Ισοστάθμιση της αντίδρασης αμμωνίας και χλωρίου σε βασικό περιβάλλον

Με μια ματιά

Στη συγκεκριμένη υδατική εφαρμογή με τελικό pH 9 εξισώνεις τη συνολική αύξηση και μείωση των αριθμών οξείδωσης και κρατάς τον μικρότερο θετικό ακέραιο λόγο συντελεστών:

Χαρακτηρίζεις το χλώριο ως οξειδωτικό σώμα, επειδή ανάγεται, και την αμμωνία ως αναγωγικό σώμα, επειδή μέρος του αζώτου της οξειδώνεται.

2Κεντρική ιδέα

Στη συγκεκριμένη υδατική εφαρμογή κρατάς τους δοσμένους τύπους αντιδρώντων και προϊόντων:

Η αμμωνία είναι υδατική, το χλώριο είναι αέριο και το τελικό διάλυμα έχει:

Η συγκεκριμένη εφαρμογή βασίζεται στα δεδομένα των Πανελλαδικών Εξετάσεων Χημείας, Ιούνιος 2025, θέμα Δ1α. Χρησιμοποιείς τη δική σου εξήγηση της ισοστάθμισης. Εφαρμόζεις τη μέθοδο μεταβολής του αριθμού οξείδωσης. Εντοπίζεις το στοιχείο που οξειδώνεται και το στοιχείο που ανάγεται. Επιλέγεις συντελεστές ώστε η συνολική αύξηση των αριθμών οξείδωσης να είναι ίση κατά μέτρο με τη συνολική μείωση. Ολοκληρώνεις την ισοστάθμιση διατηρώντας τα άτομα και κρατάς τον μικρότερο θετικό ακέραιο λόγο συντελεστών. Δεν γενικεύεις αυτή την εφαρμογή σε άλλες αντιδράσεις βασικού περιβάλλοντος.

3Μηχανισμός

Ξεκινάς από τους δοσμένους τύπους:

Υπολογίζεις για το άζωτο της αμμωνίας αριθμό οξείδωσης −3. Κάθε άτομο υδρογόνου έχει +1 και το ουδέτερο μόριο έχει συνολικό άθροισμα 0. Θέτεις αριθμό οξείδωσης 0 για το χλώριο στο χλώριο και για το άζωτο στο άζωτο, επειδή βρίσκονται ως ελεύθερα στοιχεία. Κρατάς −3 για το άζωτο στο χλωριούχο αμμώνιο και υπολογίζεις −1 για το χλώριο.

Επιλέγεις αρχικά 1 μόριο αζώτου. Έτσι, 2 άτομα αζώτου αλλάζουν από −3 σε 0 και βρίσκεις συνολική αύξηση 6. Χρειάζεσαι 6 άτομα χλωρίου που αλλάζουν από 0 σε −1, ώστε να βρεις συνολική μείωση 6. Βάζεις επομένως συντελεστή 3 στο χλώριο και 6 στο χλωριούχο αμμώνιο.

Μετράς 8 άτομα αζώτου στα προϊόντα και βάζεις συντελεστή 8 στην αμμωνία. Ελέγχεις 24 άτομα υδρογόνου σε κάθε πλευρά. Δεν υπάρχει οξυγόνο σε κανένα δοσμένο είδος. Οι συντελεστές 8, 3, 1 και 6 έχουν μέγιστο κοινό διαιρέτη 1, οπότε κρατάς:

Ονομάζεις το χλώριο οξειδωτικό σώμα, επειδή το χλώριο ανάγεται. Ονομάζεις την αμμωνία αναγωγικό σώμα, επειδή μέρος του αζώτου της οξειδώνεται.

4Εντοπισμός των μεταβολών

Για τους δοσμένους τύπους εντοπίζεις τις μεταβολές πριν επιλέξεις συντελεστές:

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Υπολογίζεις −3 για το άζωτο στην

   $$\chem{NH_3}$$

   επειδή κάθε άτομο υδρογόνου έχει +1 και το ουδέτερο μόριο έχει συνολικό άθροισμα 0.

2. Δείξε το βήμα 2

   Θέτεις 0 για το χλώριο στην

   $$\chem{Cl_2}$$

   και για το άζωτο στην

   $$\chem{N_2}$$

   επειδή κάθε τύπος παριστάνει ελεύθερο στοιχείο.

3. Δείξε το βήμα 3

   Κρατάς −3 για το άζωτο στην

   $$\chem{NH_4Cl}$$

   και υπολογίζεις −1 για το χλώριο, επειδή τα 4 άτομα υδρογόνου συνεισφέρουν συνολικά +4 και ο ουδέτερος τύπος έχει συνολικό άθροισμα 0.

4. Δείξε το βήμα 4

   Συγκρίνεις τις τιμές και βρίσκεις οξείδωση του αζώτου από −3 σε 0 και αναγωγή του χλωρίου από 0 σε −1. Έτσι χαρακτηρίζεις την αμμωνία ως αναγωγικό σώμα και το χλώριο ως οξειδωτικό σώμα.

5Ισοστάθμιση και αιτιολόγηση ρόλων

Ξεκινάς από τους ακόλουθους τύπους της υδατικής εφαρμογής με τελικό pH 9. Ισοσταθμίζεις την εξίσωση και αιτιολογείς τους οξειδοαναγωγικούς ρόλους:

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Βάζεις προσωρινά συντελεστή 1 στο άζωτο, οπότε 2 άτομα αζώτου αλλάζουν από −3 σε 0 και δίνουν συνολική αύξηση 6.

2. Δείξε το βήμα 2

   Βάζεις συντελεστή 3 στο χλώριο, ώστε 6 άτομα χλωρίου να αλλάζουν από 0 σε −1 και να δίνουν συνολική μείωση 6.

3. Δείξε το βήμα 3

   Βάζεις συντελεστή 6 στο χλωριούχο αμμώνιο, ώστε να διατηρήσεις τα 6 άτομα χλωρίου.

4. Δείξε το βήμα 4

   Βάζεις συντελεστή 8 στην αμμωνία, επειδή στα προϊόντα μετράς 2 άτομα αζώτου στο άζωτο και 6 στο χλωριούχο αμμώνιο.

5. Δείξε το βήμα 5

   Ελέγχεις το υδρογόνο και βρίσκεις 24 άτομα σε κάθε πλευρά. Ελέγχεις το οξυγόνο και δεν βρίσκεις άτομο οξυγόνου σε κανένα δοσμένο είδος.

6. Δείξε το βήμα 6

   Γράφεις την ισοσταθμισμένη εξίσωση με τον μικρότερο θετικό ακέραιο λόγο συντελεστών:

   $$8\,\chem{NH_3}\state{aq}+3\,\chem{Cl_2}\state{g}\rxn \chem{N_2}+6\,\chem{NH_4Cl}$$
7. Δείξε το βήμα 7

   Χαρακτηρίζεις το χλώριο ως οξειδωτικό σώμα, επειδή το χλώριο ανάγεται, και την αμμωνία ως αναγωγικό σώμα, επειδή μέρος του αζώτου της οξειδώνεται.