Окислювально-відновлення або “окислювально-відновні” реакції є однією з основних класифікацій реакцій в хімії. Реакції обов'язково передбачають перенесення електронів від одного виду до іншого. Хіміки називають втрату електронів як окисленням, а посилення електронів - як відновлення. Збалансування хімічного рівняння відноситься до процесу коригування кількості кожного реагенту і продукту таким чином, що сполуки з лівої та правої сторони стрілки реакції - реагенти та продукти відповідно - містять однакову кількість кожного типу атома . Цей процес є наслідком першого закону термодинаміки, який говорить, що матерія не може бути ні створена, ні знищена. Реакції повторного виведення відводять цей процес на крок далі, також врівноважуючи кількість електронів на кожній стороні стрілки, тому що, як і атоми, електрони мають масу і тому керуються першим законом термодинаміки.
Напишіть незбалансоване хімічне рівняння на аркуші паперу та визначте види, які окислюються та зменшуються, досліджуючи заряди на атомах. Наприклад, розглянемо незбалансовану реакцію іона перманганату, MnO4 (-), де (-) являє собою заряд на іон негативного, і оксалатного іона C2O4 (2-) у присутності кислоти, H (+) : MnO4 (-) + C2O4 (2-) + H (+) → Mn (2+) + CO2 + H2O. Кисень майже завжди припускає заряд двох негативних сполук. Таким чином, MnO4 (-), якщо кожен кисень підтримує два негативних заряду, а загальний заряд негативний, то марганець повинен проявляти заряд позитивного семи. Вуглець у C2O4 (2-) аналогічно демонструє позитивний заряд. З боку продукту марганець має заряд позитивних двох, а вуглець - позитивний чотири. Таким чином, у цій реакції марганець знижується, оскільки його заряд зменшується, а вуглець окислюється, оскільки його заряд збільшується.
Напишіть окремі реакції - звані напівреакції - на процеси окислення та відновлення та включайте електрони. Mn (+7) у MnO4 (-) стає Mn (+2), приймаючи п'ять додаткових електронів (7 - 2 = 5). Однак будь-який кисень у MnO4 (-) повинен стати водою, H2O, як побічний продукт, і вода не може утворюватися з атомами водню, H (+). Тому протони H (+) необхідно додати до лівої частини рівняння. Збалансована напівреакція тепер стає MnO4 (-) + 8 H (+) + 5 e → Mn (2+) + 4 H2O, де e являє собою електрон. Напівреакція окислення аналогічно стає C2O4 (2-) - 2e → 2 CO2.
Збалансуйте загальну реакцію, гарантуючи, що кількість електронів у реакціях окислення та відновлення є рівними. Продовжуючи попередній приклад, окислення іона оксалату C2O4 (2-) передбачає лише два електрона, тоді як відновлення марганцю передбачає п’ять. Отже, всю половину реакції марганцю необхідно помножити на два, а всю реакцію оксалату потрібно помножити на п'ять. Це приведе кількість електронів у кожній половині реакції до 10. Дві половини реакцій тепер стають 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 10 e → 2 Mn (2+) + 8 H2O і 5 C2O4 (2 -) - 10 е → 10 СО2.
Отримайте збалансоване загальне рівняння шляхом підсумовування двох врівноважених половин реакцій. Зауважте, що реакція марганцю включає виграш 10 електронів, тоді як оксалатна реакція передбачає втрату 10 електронів. Тому електрони скасовуються. На практиці це означає, що п'ять оксалатних іонів переносять загалом 10 електронів до двох перманганатних іонів. Якщо підсумовувати, загальний збалансований рівняння стає 2 MnO4 (-) + 16 H (+) + 5 C2O4 (2-) → 2 Mn (2+) + 8 H2O + 10 CO2, що являє собою збалансований окислювально-відновний рівняння.