ऑक्सीकरण और अपचयन

रेडॉक्स अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन घनत्व का स्थानांतरण होता है और ऑक्सीकरण अवस्थाएँ बदल सकती हैं। ऑक्सीकरण और अपचयन हमेशा युग्मित प्रक्रियाएँ हैं: जो इलेक्ट्रॉन खोता है, उसके लिए कोई दूसरी प्रजाति उन्हें स्वीकार करती है।

ऑक्सीकरण अवस्था एक लेखांकन साधन

ऑक्सीकरण अवस्था वास्तविक आंशिक आवेश का प्रत्यक्ष माप नहीं है। यह इलेक्ट्रॉनों को नियमबद्ध तरीके से बाँटकर रेडॉक्स परिवर्तन पहचानने का औपचारिक साधन है। मुक्त तत्व में ऑक्सीकरण अवस्था 0 होती है; एक परमाणु आयन में यह आयन के आवेश के बराबर होती है।

तटस्थ अणु में सभी ऑक्सीकरण अवस्थाओं का योग 0 और बहुपरमाणुक आयन में कुल आयनिक आवेश के बराबर होता है। O सामान्यतः −2 और H सामान्यतः +1 होता है, पर पेरॉक्साइड, हाइड्राइड और F वाले यौगिक जैसे अपवाद याद रखने चाहिए।

ऑक्सीकरण और अपचयन साथ होते हैं

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ ऑक्सीकरण है। Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu अपचयन है। दोनों को जोड़ने पर Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu मिलता है और इलेक्ट्रॉन कुल समीकरण से कट जाते हैं। यही इलेक्ट्रॉन संरक्षण संतुलन की केंद्रीय जाँच है।

Zn अपचायक है क्योंकि वह इलेक्ट्रॉन देता है और स्वयं ऑक्सीकृत होता है। Cu²⁺ ऑक्सीकारक है क्योंकि वह इलेक्ट्रॉन स्वीकार करता है और स्वयं अपचयित होता है। नाम क्रिया नहीं बल्कि दूसरी प्रजाति पर प्रभाव बताता है।

अर्ध-अभिक्रिया विधि

अम्लीय माध्यम में पहले O को H₂O से, H को H⁺ से और फिर आवेश को e⁻ से संतुलित करें। दोनों अर्ध-अभिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन संख्या समान करके जोड़ें और समान प्रजातियाँ काटें।

क्षारीय माध्यम में एक सुरक्षित तरीका पहले अम्लीय विधि से संतुलित करना, फिर दोनों ओर पर्याप्त OH⁻ जोड़कर H⁺ को H₂O में बदलना और अतिरिक्त पानी काटना है। अंतिम समीकरण में परमाणु और कुल आवेश दोनों जाँचें।

डिसप्रोपोर्शन और कॉमप्रोपोर्शन

कभी एक ही तत्व एक साथ ऑक्सीकृत और अपचयित हो सकता है; इसे disproportionation कहते हैं। उलटे, दो अलग ऑक्सीकरण अवस्थाएँ मिलकर मध्य अवस्था बनाएँ तो comproportionation होता है। इसलिए केवल 'कौन सा पदार्थ गायब हुआ' देखकर रेडॉक्स तय करना पर्याप्त नहीं।

रेडॉक्स और ऊर्जा

स्वतःस्फूर्त रेडॉक्स अभिक्रिया की ऊष्मागतिक दिशा इलेक्ट्रोकेमिकल विभव और Gibbs ऊर्जा से जुड़ती है: ΔG = −nFE_cell। पर केवल ऑक्सीकरण संख्या बताती है कि इलेक्ट्रॉन लेखांकन कैसे बदलता है; वह अकेले अभिक्रिया की दर या तंत्र नहीं देती।

जाँच और गहराई

रेडॉक्स समीकरण संतुलित दिखने पर भी तीन स्वतंत्र जाँच करें: हर तत्व के परमाणु बराबर हों, कुल विद्युत आवेश दोनों ओर समान हो और अर्ध-अभिक्रियाओं में दिए तथा लिए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या बराबर हो। ऑक्सीकरण अवस्था विधि और अर्ध-अभिक्रिया विधि इन्हीं संरक्षण सिद्धांतों को अलग भाषा में लागू करती हैं। सरल आणविक समीकरणों में पहली तेज़ हो सकती है, जबकि जलीय आयनिक समीकरणों में दूसरी अक्सर अधिक सुरक्षित होती है, विशेषकर जब H₂O, H⁺ और OH⁻ को व्यवस्थित करना पड़े।

अभ्यास

Fe²⁺ से Fe³⁺

Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻

हल: इलेक्ट्रॉन निकला और ऑक्सीकरण अवस्था +2 से +3 हुई: ऑक्सीकरण।

Cl₂ से Cl⁻

Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻

हल: इलेक्ट्रॉन ग्रहण हुआ: अपचयन; Cl₂ ऑक्सीकारक है।

MnO₄⁻ में Mn

O = −2 मानें।

हल: +1 कुल आवेश के बजाय आयन −1 है: Mn + 4(−2)=−1, इसलिए Mn = +7।