في الكيمياء ، تعني مصطلحات "الأكسدة" و "الاختزال" التفاعلات التي تفقد فيها ذرة أو مجموعة ذرات أو تكتسب إلكترونات على التوالي. حالة الأكسدة هي قيمة عددية تُعزى إلى ذرة واحدة أو أكثر والتي تميز عدد الإلكترونات المعاد توزيعها وتوضح كيفية توزيع هذه الإلكترونات بين الذرات أثناء التفاعل. يمكن أن يكون تحديد هذه الكمية إجراءً بسيطًا ومعقدًا للغاية ، اعتمادًا على الذرات والجزيئات التي تتكون منها. علاوة على ذلك ، يمكن أن تحتوي ذرات بعض العناصر على العديد من حالات الأكسدة. لحسن الحظ ، هناك قواعد بسيطة لا لبس فيها لتحديد درجة الأكسدة ، للاستخدام الواثق الذي يكفي لمعرفة أساسيات الكيمياء والجبر.

خطوات

الجزء 1

حدد ما إذا كانت المادة المعنية عنصرية.حالة أكسدة الذرات خارج مركب كيميائي هي صفر. تنطبق هذه القاعدة على كل من المواد المكونة من ذرات حرة فردية ، وعلى تلك التي تتكون من جزيئين أو جزيئات متعددة الذرات من عنصر واحد.

• على سبيل المثال ، Al (s) و Cl 2 لهما حالة أكسدة تساوي 0 لأن كلاهما في حالة عنصرية غير مرتبطة كيميائياً.
• يرجى ملاحظة أن الشكل المتآصل للكبريت S 8 ، أو ثماني الكبريت ، على الرغم من هيكله غير النمطي ، يتميز أيضًا بحالة أكسدة صفرية.

1. حدد ما إذا كانت المادة المعنية تتكون من أيونات.حالة أكسدة الأيونات تساوي شحنتها. هذا صحيح لكل من الأيونات الحرة وتلك التي تشكل جزءًا من المركبات الكيميائية.

   • على سبيل المثال ، حالة أكسدة أيون الكلور هي -1.
   • حالة أكسدة أيون الكلور في المركب الكيميائي كلوريد الصوديوم هي أيضًا -1. نظرًا لأن أيون Na ، بحكم التعريف ، له شحنة +1 ، فإننا نستنتج أن شحنة أيون الكلور هي -1 ، وبالتالي فإن حالة الأكسدة الخاصة به هي -1.

2. لاحظ أن أيونات المعادن يمكن أن يكون لها العديد من حالات الأكسدة.يمكن أن تتأين ذرات العديد من العناصر المعدنية بدرجات مختلفة. على سبيل المثال ، شحنة أيونات معدن مثل الحديد (Fe) هي +2 أو +3. يمكن تحديد شحنة أيونات المعادن (ودرجة أكسدةها) من خلال شحنات أيونات العناصر الأخرى التي يكون هذا المعدن جزءًا من مركب كيميائي ؛ في النص ، يشار إلى هذه الشحنة بالأرقام الرومانية: على سبيل المثال ، الحديد (III) له حالة أكسدة +3.

   • كمثال ، ضع في اعتبارك مركبًا يحتوي على أيون الألومنيوم. إجمالي شحنة مركب AlCl 3 يساوي صفرًا. بما أننا نعلم أن Cl - أيونات لها شحنة -1 ، وأن المركب يحتوي على 3 أيونات من هذا القبيل ، من أجل الحياد الكلي للمادة المعنية ، يجب أن يكون لشحنة أيون Al +3. وبالتالي ، في هذه الحالة ، تكون حالة أكسدة الألومنيوم +3.

3. حالة أكسدة الأكسجين هي -2 (مع بعض الاستثناءات).في جميع الحالات تقريبًا ، تتمتع ذرات الأكسجين بحالة أكسدة تبلغ -2. هناك عدة استثناءات لهذه القاعدة:

   • إذا كان الأكسجين في الحالة الأولية (O 2) ، فإن حالة الأكسدة الخاصة به تكون 0 ، كما هو الحال بالنسبة للمواد الأولية الأخرى.
   • إذا تم تضمين الأكسجين بيروكسيدات، حالة الأكسدة الخاصة به هي -1. البيروكسيدات عبارة عن مجموعة من المركبات التي تحتوي على رابطة أكسجين - أكسجين واحدة (أي أنيون البيروكسيد O2-2). على سبيل المثال ، في تكوين جزيء H 2 O 2 (بيروكسيد الهيدروجين) ، يحتوي الأكسجين على شحنة وحالة أكسدة تبلغ -1.
   • بالاشتراك مع الفلور ، الأكسجين له حالة أكسدة +2 ، انظر قاعدة الفلور أدناه.

4. الهيدروجين له حالة أكسدة +1 ، مع استثناءات قليلة.كما هو الحال مع الأكسجين ، هناك أيضًا استثناءات. كقاعدة عامة ، تكون حالة أكسدة الهيدروجين +1 (ما لم تكن في الحالة الأولية H 2). ومع ذلك ، في مركبات تسمى الهيدريدات ، تكون حالة أكسدة الهيدروجين -1.

   • على سبيل المثال ، في H 2 O ، تكون حالة أكسدة الهيدروجين +1 ، نظرًا لأن شحنة ذرة الأكسجين هي -2 ، وهناك حاجة إلى شحنتين +1 للحياد الكلي. ومع ذلك ، في تكوين هيدريد الصوديوم ، تكون حالة أكسدة الهيدروجين بالفعل -1 ، نظرًا لأن أيون الصوديوم يحمل شحنة +1 ، وبالنسبة للحياد الإلكتروني الكلي ، يجب أن تكون شحنة ذرة الهيدروجين (وبالتالي حالة الأكسدة) -1.

5. الفلور دائماًلديه حالة أكسدة -1.كما لوحظ بالفعل ، يمكن أن تختلف درجة أكسدة بعض العناصر (أيونات المعادن ، وذرات الأكسجين في البيروكسيدات ، وما إلى ذلك) اعتمادًا على عدد من العوامل. ومع ذلك ، فإن حالة أكسدة الفلور هي دائمًا -1. هذا يرجع إلى حقيقة أن هذا العنصر لديه أعلى كهرسلبية - بمعنى آخر ، ذرات الفلور هي الأقل رغبة في الانفصال عن إلكتروناتها وتجذب إلكترونات الآخرين بشكل أكثر نشاطًا. وبالتالي ، تظل شحنتهم دون تغيير.

6. مجموع حالات الأكسدة في مركب يساوي شحنته.يجب أن تعطي حالات الأكسدة لجميع الذرات التي يتكون منها مركب كيميائي ، في المجموع ، شحنة هذا المركب. على سبيل المثال ، إذا كان المركب متعادلًا ، فيجب أن يكون مجموع حالات الأكسدة لجميع ذراته صفرًا ؛ إذا كان المركب عبارة عن أيون متعدد الذرات شحنة -1 ، فإن مجموع حالات الأكسدة هو -1 ، وهكذا.

   • هذه طريقة جيدة للتحقق - إذا كان مجموع حالات الأكسدة لا يساوي إجمالي شحنة المركب ، فأنت مخطئ في مكان ما.

   الجزء 2

   تحديد حالة الأكسدة بدون استخدام قوانين الكيمياء

   1. ابحث عن الذرات التي ليس لها قواعد صارمة فيما يتعلق بحالة الأكسدة.فيما يتعلق ببعض العناصر ، لا توجد قواعد ثابتة لإيجاد درجة الأكسدة. إذا كانت الذرة لا تتلاءم مع أي من القواعد المذكورة أعلاه ، ولا تعرف شحنتها (على سبيل المثال ، الذرة جزء من معقد ، وشحنتها غير مذكورة) ، يمكنك تحديد حالة أكسدة مثل هذه الذرة بالقضاء. أولاً ، حدد شحنة جميع الذرات الأخرى للمركب ، ثم من الشحنة الإجمالية المعروفة للمركب ، احسب حالة أكسدة هذه الذرة.

      • على سبيل المثال ، في مركب Na 2 SO 4 ، تكون شحنة ذرة الكبريت (S) غير معروفة - نحن نعلم فقط أنها ليست صفرية ، لأن الكبريت ليس في الحالة الأولية. يعتبر هذا المركب مثالاً جيدًا لتوضيح الطريقة الجبرية لتحديد حالة الأكسدة.

   2. أوجد حالات الأكسدة لبقية العناصر في المركب.باستخدام القواعد الموضحة أعلاه ، حدد حالات الأكسدة لذرات المركب المتبقية. لا تنسَ الاستثناءات من القاعدة في حالة O و H وما إلى ذلك.

      • بالنسبة إلى Na 2 SO 4 ، باستخدام قواعدنا ، نجد أن شحنة أيون الصوديوم (ومن ثم حالة الأكسدة) هي +1 ، ولكل ذرة من ذرات الأكسجين تكون -2.

   3. أوجد حالة الأكسدة المجهولة من شحنة المركب.الآن لديك جميع البيانات لحساب بسيط لحالة الأكسدة المطلوبة. اكتب معادلة ، على الجانب الأيسر سيكون هناك مجموع الرقم الذي تم الحصول عليه في خطوة الحساب السابقة وحالة الأكسدة غير المعروفة ، وعلى الجانب الأيمن - الشحنة الكلية للمركب. بعبارات أخرى، (مجموع حالات الأكسدة المعروفة) + (حالة الأكسدة المرغوبة) = (الشحنة المركبة).

      • في حالتنا Na 2 SO 4 ، يبدو الحل كما يلي:
        • (مجموع حالات الأكسدة المعروفة) + (حالة الأكسدة المرغوبة) = (الشحنة المركبة)
        • -6 + S = 0
        • S = 0 + 6
        • S = 6. في Na 2 SO 4 ، يحتوي الكبريت على حالة أكسدة 6 .
   • في المركبات ، يجب أن يساوي مجموع كل حالات الأكسدة الشحنة. على سبيل المثال ، إذا كان المركب عبارة عن أيون ثنائي الذرة ، فيجب أن يكون مجموع حالات الأكسدة للذرات مساويًا لإجمالي الشحنة الأيونية.
   • من المفيد جدًا أن تكون قادرًا على استخدام الجدول الدوري لمندليف ومعرفة مكان وجود العناصر المعدنية وغير المعدنية فيه.
   • دائمًا ما تكون حالة أكسدة الذرات في الشكل الأولي صفرًا. حالة أكسدة أيون واحد تساوي شحنته. عناصر المجموعة 1 أ من الجدول الدوري ، مثل الهيدروجين والليثيوم والصوديوم في شكل عنصري لها حالة أكسدة +1 ؛ حالة أكسدة معادن المجموعة 2 أ ، مثل المغنيسيوم والكالسيوم ، في شكلها الأولي هي +2. يمكن أن يكون للأكسجين والهيدروجين ، حسب نوع الرابطة الكيميائية ، حالتي أكسدة مختلفتين.

الطاولة. درجات أكسدة العناصر الكيميائية.

الطاولة. درجات أكسدة العناصر الكيميائية.

تصنيف المادة:

لوضعها بشكل صحيح الأكسدةهناك أربع قواعد يجب وضعها في الاعتبار.

1) في مادة بسيطة ، تكون حالة أكسدة أي عنصر هي 0. أمثلة: Na 0 ، H 0 2 ، P 0 4.

2) يجب أن تتذكر العناصر المميزة لها حالات الأكسدة المستمرة. كل منهم مدرج في الجدول.

3) تتطابق أعلى حالة أكسدة لعنصر ما ، كقاعدة عامة ، مع عدد المجموعة التي يقع فيها هذا العنصر (على سبيل المثال ، الفوسفور في المجموعة V ، أعلى SD للفوسفور هو +5). استثناءات مهمة: F ، O.

4) يعتمد البحث عن حالات الأكسدة للعناصر المتبقية على قاعدة بسيطة:

في الجزيء المحايد ، يكون مجموع حالات الأكسدة لجميع العناصر مساويًا للصفر ، وفي الأيون - شحنة الأيون.

بعض الأمثلة البسيطة لتحديد حالات الأكسدة

مثال 1. من الضروري إيجاد حالات أكسدة العناصر في الأمونيا (NH 3).

المحلول. نحن نعلم بالفعل (انظر 2) أن الفن. نعم. الهيدروجين +1. يبقى أن نجد هذه الخاصية للنيتروجين. دع x تكون حالة الأكسدة المرغوبة. نؤلف أبسط معادلة: x + 3 (+1) \ u003d 0. الحل واضح: x \ u003d -3. الجواب: N -3 H 3 +1.

مثال 2. حدد حالات الأكسدة لجميع الذرات في جزيء H 2 SO 4.

المحلول. حالات أكسدة الهيدروجين والأكسجين معروفة بالفعل: H (+1) و O (-2). نقوم بتكوين معادلة لتحديد درجة أكسدة الكبريت: 2 (+1) + x + 4 (-2) \ u003d 0. لحل هذه المعادلة نجد: x \ u003d +6. الجواب: H +1 2 S +6 O -2 4.

مثال 3. احسب حالات الأكسدة لجميع العناصر في جزيء Al (NO 3) 3.

المحلول. تبقى الخوارزمية دون تغيير. يتضمن تكوين "جزيء" نترات الألومنيوم ذرة واحدة من Al (+3) و 9 ذرات أكسجين (-2) و 3 ذرات نيتروجين ، وهي حالة الأكسدة التي يتعين علينا حسابها. المعادلة المقابلة: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. الإجابة: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

مثال 4. تحديد حالات الأكسدة لجميع الذرات في (AsO 4) 3- أيون.

المحلول. في هذه الحالة ، لن يكون مجموع حالات الأكسدة مساويًا للصفر ، بل شحنة الأيون ، أي -3. المعادلة: س + 4 (-2) = -3. الجواب: As (+5)، O (-2).

ماذا تفعل إذا كانت حالات الأكسدة لعنصرين غير معروفة

هل من الممكن تحديد حالات الأكسدة لعدة عناصر في وقت واحد باستخدام معادلة مماثلة؟ إذا نظرنا إلى هذه المشكلة من وجهة نظر الرياضيات ، فستكون الإجابة بالنفي. لا يمكن أن تحتوي المعادلة الخطية ذات المتغيرين على حل فريد. لكننا لا نحل معادلة فقط!

مثال 5. أوجد حالات الأكسدة لجميع العناصر في (NH 4) 2 SO 4.

المحلول. حالات أكسدة الهيدروجين والأكسجين معروفة ، لكن الكبريت والنيتروجين غير معروفين. مثال كلاسيكي على مشكلة ذات مجهولين! سوف نعتبر كبريتات الأمونيوم ليس كـ "جزيء" واحد ، ولكن كمزيج من أيونين: NH 4 + و SO 4 2-. نعرف شحنات الأيونات ، فكل منها يحتوي على ذرة واحدة فقط بدرجة أكسدة غير معروفة. باستخدام الخبرة المكتسبة في حل المشكلات السابقة ، يمكننا بسهولة العثور على حالات أكسدة النيتروجين والكبريت. الجواب: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

الخلاصة: إذا كان الجزيء يحتوي على عدة ذرات ذات حالات أكسدة غير معروفة ، فحاول "تقسيم" الجزيء إلى عدة أجزاء.

كيفية ترتيب حالات الأكسدة في المركبات العضوية

مثال 6. حدد حالات الأكسدة لجميع العناصر في CH 3 CH 2 OH.

المحلول. إن العثور على حالات الأكسدة في المركبات العضوية له خصائصه الخاصة. على وجه الخصوص ، من الضروري إيجاد حالات الأكسدة لكل ذرة كربون بشكل منفصل. يمكنك التفكير على النحو التالي. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، ذرة الكربون في مجموعة الميثيل. ترتبط ذرة C هذه بثلاث ذرات هيدروجين وذرة كربون مجاورة. على رابطة C-H ، تتحول كثافة الإلكترون نحو ذرة الكربون (لأن الكهربية الكهربية لـ C تتجاوز EO للهيدروجين). إذا كان هذا الإزاحة كاملاً ، فستكتسب ذرة الكربون شحنة مقدارها -3.

ذرة C في المجموعة -CH 2 OH مرتبطة بذرتين من الهيدروجين (تحول كثافة الإلكترون نحو C) ، ذرة أكسجين واحدة (تحول كثافة الإلكترون نحو O) وذرة كربون واحدة (يمكننا أن نفترض أن التحولات في كثافة الإلكترون في هذا القضية لا تحدث). حالة أكسدة الكربون هي -2 +1 +0 = -1.

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

لا تخلط بين مفهومي "التكافؤ" و "حالة الأكسدة"!

غالبًا ما يتم الخلط بين حالة الأكسدة والتكافؤ. لا ترتكب هذا الخطأ. سأدرج الاختلافات الرئيسية:

• حالة الأكسدة لها علامة (+ أو -) ، التكافؤ - لا ؛
• يمكن أن تكون درجة الأكسدة مساوية للصفر حتى في مادة معقدة ، وتعني تساوي التكافؤ مع الصفر ، كقاعدة عامة ، أن ذرة هذا العنصر غير مرتبطة بذرات أخرى (لن نناقش أي نوع من مركبات التضمين و "عناصر غريبة" أخرى هنا) ؛
• درجة الأكسدة هي مفهوم رسمي يكتسب معنى حقيقيًا فقط في المركبات ذات الروابط الأيونية ، مفهوم "التكافؤ" ، على العكس من ذلك ، هو الأكثر ملاءمة للمركبات التساهمية.

غالبًا ما تكون حالة الأكسدة (بتعبير أدق ، معاملها) مساوية عدديًا للتكافؤ ، ولكن في كثير من الأحيان لا تتوافق هذه القيم. على سبيل المثال ، حالة أكسدة الكربون في CO 2 هي +4 ؛ التكافؤ C يساوي أيضًا IV. ولكن في الميثانول (CH 3 OH) ، يظل تكافؤ الكربون كما هو ، وحالة أكسدة C هي -1.

اختبار صغير حول موضوع "درجة الأكسدة"

خذ بضع دقائق للتحقق من كيفية فهمك لهذا الموضوع. أنت بحاجة للإجابة على خمسة أسئلة بسيطة. حظا طيبا وفقك الله!

في العمليات الكيميائية ، تلعب الذرات والجزيئات الدور الرئيسي ، حيث تحدد خصائصها نتيجة التفاعلات الكيميائية. من الخصائص المهمة للذرة رقم الأكسدة ، الذي يبسط طريقة مراعاة انتقال الإلكترونات في الجسيم. كيف تحدد حالة الأكسدة أو الشحنة الرسمية للجسيم وما هي القواعد التي تحتاج إلى معرفتها لهذا؟

أي تفاعل كيميائي ناتج عن تفاعل ذرات المواد المختلفة. تعتمد عملية التفاعل ونتائجها على خصائص أصغر الجسيمات.

مصطلح الأكسدة (الأكسدة) في الكيمياء يعني تفاعل تفقد خلاله مجموعة من الذرات أو إحداهما إلكترونات أو تكتسب ، في حالة الاكتساب يسمى التفاعل "اختزال".

حالة الأكسدة هي كمية يتم قياسها كميًا وتميز الإلكترونات المعاد توزيعها أثناء التفاعل. أولئك. في عملية الأكسدة ، تنخفض الإلكترونات في الذرة أو تزداد ، ويعاد توزيعها بين الجسيمات المتفاعلة الأخرى ، ويظهر مستوى الأكسدة بالضبط كيف يتم إعادة تنظيمها. يرتبط هذا المفهوم ارتباطًا وثيقًا بالقدرة الكهربية للجسيمات - قدرتها على جذب الأيونات الحرة وصدها من نفسها.

يعتمد تحديد مستوى الأكسدة على خصائص وخصائص مادة معينة ، لذلك لا يمكن تسمية إجراء الحساب بشكل قاطع بأنه سهل أو معقد ، لكن نتائجه تساعد في التسجيل المشروط لعمليات تفاعلات الأكسدة والاختزال. يجب أن يكون مفهوماً أن النتيجة التي تم الحصول عليها من الحسابات هي نتيجة مراعاة نقل الإلكترونات وليس لها معنى فيزيائي ، وليست الشحنة الحقيقية للنواة.

من المهم أن تعرف! غالبًا ما تستخدم الكيمياء غير العضوية مصطلح التكافؤ بدلاً من حالة أكسدة العناصر ، وهذا ليس خطأً ، ولكن يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المفهوم الثاني أكثر عالمية.

مفاهيم وقواعد حساب حركة الإلكترونات هي الأساس لتصنيف المواد الكيميائية (التسمية) ، ووصف خصائصها وتجميع صيغ الاتصال. ولكن غالبًا ما يتم استخدام هذا المفهوم لوصف تفاعلات الأكسدة والاختزال والعمل معها.

قواعد تحديد درجة الأكسدة

كيف تعرف درجة الأكسدة؟ عند العمل مع تفاعلات الأكسدة والاختزال ، من المهم معرفة أن الشحنة الرسمية للجسيم ستكون دائمًا مساوية لحجم الإلكترون ، معبراً عنها بالقيمة العددية. ترتبط هذه الميزة بافتراض أن أزواج الإلكترونات التي تشكل رابطة دائمًا ما يتم تحويلها بالكامل نحو المزيد من الجسيمات السالبة. يجب أن نفهم أننا نتحدث عن الروابط الأيونية ، وفي حالة حدوث تفاعل عند ، سيتم تقسيم الإلكترونات بالتساوي بين الجسيمات المتطابقة.

يمكن أن يحتوي عدد الأكسدة على قيم موجبة وسالبة. الشيء هو أنه أثناء التفاعل ، يجب أن تصبح الذرة محايدة ، ولهذا تحتاج إما إلى ربط عدد معين من الإلكترونات بالأيون ، إذا كان موجبًا ، أو إزالتها إذا كانت سالبة. لتعيين هذا المفهوم ، عند كتابة الصيغ ، عادة ما يتم كتابة رقم عربي مع العلامة المقابلة فوق تسمية العنصر. على سبيل المثال ، أو ما إلى ذلك.

يجب أن تعلم أن الشحنة الرسمية للمعادن ستكون دائمًا إيجابية ، وفي معظم الحالات ، يمكنك استخدام الجدول الدوري لتحديدها. هناك عدد من الميزات التي يجب مراعاتها من أجل تحديد المؤشرات بشكل صحيح.

درجة الأكسدة:

بعد تذكر هذه الميزات ، سيكون من السهل جدًا تحديد عدد أكسدة العناصر ، بغض النظر عن مدى تعقيد المستويات الذرية وعددها.

فيديو مفيد: تحديد درجة الأكسدة

يحتوي الجدول الدوري لمندليف على جميع المعلومات الضرورية تقريبًا للعمل مع العناصر الكيميائية. على سبيل المثال ، يستخدمه تلاميذ المدارس فقط لوصف التفاعلات الكيميائية. لذلك ، من أجل تحديد القيم الإيجابية والسلبية القصوى لعدد الأكسدة ، من الضروري التحقق من تعيين العنصر الكيميائي في الجدول:

1. الحد الأقصى الموجب هو رقم المجموعة التي يقع فيها العنصر.
2. أقصى حالة أكسدة سالبة هي الفرق بين الحد الأقصى الموجب والعدد 8.

وبالتالي ، يكفي اكتشاف الحدود القصوى للشحنة الرسمية للعنصر. يمكن تنفيذ مثل هذا الإجراء باستخدام حسابات تستند إلى الجدول الدوري.

من المهم أن تعرف! يمكن أن يحتوي عنصر واحد على عدة مؤشرات أكسدة مختلفة في نفس الوقت.

هناك طريقتان رئيسيتان لتحديد مستوى الأكسدة ، وفيما يلي أمثلة على ذلك. أولها طريقة تتطلب معرفة ومهارات لتطبيق قوانين الكيمياء. كيف يتم ترتيب حالات الأكسدة باستخدام هذه الطريقة؟

قاعدة تحديد حالات الأكسدة

لهذا تحتاج:

1. حدد ما إذا كانت مادة معينة عنصرية وما إذا كانت خارج السندات. إذا كانت الإجابة بنعم ، فسيكون رقم الأكسدة الخاص بها مساويًا لـ 0 ، بغض النظر عن تكوين المادة (الذرات الفردية أو المركبات الذرية متعددة المستويات).
2. حدد ما إذا كانت المادة المعنية تتكون من أيونات. إذا كانت الإجابة بنعم ، فستكون درجة الأكسدة مساوية لشحنتها.
3. إذا كانت المادة المعنية عبارة عن معدن ، فانظر إلى مؤشرات المواد الأخرى في الصيغة واحسب قراءات المعدن عن طريق الحساب.
4. إذا كان للمركب بأكمله شحنة واحدة (في الواقع ، هذا هو مجموع كل جسيمات العناصر المعروضة) ، فعندئذٍ يكفي تحديد مؤشرات المواد البسيطة ، ثم طرحها من الكمية الإجمالية والحصول على البيانات المعدنية.
5. إذا كانت العلاقة محايدة ، فيجب أن يكون الإجمالي صفراً.

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك الدمج مع أيون الألومنيوم الذي تبلغ شحنته الإجمالية صفرًا. تؤكد قواعد الكيمياء حقيقة أن أيون الكلور له عدد أكسدة -1 ، وفي هذه الحالة يوجد ثلاثة منهم في المركب. إذن ، يجب أن يكون أيون Al +3 حتى يصبح المركب بأكمله متعادلًا.

هذه الطريقة جيدة جدًا ، حيث يمكن دائمًا التحقق من صحة المحلول عن طريق إضافة جميع مستويات الأكسدة معًا.

يمكن تطبيق الطريقة الثانية دون معرفة القوانين الكيميائية:

1. ابحث عن بيانات الجسيمات التي لا توجد قواعد صارمة لها والعدد الدقيق لإلكتروناتها غير معروف (ممكن عن طريق الحذف).
2. تعرف على مؤشرات جميع الجسيمات الأخرى ثم من المبلغ الإجمالي عن طريق طرح البحث عن الجسيم المطلوب.

دعونا نفكر في الطريقة الثانية باستخدام مادة Na2SO4 كمثال ، حيث لم يتم تعريف ذرة الكبريت S ، فمن المعروف فقط أنها ليست صفرية.

لإيجاد ما تساوي جميع حالات الأكسدة:

1. ابحث عن العناصر المعروفة ، مع مراعاة القواعد والاستثناءات التقليدية.
2. أيون الصوديوم = +1 وكل أكسجين = -2.
3. اضرب عدد جسيمات كل مادة في إلكتروناتها واحصل على حالات الأكسدة لجميع الذرات ماعدا واحدة.
4. يتكون Na2SO4 من 2 صوديوم و 4 أكسجين ، عند مضاعفته يتضح: 2 X +1 \ u003d 2 هو العدد المؤكسد لجميع جزيئات الصوديوم و 4 X -2 \ u003d -8 - أكسجين.
5. أضف النتائج 2 + (- 8) = -6 - هذه هي الشحنة الكلية للمركب بدون جزيء الكبريت.
6. عبر عن الترميز الكيميائي كمعادلة: مجموع البيانات المعروفة + رقم غير معروف = إجمالي الشحنة.
7. يتم تمثيل Na2SO4 على النحو التالي: -6 + S = 0 ، S = 0 + 6 ، S = 6.

وبالتالي ، لاستخدام الطريقة الثانية ، يكفي معرفة قوانين الحساب البسيطة.

جدول الأكسدة

لسهولة التشغيل وحساب مؤشرات الأكسدة لكل مادة كيميائية ، يتم استخدام جداول خاصة ، حيث يتم تسجيل جميع البيانات.

تبدو هكذا:

فيديو مفيد: تعلم كيفية تحديد درجة الأكسدة بالصيغ

استنتاج

يعد العثور على حالة الأكسدة لمادة كيميائية عملية بسيطة لا تتطلب سوى العناية والمعرفة بالقواعد والاستثناءات الأساسية. معرفة الاستثناءات واستخدام الجداول الخاصة ، لن يستغرق هذا الإجراء الكثير من الوقت.

قبل دراسة حالات الأكسدة ، لنتذكر القواعد الأساسية من مسار الكيمياء والفيزياء:

• تتكون جميع المواد من الجزيئات والجزيئات من الذرات ؛
• أي ذرة محايدة كهربائيا ، أي له شحنة إجمالية تساوي الصفر ؛
• يتم تحديد الشحنة الصفرية للذرة بنفس عدد الجسيمات الموجبة والسالبة فيها ؛
• تتحرك الجسيمات سالبة الشحنة داخل الذرة - "الإلكترونات" - حول نواة الذرة (شحنة إلكترون واحد "-1") ؛
• مجموع الشحنة السالبة لجميع إلكترونات الذرة يساوي عددها ؛
• تسمى الجسيمات الموجبة للذرة "بروتونات" وتقع داخل نواتها ، وشحنة بروتون واحد هي "+1" ؛
• مجموع الشحنة الموجبة للنواة يساوي العدد الإجمالي لتلك الموجودة فيها ؛
• يمكن إيجاد العدد الدقيق للبروتونات والإلكترونات في ذرة أي عنصر كيميائي من خلال النظر إلى عددها في النظام الدوري:

رقم العنصر = عدد البروتونات في الذرة = عدد الإلكترونات في الذرة.

ضع في اعتبارك كل ما سبق في أمثلة الأكسجين (O) والهيدروجين (H) والكالسيوم (Ca) والألمنيوم (Al).

في النظام الدوري ، لديها الرقم التسلسلي "8" ، مما يعني أن نواتها تحتوي على ثمانية بروتونات ، وثمانية إلكترونات تتحرك حول النواة.

وبالتالي ، فإن شحنة نواة الذرة تساوي "+8" ، والشحنة الكلية للإلكترونات التي تتحرك حول نواتها هي "-8". يتم تحديد إجمالي شحنة الذرة لعنصر كيميائي من خلال إضافة جميع الشحنات الموجبة والسالبة داخل الذرة:

تحتل المرتبة الأولى في النظام الدوري ، وبالتالي يوجد بروتون واحد في نواتها ، وإلكترون واحد يتحرك حول النواة:

وهي تقع في المركز العشرين من النظام الدوري. هذا يعني أنه يوجد في ذرته عشرين بروتونًا وإلكترونًا ، إجمالي الشحنات منها "+20" و "-20" ، على التوالي:

أما موقعه في النظام الدوري (الرقم التسلسلي - 13) فيتحدث عن ثلاثة عشر بروتونًا وثلاثة عشر إلكترونًا:

قليلا عن درجة الأكسدة

كما تعلم ، في قشرة الأرض ، العناصر الكيميائية ليست فقط في حالة حرة. تدخل ذراتهم أيضًا في تفاعلات كيميائية مع تكوين مواد معقدة. يمكن توضيح ذلك بسهولة من خلال مثال تكوين الأكاسيد.

لذلك ، يمكن أن يتفاعل الأكسجين (O) مع الهيدروجين (H). في هذه الحالة ، يعطي الهيدروجين الأكسجين إلكترونًا وحيدًا عند التخلص الكامل منه. بعد ذلك ، لم يعد هناك أي إلكترونات حرة متبقية في ذرة الهيدروجين ، وبالتالي ، فإن الشحنة الموجبة لنواة الذرة (تساوي "+1") تصبح شيئًا لتحييده ، وتكتسب ذرة الهيدروجين بأكملها شحنة قدرها "+1". وهكذا ، تتحول ذرة الهيدروجين المحايدة كهربائيًا إلى جسيم موجب الشحنة - بروتون:

(+1) + (-1) - (-1)= (+1).

يمكن لذرة الأكسجين ، التي تكون في الحالة الحرة أيضًا ذات شحنة صفرية ، أن تربط في نفس الوقت إلكترونين بنفسها. هذا يعني أنه يتفاعل في وقت واحد مع ذرتين من الهيدروجين ، كل منهما تمنحه الإلكترون الوحيد.

وهكذا ، فإن الأكسجين ، الذي كان يحتوي على ثمانية بروتونات وإلكترونات قبل التفاعل مع الهيدروجين ، يكتسب إلكترونين آخرين خلال هذا التفاعل الكيميائي. لذلك ، يصبح إجمالي شحنتها يساوي:

(+8)+(-8)+(-2)=(-2).

يوضح هذا المثال تفاعلًا تتخلى فيه ذرة عنصر كيميائي عن إلكتروناتها إلى ذرة عنصر كيميائي آخر. تسمى ردود الفعل هذه في الكيمياء تفاعلات الأكسدة والاختزال.

ويعتقد أن الذرة هي التي تبرعت بالإلكترونات مؤكسدوالذرة التي ارتبطت بهم - تعافى. في هذه الحالة ، يتأكسد الهيدروجين ويقل الأكسجين. تتم كتابة الشحنة التي تتلقاها كلتا الذرتين نتيجة التفاعل في الزاوية اليمنى العليا فوق رموز عناصرها الكيميائية.

يجب أيضًا مراعاة أن الأكسجين والهيدروجين من الغازات ، مما يعني وجود ذرتين متطابقتين في جزيئاتهما. لذلك ، يبدو التفاعل الكامل لتفاعل الأكسجين مع الهيدروجين كما يلي:

2Н₂⁰ + О₂⁰ → 2Н₂⁺¹О⁻²

في هذه الحالة ، نحن نتحدث عن تكوين مركبات من النوع XOO ، حيث يتم ربط ذرتين متطابقتين من عنصر آخر بذرة أكسجين واحدة للحصول على جزيء من مادة معقدة. حالة الأكسدة "+1" هي خاصية مميزة لعناصر المجموعة الأولى من النظام الدوري ، التي تنتمي إلى المجموعة الفرعية الرئيسية.

حالة الأكسدة في XO

في المجموعة الثانية من النظام الدوري (أي في مجموعته الفرعية الرئيسية) توجد عناصر كيميائية ، يمكن لكل ذرة منها أن تعطي بالفعل إلكترونين للأكسجين. مثل هذه الذرة في سياق تفاعل الأكسدة والاختزال ستكتسب شحنة "+2" ، والأكسجين ، كما هو الحال دائمًا ، سيتلقى شحنة "-2". على سبيل المثال ، تفاعل أكسدة الكالسيوم:

2Ca⁰ + O₂⁰ → 2Ca⁺²O⁻².

الزنك (Zn) ، الموجود في المجموعة الفرعية الثانوية للمجموعة الثانية ، يُظهر نفس حالة الأكسدة مثل الكالسيوم ، وهي XO:

2Zn⁰ + О₂⁰ → 2Zn⁺²О⁻²

حالة الأكسدة في X₂O₃

تتمثل إحدى سمات عناصر المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الثالثة من النظام الدوري في أن كل ذرة من ذراتها يمكنها بسهولة إعطاء ثلاثة إلكترونات لذرة الأكسجين. ومع ذلك ، يمكن لذرة أكسجين واحدة أن تقبل إلكترونين فقط.

لذلك ، هذه هي الطريقة التي ستبدو بها نسبة الذرات في جزيء الأكسيد لعناصر المجموعة الثالثة باستخدام أكسيد الألومنيوم كمثال:

• إذا استطاعت ذرة ألومنيوم واحدة أن تتخلى عن ثلاثة إلكترونات ، فإن ذرتين من الألمنيوم ستتخلى عن ستة إلكترونات (ثلاثة لكل منهما) ؛
• يمكن لذرة أكسجين واحدة أن تقبل إلكترونين فقط ، ولكن بما أن ذرتين من الألومنيوم تتبرعان بستة إلكترونات ، يمكن لثلاث ذرات أكسجين قبولها بالكامل ؛
• يجب أن نتذكر أن جزيء الأكسجين ثنائي الذرة ، مما يعني أن كل ذرة أكسجين ستقبل إلكترونين من ذرات الألومنيوم:

4Al⁰ + 3O₂⁰ → 2Al₂⁺³O₃⁻²

وهكذا ، ستشارك أربع ذرات من الألومنيوم في هذا التفاعل الكيميائي ، والذي سيعطي اثني عشر إلكترونًا إلى ست ذرات (أو ثلاثة جزيئات) من الأكسجين. نتيجة للتفاعل ، ستفتقر كل ذرة من الألومنيوم إلى ثلاثة إلكترونات حتى تصل شحنة الصفر إلى صفر ، مما يعني أن الشحنة الموجبة للنواة ستسود على الشحنة السالبة للإلكترونات:

13 (لم تتغير شحنة نواة ذرة Al) -10 (الإلكترونات المتبقية بعد التفاعل) = (+3).

حالة الأكسدة في XO₂

تظهر حالة الأكسدة هذه بواسطة عناصر كيميائية موجودة في المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الرابعة من النظام الدوري. يمكن لكل ذرة من ذراتها التخلي عن أربعة إلكترونات في نفس الوقت ، وبما أن جزيء الأكسجين ثنائي الذرة ، فإن كل ذرة من ذرات الأكسجين ستقبل إلكترونين فقط.

ضع في اعتبارك تفاعلًا مشابهًا للأكسدة والاختزال باستخدام مثال تفاعل الأكسجين مع الكربون:

С⁰ + О₂⁰ → С⁺⁴О₂⁻²

يوضح هذا التفاعل احتراق مادة صلبة (فحم) في وجود غاز (أكسجين). لذلك ، جزيء الأكسجين ثنائي الذرة ، وجزيء الكربون أحادي الذرة. انقر لمعرفة كيفية أكسدة المعادن المختلفة.

حالات الأكسدة في X₂O₅ و XO₃

بالنسبة لبعض عناصر المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الخامسة ، يكون مظهر حالة الأكسدة (+5) مميزًا ، أي أنها يمكن أن تعطي خمسة إلكترونات لذرة الأكسجين دفعة واحدة. على سبيل المثال ، تفاعل احتراق الفوسفور في وجود الأكسجين:

4Р⁰ + 5О₂⁰ → 2Р₂⁺⁵О₅⁻².

يمكن لبعض عناصر المجموعة السادسة التبرع بستة إلكترونات دفعة واحدة ، وبعد ذلك تصبح حالة الأكسدة الخاصة بهم مساوية لـ (+6). على سبيل المثال ، تفاعل تفاعل الكبريت مع الأكسجين:

2S⁰ + 3O₂⁰ → 2S⁺⁶O₃⁻²