Kuidas määrata oksüdatsiooninumbreid
Oksüdatsiooninumbrite (või oksüdatsiooniastmete) mõistmine on keemias oluline mõiste, mis aitab meil mõista keemilisi reaktsioone, eriti redoksreaktsioone. Oksüdatsiooninumber on elektronide arv, mis tuleb aatomile lisada või sellelt eemaldada, et see põhiolekusse viia. Selles artiklis uurime põhjalikult, kuidas määrata keemilise ühendi elemendi oksüdatsiooninumbrit.
Oksüdatsiooninumbri põhitõed
Oksüdatsiooninumbreid võib pidada formaalseks matemaatiliseks tööriistaks, mis kirjeldab elektronide jaotust molekulis või ioonis. Kuigi oksüdatsiooninumbrid ei esinda alati molekulis olevate aatomite tegelikku elektrilaengut, hõlbustavad need keemilist analüüsi.
Oksüdatsiooniastmete määramise põhireeglid on järgmised:
1. Elemendi molekuli (homonukleaarse) vormis oleva elemendi oksüdatsiooniaste on alati null. Näiteks:
– O₂ (dioksigen) -> Selle oksüdatsiooniaste on 0
– N₂ (dinitrogen) -> Selle oksüdatsiooniaste on 0
2. Monoaatomilise iooni oksüdatsiooniaste on võrdne iooni laenguga.
– Na⁺ -> Selle oksüdatsiooniaste on +1
– Cl⁻ -> Selle oksüdatsiooniaste on -1
3. Vesiniku oksüdatsiooniaste on +1, kui see on seotud mittemetalliga, ja -1, kui see on seotud metalliga hüdriidis. Näiteks:
– H₂O -> Vesiniku oksüdatsiooniaste on +1
– NaH -> Vesiniku oksüdatsiooniaste on -1
4. Hapniku oksüdatsiooniaste on enamikus ühendites tavaliselt -2, kuid on ka erandeid, näiteks peroksiidides, kus hapniku oksüdatsiooniaste on -1.
– H₂O -> Hapniku oksüdatsiooniaste on -2
– H₂O₂ (vesinikperoksiid) -> Hapniku oksüdatsiooniaste on -1
5. Halogeenide (F, Cl, Br, I) oksüdatsiooniaste ühendites on tavaliselt -1, välja arvatud koos hapniku või teiste halogeenidega, kus see võib olla erinev.
Oksüdatsiooninumbrite määramise sammud
Ühendi elemendi oksüdatsiooniastme määramiseks võime järgida järgmisi samme:
1. samm: kirjutage ühendi molekulaarstruktuur/valem
Alusta ühendi molekulaarstruktuuri või valemi kirjutamisest. Näiteks H₂SO₄ (väävelhappe) puhul.
2. samm: määrake reeglite põhjal elementide oksüdatsiooniarv
– H₂SO₄ puhul teame, et vesiniku oksüdatsiooniaste on peaaegu alati +1 ja hapniku oksüdatsiooniaste peaaegu alati -2.
– Vesinik (H): +1 (2 H aatomit, kokku +2)
– Hapnik (O): -2 (4 O aatomit, kokku -8)
3. samm: määrake tundmatu elemendi oksüdatsiooninumber
Kui ühend peab olema täiesti neutraalne või kui me moodustame ioone, peame tagama, et oksüdatsiooninumbri koguväärtus on neutraalsete ühendite puhul null või ioonide puhul võrdne ioonlaenguga.
– Väävelhape (H₂SO₄) on neutraalne ühend. Seetõttu peab oksüdatsiooniastmete koguarv olema null.
– Meil on juba teada H (+1) ja O (-2) oksüdatsiooniastmed, seega väävli (S) oksüdatsiooniastme leidmiseks kasutame järgmist võrrandit:
\[
2(+1) + S + 4(-2) = 0
\]
\[
2 + S – 8 = 0
\]
\[
S – 6 = 0
\]
\[
S = +6
\]
Seega on väävli oksüdatsiooniaste H₂SO₄-s +6.
4. samm: kontrollimine
Kontrollige, et neutraalsete molekulide oksüdatsiooninumbrite summa oleks võrdne 0-ga või ioonidega töötades vastaks see ioonlaengule.
Teine näide oksüdatsiooninumbrite määramisest
Näide 1: Kaaliumpermanganaat (KMnO₄)
Selle ühendi puhul järgime ülaltoodud reegleid:
– Kaalium (K): Tavaliselt +1
– Hapnik (O): -2
Me teame, et see molekul on neutraalne, mille tulemuseks on võrrand:
\[
1(+1) + Mn + 4(-2) = 0
\]
\[
1 + Mn – 8 = 0
\]
\[
Mn – 7 = 0
\]
\[
Mn = +7
\]
Seega on Mn oksüdatsiooniaste KMnO₄-s +7.
Näide 2: Ammooniumnitraat (NH₄NO₃)
Sellel ühendil on kaks osa: NH₄⁺ ja NO₃⁻.
– NH₄⁺:
– Vesinik (H): +1
– Seega lämmastiku (N) jaoks NH₄⁺-s:
\[
N + 4(+1) = +1
\]
\[
N + 4 = +1
\]
\[
N = -3
\]
– NO₃⁻:
– Hapnik (O): -2
– Lämmastik (N) NO₃⁻-s:
\[
N + 3(-2) = -1
\]
\[
N – 6 = -1
\]
\[
N = +5
\]
Mõned erandid ja erijuhtumid
Üldreeglist on mõned erandid, mida tuleks meeles pidada:
1. Hapnik peroksiidis:
– H₂O₂-s või Na₂O₂-s on hapniku oksüdatsiooniaste -1, mitte -2.
2. Mitme oksüdatsiooninumbriga elemendid:
– Sellistel elementidel nagu fosfor (P), väävel (S) ja siirdemetallid on erinevates ühendites sageli erinevad oksüdatsiooniastmed. Näiteks raua (Fe) oksüdatsiooniaste võib olla +2 või +3.
3. Leelismuldmetallid on alati +2 ja leelismetallid on alati +1.
Järeldus
Oksüdatsiooniastmete määramine on keemias fundamentaalne ja oluline oskus, eriti redoksreaktsioonide ja mitmesuguste muude keemiliste reaktsioonide mõistmiseks. Järgides ülaltoodud reegleid ja samme, saate õigesti määrata oksüdatsiooniastmeid erinevates keemilistes ühendites. Harjutage oksüdatsiooniastmete määramist erinevate ühendite näidete abil, et oma arusaamist tugevdada.
