Στη χημεία, οι όροι οξείδωση και αναγωγή αναφέρονται σε αντιδράσεις στις οποίες ένα άτομο (ή ομάδα ατόμων), διαδοχικά, χάνει ή αποκτά ηλεκτρόνια. Ένας αριθμός οξείδωσης είναι ένας αριθμός που αποδίδεται σε ένα άτομο (ή ομάδα ατόμων) που βοηθά τους χημικούς να παρακολουθούν πόσα ηλεκτρόνια είναι διαθέσιμα για μεταφορά και εάν ένα δεδομένο αντιδραστήριο οξειδώνεται ή μειώνεται σε μια αντίδραση. Η διαδικασία εκχώρησης αριθμών οξείδωσης στα άτομα μπορεί να κυμαίνεται από πολύ εύκολη έως αρκετά περίπλοκη, με βάση το φορτίο στο άτομο και τη χημική σύνθεση των μορίων που αποτελούν το άτομο. Για να γίνουν τα πράγματα πιο περίπλοκα, ορισμένα άτομα έχουν περισσότερους από έναν αριθμούς οξείδωσης. Ευτυχώς, ο προσδιορισμός του αριθμού οξείδωσης γίνεται με κανόνες σαφείς και εύκολο να ακολουθηθούν, αν και η γνώση της βασικής χημείας και άλγεβρας θα διευκολύνει πολύ την εξήγηση αυτών των κανόνων.
Βήμα
Μέθοδος 1 από 2: Προσδιορισμός του αριθμού οξείδωσης με βάση τους χημικούς κανονισμούς
Βήμα 1. Προσδιορίστε εάν οι εν λόγω ουσίες είναι στοιχεία
Τα άτομα των ελεύθερων στοιχείων έχουν πάντα αριθμό οξείδωσης 0. Αυτό ισχύει για άτομα των οποίων η στοιχειώδης μορφή αποτελείται από ένα μόνο άτομο, καθώς και για άτομα των οποίων η στοιχειακή μορφή είναι διατομική ή πολυατομική.
- Για παράδειγμα, και οι δύο Αλ(μικρό) καθώς και ο Cl2 έχουν αριθμό οξείδωσης 0 επειδή είναι μορφές στοιχείων που δεν είναι δεσμευμένα με άλλα στοιχεία.
- Σημειώστε ότι η στοιχειώδης μορφή Sulphur, S8, ή οκταθειούχο, αν και μη φυσιολογικό, έχει επίσης αριθμό οξείδωσης 0.
Βήμα 2. Προσδιορίστε εάν οι εν λόγω ουσίες είναι ιόντα
Τα ιόντα έχουν τον ίδιο αριθμό οξείδωσης με το φορτίο τους. Αυτό ισχύει για τα ιόντα που δεν συνδέονται με άλλα στοιχεία, καθώς και για τα ιόντα που αποτελούν μέρος ιοντικών ενώσεων.
- Για παράδειγμα, το ιόν Cl- έχει αριθμό οξείδωσης -1.
- Το ιόν Cl εξακολουθεί να έχει αριθμό οξείδωσης -1 όταν το Cl είναι μέρος της ένωσης NaCl. Δεδομένου ότι το ιόν Na, εξ ορισμού, έχει φορτίο +1, γνωρίζουμε ότι το ιόν Cl έχει φορτίο -1, οπότε ο αριθμός οξείδωσης παραμένει -1.
Βήμα 3. Αναγνωρίστε ότι τα ιόντα μετάλλων μπορεί να έχουν πολλαπλές καταστάσεις οξείδωσης
Πολλά μεταλλικά στοιχεία έχουν περισσότερες από μία φορτίσεις. Για παράδειγμα, το μέταλλο Iron (Fe) μπορεί να είναι ιόν με φορτίο +2 ή +3. Το φορτίο ενός μεταλλικού ιόντος (και ως εκ τούτου ο αριθμός οξείδωσης του) μπορεί να προσδιοριστεί, είτε από την άποψη των φορτίων των άλλων συστατικών ατόμων της ένωσης, είτε, όταν είναι γραμμένο σε μορφή κειμένου με ρωμαϊκό αριθμητικό συμβολισμό (όπως στην πρόταση, The το ιόν σιδήρου (III) έχει φορτίο + 3.).
Για παράδειγμα, ας εξετάσουμε μια ένωση που περιέχει το μεταλλικό ιόν αργιλίου. Ένωση AlCl3 έχει συνολική φόρτιση 0. Αφού γνωρίζουμε ότι το ιόν Cl- έχει φόρτιση -1 και υπάρχουν 3 ιόντα Cl- στην ένωση, το ιόν Al πρέπει να έχει φορτίο +3 έτσι ώστε το συνολικό φορτίο όλων των ιόντων να είναι 0. Έτσι, ο αριθμός οξείδωσης του Al είναι +3.
Βήμα 4. Εκχωρήστε τον αριθμό οξείδωσης -2 στο οξυγόνο (χωρίς εξαίρεση)
Σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις, το άτομο οξυγόνου έχει αριθμό οξείδωσης -2. Υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα:
- Όταν το οξυγόνο βρίσκεται στη στοιχειώδη μορφή του (Ο2), ο αριθμός οξείδωσης είναι 0, επειδή αυτός είναι ο κανόνας για όλα τα άτομα του στοιχείου.
- Όταν το οξυγόνο είναι μέρος ενός υπεροξειδίου, ο αριθμός οξείδωσης είναι -1. Τα υπεροξείδια είναι μια κατηγορία ενώσεων που περιέχουν απλούς δεσμούς οξυγόνου-οξυγόνου (ή το ανιόν υπεροξειδίου Ο2-2). Για παράδειγμα, στο μόριο Η2Ο2 (υπεροξείδιο του υδρογόνου), το οξυγόνο έχει αριθμό οξείδωσης (και φορτίο) -1. Επίσης, όταν το οξυγόνο είναι μέρος του υπεροξειδίου, ο αριθμός οξείδωσης του είναι -0,5.
- Όταν το οξυγόνο συνδέεται με το φθόριο, ο αριθμός οξείδωσης είναι +2. Ανατρέξτε στους κανονισμούς για το φθόριο παρακάτω για περισσότερες πληροφορίες. Εγώ δεν2φά2), ο αριθμός οξείδωσης είναι +1.
Βήμα 5. Εκχωρήστε τον αριθμό οξείδωσης +1 στο υδρογόνο (χωρίς εξαίρεση)
Όπως και το οξυγόνο, ο αριθμός οξείδωσης του υδρογόνου είναι μια ειδική περίπτωση. Γενικά, το Υδρογόνο έχει αριθμό οξείδωσης +1 (εκτός, όπως παραπάνω, στην στοιχειώδη μορφή του, Η2). Ωστόσο, στην περίπτωση ειδικών ενώσεων που ονομάζονται υδρίδια, το υδρογόνο έχει αριθμό οξείδωσης -1.
Για παράδειγμα, στο Η2Ο, γνωρίζουμε ότι το υδρογόνο έχει αριθμό οξείδωσης +1 επειδή το οξυγόνο έχει φορτίο -2 και πρέπει να χρειαστεί φορτίο 2 +1 για να γίνει το φορτίο της ένωσης μηδενικό. Ωστόσο, στο υδρίδιο του νατρίου, NaH, το υδρογόνο έχει αριθμό οξείδωσης -1 επειδή το φορτίο στο ιόν έχει φορτίο +1 και για το άθροισμα των φορτίων της ένωσης να είναι μηδενικό, το φορτίο υδρογόνου (και συνεπώς αριθμός οξείδωσης) πρέπει να είναι -1.
Βήμα 6. Το φθόριο έχει πάντα αριθμό οξείδωσης -1
Όπως σημειώθηκε παραπάνω, οι αριθμοί οξείδωσης ορισμένων στοιχείων μπορεί να διαφέρουν λόγω διαφόρων παραγόντων (ιόντα μετάλλων, άτομα οξυγόνου σε υπεροξείδια κ.λπ.) Ωστόσο, το Φθόριο, έχει αριθμό οξείδωσης -1, ο οποίος δεν αλλάζει ποτέ. Αυτό συμβαίνει επειδή το φθόριο είναι το πιο ηλεκτροαρνητικό στοιχείο - με άλλα λόγια, είναι το στοιχείο που είναι λιγότερο πιθανό να εγκαταλείψει τα ηλεκτρόνια του και πιθανότατα να καταλάβει άτομα άλλων στοιχείων. Έτσι, η χρέωση δεν αλλάζει.
Βήμα 7. Κάντε τον αριθμό οξείδωσης στην ένωση ίσο με το φορτίο της ένωσης
Οι αριθμοί οξείδωσης όλων των ατόμων σε μια ένωση πρέπει να είναι ίσοι με το φορτίο της ένωσης. Για παράδειγμα, εάν μια ένωση δεν έχει φορτίο, ο αριθμός οξείδωσης κάθε ατόμου πρέπει να αθροίζεται στο μηδέν. εάν η ένωση είναι πολυατομικό ιόν με φορτίο -1, ο αριθμός οξείδωσης πρέπει να αθροίζεται έως -1, κ.λπ.
Αυτός είναι ένας καλός τρόπος για να ελέγξετε την εργασία σας - εάν οι αριθμοί οξείδωσης στην ένωση σας δεν αθροίζουν το φορτίο της σύνθεσής σας, γνωρίζετε ότι έχετε ορίσει έναν ή περισσότερους από τους λάθος αριθμούς οξείδωσης
Μέθοδος 2 από 2: Εκχώρηση αριθμών σε άτομα χωρίς κανόνα αριθμού οξείδωσης
Βήμα 1. Βρείτε τα άτομα χωρίς τον κανόνα του αριθμού οξείδωσης
Ορισμένα άτομα δεν έχουν συγκεκριμένους κανόνες σχετικά με τους αριθμούς οξείδωσης. Εάν το άτομο σας δεν εμφανίζεται στους παραπάνω κανόνες και δεν είστε σίγουροι ποιο είναι το φορτίο του (για παράδειγμα, εάν τα άτομα αποτελούν μέρος μιας μεγαλύτερης ένωσης και επομένως δεν εμφανίζουν τα αντίστοιχα φορτία τους), μπορείτε να βρείτε το άτομο αριθμός οξείδωσης με διαδικασία αποβολής. Πρώτα θα καθορίσετε την κατάσταση οξείδωσης όλων των ατόμων στην ένωση, στη συνέχεια θα λύσετε μόνο τα άγνωστα άτομα με βάση το συνολικό φορτίο της ένωσης.
Για παράδειγμα, στην ένωση Na2ΕΤΣΙ4, το φορτίο του Θείου (S) είναι άγνωστο - το άτομο δεν είναι σε στοιχειώδη μορφή, οπότε ο αριθμός οξείδωσης του δεν είναι 0, αλλά αυτό είναι το μόνο που γνωρίζουμε. Αυτό είναι ένα καλό παράδειγμα αυτού του αλγεβρικού τρόπου προσδιορισμού του αριθμού οξείδωσης.
Βήμα 2. Βρείτε τους γνωστούς αριθμούς οξείδωσης άλλων στοιχείων της ένωσης
Χρησιμοποιώντας τους κανόνες για την εκχώρηση αριθμών οξείδωσης, προσδιορίστε τους αριθμούς οξείδωσης των άλλων ατόμων της ένωσης. Προσέξτε για ειδικές περιπτώσεις όπως O, H κλπ.
Στο Na2ΕΤΣΙ4, γνωρίζουμε ότι, σύμφωνα με τους κανόνες μας, το ιόν Na έχει φορτίο (και έτσι ο αριθμός οξείδωσης) +1 και το άτομο οξυγόνου έχει αριθμό οξείδωσης -2.
Βήμα 3. Πολλαπλασιάστε τον αριθμό των ατόμων με τον αριθμό οξείδωσης τους
Τώρα που γνωρίζουμε τους αριθμούς οξείδωσης όλων των ατόμων μας εκτός από το άγνωστο, πρέπει να λάβουμε υπόψη το γεγονός ότι μερικά από αυτά τα άτομα μπορεί να εμφανιστούν περισσότερες από μία φορές. Πολλαπλασιάστε κάθε αριθμό συντελεστή κάθε ατόμου (γραμμένο σε μικρό από κάτω μετά το χημικό σύμβολο του ατόμου στην ένωση) με τον αριθμό οξείδωσης του.
Στο Na2ΕΤΣΙ4, γνωρίζουμε ότι υπάρχουν 2 άτομα Na και 4 άτομα Ο. Θα πολλαπλασιάσουμε 2 × +1, τον αριθμό οξείδωσης του Na, για να πάρουμε την απάντηση 2, και θα πολλαπλασιάσουμε 4 × -2, τον αριθμό οξείδωσης O, για να πάρουμε η απάντηση -8.
Βήμα 4. Προσθέστε τα αποτελέσματα
Η προσθήκη του γινομένου του πολλαπλασιασμού σας θα σας δώσει τον αριθμό οξείδωσης της ένωσης χωρίς να υπολογίσετε τον άγνωστο αριθμό οξείδωσης του ατόμου σας.
Στο παράδειγμα Να2ΕΤΣΙ4 μας, θα προσθέσουμε 2 επί -8 για να πάρουμε -6.
Βήμα 5. Υπολογίστε τον άγνωστο αριθμό οξείδωσης με βάση το φορτίο της ένωσης
Τώρα, έχετε όλα όσα χρειάζεστε για να βρείτε άγνωστους αριθμούς οξείδωσης χρησιμοποιώντας απλή άλγεβρα. Δημιουργήστε μια εξίσωση: η απάντησή σας στο προηγούμενο βήμα, συν τον άγνωστο αριθμό οξείδωσης ισούται με το συνολικό φορτίο της ένωσης. Με άλλα λόγια: (Ποσότητα γνωστού αριθμού οξείδωσης) + (άγνωστος αριθμός οξείδωσης, που αναζητείται) = (φορτίο της ένωσης).
-
Στο παράδειγμα Να2ΕΤΣΙ4 μας, θα το λύσουμε ως εξής:
- (άθροισμα γνωστού αριθμού οξείδωσης) + (άγνωστος αριθμός οξείδωσης, που αναζητείται) = (φορτίο της ένωσης)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
-
S = 6. Το S έχει αριθμό οξείδωσης
Βήμα 6. στο Na2ΕΤΣΙ4.
Συμβουλές
- Τα άτομα στην στοιχειώδη μορφή έχουν πάντα αριθμό οξείδωσης 0. Ένα μονοτομικό ιόν έχει αριθμό οξείδωσης ίσο με το φορτίο του. Το μέταλλο 1Α στη στοιχειώδη μορφή του, όπως υδρογόνο, λίθιο και νάτριο, έχει αριθμό οξείδωσης +1. Τα μέταλλα 2Α σε στοιχειακή μορφή, όπως το μαγνήσιο και το ασβέστιο, έχουν αριθμό οξείδωσης +2. Τόσο το υδρογόνο όσο και το οξυγόνο έχουν δύο διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης που μπορεί να εξαρτώνται από τον δεσμό.
- Σε μια ένωση, το άθροισμα όλων των αριθμών οξείδωσης πρέπει να είναι ίσο με 0. Αν ένα ιόν έχει 2 άτομα, για παράδειγμα, το άθροισμα των αριθμών οξείδωσης πρέπει να ισούται με το φορτίο του ιόντος.
- Είναι πολύ χρήσιμο να γνωρίζετε πώς να διαβάζετε τον περιοδικό πίνακα στοιχείων και τη θέση των μετάλλων και των μη μετάλλων.
