będziemy dodawać dwa elektrony (po drugiej stronie już).

MnO4  + 1e ⟶ MnO42ー

NO2  ⟶ NO3 + 2e

Ok, teraz pewnie wiele osób zapyta : ,,I co z tego” ? Przecież to jest dobrze, ostatecznie uda się to zbilansować[1]!

Zgadza się, to jakby nie patrzeć jest (szkolna) metoda bilansu, więc ona działa. Problem tylko, że nie zawsze! Są dwa główne przypadki, kiedy tą metodą daleko nie zajdziecie.

2. Ułamkowe elektrony ?

Zapraszam do zbilansowania takiej reakcji :

Fe2SiO4 + H2O ⟶ Fe3O4 + SiO2 + H2

Interesuje nas konkretnie reakcja połówkowa z żelazem, które ze stopnia utlenienia +II w substracie Fe2SiO4 przechodzi w… no właśnie, co?!

Fe2+  ⟶ Fe3O4

No dobra, bez paniki. Tlen ma stopień utlenienia równy (−II), więc mamy łącznie osiem minusów, więc tyle samo musi być plusów (jeśli nie wiesz o co chodzi, to zapraszam na post, w którym przypisujemy stopnie utlenienia). Skoro trzy atomy żelaza mają mieć łącznie ładunek +8, to oznacza, że jeden atom żelaza ma stopień utlenienia równy… +8/3 . No niefajnie! To co z tym w ogóle zrobić? Dodawać w reakcji jakieś ułamkowe elektrony??

A uniwersalna metoda radzi sobie tutaj bez żadnego problemu (zbilansujemy tylko tą jedną reakcję połówkową). Zaczynamy od zbilansowania atomów żelaza, a następnie tlenu dodając cztery cząsteczki wody po lewej stronie :

3Fe2+  + 4H2O ⟶ Fe3O4

Następnie bilansujemy atomy wodoru dodając po prawej stronie 8 jonów H+ :

3 Fe2+  + 4H2O ⟶ Fe3O4 + 8H+

I dopiero teraz bilansujemy ładunek reakcji, dodając 2 elektrony po prawej stronie :

3Fe2+  + 4H2O ⟶ Fe3O4 + 8H+ + 2e

Czyli jak widzimy, obyło się bez żadnych ułamkowych elektronów!

3. Zbyt mała wiedza ?

Czasami jest po prostu tak, że mamy zbyt małą wiedzę o danym związku chemicznym. Weźmy taki tiosiarczan sodu o wzorze Na2S2O3 , który pewnie wydaje Ci się ,,dziwny” , a w rzeczywistości to niezwykle ważny i często pojawiający się reagent, używany w chemii analitycznej do np. miareczkowania jodu.

No dobra, jeśli rozłożyć by ten związek na części pierwsze, to klasycznie sód ma stopień utleniania +I, tlen −II . Czyli mamy sześć minusów od tlenu, dwa plusy od sodu, zatem te dwie siarki muszą dawać łącznie cztery plusy, zatem każda daje dwa plusy. Czyli stopień utlenienia siarki tutaj wynosi +II.

A jak brzmi prawdziwa odpowiedź[2]? Siarka ma tutaj stopień utlenienia +VI oraz −II ! Jak to, możliwe!? Zobacz, że wszystko tutaj gra, bo siarka dalej łącznie daje cztery plusy (6 − 2 = 4). Dwa atomy siarki są kompletnie różne (powiedzielibyśmy ładnie : nierównocenne), co dobrze widać, kiedy zobaczymy wzór elektronowy tej cząsteczki :

Wzór elektronowy związku może dostarczyć nam wskazówki o tym, że dwa takie same atomy mają różne stopnie utlenienia

4. A jeszcze związki organiczne!

Jakby tego było mało, do tego wszystkiego dochodzą jeszcze związki organiczne. Jakie tam czekają na nas problemy?

➦ Po pierwsze, będąc w I czy II klasie nie lubimy związków organicznych nawet dla zasady! Nie było ich jeszcze w szkole, nie wiemy o co tam chodzi, więc automatycznie bilansowanie tego staje się trudniejsze.

➦ Jednak i tak problem z nimi jest poważniejszy! Nie do końca wiadomo, jak przypisywać tam stopnie utlenienia! A używając metody uniwersalnej na wszystko możesz mieć wylane! Redoksy same się rozwiązują, elektrony dodajemy na końcu, nie musimy się martwić żadnymi tam stopniami utlenienia! A my przecież musimy dążyć do tego, żeby było nam łatwiej, a nie trudniej, tu się chyba zgodzimy, co?


[1] Metoda szkolna ma jeszcze przede wszystkim taki minus, że jest obiektywnie trudniejsza. Po pierwsze , uczniowie często nie mogą pojąć koncepcji dodawania (ujemnych) elektronów i często dodają je po złej stronie. Nieprzypadkowo redoksy to temat zmora, który sieje zamęt nawet nie tylko wśród licealistów, ale także studentów!

Często problem sprawia też taka reakcja połówkowa z chromem :

Cr2O72ー + 6e ⟶ 2Cr3+

Czy napisałeś, że dla reakcji z chromem potrzebne są trzy elektrony? To częsty błąd. Najpierw należy zbilansować w tym przypadku atomy chromu, więc przed jonem Cr3+ trzeba dać dwójkę. Jednak o wiele lepiej obrazuje to ten schemat :

Czemu trzeba sześciu elektronów, a nie trzech?

Z perspektywy nauczyciela naprawdę trzeba się więcej nauczyć, aby nauczyć uczniów gorszą metodą.. Ale jednak notorycznie ma to miejsce.

[2] To w rzeczywistości dość śliski temat, bo można znaleźć także informacje dotyczące stopniach utlenienia równych +V oraz − I (źródło).

Leave a Reply

%d bloggers like this: