ההבדל העיקרי בין שיטת האלקטרונים של יונים לשיטת מספר החמצון הוא שבשיטת האלקטרונים היונים, התגובה מאוזנת בהתאם למטען של יונים ואילו, בשיטת מספר החמצון, התגובה מאוזנת בהתאם לשינוי ב מספרי חמצון של חומרים מחמצנים ומפחיתים.
הן שיטת האלקטרונים היונים והן שיטת מספר החמצון חשובות באיזון משוואות כימיות. משוואה כימית מאוזנת ניתנת עבור תגובה כימית מסוימת והיא עוזרת לנו לקבוע כמה מהמגיב הגיב כדי לתת כמות מסוימת של התוצר, או את כמות המגיבים הנדרשת כדי לקבל כמות רצויה של המוצר.
מהי שיטת יון אלקטרונים?
שיטת האלקטרון יון היא טכניקה אנליטית שאנו יכולים להשתמש בה כדי לקבוע את הקשר הסטוכיומטרי בין מגיבים למוצרים, באמצעות חצי תגובות יוניות. בהינתן המשוואה הכימית לתגובה כימית מסוימת, נוכל לקבוע את שתי חצי התגובות של התגובה הכימית ולאזן את מספר האלקטרונים והיונים בכל חצי תגובה כדי לקבל משוואות מאוזנות לחלוטין.
איור 01: תגובות כימיות
הבה נבחן דוגמה כדי להבין את השיטה הזו.
התגובה בין יון פרמנגנט ליון ברזל היא כדלקמן:
MnO4– + Fe2+ ⟶ Mn2 + + Fe3+ + 4H2O
שתי חצי התגובות הן ההמרה של יון פרמנגנט ליון מנגן(II) ויון ברזל ליון ברזל. הצורות היוניות של שתי חצי תגובות אלו הן כדלקמן:
MnO4– ⟶ Mn2+
Fe2+ ⟶ Fe3+
לאחר מכן, עלינו לאזן את מספר אטומי החמצן בכל חצי תגובה. בתגובה למחצה שבה ברזל הופך ליון ברזל, אין אטומי חמצן. לכן, עלינו לאזן את החמצן בחצי התגובה השנייה.
MnO4– ⟶ Mn2+ + 4O2 -
ארבעת אטומי החמצן הללו מגיעים ממולקולת המים (לא חמצן מולקולרי כי אין ייצור גז בתגובה זו). אז חצי התגובה הנכונה היא:
MnO4– ⟶ Mn2+ + 4H2 O
במשוואה שלמעלה, אין אטומי מימן בצד שמאל, אבל יש שמונה אטומי מימן בצד ימין, ולכן עלינו להוסיף שמונה אטומי מימן (בצורת יוני מימן) לצד שמאל צד.
MnO4– + 8H+ ⟶ Mn2+ + 4H2O
במשוואה לעיל, המטען היוני של הצד השמאלי אינו שווה לצד הימני. לכן, אנו יכולים להוסיף אלקטרונים לאחד משני הצדדים כדי לאזן את המטען היוני. המטען בצד שמאל הוא +7 ובצד ימין הוא +2. כאן, עלינו להוסיף חמישה אלקטרונים לצד השמאלי. ואז חצי התגובה היא, MnO4– + 8H+ + 5e– ⟶ Mn2+ + 4H2O
בעת איזון חצי תגובת ההמרה של ברזל ליון ברזל, המטען היוני הופך מ-+2 ל-+3; כאן עלינו להוסיף אלקטרון אחד לצד ימין באופן הבא כדי לאזן את המטען היוני.
Fe2+ ⟶ Fe3+ + e–
לאחר מכן, נוכל להוסיף שתי משוואות יחד על ידי איזון מספר האלקטרונים. עלינו להכפיל את תגובת חצי התגובה עם ההמרה של ברזל לברזל ב-5 כדי לקבל חמישה אלקטרונים, ולאחר מכן על ידי הוספת משוואת חצי התגובה המתוקנת לחצי התגובה עם ההמרה של פרמנגנט ליון מנגן(II), החמישה. אלקטרונים בכל צד מתבטלים.התגובה הבאה היא תוצאה של תוספת זו.
MnO4– + 8H+ + 5Fe2+ + 5e– ⟶ Mn2+ + 4H2O + 5Fe 3+ + 5e–
MnO4– + 8H+ + 5Fe2+ ⟶ Mn2+ + 4H2O + 5Fe3+
מהי שיטת מספר החמצון?
שיטת מספר חמצון היא טכניקה אנליטית שאנו יכולים להשתמש בה כדי לקבוע את הקשר הסטוכיומטרי בין מגיבים למוצרים, תוך שימוש בשינוי בחמצון של יסודות כימיים כאשר התגובה עוברת ממגיבים למוצרים. בתגובת חיזור, קיימות שתי חצי תגובות: תגובת חמצון ותגובת הפחתה. עבור אותה דוגמה כמו לעיל, התגובה בין פרמנגנט ליוני ברזל, תגובת חמצון היא המרה של ברזל ליון ברזל בעוד שתגובת הפחתה היא המרה של יון פרמנגנט ליון מנגן (II).
חמצון: Fe2+ ⟶ Fe3+
הפחתה: MnO4– ⟶ Mn2+
בעת איזון תגובה מסוג זה, ראשית עלינו לקבוע את השינוי במצבי החמצון של יסודות כימיים. בתגובת החמצון, +2 של יון ברזל הופך ל-+3 יון ברזל. בתגובת ההפחתה, +7 של מנגן הופך ל-+2. לכן, נוכל לאזן את מצבי החמצון של אלה על ידי הכפלת חצי התגובה עם מידת התוספת/הקטנה של מצב החמצון בחצי התגובה השנייה. בדוגמה שלמעלה, השינוי במצב החמצון לתגובת החמצון הוא 1 ושינוי במצב החמצון לתגובת ההפחתה הוא 5. לאחר מכן, עלינו להכפיל את תגובת החמצון ב-5 ואת תגובת ההפחתה ב-1.
5Fe2+ ⟶ 5Fe3+
MnO4– ⟶ Mn2+
לאחר מכן, נוכל להוסיף את שתי חצי התגובות האלה כדי לקבל את התגובה השלמה ואז נוכל לאזן את היסודות האחרים (אטומי חמצן) באמצעות מולקולות מים ויוני מימן כדי לאזן את המטען היוני בשני הצדדים.
MnO4– + 8H+ + 5Fe2+ ⟶ Mn2+ + 4H2O + 5Fe3+
מה ההבדל בין שיטת יון אלקטרוני לשיטת מספר חמצון?
שיטת האלקטרון יון ושיטת מספר החמצון חשובות באיזון משוואות כימיות. ההבדל העיקרי בין שיטת אלקטרון יונים לשיטת מספר חמצון הוא שבשיטת האלקטרונים היונים, התגובה מאוזנת בהתאם למטען של יונים ואילו בשיטת מספר החמצון, התגובה מאוזנת בהתאם לשינוי במספרי החמצון של מחמצנים ומפחיתים.
להלן אינפוגרפיקה מסכמת את ההבדל בין שיטת האלקטרונים היונים לשיטת מספר החמצון.
סיכום – שיטת יון אלקטרון לעומת שיטת מספר חמצון
ההבדל העיקרי בין שיטת האלקטרונים של יונים לשיטת מספר החמצון הוא שבשיטת האלקטרונים היונים, התגובה מאוזנת בהתאם למטען של יונים ואילו בשיטת מספר החמצון, התגובה מאוזנת בהתאם לשינוי בחמצון מספרים של חומרים מחמצנים ומפחיתים.
