Υπολογίστε τον αριθμό οξείδωσης μιας ουσίας

Βίντεο: #12 ΧΗΜΕΙΑ: Αριθμός Οξείδωσης & Ονοματολογία | Schoolhacks

Περιεχόμενο

Για να πας
Μέρος 1 από 2: Εκχώρηση αριθμών οξείδωσης βάσει χημικών κανόνων
Μέρος 2 από 2: Εκχώρηση αριθμών σε άτομα χωρίς τους κανόνες για αριθμούς οξείδωσης
Συμβουλές
Απαιτήσεις

Στη χημεία, οι όροι «οξείδωση» και «αναγωγή» σημαίνουν εκείνες τις αντιδράσεις στις οποίες ένα άτομο (ή ομάδα ατόμων) χάνει ή κερδίζει ηλεκτρόνια, αντίστοιχα. Οι αριθμοί οξείδωσης είναι αριθμοί που εκχωρούνται σε άτομα (ή ομάδες ατόμων) για να βοηθήσουν τους χημικούς να ελέγχουν πόσα ηλεκτρόνια είναι διαθέσιμα για μετατόπιση και εάν τα αντιδρώντα που δίδονται οξειδώνονται ή μειώνονται κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης. Η διαδικασία εκχώρησης αριθμών οξείδωσης στα άτομα μπορεί να κυμαίνεται από πολύ απλή έως πιο περίπλοκη, ανάλογα με το φορτίο των ατόμων και τη χημική σύνθεση των μορίων των οποίων αποτελούν μέρος. Για να γίνουν τα πράγματα πιο περίπλοκα, ορισμένα άτομα μπορούν να έχουν πολλαπλούς αριθμούς οξείδωσης. Ευτυχώς, η εκχώρηση αριθμών οξείδωσης διέπεται από σαφώς καθορισμένους, εύκολους στην εφαρμογή κανόνες, αλλά μια βασική κατανόηση της χημείας και της άλγεβρας θα κάνει τη χρήση αυτών των κανόνων πολύ πιο εύκολη.

Για να πας

Μέρος 1 από 2: Εκχώρηση αριθμών οξείδωσης βάσει χημικών κανόνων

Προσδιορίστε εάν η εν λόγω ουσία είναι στοιχειακή. Τα ελεύθερα, μη δεσμευμένα άτομα έχουν πάντα έναν αριθμό οξείδωσης 0. Αυτό ισχύει και για τα δύο άτομα που αποτελούνται από ένα άτομο και άτομα των οποίων η στοιχειακή μορφή είναι διατομική ή πολυατομική.
- Για παράδειγμα, Al_(μικρό) και Cl₂ Και οι δύο έχουν τον αριθμό οξείδωσης 0 επειδή δεν είναι σύνθετα άτομα.
- Σημειώστε ότι το θείο στη στοιχειακή του μορφή, S.₈ (οκτασουλφόρο), αν και ακανόνιστο, έχει επίσης αριθμό οξείδωσης 0.
Προσδιορίστε εάν η εν λόγω ουσία είναι ιόν. Τα ιόντα έχουν αριθμούς οξείδωσης ίσους με το φορτίο τους. Αυτό ισχύει για τα μη δεσμευμένα ιόντα καθώς και τα ιόντα που αποτελούν μέρος ενός σύνθετου ιόντος.
- Για παράδειγμα, το ιόν Cl έχει αριθμό οξείδωσης -1.
- Το ιόν Cl ακόμα έχει έναν αριθμό οξείδωσης -1 όταν είναι μέρος της ένωσης NaCl. Δεδομένου ότι το ιόν Na, εξ ορισμού, έχει φορτίο +1, γνωρίζουμε ότι το ιόν Cl έχει φορτίο -1, έτσι ώστε ο αριθμός οξείδωσης να παραμένει -1.
Στην περίπτωση των μεταλλικών ιόντων, είναι καλό να θυμόμαστε ότι είναι δυνατοί πολλαπλοί αριθμοί οξείδωσης. Πολλά μέταλλα μπορούν να έχουν περισσότερες από μία προσγειώσεις. Για παράδειγμα, ο μεταλλικός σίδηρος (Fe) μπορεί να είναι ένα ιόν με φορτίο +2 ή +3. το φορτίο των μεταλλικών ιόντων (και συνεπώς των αριθμών οξείδωσης) μπορεί να προσδιοριστεί σε σχέση με το φορτίο των άλλων ατόμων στη σύνθεση των οποίων αποτελούν μέρος, ή, όταν γράφεται ως κείμενο, με τη σημείωση με λατινικούς αριθμούς (όπως στο η πρόταση: "Το ιόν σιδήρου (III) έχει φορτίο +3.").
- Για παράδειγμα, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε μια ένωση που περιέχει ιόν αλουμινίου. Η ένωση AlCl₃ έχει φόρτιση 0. Επειδή γνωρίζουμε ότι τα ιόντα Cl έχουν φορτίο -1 και 3 ιόντα Cl υπάρχουν στην ένωση, το ιόν Al πρέπει να έχει φορτίο +3, έτσι ώστε η φόρτιση όλων των ιόντων να προστίθενται μαζί 0 Έτσι, ο αριθμός οξείδωσης του Al είναι +3.
Αντιστοιχίστε έναν αριθμό οξείδωσης -2 στο οξυγόνο (με εξαιρέσεις). Σε σχεδόν Σε όλες τις περιπτώσεις, τα άτομα οξυγόνου έχουν αριθμό οξείδωσης -2. Υπάρχουν μερικές εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα:
- Όταν το οξυγόνο βρίσκεται στη στοιχειακή κατάσταση (O₂), τότε ο αριθμός οξείδωσης ισούται με 0, που ισχύει για όλα τα στοιχειώδη άτομα.
- Όταν το οξυγόνο είναι μέρος του υπεροξείδιο, τότε ο αριθμός οξείδωσης είναι -1. Τα υπεροξείδια είναι μια κατηγορία ενώσεων που έχουν δεσμό οξυγόνου-οξυγόνου (ή το ανιόν υπεροξειδίου Ο₂). Για παράδειγμα, στο μόριο Η₂Ο₂ (υπεροξείδιο του υδρογόνου), το οξυγόνο έχει έναν αριθμό οξείδωσης (και ένα φορτίο) -1. Επίσης, όταν το οξυγόνο είναι μέρος ενός υπεροξειδίου, ο αριθμός οξείδωσης είναι -0,5.
- Όταν το οξυγόνο συνδέεται με φθόριο, ο αριθμός οξείδωσης είναι +2. Ανατρέξτε στον παρακάτω κανόνα φθορίου για περισσότερες πληροφορίες. Εγώ δεν₂ΦΑ.₂) αυτό είναι +1.
Αντιστοιχίστε έναν αριθμό οξείδωσης +1 στο υδρογόνο (με εξαιρέσεις). Όπως και με το οξυγόνο, ο αριθμός οξείδωσης του υδρογόνου εξαρτάται από εξαιρετικές περιπτώσεις. Γενικά, το υδρογόνο έχει αριθμό οξείδωσης +1 (εκτός από στοιχειακή μορφή, Η.₂). Στην περίπτωση όμως μιας ειδικής ένωσης που ονομάζεται υβρίδια, το υδρογόνο έχει έναν αριθμό οξείδωσης -1.
- Για παράδειγμα, από το Η₂Ω, γνωρίζουμε ότι το υδρογόνο έχει αριθμό οξείδωσης +1 επειδή το οξυγόνο έχει φορτίο -2 και χρειαζόμαστε 2 +1 φορτία για να φτιάξουμε μια ένωση με συνολικό φορτίο μηδέν. Αλλά με την ουσία υδρίδιο του νατρίου, NaH, το υδρογόνο έχει έναν αριθμό οξείδωσης -1 επειδή το ιόν Na έχει ένα φορτίο +1 και, για να γίνει το συνολικό φορτίο της ένωσης 0, το υδρογόνο έχει ένα φορτίο (και συνεπώς έναν αριθμό οξείδωσης) -1.
Φθόριο πάντα αριθμός οξείδωσης -1. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι αριθμοί οξείδωσης ορισμένων στοιχείων μπορεί να ποικίλουν λόγω διαφόρων παραγόντων (μεταλλικά ιόντα, άτομα οξυγόνου σε υπεροξείδια, κ.λπ.). Το φθόριο, από την άλλη πλευρά, έχει έναν αριθμό οξείδωσης -1, και αυτό δεν αλλάζει ποτέ. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το φθόριο είναι το πιο αρνητικό ηλεκτρο-στοιχείο, ή με άλλα λόγια, είναι το στοιχείο που είναι λιγότερο πρόθυμο να εγκαταλείψει τα ηλεκτρόνια και πιθανότατα να αναλάβει ηλεκτρόνια από άλλα άτομα. Επομένως, ο αριθμός οξείδωσης δεν θα αλλάξει.
Οι αριθμοί οξείδωσης σε μια ένωση είναι ίσοι με το φορτίο της ένωσης. Οι αριθμοί οξείδωσης όλων των ατόμων σε μια ένωση είναι ίσοι με το φορτίο αυτής της ένωσης. Για παράδειγμα, εάν μια ένωση δεν έχει φορτίο, τότε το άθροισμα όλων των αριθμών οξείδωσης θα είναι μηδέν. εάν η ένωση είναι ένα πολυατομικό ιόν με φορτίο -1, τότε οι αριθμοί προσθήκης οξείδωσης πρέπει να είναι -1 κ.λπ.
- Αυτός είναι ένας καλός τρόπος για να ελέγξετε την απάντησή σας - εάν οι αριθμοί οξείδωσης που προστίθενται μαζί μιας ένωσης δεν είναι ίσοι με το φορτίο αυτής της ένωσης, τότε γνωρίζετε ότι έχετε κάνει λάθος.

Μέρος 2 από 2: Εκχώρηση αριθμών σε άτομα χωρίς τους κανόνες για αριθμούς οξείδωσης

Βρείτε άτομα χωρίς κανόνες αριθμού οξείδωσης. Ορισμένα άτομα δεν ακολουθούν τους κανόνες για την εύρεση αριθμών οξείδωσης. Εάν ένα άτομο δεν συμμορφώνεται με τους παραπάνω κανόνες και δεν είστε σίγουροι τι είναι το φορτίο του (για παράδειγμα, εάν είναι μέρος μιας μεγαλύτερης ένωσης, ώστε το μεμονωμένο φορτίο να είναι άγνωστο), μπορείτε να βρείτε τον αριθμό οξείδωσης αυτού του ατόμου με εξάλειψη. Αρχικά καθορίζετε ποια είναι η οξείδωση κάθε άλλου ατόμου στην ένωση. Στη συνέχεια, επιλύετε το άθροισμα για το άγνωστο στην εξίσωση, με βάση τη συνολική χρέωση της ένωσης.
- Για παράδειγμα, στην ένωση Na₂ΕΤΣΙ₄, το φορτίο του θείου (S) είναι άγνωστο - δεν είναι στη στοιχειακή του μορφή, οπότε δεν είναι 0, αλλά αυτό είναι το μόνο που γνωρίζουμε. Αυτός είναι ένας καλός υποψήφιος για την εφαρμογή αυτής της μεθόδου για τον προσδιορισμό του αριθμού οξείδωσης αλγεβρικά.
Προσδιορίστε τους γνωστούς αριθμούς οξείδωσης των άλλων στοιχείων στην ένωση. Χρησιμοποιώντας τους κανόνες εκχώρησης αριθμού οξείδωσης, προσδιορίζουμε ποιοι αριθμοί οξείδωσης έχουν τα άλλα άτομα της ένωσης. Να γνωρίζετε τις εξαιρέσεις όπως O, H κ.λπ.
- Στο Na₂ΕΤΣΙ₄, γνωρίζουμε, βάσει του συνόλου των κανόνων μας, ότι το ιόν Na έχει ένα φορτίο (και συνεπώς έναν αριθμό οξείδωσης) +1 και ότι τα άτομα οξυγόνου έχουν αριθμούς οξείδωσης -2.
Πολλαπλασιάστε τον αριθμό κάθε ατόμου με τον αριθμό οξείδωσης. Τώρα που γνωρίζουμε τους αριθμούς οξείδωσης όλων των ατόμων εκτός από το άγνωστο, θα πρέπει να λάβουμε υπόψη ότι ορισμένα από αυτά τα άτομα μπορεί να εμφανιστούν περισσότερες από μία φορές. Πολλαπλασιάστε κάθε συντελεστή (γραμμένο σε δείκτη μετά το σύμβολο του ατόμου στην ένωση) με τον αριθμό οξείδωσης.
- Όσο για τη Να₂ΕΤΣΙ₄, γνωρίζουμε ότι υπάρχουν 2 άτομα Na και 4 O άτομα. Τώρα κάνουμε τον ακόλουθο υπολογισμό, 2 × +1, για να πάρουμε τον αριθμό οξείδωσης Na, 2 και πολλαπλασιάζουμε 4 × -2, τον αριθμό οξείδωσης του O, -8.
Προσθέστε τα αποτελέσματα. Η προσθήκη των αποτελεσμάτων αυτών των πολλαπλασιασμών δίνει τον αριθμό οξείδωσης της ένωσης, χωρίς λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό οξείδωσης του άγνωστου ατόμου.
- Στο παράδειγμά μας με τον Na₂ΕΤΣΙ₄, προσθέτουμε 2 έως -8 για να πάρουμε -6.
Υπολογίστε τον άγνωστο αριθμό οξείδωσης με βάση το φορτίο της ένωσης. Τώρα έχετε όλα τα δεδομένα για να βρείτε τον άγνωστο αριθμό οξείδωσης χρησιμοποιώντας κάποια απλή άλγεβρα. Θα χρησιμοποιήσουμε μια εξίσωση και την απάντηση από το προηγούμενο βήμα, συν τη χρέωση της ένωσης. Με άλλα λόγια: (Άθροισμα των άγνωστων αριθμών οξείδωσης) + (ο άγνωστος αριθμός οξείδωσης που θέλετε να ξέρετε) = (φόρτιση της ένωσης).
- Στο παράδειγμα του Na₂ΕΤΣΙ₄, το επιλύουμε ως εξής:
  - (Άθροισμα γνωστών αριθμών οξείδωσης) + (άγνωστος αριθμός οξείδωσης που θέλετε να επιλύσετε) = (φόρτιση της ένωσης)
  - -6 + S = 0
  - S = 0 + 6
  - S = 6. Το S έχει αριθμό οξείδωσης ή 6 στο Na₂ΕΤΣΙ₄.

Συμβουλές

Τα άτομα στη βασική τους μορφή έχουν πάντα έναν αριθμό οξείδωσης 0. Ένα ιόν που αποτελείται από 1 άτομο έχει έναν αριθμό οξείδωσης ίσο με το φορτίο. Τα μέταλλα της ομάδας 1Α όπως το υδρογόνο, το λίθιο και το νάτριο έχουν αριθμό οξείδωσης +1. Τα μέταλλα της ομάδας 2Α, όπως το μαγνήσιο και το ασβέστιο, έχουν αριθμό οξείδωσης +2. Τόσο το υδρογόνο όσο και το οξυγόνο μπορούν να έχουν 2 διαφορετικούς αριθμούς οξείδωσης, ανάλογα με τον δεσμό τους.
Σε μια ένωση το άθροισμα όλων των αριθμών οξείδωσης πρέπει να είναι ίσο με 0. Εάν υπάρχει ένα ιόν με 2 άτομα, τότε το άθροισμα των αριθμών οξείδωσης πρέπει να είναι ίσο με το φορτίο του ιόντος.
Είναι πολύ χρήσιμο να γνωρίζετε πώς να διαβάσετε τον περιοδικό πίνακα και πού να βρείτε τα μέταλλα και τα μη μέταλλα.