موازنه واکنش و محاسبه الکترون مبادله‌شده

راهنمایی کوتاه: ابتدا معادله را موازنه می‌کنیم، سپس تعداد الکترون‌های مبادله‌شده را محاسبه می‌کنیم.

گام‌به‌گام:

• ۱) معادله داده‌شده را می‌نویسیم: $H{3}_{}P{O}_4+NO\to P_4+HN{O}_3+H_{2}O$
• ۲) اعداد اکسایش را تعیین می‌کنیم:
  در $H{3}_{}P{O}_4$: P عدد اکسایش +۵ دارد.
  در $NO$: N عدد اکسایش +۲ دارد.
  در $P_4$: P عدد اکسایش ۰ دارد (عنصر آزاد).
  در $HN{O}_3$: N عدد اکسایش +۵ دارد.
• ۳) تغییرات عدد اکسایش را محاسبه می‌کنیم:
  فسفر (P): از +۵ به ۰ می‌رود، پس ۵ الکترون می‌گیرد (کاهش).
  نیتروژن (N): از +۲ به +۵ می‌رود، پس ۳ الکترون از دست می‌دهد (اکسایش).
• ۴) ضرایب استوکیومتری را با توجه به الکترون‌ها پیدا می‌کنیم:
  برای برابر کردن الکترون‌های مبادله‌شده، ضرایب را طوری انتخاب می‌کنیم که تعداد الکترون‌های از دست‌رفته و گرفته‌شده برابر شود.
  کوچکترین مضرب مشترک ۳ و ۵ برابر ۱۵ است.
  بنابراین: N باید ۵ الکترون از دست بدهد (۵ × ۳ الکترون) و P باید ۳ الکترون بگیرد (۳ × ۵ الکترون).
• ۵) معادله موازنه‌شده را می‌نویسیم:
  $5H{3}_{}P{O}_4+8NO\to 3P_4+8HN{O}_3+4H_{2}O$
• ۶) تعداد کل الکترون‌های مبادله‌شده را محاسبه می‌کنیم:
  از آنجایی که در معادله موازنه‌شده، ۸ مولکول NO داریم و هر کدام ۳ الکترون از دست می‌دهند، پس تعداد کل الکترون‌های مبادله‌شده برابر است با:
  $8\times 3=24$ الکترون.

پاسخ نهایی: در این واکنش ۲۴ مول الکترون بین اکسنده و کاهنده مبادله می‌شود.

مثال مشابه: در واکنش $Zn+C{u}_{}{\left(N{O}_3\right)}^2\to Zn{\left(N{O}_3\right)}^2+Cu$، روی ۲ الکترون از دست می‌دهد و مس ۲ الکترون می‌گیرد، بنابراین ۲ مول الکترون مبادله می‌شود.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: می‌توانی روش نیم‌واکنش (روش یون-الکترون) را برای موازنه واکنش‌های اکسایش-کاهش در محیط اسیدی یا بازی تمرین کنی.

راهنمایی کوتاه: ابتدا واکنش را موازنه می‌کنیم، سپس تغییر عدد اکسایش را بررسی کرده و تعداد الکترون‌های مبادله‌شده را محاسبه می‌کنیم.

گام‌به‌گام:

• ۱) واکنش داده‌شده را بازنویسی می‌کنیم:
  H₃PO₄ + NO → 3P₄ + HNO₃ + 8H₂O
  این واکنش هنوز موازنه نشده است.
• ۲) ابتدا اتم‌های فسفر (P) را موازنه می‌کنیم. در سمت راست ۱۲ اتم P داریم (۳ × ۴). پس باید در سمت چپ ۱۲ مولکول H₃PO₄ داشته باشیم:
  ۱۲H₃PO₄ + NO → 3P₄ + HNO₃ + 8H₂O
• ۳) اتم‌های اکسیژن (O) را بررسی می‌کنیم. سمت چپ: ۴۸ اتم O از H₃PO₄ + ۱ اتم O از NO = ۴۹ اتم O.
  سمت راست: ۳ اتم O از HNO₃ + ۸ اتم O از H₂O = ۱۱ اتم O.
  این اختلاف نشان می‌دهد موازنه کامل نیست و احتمالاً ضرایب دیگری نیاز است.
• ۴) با توجه به اینکه در سمت راست P₄ (فسفر خنثی) داریم، این یک واکنش اکسایش-کاهش است. عدد اکسایش P در H₃PO₄ برابر +۵ است و در P₄ برابر ۰. بنابراین هر اتم P ۵ الکترون می‌گیرد (کاهش می‌یابد).
• ۵) عدد اکسایش N در NO برابر +۲ و در HNO₃ برابر +۵ است. بنابراین هر اتم N ۳ الکترون از دست می‌دهد (اکسایش می‌یابد).
• ۶) برای موازنه الکترون‌ها: کاهش ۵ الکترون به ازای هر اتم P، و اکسایش ۳ الکترون به ازای هر اتم N. کوچک‌ترین مضرب مشترک ۵ و ۳ برابر ۱۵ است. بنابراین به ۳ اتم N (دهنده الکترون) و ۵ اتم P (گیرنده الکترون) نیاز داریم. اما در واکنش اصلی، ۱۲ اتم P داریم. پس ضرایب را بر این اساس تنظیم می‌کنیم.
• ۷) واکنش موازنه‌شده صحیح به این صورت است:
  ۱۲H₃PO₄ + ۱۰NO → 3P₄ + ۱۰HNO₃ + ۸H₂O
  (توجه: در این موازنه، ۱۲ اتم P در چپ و ۱۲ اتم در راست، و ۱۰ اتم N در چپ و ۱۰ اتم در راست داریم.)
• ۸) محاسبه الکترون‌های مبادله‌شده: هر اتم N در NO (عدد اکسایش +۲) به HNO₃ (عدد اکسایش +۵) تبدیل می‌شود و ۳ الکترون از دست می‌دهد. با ۱۰ مولکول NO، در مجموع ۱۰ × ۳ = ۳۰ الکترون مبادله می‌شود.

پاسخ نهایی: در این واکنش ۳۰ مول الکترون بین اکسنده و کاهنده مبادله می‌شود.

مثال مشابه: در واکنش Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O، پس از موازنه، می‌توان تغییر عدد اکسایش مس و نیتروژن را محاسبه و الکترون‌های مبادله‌شده را یافت.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: تمرین کن که واکنش‌های اکسایش-کاهش دیگر را موازنه کنی و همیشه تغییر عدد اکسایش هر عنصر را در دو طرف بنویسی. این کار به درک بهتر مبادله الکترون کمک می‌کند.