Jonowe skrócone równania połówkowe:

• procesu redukcji:

$\stackrel{\mathrm{VII}}{\mathrm{Mn}}\mathrm{O}{}_4{}^{-}+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}+3\mathrm{e}{}^{-}\to \stackrel{\mathrm{IV}}{\mathrm{Mn}}\mathrm{O}{}_2\downarrow +4\mathrm{OH}{}^{-}|\cdot 2$

• procesu utleniania:

$\stackrel{\mathrm{III}}{\mathrm{N}}\mathrm{O}{}_2{}^{-}+2\mathrm{OH}{}^{-}\to \stackrel{\mathrm{V}}{\mathrm{N}}\mathrm{O}{}_3{}^{-}+2\mathrm{e}{}^{-}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}|\cdot 3$

Zbilansowane równanie reakcji:

$2\mathrm{MnO}{}_4{}^{-}+3\mathrm{NO}{}_2{}^{-}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\to 2\mathrm{MnO}{}_2\downarrow +3\mathrm{NO}{}_3{}^{-}+2\mathrm{OH}{}^{-}$

 

---

Wyjaśnienie:

Aby przeprowadzić redukcję manganu z jonów MnO₄^- (+VII stopień utlenienia) do MnO₂ (+IV), konieczny jest reduktor - substancja zawierająca atomy zdolne do utleniania się (zwiększenia swojego stopnia utlenienia). Ponieważ w reakcji uczestniczą tylko dwie drobiny manganu, reduktorem nie może być kation Mn²⁺ – musi to być zatem NO₂^-, który utlenia się do NO₃^-. Zmiana pH z obojętnego na zasadowy wskazuje, że do bilansu należy użyć układu OH^-/H₂O. Na podstawie tych obserwacji otrzymujemy niezbilansowane równanie reakcji:

$\stackrel{\mathrm{VII}}{\mathrm{Mn}}\mathrm{O}{}_4{}^{-}+\stackrel{\mathrm{III}}{\mathrm{N}}\mathrm{O}{}_2{}^{-}\to \stackrel{\mathrm{IV}}{\mathrm{Mn}}\mathrm{O}{}_2\downarrow +\stackrel{\mathrm{V}}{\mathrm{N}}\mathrm{O}{}_3{}^{-}$

które rozpisujemy na równania połówkowe z uwzględnieniem ilości wymienianych elektronów:

- proces redukcji:

$\stackrel{\mathrm{VII}}{\mathrm{Mn}}\mathrm{O}{}_4{}^{-}+3\mathrm{e}{}^{-}\to \stackrel{\mathrm{IV}}{\mathrm{Mn}}\mathrm{O}{}_2\downarrow$

-  proces utleniania:

$\stackrel{\mathrm{III}}{\mathrm{N}}\mathrm{O}{}_2{}^{-}\to \stackrel{\mathrm{V}}{\mathrm{N}}\mathrm{O}{}_3{}^{-}+2\mathrm{e}{}^{-}$ 

Po zbilansowaniu ich układem OH^-/H₂O otrzymujemy jonowe skrócone równania połówkowe redukcji i utleniania. Z nich tworzymy zbilansowane równanie reakcji.

Poniżej przypominamy podstawowe wiadomości dotyczące określania stopni utlenienia pierwiastków oraz bilansowania równań reakcji redox:

Reguły dotyczące stopni utlenienia:

1. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w obojętnym związku jest równa 0.
2. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w jonie jest równa ładunkowi tego jonu.
3. Tlen w związkach przyjmuje zwykle -II stopień utlenienia (w H₂O₂ -I, a w OF₂ +II).
4. Wodór w związkach przyjmuje zwykle +I stopień utlenienia (w wodorkach metali -I).
5. Metale w związkach przyjmują dodatnie stopnie utlenienia równe ich wartościowości.
6. Pierwiastki w stanie wolnym mają stopień utlenienia równy 0.

Utleniacz to substrat, którego pierwiastek/jeden z pierwiastków obniża stopień utlenienia.

Reduktor to substrat, którego pierwiastek/jeden z pierwiastków zwiększa stopień utlenienia.

Utlenianie - proces w którym bierze udział reduktor, dochodzi w nim do zwiększenia stopnia utlenienia.

Redukcja - proces w którym bierze udział utleniacz, dochodzi w nim do obniżenia stopnia utlenienia.

Aby zapisać zbilansowane równania procesów utleniania i redukcji postępujemy zgodnie z poniższym schematem:

1. Ustalamy stopnie utlenienia wszystkich atomów.

2. Sprawdzamy, które pierwiastki zmieniły swój stopień utlenienia

3. Pierwiastek obniża stopień utlenienia przyjmując elektrony, a zwiększa stopień utlenienia oddając elektrony. Dopisujemy odpowiednią ilość elektronów po lewej stronie w procesie redukcji, a po prawej stronie w procesie utlenienia

4. Uzgadniamy ładunki po lewej i po prawej stronie dopisując jony H₃O⁺ /H⁺ lub jony OH^-, To jakich jonów możemy użyć zależy od środowiska:
   - środowisko kwaśne => H₃O⁺/H⁺
   - środowisko obojętne => H₃O⁺/H⁺ lub OH^- (staramy się użyć takiego jonu, aby po lewej stronie dopisać H₂O)
   - środowisko zasadowe => OH^-

5. Sprawdzamy czy ilości atomów są takie same po lewej i po prawej stronie. Jeśli nie zgadza się ilość atomów tlenu i wodoru dopisujemy cząsteczki wody w odpowiedniej ilości po lewej lub prawej stronie.

6. Jeżeli ilości elektronów biorących udział w utlenianiu i redukcji są różne, to mnożymy równania przez odpowiednie liczby, tak aby ilość elektronów w utlenianiu i redukcji była identyczna.
   
   
7. Dodajemy stronami równanie utleniania i redukcji, a następnie porządkujemy substancje, tak aby znajdowały się po odpowiedniej stronie równania.

Poniżej zamieszczamy tabelę, z przypomnieniem efektów reakcji redukcji jonów manganianowych(VII) w różnych środowiskach reakcji:

Produkty redukcji fioletowych jonów manganianowych(VII) MnO4- w różnych odczynach roztworów:
pH roztworu	powstający jon/związek manganu	stopień utlenienia manganu	roztwór	osad
Zasadowe	MnO42-	+VI	zielony (niebieskozielony)	brak  (klarowny roztwór)
Obojętne	MnO2	+IV	bezbarwny (jasnożółty)	brunatny osad
Kwasowe	Mn2+	+II	bladoróżowy (bezbarwny)	brak (klarowny roztwór)