Kaip nustatyti oksidacijos skaičius
Oksidacijos skaičių (arba oksidacijos būsenų) supratimas yra labai svarbi chemijos sąvoka, padedanti suprasti chemines reakcijas, ypač redokso reakcijas. Oksidacijos skaičius – tai elektronų skaičius, kurį reikia pridėti arba pašalinti iš atomo, kad jis pasikeistų į pagrindinę būseną. Šiame straipsnyje mes išsamiai išnagrinėsime, kaip nustatyti elemento oksidacijos skaičių cheminiame junginyje.
Oksidacijos skaičiaus pagrindai
Oksidacijos skaičiai gali būti laikomi formaliu skaičiavimo įrankiu, apibūdinančiu elektronų pasiskirstymą molekulėje arba jone. Nors oksidacijos skaičiai ne visada atspindi tikrąjį atomų elektrinį krūvį molekulėje, jie supaprastina cheminės analizės procesą.
Štai kelios pagrindinės oksidacijos laipsnių nustatymo taisyklės:
1. Elemento oksidacijos laipsnis elemento molekulės (homonuklearinės) pavidalu visada lygus nuliui. Pavyzdžiui:
– O₂ (dioksigenas) -> Jo oksidacijos laipsnis yra 0
– N₂ (dinitrogenas) -> Jo oksidacijos laipsnis yra 0
2. Monoatominio jono oksidacijos laipsnis yra lygus jono krūviui.
– Na⁺ -> Jo oksidacijos laipsnis yra +1
– Cl⁻ -> Jo oksidacijos laipsnis yra -1
3. Vandenilio oksidacijos laipsnis yra +1, kai jis yra susijungęs su nemetalu, ir -1, kai jis yra susijungęs su metalu hidride. Pavyzdžiui:
– H₂O -> Vandenilio oksidacijos laipsnis yra +1
– NaH -> Vandenilio oksidacijos laipsnis yra -1
4. Daugelio junginių deguonies oksidacijos laipsnis paprastai yra -2, tačiau yra išimčių, pavyzdžiui, peroksiduose, kur deguonies oksidacijos laipsnis yra -1.
– H₂O -> Deguonies oksidacijos laipsnis yra -2
– H₂O₂ (vandenilio peroksidas) -> Deguonies oksidacijos laipsnis yra -1
5. Halogenų (F, Cl, Br, I) oksidacijos laipsnis junginiuose paprastai yra -1, išskyrus kartu su deguonimi ar kitais halogenais, kur jis gali skirtis.
Oksidacijos skaičių nustatymo žingsniai
Norėdami nustatyti elemento oksidacijos laipsnį junginyje, galime atlikti šiuos veiksmus:
1 veiksmas: parašykite junginio molekulinę struktūrą / formulę
Pradėkite užrašydami junginio molekulinę struktūrą arba formulę. Pavyzdžiui, H₂SO₄ (sieros rūgšties).
2 veiksmas: nustatykite elementų oksidacijos skaičių pagal taisykles
– Žinome, kad H₂SO₄ oksidacijos laipsnis beveik visada yra +1, o deguonies – beveik visada –2.
– Vandenilis (H): +1 (2 H atomai, +2 iš viso)
– Deguonis (O): -2 (4 O atomai, iš viso -8)
3 veiksmas: nustatykite nežinomo elemento oksidacijos skaičių
Jei junginys turi būti visiškai neutralus arba jei gaminame jonus, turime užtikrinti, kad bendra oksidacijos laipsnio vertė neutraliems junginiams būtų lygi nuliui arba lygi jonų krūviui.
– Sieros rūgštis (H₂SO₄) yra neutralus junginys. Todėl bendras oksidacijos būsenų skaičius turi būti lygus nuliui.
– Jau žinome H (+1) ir O (-2) oksidacijos skaičius, todėl sieros (S) oksidacijos skaičiui rasti naudojame lygtį:
\[
2(+1) + S + 4(-2) = 0
\]
\[
2 + S – 8 = 0
\]
\[
S – 6 = 0
\]
\[
S = +6
\]
Taigi, sieros oksidacijos laipsnis H₂SO₄ yra +6.
4 veiksmas: Patvirtinimas
Patikrinkite, ar neutralių molekulių oksidacijos skaičių suma lygi 0 arba atitinka joninį krūvį, jei dirbame su jonais.
Kitas oksidacijos skaičių nustatymo pavyzdys
1 pavyzdys: Kalio permanganatas (KMnO₄)
Šiam junginiui taikome aukščiau pateiktas taisykles:
– Kalis (K): Paprastai +1
– Deguonis (O): -2
Žinome, kad ši molekulė yra neutrali, todėl gaunama lygtis:
\[
1(+1) + Mn + 4(-2) = 0
\]
\[
1 + Mn – 8 = 0
\]
\[
Mn – 7 = 0
\]
\[
Mn = +7
\]
Taigi, Mn oksidacijos laipsnis KMnO₄ yra +7.
2 pavyzdys: Amonio nitratas (NH₄NO₃)
Šis junginys turi dvi dalis: NH₄⁺ ir NO₃⁻.
– NH₄⁺:
– Vandenilis (H): +1
– Taigi azoto (N) kiekiui NH₄⁺:
\[
N + 4(+1) = +1
\]
\[
N + 4 = +1
\]
\[
N = -3
\]
– NO₃⁻:
– Deguonis (O): -2
– Azotas (N) NO₃⁻ sudėtyje:
\[
N + 3(-2) = -1
\]
\[
N – 6 = -1
\]
\[
N = +5
\]
Kai kurios išimtys ir ypatingi klausimai
Yra keletas bendrosios taisyklės išimčių, į kurias reikia atsižvelgti:
1. Deguonis peroksiduose:
– H₂O₂ arba Na₂O₂ junginiuose deguonies oksidacijos laipsnis yra -1, o ne -2.
2. Elementai su keliais oksidacijos skaičiais:
– Tokie elementai kaip fosforas (P), siera (S) ir pereinamieji metalai skirtinguose junginiuose dažnai turi skirtingus oksidacijos skaičius. Pavyzdžiui, geležies (Fe) oksidacijos skaičius gali būti +2 arba +3.
3. Šarminių žemių metalai visada yra +2, o šarminiai metalai visada yra +1.
Išvada
Oksidacijos skaičių nustatymas yra pagrindinis ir būtinas chemijos įgūdis, ypač norint suprasti redokso reakcijas ir įvairias kitas cheminių reakcijų rūšis. Laikydamiesi aukščiau pateiktų taisyklių ir žingsnių, galėsite teisingai nustatyti oksidacijos skaičius įvairiuose cheminiuose junginiuose. Praktikuokite oksidacijos skaičių nustatymą pateikdami įvairių junginių pavyzdžių, kad sustiprintumėte savo supratimą.
