Inom kemi hänvisar termerna oxidation och reduktion till reaktioner där en atom (eller grupp av atomer) successivt förlorar eller får elektroner. Ett oxidationsnummer är ett nummer som tilldelas en atom (eller grupp av atomer) som hjälper kemister att spåra hur många elektroner som är tillgängliga för överföring och om en given reaktant oxideras eller reduceras i en reaktion. Processen att tilldela oxidationsnummer till atomer kan sträcka sig från mycket lätt till ganska komplext, baserat på laddningen i atomen och den kemiska sammansättningen av molekylerna som består av atomen. För att göra saker mer komplicerade har vissa atomer mer än ett oxidationsnummer. Lyckligtvis görs bestämningen av oxidationsnumret med regler som är tydliga och enkla att följa, även om kunskap om grundläggande kemi och algebra kommer att göra det mycket lättare att förklara dessa regler.
Steg
Metod 1 av 2: Bestämning av oxidationsnumret baserat på kemiska föreskrifter
Steg 1. Avgör om ämnena i fråga är element
Atomer av fria grundämnen har alltid ett oxidationsnummer på 0. Detta gäller för atomer vars grundform består av en enda atom, liksom atomer vars grundform är diatomisk eller polyatomisk.
- Till exempel, både Al(s) liksom Cl2 har ett oxidationsnummer på 0 eftersom de är former av element som inte är bundna till andra element.
- Observera att grundformen Svavel, S8, eller oktasvavel, även om det är onormalt, har också ett oxidationsnummer av 0.
Steg 2. Avgör om ämnena i fråga är joner
Joner har samma oxidationsnummer som laddningen. Detta gäller för joner som inte är bundna till andra element, såväl som joner som ingår i joniska föreningar.
- Till exempel Cl. Jonen- har ett oxidationstal på -1.
- Cl -jonen har fortfarande ett oxidationstal av -1 när Cl är en del av NaCl -föreningen. Eftersom Na -jonen per definition har en laddning på +1, vet vi att Cl -jonen har en laddning på -1, så oxidationsnumret förblir -1.
Steg 3. Inse att metalljoner kan ha flera oxidationstillstånd
Många metalliska element har mer än en laddning. Till exempel kan metalljärnet (Fe) vara en jon med en +2 eller +3 laddning. Laddningen av en metalljon (och därmed dess oxidationsnummer) kan bestämmas, antingen när det gäller laddningarna för de andra ingående atomerna i föreningen, eller, när den skrivs i textform med romerska siffror (som i meningen, järn (III) jon har en laddning på + 3.).
Låt oss till exempel undersöka en förening som innehåller metalljonen aluminium. AlCl -förening3 har en total laddning på 0. Eftersom vi vet att Cl. jonen- har en laddning på -1 och det finns 3 Cl. joner- i föreningen måste Al -jonen ha en laddning på +3 så att den totala laddningen för alla joner är 0. Alltså är oxidationstalet för Al +3.
Steg 4. Tilldela oxidationstalet -2 till syre (utan undantag)
I nästan alla fall har syreatomen ett oxidationsnummer av -2. Det finns några undantag från denna regel:
- När syre är i sin elementära form (O2), är oxidationsnumret 0, eftersom detta är regeln för alla atomer i elementet.
- När syre är en del av en peroxid är dess oxidationstal -1. Peroxider är en klass av föreningar som innehåller syre-syre-enkla bindningar (eller peroxidanjonen O2-2). Till exempel i H. -molekylen2O2 (väteperoxid), syre har ett oxidationstal (och laddning) på -1. När syre är en del av superoxid är dess oxidationstal -0,5.
- När syre är bundet till fluor är dess oxidationstal +2. Se Fluorföreskrifterna nedan för mer information. I (O2F2), dess oxidationsnummer är +1.
Steg 5. Tilldela oxidationstalet +1 till väte (utan undantag)
Precis som syre är oxidationstalet för väte ett specialfall. I allmänhet har väte ett oxidationsnummer på +1 (utom, som ovan, i sin elementära form, H2). Men när det gäller speciella föreningar som kallas hydrider har väte ett oxidationstal på -1.
Till exempel i H2O, vi vet att väte har ett oxidationsnummer på +1 eftersom syre har en laddning på -2 och vi behöver en laddning på 2 +1 för att göra föreningens laddning noll. Men i natriumhydrid, NaH, har väte ett oxidationsnummer på -1 eftersom laddningen på jonen har en laddning på +1, och för att summan av laddningarna på föreningen ska vara noll, väteladdningen (och därmed dess oxidationstal) måste vara -1.
Steg 6. Fluor har alltid ett oxidationstal på -1
Som nämnts ovan kan oxidationsnumren för vissa grundämnen variera på grund av flera faktorer (metalljoner, syreatomer i peroxider etc.) Fluor har dock ett oxidationstal på -1, som aldrig förändras. Detta beror på att fluor är det mest elektronegativa elementet - med andra ord är det det element som är minst troligt att ge upp sina elektroner och mest troligt att ta upp atomer från andra element. Avgiften ändras således inte.
Steg 7. Gör oxidationsnumret i föreningen lika med laddningen på föreningen
Oxidationsnumren för alla atomer i en förening måste vara lika med laddningen på föreningen. Till exempel, om en förening inte har någon laddning, måste oxidationsnumret för varje atom lägga till noll; om föreningen är en polyatomisk jon med en laddning av -1, måste oxidationsnumret lägga till upp till -1, etc.
Detta är ett bra sätt att kontrollera ditt arbete - om oxidationsnumren i din förening inte motsvarar avgiften på din förening, vet du att du har ställt in ett eller flera av fel oxidationsnummer
Metod 2 av 2: Tilldela nummer till atomer utan en oxidationsnummerregel
Steg 1. Hitta atomerna utan oxidationsregeln
Vissa atomer har inga specifika regler för oxidationsnummer. Om din atom inte visas i reglerna ovan och du inte är säker på vad dess laddning är (till exempel om atomerna är en del av en större förening och därmed inte visar sina respektive laddningar) kan du hitta atomens oxidationsnummer genom en elimineringsprocess. Först bestämmer du oxidationstillståndet för alla atomer i föreningen, sedan löser du bara de okända atomerna baserat på föreningens totala laddning.
Till exempel i föreningen Na2SÅ4, laddningen av svavel (S) är okänd - atomen är inte i elementär form, så dess oxidationsnummer är inte 0, men det är allt vi vet. Detta är ett bra exempel på detta algebraiska sätt att bestämma oxidationsnumret.
Steg 2. Hitta de kända oxidationsnumren för andra element i föreningen
Bestäm oxidationsnumren för de andra atomerna i föreningen med hjälp av reglerna för tilldelning av oxidationsnummer. Se upp för speciella fall som O, H, etc.
I Na2SÅ4, vi vet att Na -jonen enligt våra regler har en laddning (och därmed dess oxidationsnummer) +1 och syreatomen har ett oxidationsnummer på -2.
Steg 3. Multiplicera antalet atomer med deras oxidationsnummer
Nu när vi känner till oxidationsnumren för alla våra atomer utom det okända, måste vi tänka på att vissa av dessa atomer kan visas mer än en gång. Multiplicera varje koefficienttal för varje atom (skrivet i små nedan efter atomens kemiska symbol i föreningen) med dess oxidationsnummer.
I Na2SÅ4Vi vet att det finns 2 Na -atomer och 4 O. svaret -8.
Steg 4. Lägg till resultaten
Om du lägger till produkten av din multiplikation får du oxidationsnumret för föreningen utan att beräkna det okända oxidationsnumret för din atom.
I Na. -Exemplet2SÅ4 oss lägger vi till 2 x -8 för att få -6.
Steg 5. Beräkna det okända oxidationsnumret baserat på laddningen av föreningen
Nu har du allt du behöver för att hitta okända oxidationsnummer med hjälp av enkel algebra. Skapa en ekvation: ditt svar i föregående steg, plus det okända oxidationsnumret motsvarar föreningens totala laddning. Med andra ord: (Mängd känt oxidationsnummer) + (okänt oxidationsnummer, som söks) = (laddning av förening).
-
I Na. -Exemplet2SÅ4 oss, löser vi det på följande sätt:
- (summan av känt oxidationsnummer) + (okänt oxidationsnummer, som söks) = (laddning av förening)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
-
S = 6. S har ett oxidationsnummer
Steg 6. i Na2SÅ4.
Tips
- Atomer i grundformen har alltid ett oxidationsnummer på 0. En monatomisk jon har ett oxidationsnummer lika med dess laddning. Metall 1A i sin elementära form, såsom väte, litium och natrium, har ett oxidationstal på +1; 2A -metaller i grundform, såsom magnesium och kalcium, har ett oxidationstal på +2. Både väte och syre har två olika oxidationstillstånd som kan bero på bindningen.
- I en förening måste summan av alla oxidationsnummer vara lika med 0. Om en jon till exempel har 2 atomer måste summan av oxidationsnumren vara lika med laddningen på jonen.
- Det är till stor hjälp att veta hur man läser det periodiska systemet med element och placeringen av metaller och icke-metaller.
