イオンエレクトロン法と酸化数法の大きな違いは、イオンエレクトロン法ではイオンの電荷によって反応がバランスするのに対し、酸化数法では酸化剤と還元剤の酸化数の変化で反応がバランスすることです。

イオンエレクトロン法と酸化数法は、化学式のバランスをとるための重要な方法である。ある化学反応について、反応物の中のいくつの反応物が特定の量の生成物を生み出すか、あるいは目的の量の生成物を得るための反応物の量を決定するのに役立つ平衡化学方程式が与えられている。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. イオンエレクトロン法とは 3. 酸化数法とは 4. 横並び比較 - イオンエレクトロン法と酸化数法の表形式 5. まとめ

イオンエレクトロン法は何ですか？

イオン・電子法は、イオンの半反応を利用して反応物と生成物の化学量論的関係を求める分析手法である。ある化学反応の化学式が与えられたとき、その化学反応の2つの半反応を決定し、それぞれの半反応の電子とイオンの数のバランスをとることで、完全に釣り合った式を得ることができる。

図01：化学反応

この考え方を理解するために、例を挙げて考えてみましょう。

過マンガン酸イオンと第一鉄イオンの反応は次の通りです。

MnO4-+Fe2+⟶Mn2++Fe3++4H2O

この2つの半反応は、過マンガン酸イオンがマンガンイオンに、第一鉄イオンが第二鉄イオンに変化するもので、そのイオン形は次の通りである。

MnO4-⟶Mn2+の場合

Fe2+↪Sm27↩Fe3+の場合

その後、それぞれの半反応に含まれる酸素原子の数のバランスをとる必要があります。第一鉄が第二鉄イオンに変化する半反応では、酸素原子が存在しない。したがって、反応のもう一方の半分の酸素をバランスさせなければなりません。

MnO4-⟶Mn2++4O2-。

4個の酸素原子は水分子に由来する（この反応では気体は発生しないので分子状酸素ではない）ので、正しい半反応は

MnO4-⟶Mn2++4H2O

上の式では、左側に水素原子がなく、右側に水素原子が8個あるので、左側に水素原子（水素イオンの形）を8個加えなければならない。

MnO4-+8H+⟶Mn2++4H2O

上の式では、左辺のイオン電荷と右辺のイオン電荷は等しくありません。したがって、どちらかの面に電子を加えて、イオン電荷を釣り合わせればよいのです。左側の電荷は+7、右側の電荷は+2です。 ここでは、左側に5個の電子を追加しています。反応の片割れは

MnO4-+8H++5e-⟶Mn2++4H2O

第一鉄が第二鉄イオンに変わる半反応のバランスをとるとき、イオン電荷は+2から+3に変換されますが、ここでは下図のように右辺に電子を追加して、イオン電荷をバランスさせる必要があります。

Fe2+↪Sm27F6↩Fe3++e-。

その後、電子の数を釣り合わせることで、2つの式を足し合わせることができる。鉄が鉄に変わる半反応を5倍して5個の電子を得、この修正した半反応式を過マンガン酸がマンガン（II）イオンに変わる半反応に加えれば、両側の5個の電子は相殺されるのです。この添加により、次のような反応が起こる。

MnO4-+8H++5Fe2++5e-⟶Mn2++4H2O+5Fe3++5e-

MnO4-+8H++5Fe2+⟶Mn2++4H2O+5Fe3+

酸化数法は何ですか？

酸化数法とは、化学元素が反応物から生成物へと移動する際の酸化変化から、反応物と生成物の化学量論的関係を求める分析手法である。酸化還元反応には、酸化反応と還元反応という2つの半反応があります。上記と同じ例で、過マンガン酸イオンと第一鉄イオンの反応では、酸化反応は第一鉄イオンから第二鉄イオンへの変換、還元反応は過マンガン酸イオンからマンガン（II）イオンへの変換である。

酸化：Fe2+➹Fe3+。

還元：MnO4-⟶Mn2+。

この種の反応のバランスをとる場合、まず化学元素の酸化状態の変化を判断する必要がある。酸化反応では、鉄イオンの+2が鉄イオンの+3に変換される。還元反応ではマンガンの＋7が＋2に変換されるので、この酸化状態の増減を掛け合わせることでバランスをとることができます。上記の例では、酸化反応の酸化状態が 1、還元反応の酸化状態が 5 変化するため、酸化反応に 5 を、還元反応に 1 を乗じる。

5Fe2+⟶5Fe3+.

MnO4-⟶Mn2+の場合

そして、この2つの半反応を足して完全な反応とし、水分子と水素イオンで他の元素（酸素原子）のバランスをとり、両者のイオン電荷を釣り合わせることができるのです。

MnO4-+8H++5Fe2+⟶Mn2++4H2O+5Fe3+

イオンエレクトロン法と酸化数法の違い

イオン・電子法、酸化数法は、化学式のバランスをとるための重要な方法である。イオン・電子法と酸化数法の大きな違いは、イオン・電子法ではイオンの電荷によって反応がバランスするのに対し、酸化数法では酸化剤と還元剤の酸化数の変化によって反応がバランスすることである。

以下のインフォグラフィックは、イオンエレクトロン法と酸化数法の違いをまとめたものです。

概要 - イオンエレクトロン法 vs. 酸化数法

イオン・電子法と酸化数法の大きな違いは、イオン・電子法ではイオンの電荷によって反応がバランスするのに対し、酸化数法では酸化剤と還元剤の酸化数の変化によって反応がバランスすることである。

引用

1 "方程式のバランスをとる"