I kjemi refererer begrepene oksidasjon og reduksjon til reaksjoner der et atom (eller en gruppe atomer) suksessivt mister eller får elektroner. Et oksidasjonsnummer er et tall som er tildelt et atom (eller en gruppe atomer) som hjelper kjemikere med å spore hvor mange elektroner som er tilgjengelige for overføring og om en gitt reaktant blir oksidert eller redusert i en reaksjon. Prosessen med å tildele oksidasjonstall til atomer kan variere fra veldig lett til ganske komplekst, basert på ladningen i atomet og den kjemiske sammensetningen av molekylene som utgjør atomet. For å gjøre ting mer kompliserte, har noen atomer mer enn ett oksidasjonstall. Heldigvis er bestemmelsen av oksidasjonsnummeret gjort med regler som er klare og enkle å følge, selv om kunnskap om grunnleggende kjemi og algebra vil gjøre det enklere å forklare disse reglene.
Steg
Metode 1 av 2: Bestemmelse av oksidasjonstallet basert på kjemiske forskrifter
Trinn 1. Bestem om stoffene det er snakk om er elementer
Atomer av frie elementer har alltid et oksidasjonstall på 0. Dette gjelder atomer hvis grunnform består av et enkelt atom, samt atomer hvis grunnform er diatomisk eller polyatomisk.
- For eksempel har både Al(s) samt Cl2 har et oksidasjonstall på 0 fordi de er former for grunnstoffer som ikke er bundet til andre grunnstoffer.
- Vær oppmerksom på at elementformen Svovel, S8, eller oktasvovel, selv om den er unormal, har også et oksidasjonstall på 0.
Trinn 2. Bestem om stoffene det er snakk om er ioner
Ioner har samme oksidasjonstall som ladningen. Dette gjelder for ioner som ikke er bundet til andre grunnstoffer, så vel som ioner som er en del av ioniske forbindelser.
- For eksempel Cl. Ion- har et oksidasjonstall på -1.
- Cl -ionet har fremdeles et oksidasjonstall på -1 når Cl er en del av NaCl -forbindelsen. Siden Na -ionet per definisjon har en ladning på +1, vet vi at Cl -ionet har en ladning på -1, så oksidasjonstallet forblir -1.
Trinn 3. Innse at metallioner kan ha flere oksidasjonstilstander
Mange metalliske elementer har mer enn en ladning. For eksempel kan metalljernet (Fe) være et ion med en +2 eller +3 ladning. Ladningen til et metallion (og dermed dets oksidasjonsnummer) kan bestemmes, enten når det gjelder ladningene til de andre bestanddelene i forbindelsen, eller, når det er skrevet i tekstform med romertall (som i setningen, The jern (III) ion har en ladning på + 3.).
La oss for eksempel undersøke en forbindelse som inneholder metallionen aluminium. AlCl. Forbindelse3 har en total ladning på 0. Siden vi vet at Cl. ion- har en ladning på -1 og det er 3 Cl. ioner- i forbindelsen må Al -ionet ha en ladning på +3 slik at den totale ladningen for alle ionene er 0. Dermed er oksidasjonstallet til Al +3.
Trinn 4. Tilordne oksidasjonstallet -2 til oksygen (uten unntak)
I nesten alle tilfeller har oksygenatomet et oksidasjonstall på -2. Det er noen unntak fra denne regelen:
- Når oksygen er i sin grunnform (O2), er oksidasjonstallet 0, fordi dette er regelen for alle atomene i elementet.
- Når oksygen er en del av et peroksyd, er oksidasjonstallet -1. Peroksider er en klasse forbindelser som inneholder oksygen-oksygen-enkeltbindinger (eller peroksyd-anionen O2-2). For eksempel i H. -molekylet2O2 (hydrogenperoksid), har oksygen et oksidasjonstall (og ladning) på -1. Når oksygen er en del av superoksid, er oksidasjonstallet dessuten -0,5.
- Når oksygen er bundet til fluor, er oksidasjonstallet +2. Se Fluorforskrifter nedenfor for mer informasjon. I (O.2F2), er dets oksidasjonstall +1.
Trinn 5. Tilordne oksidasjonstallet +1 til hydrogen (uten unntak)
Som oksygen er oksidasjonstallet for hydrogen et spesielt tilfelle. Generelt har hydrogen et oksidasjonstall på +1 (unntatt, som ovenfor, i sin elementære form, H2). Når det gjelder spesielle forbindelser som kalles hydrider, har imidlertid hydrogen et oksidasjonstall på -1.
For eksempel i H2O, vi vet at hydrogen har et oksidasjonstall på +1 fordi oksygen har en ladning på -2 og vi trenger en ladning på 2 +1 for å gjøre forbindelsens ladning null. I natriumhydrid, NaH, har imidlertid hydrogen et oksidasjonstall på -1 fordi ladningen på ionet har en ladning på +1, og for at summen av ladningene på forbindelsen skal være null, er hydrogenladningen (og dermed dens oksidasjonstall) må være -1.
Trinn 6. Fluor har alltid et oksidasjonstall på -1
Som nevnt ovenfor kan oksidasjonstallene til visse elementer variere på grunn av flere faktorer (metallioner, oksygenatomer i peroksider, etc.) Fluor har imidlertid et oksidasjonstall på -1, som aldri endres. Dette er fordi fluor er det mest elektronegative elementet - med andre ord er det elementet som er minst sannsynlig å gi opp elektronene og mest sannsynlig vil ta opp atomer av andre grunnstoffer. Dermed endres ikke gebyret.
Trinn 7. Gjør oksidasjonstallet i forbindelsen lik ladningen på forbindelsen
Oksidasjonstallene til alle atomene i en forbindelse må være lik ladningen på forbindelsen. For eksempel, hvis en forbindelse ikke har ladning, må oksidasjonstallet for hvert atom legge til null; hvis forbindelsen er et polyatomisk ion med en ladning på -1, må oksidasjonstallet legge til -1, etc.
Dette er en god måte å sjekke arbeidet ditt på - hvis oksidasjonstallene i forbindelsen din ikke beløper seg til belastningen på forbindelsen din, vet du at du har angitt ett eller flere av feil oksydasjonstall
Metode 2 av 2: Tilordne tall til atomer uten en regel for oksidasjonstall
Trinn 1. Finn atomene uten regelen for oksidasjonsnummer
Noen atomer har ingen spesifikke regler for oksidasjonstall. Hvis atomet ditt ikke vises i reglene ovenfor, og du ikke er sikker på hva ladningen er (for eksempel hvis atomene er en del av en større forbindelse og dermed ikke viser sine respektive ladninger), kan du finne atomets oksidasjonstall ved en eliminasjonsprosess. Først vil du bestemme oksidasjonstilstanden for alle atomene i forbindelsen, deretter løser du bare de ukjente atomene basert på den totale ladningen av forbindelsen.
For eksempel i forbindelsen Na2SÅ4, ladningen av svovel (S) er ukjent - atomet er ikke i grunnleggende form, så oksidasjonstallet er ikke 0, men det er alt vi vet. Dette er et godt eksempel på denne algebraiske måten å bestemme oksidasjonstallet på.
Trinn 2. Finn de kjente oksidasjonstallene til andre elementer i forbindelsen
Bruk reglene for tildeling av oksidasjonstall, og bestem oksidasjonstallene til de andre atomene i forbindelsen. Se opp for spesielle tilfeller som O, H, etc.
I Na2SÅ4, vi vet at Na -ionet i henhold til våre regler har en ladning (og dermed oksidasjonstallet) +1 og oksygenatomet har et oksidasjonstall på -2.
Trinn 3. Multipliser antall atomer med oksidasjonstallet
Nå som vi kjenner oksidasjonstallene til alle våre atomer bortsett fra det ukjente, må vi vurdere det faktum at noen av disse atomene kan vises mer enn én gang. Multipliser hvert koeffisientnummer for hvert atom (skrevet i liten nedenfor etter det kjemiske symbolet for atomet i forbindelsen) med dets oksidasjonsnummer.
I Na2SÅ4Vi vet at det er 2 Na -atomer og 4 O. svaret -8.
Trinn 4. Legg sammen resultatene
Hvis du legger til produktet av multiplikasjonen din, får du oksidasjonsnummeret til forbindelsen uten å beregne det ukjente oksidasjonstallet for atomet ditt.
I Na. -Eksemplet2SÅ4 oss, legger vi til 2 med -8 for å få -6.
Trinn 5. Beregn det ukjente oksidasjonstallet basert på ladningen av forbindelsen
Nå har du alt du trenger for å finne ukjente oksidasjonstall ved hjelp av enkel algebra. Lag en ligning: svaret ditt i forrige trinn, pluss det ukjente oksidasjonstallet er lik den totale ladningen til forbindelsen. Med andre ord: (Mengde kjent oksidasjonsnummer) + (ukjent oksidasjonsnummer, som søkes) = (ladning av forbindelse).
-
I Na. -Eksemplet2SÅ4 oss, løser vi det slik:
- (sum av kjent oksidasjonsnummer) + (ukjent oksidasjonsnummer, som søkes) = (ladning av forbindelse)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
-
S = 6. S har et oksidasjonstall
Trinn 6. i Na2SÅ4.
Tips
- Atomer i grunnformen har alltid et oksidasjonstall på 0. Et monatomisk ion har et oksidasjonsnummer som er lik ladningen. Metall 1A i sin grunnform, slik som hydrogen, litium og natrium, har et oksidasjonstall på +1; 2A -metaller i grunnform, som magnesium og kalsium, har et oksidasjonstall på +2. Både hydrogen og oksygen har to forskjellige oksidasjonstilstander som kan avhenge av bindingen.
- I en forbindelse må summen av alle oksidasjonstallene være lik 0. Hvis et ion for eksempel har 2 atomer, må summen av oksidasjonstallene være lik ladningen på ionet.
- Det er veldig nyttig å vite hvordan man leser det periodiske elementet og plasseringen av metaller og ikke-metaller.
