I kemi refererer udtrykkene oxidation og reduktion til reaktioner, hvor et atom (eller en gruppe af atomer) successivt mister eller får elektroner. Et oxidationstal er et nummer, der er tildelt et atom (eller en gruppe af atomer), der hjælper kemikere med at spore, hvor mange elektroner der er tilgængelige til overførsel, og om en given reaktant oxideres eller reduceres i en reaktion. Processen med at tildele oxidationstal til atomer kan variere fra meget let til ret kompleks, baseret på ladningen i atomet og den kemiske sammensætning af molekylerne, der udgør atomet. For at gøre tingene mere komplicerede har nogle atomer mere end et oxidationstal. Heldigvis bestemmes oxidationsnummeret med regler, der er klare og lette at følge, selvom en viden om grundlæggende kemi og algebra vil gøre det meget lettere at forklare disse regler.
Trin
Metode 1 af 2: Bestemmelse af oxidationsnummeret baseret på kemiske forskrifter
Trin 1. Bestem om de pågældende stoffer er elementer
Atomer af frie grundstoffer har altid et oxidationstal på 0. Dette gælder for atomer, hvis grundform består af et enkelt atom, samt atomer, hvis grundform er diatomisk eller polyatomisk.
- For eksempel er både Al(s) samt Cl2 har et oxidationstal på 0, fordi de er former for grundstoffer, der ikke er bundet til andre grundstoffer.
- Bemærk, at elementformen Svovl, S8, eller octasulfur, selvom det er unormalt, har også et oxidationstal på 0.
Trin 2. Bestem, om de pågældende stoffer er ioner
Ioner har det samme oxidationsnummer som deres ladning. Dette gælder for ioner, der ikke er bundet til andre grundstoffer, såvel som ioner, der er en del af ioniske forbindelser.
- For eksempel Cl. Ion- har et oxidationstal på -1.
- Cl -ion har stadig et oxidationstal på -1, når Cl er en del af NaCl -forbindelsen. Da Na -ion per definition har en ladning på +1, ved vi, at Cl -ion har en ladning på -1, så oxidationstallet forbliver -1.
Trin 3. Erkend, at metalioner kan have flere oxidationstilstande
Mange metalliske elementer har mere end en ladning. For eksempel kan metaljernet (Fe) være en ion med en +2 eller +3 ladning. Ladningen af en metalion (og dermed dens oxidationsnummer) kan bestemmes, enten med hensyn til ladningerne af de andre bestanddele i forbindelsen, eller, når den er skrevet i tekstform med romertal (som i sætningen, jern (III) ion har en ladning på + 3.).
Lad os for eksempel undersøge en forbindelse, der indeholder metalionaluminium. AlCl. Forbindelse3 har en samlet ladning på 0. Da vi ved, at Cl. ion- har en ladning på -1, og der er 3 Cl. ioner- i forbindelsen skal Al -ion have en ladning på +3, så den samlede ladning af alle ioner er 0. Dermed er oxidationstallet for Al +3.
Trin 4. Tildel oxidationstallet -2 til ilt (uden undtagelse)
I næsten alle tilfælde har oxygenatomet et oxidationstal på -2. Der er nogle undtagelser fra denne regel:
- Når ilt er i sin elementære form (O2), oxidationstallet er 0, fordi dette er reglen for alle atomer i elementet.
- Når ilt er en del af et peroxid, er dets oxidationstal -1. Peroxider er en klasse af forbindelser, der indeholder oxygen-oxygen-enkeltbindinger (eller peroxidanionen O2-2). For eksempel i H. -molekylet2O2 (hydrogenperoxid), ilt har et oxidationstal (og ladning) på -1. Når ilt også er en del af superoxid, er dets oxidationstal -0,5.
- Når ilt er bundet til fluor, er dets oxidationstal +2. Se Fluorreglerne nedenfor for mere information. I (O2F2), dets oxidationstal er +1.
Trin 5. Tildel oxidationstallet på +1 til hydrogen (uden undtagelse)
Ligesom ilt er oxidationstallet for brint et specielt tilfælde. Generelt har hydrogen et oxidationstal på +1 (undtagen som ovenfor i sin elementære form, H2). I tilfælde af særlige forbindelser kaldet hydrider har hydrogen imidlertid et oxidationstal på -1.
For eksempel i H2O, vi ved, at brint har et oxidationstal på +1, fordi ilt har en ladning på -2, og vi skal bruge en ladning på 2 +1 for at gøre forbindelsens ladning nul. I natriumhydrid, NaH, har hydrogen imidlertid et oxidationstal på -1, fordi ladningen på ion har en ladning på +1, og for at summen af ladningerne på forbindelsen skal være nul, er hydrogenladningen (og dermed dens oxidationstal) skal være -1.
Trin 6. Fluor har altid et oxidationstal på -1
Som nævnt ovenfor kan oxidationstallene for visse grundstoffer variere på grund af flere faktorer (metalioner, oxygenatomer i peroxider osv.) Fluor har imidlertid et oxidationstal på -1, som aldrig ændres. Dette skyldes, at fluor er det mest elektronegative element - med andre ord er det det element, der er mindst tilbøjelige til at opgive sine elektroner og mest sandsynligt at optage atomer af andre grundstoffer. Gebyret ændres således ikke.
Trin 7. Gør oxidationstallet i forbindelsen lig med ladningen på forbindelsen
Oxidationstallene for alle atomerne i en forbindelse skal være lig ladningen på forbindelsen. For eksempel, hvis en forbindelse ikke har ladning, skal oxidationstallet for hvert atom tilføje op til nul; hvis forbindelsen er en polyatomisk ion med en ladning på -1, skal oxidationstallet tilføje op til -1 osv.
Dette er en god måde at kontrollere dit arbejde - hvis oxidationstallene i din forbindelse ikke beløber sig til gebyret på din forbindelse, ved du, at du har angivet et eller flere af de forkerte oxidationstal
Metode 2 af 2: Tildeling af numre til atomer uden en oxidationsnummerregel
Trin 1. Find atomerne uden reglen om oxidationstal
Nogle atomer har ingen specifikke regler for oxidationstal. Hvis dit atom ikke fremgår af reglerne ovenfor, og du ikke er sikker på, hvad dets ladning er (f.eks. Hvis atomerne er en del af en større forbindelse og dermed ikke viser deres respektive ladninger), kan du finde atomets oxidationstal ved en elimineringsproces. Først bestemmer du oxidationstilstanden for alle atomerne i forbindelsen, derefter løser du kun de ukendte atomer baseret på forbindelsens samlede ladning.
For eksempel i forbindelsen Na2SÅ4, ladningen af Svovl (S) er ukendt - atomet er ikke i elementær form, så dets oxidationstal er ikke 0, men det er alt, hvad vi ved. Dette er et godt eksempel på denne algebraiske måde at bestemme oxidationstallet på.
Trin 2. Find de kendte oxidationstal for andre grundstoffer i forbindelsen
Ved hjælp af reglerne for tildeling af oxidationstal bestemmes oxidationstallene for de andre atomer i forbindelsen. Pas på særlige tilfælde som O, H osv.
I Na2SÅ4, vi ved, at Na -ion ifølge vores regler har en ladning (og dermed dets oxidationstal) +1, og oxygenatomet har et oxidationstal på -2.
Trin 3. Gang antallet af atomer med deres oxidationstal
Nu hvor vi kender oxidationstallene for alle vores atomer undtagen det ukendte, må vi overveje, at nogle af disse atomer kan forekomme mere end én gang. Multiplicer hvert koefficientnummer for hvert atom (skrevet i lille nedenfor efter atomets kemiske symbol i forbindelsen) med dets oxidationsnummer.
I Na2SÅ4, ved vi, at der er 2 Na -atomer og 4 O. svaret -8.
Trin 4. Tilføj resultaterne
Tilføjelse af produktet af din multiplikation vil give dig oxidationstallet for forbindelsen uden at beregne det ukendte oxidationstal for dit atom.
I Na. -Eksemplet2SÅ4 os, tilføjer vi 2 med -8 til at få -6.
Trin 5. Beregn det ukendte oxidationsnummer baseret på ladningen af forbindelsen
Nu har du alt hvad du behøver for at finde ukendte oxidationstal ved hjælp af simpel algebra. Opret en ligning: dit svar i det foregående trin plus det ukendte oxidationstal er lig med den samlede ladning af forbindelsen. Med andre ord: (Mængde af kendt oxidationsnummer) + (ukendt oxidationsnummer, som søges) = (ladning af forbindelse).
-
I Na. -Eksemplet2SÅ4 os, løser vi det som følger:
- (sum af kendt oxidationsnummer) + (ukendt oxidationsnummer, som søges) = (ladning af forbindelse)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
-
S = 6. S har et oxidationstal
Trin 6. i Na2SÅ4.
Tips
- Atomer i elementformen har altid et oxidationstal på 0. En monatomisk ion har et oxidationstal svarende til dets ladning. Metal 1A i sin elementære form, såsom hydrogen, lithium og natrium, har et oxidationstal på +1; 2A -metaller i grundform, såsom magnesium og calcium, har et oxidationstal på +2. Både hydrogen og ilt har to forskellige oxidationstilstande, som kan afhænge af bindingen.
- I en forbindelse skal summen af alle oxidationstal være lig med 0. Hvis en ion for eksempel har 2 atomer, skal summen af oxidationstallene svare til ladningen på ion.
- Det er meget nyttigt at vide, hvordan man læser det periodiske system med elementer og placeringen af metaller og ikke-metaller.
