W chemii terminy utlenianie i redukcja odnoszą się do reakcji, w których atom (lub grupa atomów) kolejno traci lub zyskuje elektrony. Liczba utlenienia to liczba przypisana do atomu (lub grupy atomów), która pomaga chemikom śledzić, ile elektronów jest dostępnych do przeniesienia i czy dany reagent jest utleniany lub redukowany w reakcji. Proces przypisywania stopni utlenienia atomom może wahać się od bardzo łatwego do dość złożonego, w oparciu o ładunek w atomie i skład chemiczny cząsteczek tworzących atom. Aby to skomplikować, niektóre atomy mają więcej niż jeden stopień utlenienia. Na szczęście wyznaczanie stopnia utlenienia odbywa się za pomocą reguł, które są jasne i łatwe do przestrzegania, chociaż znajomość podstaw chemii i algebry znacznie ułatwi wyjaśnienie tych zasad.
Krok
Metoda 1 z 2: Określanie liczby utlenienia na podstawie przepisów chemicznych
Krok 1. Ustal, czy przedmiotowe substancje są pierwiastkami
Atomy pierwiastków swobodnych mają zawsze stopień utlenienia równy 0. Dotyczy to atomów, których forma pierwiastkowa składa się z jednego atomu, jak również atomów, których forma pierwiastkowa jest dwuatomowa lub wieloatomowa.
- Na przykład zarówno Al(s) jak również Cl2 mają stopień utlenienia równy 0, ponieważ są to formy pierwiastków, które nie są związane z innymi pierwiastkami.
- Zauważ, że elementarna forma Siarka, S8, czyli oktasiarka, choć nienormalna, również ma stopień utlenienia równy 0.
Krok 2. Ustal, czy przedmiotowe substancje są jonami
Jony mają taki sam stopień utlenienia jak ich ładunek. Dotyczy to jonów niezwiązanych z innymi pierwiastkami, a także jonów wchodzących w skład związków jonowych.
- Na przykład jon Cl.- ma stopień utlenienia -1.
- Jon Cl nadal ma stopień utlenienia -1, gdy Cl jest częścią związku NaCl. Ponieważ jon Na z definicji ma ładunek +1, wiemy, że jon Cl ma ładunek -1, więc stopień utlenienia pozostaje -1.
Krok 3. Rozpoznaj, że jony metali mogą mieć wiele stopni utlenienia
Wiele pierwiastków metalicznych ma więcej niż jeden ładunek. Na przykład metal Żelazo (Fe) może być jonem o ładunku +2 lub +3. Ładunek jonu metalu (a tym samym jego stopień utlenienia) można określić albo w kategoriach ładunków innych atomów składowych w związku, albo, gdy zapisuje się je w formie tekstowej w zapisie rzymskim (jak w zdaniu, jon żelaza(III) ma ładunek + 3.).
Na przykład przyjrzyjmy się związkowi zawierającemu jon metalu glinu. związek AlCl3 ma całkowity ładunek 0. Ponieważ wiemy, że jon Cl.- ma ładunek -1 i zawiera 3 jony Cl- w związku jon Al musi mieć ładunek +3, aby całkowity ładunek wszystkich jonów wynosił 0. Zatem stopień utlenienia Al wynosi +3.
Krok 4. Przypisz tlenowi stopień utlenienia -2 (bez wyjątku)
W prawie wszystkich przypadkach atom tlenu ma stopień utlenienia -2. Istnieje kilka wyjątków od tej reguły:
- Kiedy tlen jest w formie pierwiastkowej (O2), stopień utlenienia wynosi 0, ponieważ jest to reguła dla wszystkich atomów pierwiastka.
- Gdy tlen jest częścią nadtlenku, jego stopień utlenienia wynosi -1. Nadtlenki to klasa związków zawierających pojedyncze wiązania tlen-tlen (lub anion nadtlenkowy O2-2). Na przykład w cząsteczce H.2O2 (nadtlenek wodoru), tlen ma stopień utlenienia (i ładunek) -1. Ponadto, gdy tlen jest częścią ponadtlenku, jego stopień utlenienia wynosi -0,5.
- Gdy tlen jest związany z fluorem, jego stopień utlenienia wynosi +2. Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z poniższymi przepisami dotyczącymi fluoru. Ja nie2F2), jego stopień utlenienia wynosi +1.
Krok 5. Przypisz wodorowi stopień utlenienia +1 (bez wyjątku)
Podobnie jak tlen, stopień utlenienia wodoru jest przypadkiem szczególnym. Ogólnie rzecz biorąc, wodór ma stopień utlenienia +1 (z wyjątkiem, jak wyżej, w postaci pierwiastkowej, H2). Natomiast w przypadku specjalnych związków zwanych wodorkami wodór ma stopień utlenienia -1.
Na przykład w H2O, wiemy, że wodór ma stopień utlenienia +1, ponieważ tlen ma ładunek -2 i potrzebujemy ładunku 2+1, aby związek miał ładunek równy zero. Jednak w wodorku sodu, NaH, wodór ma stopień utlenienia -1, ponieważ ładunek jonu ma ładunek +1, a suma ładunków związku wynosi zero, ładunek wodoru (a więc jego stopień utlenienia) musi wynosić -1.
Krok 6. Fluor ma zawsze stopień utlenienia -1
Jak wspomniano powyżej, stopnie utlenienia niektórych pierwiastków mogą się różnić ze względu na kilka czynników (jony metali, atomy tlenu w nadtlenkach itp.). Jednak fluor ma stopień utlenienia -1, który nigdy się nie zmienia. Dzieje się tak dlatego, że fluor jest pierwiastkiem najbardziej elektroujemnym – innymi słowy jest to pierwiastek, który najrzadziej odda swoje elektrony i najchętniej przejmie atomy innych pierwiastków. Tak więc opłata się nie zmienia.
Krok 7. Ustaw liczbę utlenienia związku równą ładunkowi na związku
Liczby utlenienia wszystkich atomów w związku muszą być równe ładunkowi związku. Na przykład, jeśli związek nie ma ładunku, stopień utlenienia każdego atomu musi się sumować do zera; jeśli związek jest jonem wieloatomowym o ładunku -1, stopień utlenienia musi się sumować do -1 itd.
To dobry sposób na sprawdzenie swojej pracy – jeśli stopnie utlenienia w twoim związku nie sumują się do ładunku w twoim związku, wiesz, że ustawiłeś jeden lub więcej niewłaściwych stopni utlenienia
Metoda 2 z 2: Przypisywanie liczb do atomów bez reguły liczby utleniania
Krok 1. Znajdź atomy bez zasady stopnia utlenienia
Niektóre atomy nie mają konkretnych zasad dotyczących stopni utlenienia. Jeśli twój atom nie występuje w powyższych regułach i nie jesteś pewien, jaki jest jego ładunek (na przykład, jeśli atomy są częścią większego związku, a zatem nie wykazują odpowiednich ładunków), możesz znaleźć stopień utlenienia w procesie eliminacji. Najpierw określisz stopień utlenienia wszystkich atomów w związku, a następnie rozwiążesz tylko nieznane atomy na podstawie całkowitego ładunku związku.
Na przykład w związku Na2WIĘC4, ładunek Siarki (S) jest nieznany – atom nie jest w formie pierwiastkowej, więc jego stopień utlenienia nie wynosi 0, ale to wszystko, co wiemy. Jest to dobry przykład tego algebraicznego sposobu wyznaczania stopnia utlenienia.
Krok 2. Znajdź znane stopnie utlenienia innych pierwiastków w związku
Korzystając z reguł przypisywania stopni utlenienia, określ stopnie utlenienia innych atomów w związku. Uważaj na specjalne przypadki, takie jak O, H itp.
w Na2WIĘC4wiemy, że zgodnie z naszymi regułami jon Na ma ładunek (a tym samym stopień utlenienia) +1, a atom tlenu ma stopień utlenienia -2.
Krok 3. Pomnóż liczbę atomów przez ich stopień utlenienia
Teraz, gdy znamy stopnie utlenienia wszystkich naszych atomów z wyjątkiem nieznanego, musimy wziąć pod uwagę fakt, że niektóre z tych atomów mogą pojawić się więcej niż raz. Pomnóż każdy współczynnik każdego atomu (zapisany małymi literami poniżej po symbolu chemicznym atomu w związku) przez jego liczbę utlenienia.
w Na2WIĘC4, wiemy, że są 2 atomy Na i 4 atomy O. Pomnożymy 2 × +1, stopień utlenienia Na, aby uzyskać odpowiedź 2, i pomnożymy 4 × -2, stopień utlenienia O, aby uzyskać odpowiedź -8.
Krok 4. Dodaj wyniki
Dodanie iloczynu twojego mnożenia da ci stopień utlenienia związku bez obliczania nieznanego stopnia utlenienia twojego atomu.
W przykładzie Na.2WIĘC4 nas, dodamy 2 do -8, aby uzyskać -6.
Krok 5. Oblicz nieznaną liczbę utlenienia na podstawie ładunku związku
Teraz masz wszystko, czego potrzebujesz, aby znaleźć nieznane liczby utlenienia za pomocą prostej algebry. Utwórz równanie: Twoja odpowiedź z poprzedniego kroku plus nieznana liczba utlenienia równa się całkowitemu ładunkowi związku. Innymi słowy: (Ilość znanego stopnia utlenienia) + (nieznany stopień utlenienia, którego szukamy) = (ładunek związku).
-
W przykładzie Na.2WIĘC4 nam, rozwiążemy to w następujący sposób:
- (suma znanego stopnia utlenienia) + (nieznany stopień utlenienia, którego szukamy) = (ładunek związku)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
- S = 6. S ma stopień utlenienia
Krok 6. w Nai2WIĘC4.
Porady
- Atomy w postaci pierwiastkowej zawsze mają stopień utlenienia równy 0. Jon jednoatomowy ma stopień utlenienia równy jego ładunkowi. Metal 1A w postaci pierwiastkowej, takiej jak wodór, lit i sód, ma stopień utlenienia +1; Metale 2A w postaci pierwiastkowej, takie jak magnez i wapń, mają stopień utlenienia +2. Zarówno wodór, jak i tlen mają dwa różne stopnie utlenienia, które mogą zależeć od wiązania.
- W związku suma wszystkich stopni utlenienia musi być równa 0. Jeśli na przykład jon ma 2 atomy, suma stopni utlenienia musi być równa ładunkowi jonu.
- Bardzo pomocna jest umiejętność odczytywania układu okresowego pierwiastków oraz lokalizacji metali i niemetali.
