حالت اکسیداسیون و قوانین محاسبه آن. نحوه تعیین الکترونگاتیوی حالت اکسیداسیون، حالت اکسیداسیون، اکسیداسیون و کاهش

یکی از مفاهیم اساسی در شیمی که به طور گسترده در ترسیم معادلات واکنش های ردوکس استفاده می شود، این است. حالت اکسیداسیون اتم ها

برای اهداف عملی (هنگام ایجاد معادلات برای واکنش های ردوکس)، راحت است که بارهای اتم ها در مولکول های دارای پیوند قطبی را به صورت اعداد صحیح با بارهایی که در صورت انتقال الکترون های ظرفیت به اتم های الکترونگاتیو بیشتر روی اتم ها ایجاد می شود، نشان دهیم. یعنی e. اگر پیوندها کاملاً یونی بودند. به این مقادیر بار، حالت های اکسیداسیون می گویند. حالت اکسیداسیون هر عنصر در یک ماده ساده همیشه صفر است.

در مولکول های مواد پیچیده، برخی از عناصر همیشه حالت اکسیداسیون ثابتی دارند. بیشتر عناصر با حالت‌های اکسیداسیون متغیر مشخص می‌شوند که بسته به ترکیب مولکول، هم در علامت و هم از نظر بزرگی متفاوت هستند.

اغلب حالت اکسیداسیون برابر با ظرفیت است و فقط در علامت با آن تفاوت دارد. اما ترکیباتی هستند که در آنها حالت اکسیداسیون یک عنصر با ظرفیت آن برابر نیست. همانطور که قبلا ذکر شد، در مواد ساده، حالت اکسیداسیون یک عنصر، صرف نظر از ظرفیت آن، همیشه صفر است. جدول ظرفیت ها و حالت های اکسیداسیون برخی از عناصر را در ترکیبات مختلف مقایسه می کند.

حالت اکسیداسیون اتم (عنصر) در یک ترکیب، بار مشروط محاسبه شده با این فرض است که ترکیب فقط از یون تشکیل شده است. هنگام تعیین حالت اکسیداسیون، به طور معمول فرض می شود که الکترون های ظرفیت یک ترکیب به اتم های الکترونگاتیو بیشتری منتقل می شوند و بنابراین ترکیبات از یون های دارای بار مثبت و منفی تشکیل شده اند. در واقعیت، در بیشتر موارد، اهدای کامل الکترون وجود ندارد، بلکه تنها جابجایی یک جفت الکترون از یک اتم به اتم دیگر انجام می‌شود. سپس می توان تعریف دیگری ارائه داد: حالت اکسیداسیون بار الکتریکی است که بر روی یک اتم ایجاد می شود اگر جفت الکترونی که با آن به اتم های دیگر در ترکیب متصل است به اتم های الکترونگاتیو بیشتری منتقل شود و جفت الکترونی که اتم های یکسان را به هم متصل می کند. بین آنها تقسیم شده است.

هنگام محاسبه حالت های اکسیداسیون، تعدادی از قوانین ساده استفاده می شود:

1 . حالت اکسیداسیون عناصر در مواد ساده، اعم از تک اتمی و مولکولی، صفر است (Fe 0, O 2 0).

2 . حالت اکسیداسیون یک عنصر به شکل یون تک اتمی برابر با بار این یون است (Na +1، Ca +2، S –2).

3 . در ترکیبات با پیوند قطبی کووالانسی، بار منفی به اتم الکترونگاتیو تر و بار مثبت به اتم کمتر الکترونگاتیو اشاره دارد و حالت اکسیداسیون عناصر مقادیر زیر را می گیرد:

حالت اکسیداسیون فلوئور در ترکیبات همیشه -1 است.

حالت اکسیداسیون اکسیژن در ترکیبات -2 است (); به استثنای پراکسیدها، که به طور رسمی برابر با -1 ()، فلوراید اکسیژن، که برابر با 2 + () است، و همچنین سوپراکسیدها و اوزونیدها، که در آنها حالت اکسیداسیون اکسیژن -1/2 است.

حالت اکسیداسیون هیدروژن در ترکیبات +1 () است، به استثنای هیدریدهای فلزی که در آن -1 است. );

برای عناصر قلیایی و قلیایی خاکی، حالت اکسیداسیون به ترتیب +1 و +2 است.

اکثر عناصر می توانند حالت های اکسیداسیون متغیری را نشان دهند.

4 . مجموع جبری حالت های اکسیداسیون در یک مولکول خنثی برابر با صفر است، در یک یون مختلط برابر با بار یون است.

برای عناصر با حالت اکسیداسیون متغیر، با دانستن فرمول ترکیب و با استفاده از قانون شماره 4، مقدار آن به راحتی قابل محاسبه است. به عنوان مثال، تعیین درجه اکسیداسیون فسفر در اسید فسفریک H 3 PO 4 ضروری است. از آنجایی که اکسیژن دارای CO = -2 و هیدروژن دارای CO = +1 است، بنابراین برای اینکه فسفر مجموع صفر داشته باشد، حالت اکسیداسیون باید 5+ باشد:

به عنوان مثال، در NH 4 Cl مجموع حالت های اکسیداسیون تمام اتم های هیدروژن 4×(+1) و حالت اکسیداسیون کلر 1- است، بنابراین، حالت اکسیداسیون نیتروژن باید برابر با 3- باشد. در یون سولفات SO 4 2، مجموع حالت های اکسیداسیون چهار اتم اکسیژن 8- است، بنابراین گوگرد باید حالت اکسیداسیون 6+ داشته باشد تا بار کل یون 2- شود.

مفهوم حالت اکسیداسیون برای اکثر ترکیبات مشروط است، زیرا بار موثر واقعی یک اتم را منعکس نمی کند، اما این مفهوم به طور گسترده در شیمی استفاده می شود.

حداکثر، و برای غیر فلزات، حداقل حالت اکسیداسیون یک وابستگی دوره ای به شماره سریال در D.I. PSHE دارد. مندلیف که به دلیل ساختار الکترونیکی اتم است.

عنصر	مقادیر حالت اکسیداسیون و نمونه هایی از ترکیبات
اف	-1 (HF، KF)
O	-2 (H2O، CaO، CO2)؛ –1 (H 2 O 2)؛ +2 (از 2)
ن	-3 (NH 3)؛ –2 (N 2 H 4); -1 (NH 2 OH)؛ +1 (N 2 O); +2 (NO)؛ +3 (N 2 O 3، HNO 2)؛ +4 (NO 2)؛ +5 (N 2 O 5، HNO 3)
Cl	-1 (HCl، NaCl)؛ +1 (NaClO)؛ +3 (NaClO 2)؛ +5 (NaClO 3)؛ +7 (Cl 2 O 7، NaClO 4)
برادر	-1 (KBr)؛ +1 (BrF)؛ +3 (BrF 3)؛ +5 (KBrO 3)
من	-1 (HI)؛ +1 (ICl)؛ +3 (ICl 3)؛ +5 (I 2 O 5); +7 (IO 3 F, K 5 IO 6)
سی	-4 (CH 4)؛ +2 (CO)؛ +4 (CO 2 , CCl 4)
سی	-4 (Ca 2 Si)؛ +2 (SiO)؛ +4 (SiO 2، H 2 SiO 3، SiF 4)
اچ	-1 (LiH)؛ +1 (H 2 O، HCl)
اس	-2 (H 2 S، FeS)؛ +2 (Na 2 S 2 O 3); +3 (Na 2 S 2 O 4); +4 (SO 2، Na 2 SO 3، SF 4)؛ +6 (SO 3، H 2 SO 4، SF 6)
سه، ته	–2 (H 2 Se, H 2 Te); +2 (SeCl 2، TeCl 2)؛ +4 (SeO 2، TeO 2)؛ +6 (H 2 SeO 4، H 2 TeO 4)
پ	–3 (PH 3)؛ +1 (H 3 PO 2)؛ +3 (H 3 PO 3); +5 (P 2 O 5 ، H 3 PO 4)
به عنوان، Sb	-3 (GaAs، Zn 3 Sb 2)؛ +3 (AsCl 3، Sb 2 O 3)؛ +5 (H 3 AsO 4، SbCl 5)
لی، نا، ک	+1 (NaCl)
Be، Mg، Ca	+2 (MgO، CaCO 3)
ال	+3 (Al 2 O 3، AlCl 3)
Cr	+2 (CrCl 2)؛ +3 (Cr 2 O 3، Cr 2 (SO 4) 3); +4 (CrO 2)؛ +6 (K 2 CrO 4، K 2 Cr 2 O 7)
منگنز	+2 (MnSO 4)؛ +3 (Mn 2 (SO 4) 3); +4 (MnO 2)؛ +6 (K 2 MnO 4)؛ +7 (KMnO 4)
Fe	+2 (FeO، FeSO 4)؛ +3 (Fe 2 O 3، FeCl 3)؛ +4 (Na 2 FeO 3)
مس	+1 (Cu 2 O)؛ +2 (CuO، CuSO 4، Cu 2 (OH) 2 CO 3)
Ag	+1 (AgNO 3)
طلا	+1 (AuCl)؛ +3 (AuCl 3، KAuCl 4)
روی	+2 (ZnO، ZnSO 4)
HG	+1 (Hg 2 Cl 2)؛ +2 (HgO، HgCl 2)
Sn	+2 (SnO)؛ +4 (SnO 2، SnCl 4)
سرب	+2 (PbO، PbSO 4)؛ +4 (PbO 2)

در واکنش های شیمیایی، قانون حفظ مجموع جبری حالت های اکسیداسیون همه اتم ها باید رعایت شود. در معادله کامل یک واکنش شیمیایی، فرآیندهای اکسیداسیون و احیا باید دقیقاً یکدیگر را جبران کنند، اگرچه درجه اکسیداسیون همانطور که در بالا ذکر شد یک مفهوم نسبتاً رسمی است، اما در شیمی برای اهداف زیر استفاده می شود: اولاً برای جمع آوری معادلات واکنش‌های ردوکس، ثانیاً، برای پیش‌بینی خواص ردوکس عناصر در یک ترکیب.

بسیاری از عناصر با چندین مقدار حالت اکسیداسیون مشخص می شوند و با محاسبه حالت اکسیداسیون آن می توان خواص ردوکس را پیش بینی کرد: عنصری در بالاترین حالت اکسیداسیون منفی فقط می تواند الکترون اهدا کند (اکسید شود) و در بالاترین حد یک عامل کاهنده باشد. حالت اکسیداسیون مثبت فقط می تواند الکترون ها را بپذیرد (کاهش).

اکسیداسیون - احیا یک فرآیند واحد و به هم پیوسته است. اکسیداسیون مربوط به افزایش حالت اکسیداسیون عنصر است و بهبود - کاهش آن

بسیاری از کتاب های درسی به تفسیر اکسیداسیون به عنوان از دست دادن الکترون ها و کاهش به عنوان افزایش آنها پایبند هستند. این رویکرد که توسط دانشمند روسی پیسارژفسکی (1916) پیشنهاد شده است، برای فرآیندهای الکتروشیمیایی روی الکترودها قابل استفاده است و به تخلیه (شارژ) یون ها و مولکول ها مربوط می شود.

با این حال، توضیح تغییرات در حالت های اکسیداسیون به عنوان فرآیندهای حذف و افزودن الکترون ها به طور کلی نادرست است. می توان آن را برای برخی از یون های ساده مانند

Cl - - ®Cl 0 .

برای تغییر حالت اکسیداسیون اتم ها در یون های پیچیده مانند

CrO 4 2 - ®Cr +3

کاهش در حالت اکسیداسیون مثبت کروم از 6+ به 3+ مربوط به افزایش واقعی کمتر در بار مثبت است (بر روی کروم در CrO 4 2 - بار واقعی "+ 0.2 بار الکترون، و در Cr + 3 - از +2" به +1.5 در اتصالات مختلف).

انتقال بار از عامل کاهنده به عامل اکسید کننده، برابر با تغییر حالت اکسیداسیون، با مشارکت ذرات دیگر، به عنوان مثال، یون های H + رخ می دهد:

CrO 4 2 - + 8H + + 3 ®Cr + 3 + 4H 2 O.

ورودی ارائه شده نامیده می شود نیمه واکنش ها .

اطلاعات مربوطه.

در شیمی، اصطلاحات «اکسیداسیون» و «کاهش» به واکنش‌هایی اطلاق می‌شود که در آن یک اتم یا گروهی از اتم‌ها به ترتیب الکترون‌ها را از دست می‌دهند یا به دست می‌آورند. حالت اکسیداسیون یک مقدار عددی اختصاص داده شده به یک یا چند اتم است که تعداد الکترون های توزیع شده را مشخص می کند و نشان می دهد که چگونه این الکترون ها بین اتم ها در طول یک واکنش توزیع می شوند. تعیین این مقدار بسته به اتم ها و مولکول های متشکل از آنها می تواند یک روش ساده یا کاملاً پیچیده باشد. علاوه بر این، اتم های برخی از عناصر ممکن است چندین حالت اکسیداسیون داشته باشند. خوشبختانه قوانین ساده و بدون ابهامی برای تعیین حالت اکسیداسیون وجود دارد که برای استفاده مطمئن از آنها، دانش مبانی شیمی و جبر کافی است.

مراحل

قسمت 1

تعیین حالت اکسیداسیون بر اساس قوانین شیمی

عنصری بودن ماده مورد نظر را مشخص کنید.حالت اکسیداسیون اتم ها در خارج از یک ترکیب شیمیایی صفر است. این قانون هم برای موادی که از اتم های آزاد منفرد تشکیل شده اند و هم برای موادی که از دو یا چند مولکول چند اتمی یک عنصر تشکیل شده اند صادق است.

• به عنوان مثال، Al(s) و Cl 2 دارای حالت اکسیداسیون 0 هستند زیرا هر دو در یک حالت عنصری غیر شیمیایی هستند.
• لطفاً توجه داشته باشید که شکل آلوتروپیک گوگرد S8 یا اکتا سولفور، با وجود ساختار غیر معمول آن، با حالت اکسیداسیون صفر نیز مشخص می شود.

1. تعیین کنید که آیا ماده مورد نظر از یون تشکیل شده است یا خیر.حالت اکسیداسیون یون ها برابر با بار آنها است. این هم برای یون های آزاد و هم برای یون هایی که بخشی از ترکیبات شیمیایی هستند صادق است.

   • به عنوان مثال، حالت اکسیداسیون یون Cl-1- است.
   • حالت اکسیداسیون یون Cl در ترکیب شیمیایی NaCl نیز 1- است. از آنجایی که یون Na طبق تعریف دارای بار 1+ است، نتیجه می گیریم که یون کلر دارای بار 1- است و بنابراین حالت اکسیداسیون آن 1- است.

2. لطفا توجه داشته باشید که یون های فلزی می توانند چندین حالت اکسیداسیون داشته باشند.اتم های بسیاری از عناصر فلزی را می توان به درجات مختلف یونیزه کرد. به عنوان مثال، بار یون های فلزی مانند آهن (Fe) +2 یا +3 است. بار یون های فلزی (و حالت اکسیداسیون آنها) را می توان با بارهای یون های عناصر دیگر تعیین کرد که فلز با آنها بخشی از یک ترکیب شیمیایی است. در متن این بار با اعداد رومی نشان داده شده است: به عنوان مثال، آهن (III) دارای حالت اکسیداسیون +3 است.

   • به عنوان مثال، ترکیبی حاوی یون آلومینیوم را در نظر بگیرید. بار کل ترکیب AlCl 3 صفر است. از آنجایی که می دانیم یون های کلر دارای بار ۱- هستند و ۳ یون از این قبیل در ترکیب وجود دارد، برای اینکه ماده مورد نظر به طور کلی خنثی باشد، یون Al باید دارای بار ۳+ باشد. بنابراین، در این حالت، حالت اکسیداسیون آلومینیوم +3 است.

3. حالت اکسیداسیون اکسیژن -2 است (به استثنای برخی موارد).تقریباً در همه موارد، اتم های اکسیژن حالت اکسیداسیون 2- دارند. چند استثنا در این قاعده وجود دارد:

   • اگر اکسیژن در حالت عنصری خود (O2) باشد، حالت اکسیداسیون آن 0 است، مانند سایر مواد عنصری.
   • اگر اکسیژن گنجانده شود پراکسید، حالت اکسیداسیون آن -1 است. پراکسیدها گروهی از ترکیبات حاوی یک پیوند ساده اکسیژن-اکسیژن (یعنی آنیون پراکسید O 2-2) هستند. به عنوان مثال، در ترکیب مولکول H 2 O 2 (پراکسید هیدروژن)، اکسیژن دارای بار و حالت اکسیداسیون -1 است.
   • هنگامی که اکسیژن با فلوئور ترکیب می شود، حالت اکسیداسیون 2+ دارد، قانون فلوئور را در زیر بخوانید.

4. هیدروژن دارای حالت اکسیداسیون 1+ است، به استثنای برخی موارد.همانطور که در مورد اکسیژن، در اینجا نیز استثنا وجود دارد. به طور معمول، حالت اکسیداسیون هیدروژن +1 است (مگر اینکه در حالت عنصری H2 باشد). با این حال، در ترکیباتی به نام هیدرید، حالت اکسیداسیون هیدروژن -1 است.

   • به عنوان مثال، در H2O حالت اکسیداسیون هیدروژن +1 است زیرا اتم اکسیژن دارای بار 2- است و دو بار 1+ برای خنثی بودن کلی مورد نیاز است. با این حال، در ترکیب هیدرید سدیم، حالت اکسیداسیون هیدروژن در حال حاضر -1 است، زیرا یون Na حامل بار 1+ است و برای خنثی بودن الکتریکی کلی، بار اتم هیدروژن (و در نتیجه حالت اکسیداسیون آن) باید برابر 1- باشد.

5. فلوئور همیشهدارای حالت اکسیداسیون -1 است.همانطور که قبلا ذکر شد، وضعیت اکسیداسیون برخی از عناصر (یون های فلزی، اتم های اکسیژن در پراکسیدها و غیره) بسته به تعدادی از عوامل می تواند متفاوت باشد. با این حال، حالت اکسیداسیون فلوئور همیشه -1 است. این با این واقعیت توضیح داده می شود که این عنصر دارای بالاترین الکترونگاتیوی است - به عبارت دیگر، اتم های فلوئور کمترین تمایل را به جدا شدن از الکترون های خود دارند و فعالانه ترین الکترون های خارجی را جذب می کنند. بنابراین، شارژ آنها بدون تغییر باقی می ماند.

6. مجموع حالت های اکسیداسیون یک ترکیب برابر با بار آن است.حالت های اکسیداسیون همه اتم های یک ترکیب شیمیایی باید با بار آن ترکیب جمع شود. برای مثال، اگر ترکیبی خنثی باشد، مجموع حالت های اکسیداسیون تمام اتم های آن باید صفر باشد. اگر ترکیب یک یون چند اتمی با بار 1- باشد، مجموع حالت های اکسیداسیون -1 است و به همین ترتیب.

   • این یک راه خوب برای بررسی است - اگر مجموع حالت‌های اکسیداسیون با بار کل ترکیب برابر نباشد، در جایی اشتباه کرده‌اید.

   قسمت 2

   تعیین حالت اکسیداسیون بدون استفاده از قوانین شیمی

   1. اتم هایی را پیدا کنید که قوانین سختگیرانه ای در مورد اعداد اکسیداسیون ندارند.برای برخی از عناصر، قوانین ثابتی برای یافتن حالت اکسیداسیون وجود ندارد. اگر یک اتم تحت هیچ یک از قوانین ذکر شده در بالا قرار نمی گیرد و بار آن را نمی دانید (به عنوان مثال، اتم بخشی از یک مجتمع است و بار آن مشخص نیست)، می توانید عدد اکسیداسیون چنین اتمی را با استفاده از آن تعیین کنید. حذف. ابتدا بار تمام اتم های دیگر ترکیب را تعیین کنید و سپس از بار کل شناخته شده ترکیب، حالت اکسیداسیون یک اتم معین را محاسبه کنید.

      • به عنوان مثال، در ترکیب Na 2 SO 4 بار اتم گوگرد (S) ناشناخته است - ما فقط می دانیم که صفر نیست، زیرا گوگرد در حالت عنصری نیست. این ترکیب به عنوان مثال خوبی برای نشان دادن روش جبری تعیین حالت اکسیداسیون است.

   2. حالت های اکسیداسیون عناصر باقی مانده در ترکیب را بیابید.با استفاده از قوانینی که در بالا توضیح داده شد، حالت های اکسیداسیون اتم های باقی مانده ترکیب را تعیین کنید. در مورد اتم های O، H و غیره استثناهای قوانین را فراموش نکنید.

      • برای Na 2 SO 4، با استفاده از قوانین ما، متوجه می‌شویم که بار (و بنابراین حالت اکسیداسیون) یون Na +1 است و برای هر یک از اتم‌های اکسیژن 2- است.
   3. در ترکیبات، مجموع تمام حالات اکسیداسیون باید برابر با بار باشد. به عنوان مثال، اگر ترکیب یک یون دو اتمی باشد، مجموع حالت های اکسیداسیون اتم ها باید برابر با بار یونی کل باشد.
   4. اینکه بتوانید از جدول تناوبی استفاده کنید و بدانید عناصر فلزی و غیرفلزی در کجای آن قرار دارند بسیار مفید است.
   5. حالت اکسیداسیون اتم ها به شکل عنصری همیشه صفر است. حالت اکسیداسیون یک یون منفرد برابر با بار آن است. عناصر گروه 1A جدول تناوبی مانند هیدروژن، لیتیوم، سدیم، در شکل عنصری خود دارای حالت اکسیداسیون +1 هستند. فلزات گروه 2A مانند منیزیم و کلسیم در شکل عنصری خود حالت اکسیداسیون 2+ دارند. اکسیژن و هیدروژن بسته به نوع پیوند شیمیایی می توانند 2 حالت اکسیداسیون متفاوت داشته باشند.

برای قرار دادن صحیح حالت های اکسیداسیون، باید چهار قانون را در نظر داشته باشید.

1) در یک ماده ساده، حالت اکسیداسیون هر عنصر 0 است. مثالها: Na 0، H 0 2، P 0 4.

2) باید عناصری را که مشخص هستند به خاطر بسپارید حالت های اکسیداسیون ثابت. همه آنها در جدول ذکر شده است.

3) بالاترین حالت اکسیداسیون یک عنصر، به طور معمول، با تعداد گروهی که عنصر در آن قرار دارد منطبق است (به عنوان مثال، فسفر در گروه V است، بالاترین s.d. فسفر 5+ است). استثناهای مهم: F, O.

4) جستجوی حالت های اکسیداسیون عناصر دیگر بر اساس یک قانون ساده است:

در یک مولکول خنثی، مجموع حالت های اکسیداسیون همه عناصر صفر است و در یک یون - بار یون.

چند مثال ساده برای تعیین حالت های اکسیداسیون

مثال 1. یافتن حالت های اکسیداسیون عناصر در آمونیاک (NH 3) ضروری است.

راه حل. ما قبلاً می دانیم (نگاه کنید به 2) که هنر. خوب. هیدروژن +1 است. باقی مانده است که این ویژگی برای نیتروژن پیدا شود. اجازه دهید x حالت اکسیداسیون مورد نظر باشد. ما ساده ترین معادله را ایجاد می کنیم: x + 3 (+1) = 0. جواب واضح است: x = -3. پاسخ: N -3 H 3 +1.

مثال 2. حالت های اکسیداسیون تمام اتم های مولکول H 2 SO 4 را نشان دهید.

راه حل. حالت های اکسیداسیون هیدروژن و اکسیژن قبلاً شناخته شده است: H(+1) و O(-2). برای تعیین حالت اکسیداسیون گوگرد معادله ای ایجاد می کنیم: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0. با حل این معادله، می یابیم: x = +6. پاسخ: H +1 2 S +6 O -2 4.

مثال 3. حالت های اکسیداسیون همه عناصر موجود در مولکول Al(NO 3) 3 را محاسبه کنید.

راه حل. الگوریتم بدون تغییر باقی می ماند. ترکیب "مولکول" نیترات آلومینیوم شامل یک اتم Al (3+)، 9 اتم اکسیژن (-2) و 3 اتم نیتروژن است که باید حالت اکسیداسیون آن را محاسبه کنیم. معادله مربوطه: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. پاسخ: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

مثال 4. حالت های اکسیداسیون همه اتم ها را در یون (AsO 4) 3- تعیین کنید.

راه حل. در این حالت، مجموع حالت های اکسیداسیون دیگر برابر با صفر نخواهد بود، بلکه برابر با بار یون، یعنی 3- خواهد بود. معادله: x + 4 (-2) = -3. پاسخ: As(+5)، O(-2).

اگر حالت اکسیداسیون دو عنصر ناشناخته باشد چه باید کرد؟

آیا می توان با استفاده از یک معادله مشابه، حالت های اکسیداسیون چندین عنصر را همزمان تعیین کرد؟ اگر این مسئله را از منظر ریاضی در نظر بگیریم، پاسخ منفی خواهد بود. یک معادله خطی با دو متغیر نمی تواند یک راه حل منحصر به فرد داشته باشد. اما ما بیشتر از یک معادله را حل می کنیم!

مثال 5. حالت های اکسیداسیون همه عناصر موجود در (NH 4) 2 SO 4 را تعیین کنید.

راه حل. حالت های اکسیداسیون هیدروژن و اکسیژن مشخص است، اما گوگرد و نیتروژن مشخص نیست. یک مثال کلاسیک از یک مشکل با دو مجهول! ما سولفات آمونیوم را نه به عنوان یک "مولکول"، بلکه به عنوان ترکیبی از دو یون در نظر خواهیم گرفت: NH 4 + و SO 4 2-. بارهای یون ها برای ما شناخته شده است، هر یک از آنها فقط دارای یک اتم با حالت اکسیداسیون ناشناخته است. با استفاده از تجربه به دست آمده در حل مسائل قبلی، می توانیم به راحتی حالت های اکسیداسیون نیتروژن و گوگرد را پیدا کنیم. جواب: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

نتیجه گیری: اگر یک مولکول حاوی چندین اتم با حالت اکسیداسیون ناشناخته است، سعی کنید مولکول را به چند قسمت تقسیم کنید.

نحوه ترتیب دادن حالت های اکسیداسیون در ترکیبات آلی

مثال 6. حالت های اکسیداسیون همه عناصر را در CH 3 CH 2 OH نشان دهید.

راه حل. یافتن حالت های اکسیداسیون در ترکیبات آلی ویژگی های خاص خود را دارد. به طور خاص، لازم است به طور جداگانه حالت های اکسیداسیون برای هر اتم کربن پیدا شود. می توانید به صورت زیر استدلال کنید. به عنوان مثال، اتم کربن در گروه متیل را در نظر بگیرید. این اتم C به 3 اتم هیدروژن و یک اتم کربن همسایه متصل است. در امتداد پیوند C-H، چگالی الکترون به سمت اتم کربن تغییر می کند (زیرا الکترونگاتیوی C از EO هیدروژن بیشتر است). اگر این جابجایی کامل بود، اتم کربن بار 3- را به دست می آورد.

اتم C در گروه -CH 2 OH به دو اتم هیدروژن (تغییر چگالی الکترون به سمت C)، یک اتم اکسیژن (تغییر چگالی الکترون به سمت O) و یک اتم کربن (می توان فرض کرد که تغییر در چگالی الکترون در این مورد اتفاق نمی افتد). حالت اکسیداسیون کربن -2 +1 +0 = -1 است.

پاسخ: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.

مفاهیم "ظرفیت" و "وضعیت اکسیداسیون" را با هم اشتباه نگیرید!

عدد اکسایش اغلب با ظرفیت اشتباه گرفته می شود. این اشتباه را نکن من تفاوت های اصلی را لیست می کنم:

• حالت اکسیداسیون علامت (+ یا -) دارد، ظرفیت ندارد.
• حالت اکسیداسیون حتی در یک ماده پیچیده می تواند صفر باشد؛ ظرفیت برابر با صفر، به عنوان یک قاعده، به این معنی است که یک اتم از یک عنصر معین به اتم های دیگر متصل نیست (ما در مورد هر نوع ترکیبات گنجانده شده و سایر "غیربیان" بحث نمی کنیم. اینجا)؛
• حالت اکسیداسیون یک مفهوم رسمی است که فقط در ترکیبات دارای پیوند یونی معنای واقعی به دست می آورد؛ برعکس، مفهوم "ظرفیت" به راحتی در رابطه با ترکیبات کووالانسی به کار می رود.

حالت اکسیداسیون (به طور دقیق تر، مدول آن) اغلب از نظر عددی برابر با ظرفیت است، اما حتی بیشتر اوقات این مقادیر با هم منطبق نیستند. به عنوان مثال، حالت اکسیداسیون کربن در CO 2 +4 است. ظرفیت C نیز برابر با IV است. اما در متانول (CH 3 OH) ظرفیت کربن ثابت می ماند و حالت اکسیداسیون C برابر با 1- است.

تست کوتاه با موضوع "وضعیت اکسیداسیون"

چند دقیقه وقت بگذارید تا درک خود را از این موضوع بررسی کنید. شما باید به پنج سوال ساده پاسخ دهید. موفق باشید!

عنصر شیمیایی در یک ترکیب، با این فرض که همه پیوندها یونی هستند محاسبه می شود.

حالت های اکسیداسیون می توانند مقدار مثبت، منفی یا صفر داشته باشند، بنابراین مجموع جبری حالت های اکسیداسیون عناصر در یک مولکول، با در نظر گرفتن تعداد اتم های آنها، برابر با 0 و در یک یون - بار یون است. .

1. حالت اکسیداسیون فلزات در ترکیبات همیشه مثبت است.

2. بالاترین حالت اکسیداسیون مربوط به تعداد گروه جدول تناوبی است که عنصر در آن قرار دارد (استثناها عبارتند از: au +3(گروه من) مس +2(II)، از گروه VIII حالت اکسیداسیون +8 را فقط در اسمیم می توان یافت Osو روتنیم Ru.

3. حالت های اکسیداسیون غیر فلزات بستگی به این دارد که به کدام اتم متصل است:

• اگر با یک اتم فلز باشد، حالت اکسیداسیون منفی است.
• اگر با یک اتم غیر فلزی باشد، حالت اکسیداسیون می تواند مثبت یا منفی باشد. بستگی به الکترونگاتیوی اتم های عناصر دارد.

4. بالاترین حالت اکسیداسیون منفی غیر فلزات را می توان با کم کردن از 8 تعداد گروهی که عنصر در آن قرار دارد تعیین کرد. بالاترین حالت اکسیداسیون مثبت برابر با تعداد الکترون های لایه بیرونی است که با عدد گروه مطابقت دارد.

5. حالات اکسیداسیون مواد ساده بدون توجه به فلز یا غیرفلز بودن 0 است.

عناصر با حالت اکسیداسیون ثابت.

عنصر	حالت اکسیداسیون مشخصه	استثناها
		هیدریدهای فلزی: LIH -1
		حالت اکسیداسیونبار شرطی یک ذره را با این فرض که پیوند کاملاً شکسته شده است (یک ویژگی یونی دارد) نامیده می شود. اچ- Cl = اچ + + Cl - , پیوند موجود در اسید کلریدریک کووالانسی قطبی است. جفت الکترون بیشتر به سمت اتم جابجا می شود Cl - ، زیرا عنصر الکترونگاتیو تری است. چگونه می توان وضعیت اکسیداسیون را تعیین کرد؟ الکترونگاتیویتوانایی اتم ها برای جذب الکترون از عناصر دیگر است. عدد اکسیداسیون در بالای عنصر نشان داده شده است: برادر 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,ک + Cl - و غیره. می تواند منفی و مثبت باشد. حالت اکسیداسیون یک ماده ساده (بی بند، حالت آزاد) صفر است. حالت اکسیداسیون اکسیژن برای اکثر ترکیبات 2- است (به استثنای پراکسیدها H 2 O 2، که در آن برابر است با -1 و ترکیبات با فلوئور - O +2 اف 2 -1 , O 2 +1 اف 2 -1 ). - حالت اکسیداسیونیک یون تک اتمی ساده برابر با بار آن است: Na + , حدود +2 . هیدروژن در ترکیبات آن حالت اکسیداسیون 1+ دارد (استثناء هیدریدها هستند - Na + اچ - و اتصالات را تایپ کنید سی +4 اچ 4 -1 ). در پیوندهای فلزی-غیر فلزی، حالت اکسیداسیون منفی اتمی است که الکترونگاتیوی بیشتری دارد (داده‌های الکترونگاتیوی در مقیاس پالینگ آورده شده است): اچ + اف - , مس + برادر - , حدود +2 (نه 3 ) - و غیره. قوانین تعیین درجه اکسیداسیون در ترکیبات شیمیایی. بیایید اتصال را بگیریم KMnO 4 , تعیین وضعیت اکسیداسیون اتم منگنز ضروری است. استدلال: پتاسیم یک فلز قلیایی در گروه I جدول تناوبی است و بنابراین فقط حالت اکسیداسیون مثبت 1+ دارد. همانطور که مشخص است اکسیژن در اکثر ترکیبات خود حالت اکسیداسیون 2- دارد. این ماده یک پراکسید نیست، یعنی از این قاعده مستثنی نیست. معادله را می سازد: K+Mn X O 4 -2 اجازه دهید ایکس- وضعیت اکسیداسیون منگنز برای ما ناشناخته است. تعداد اتم های پتاسیم 1، منگنز - 1، اکسیژن - 4 است. ثابت شده است که مولکول به عنوان یک کل از نظر الکتریکی خنثی است، بنابراین بار کل آن باید صفر باشد. 1*(+1) + 1*(ایکس) + 4(-2) = 0, X = +7، این بدان معنی است که حالت اکسیداسیون منگنز در پرمنگنات پتاسیم = +7 است. بیایید مثال دیگری از یک اکسید را در نظر بگیریم Fe2O3. تعیین وضعیت اکسیداسیون اتم آهن ضروری است. استدلال: آهن یک فلز است، اکسیژن یک غیر فلز است، به این معنی که اکسیژن یک عامل اکسید کننده خواهد بود و دارای بار منفی است. می دانیم که اکسیژن حالت اکسیداسیون 2- دارد. ما تعداد اتم ها را می شماریم: آهن - 2 اتم، اکسیژن - 3. ما یک معادله ایجاد می کنیم که در آن ایکس- حالت اکسیداسیون اتم آهن: 2*(X) + 3*(-2) = 0، نتیجه گیری: حالت اکسیداسیون آهن در این اکسید 3+ است. مثال ها.حالت های اکسیداسیون تمام اتم های مولکول را تعیین کنید. 1. K2Cr2O7. حالت اکسیداسیون K +1، اکسیژن O -2. شاخص های داده شده: O=(-2)×7=(-14)، K=(+1)×2=(+2). زیرا مجموع جبری حالت های اکسیداسیون عناصر در یک مولکول با در نظر گرفتن تعداد اتم های آنها برابر با 0 است، سپس تعداد حالت های اکسیداسیون مثبت برابر با تعداد منفی است. حالت های اکسیداسیون K+O=(-14)+(+2)=(-12). از این نتیجه می شود که اتم کروم دارای 12 قدرت مثبت است، اما 2 اتم در مولکول وجود دارد، به این معنی که در هر اتم (12+) وجود دارد: 2 = (6+). پاسخ: K 2 + Cr 2 + 6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3- . در این حالت، مجموع حالت های اکسیداسیون دیگر برابر با صفر نخواهد بود، بلکه برابر با بار یون خواهد بود، یعنی. - 3. بیایید یک معادله بسازیم: x+4×(- 2)= - 3 . پاسخ: (As +5 O 4 -2) 3- .