V chémii sa pojmy oxidácia a redukcia vzťahujú na reakcie, pri ktorých atóm (alebo skupina atómov) postupne stráca alebo získava elektróny. Oxidačné číslo je číslo priradené atómu (alebo skupine atómov), ktoré pomáha chemikom sledovať, koľko elektrónov je k dispozícii na prenos a či je daný reakčný prvok v reakcii oxidovaný alebo redukovaný. Proces priradenia oxidačných čísel k atómom sa môže pohybovať od veľmi jednoduchého po pomerne zložitý na základe náboja v atóme a chemického zloženia molekúl, ktoré atóm tvoria. Aby to bolo ešte komplikovanejšie, niektoré atómy majú viac ako jedno oxidačné číslo. Našťastie sa stanovenie oxidačného čísla vykonáva pomocou pravidiel, ktoré sú jasné a ľahko dodržateľné, aj keď znalosť základnej chémie a algebry vysvetlí tieto pravidlá oveľa jednoduchšie.
Krok
Metóda 1 z 2: Stanovenie oxidačného čísla na základe chemických predpisov
Krok 1. Zistite, či sú predmetné látky prvkami
Atómy voľných prvkov majú vždy oxidačné číslo 0. To platí pre atómy, ktorých elementárna forma pozostáva z jedného atómu, ako aj pre atómy, ktorých elementárna forma je dvojatómová alebo polyatomická.
- Napríklad obaja Al(s) ako aj Cl2 majú oxidačné číslo 0, pretože sú to formy prvkov, ktoré nie sú viazané na iné prvky.
- Všimnite si, že elementárna forma Síra, S8alebo oktasulfur, aj keď je abnormálny, má tiež oxidačné číslo 0.
Krok 2. Zistite, či sú príslušnými látkami ióny
Ióny majú rovnaké oxidačné číslo ako ich náboj. To platí pre ióny, ktoré nie sú viazané na iné prvky, ako aj pre ióny, ktoré sú súčasťou iónových zlúčenín.
- Napríklad Cl. Ión- má oxidačné číslo -1.
- Ión Cl má stále oxidačné číslo -1, keď je Cl súčasťou zlúčeniny NaCl. Pretože ión Na má podľa definície náboj +1, vieme, že ión Cl má náboj -1, takže oxidačné číslo zostáva -1.
Krok 3. Uznajte, že ióny kovov môžu mať viac oxidačných stavov
Mnoho kovových prvkov má viac ako jeden náboj. Napríklad kovové železo (Fe) môže byť ión s nábojom +2 alebo +3. Náboj kovového iónu (a tým aj jeho oxidačné číslo) je možné určiť buď z hľadiska nábojov ostatných atómov v zlúčenine, alebo, ak sú napísané v textovej forme zápisom rímskej číslice (ako vo vete, ión železa (III) má náboj + 3.).
Pozrime sa napríklad na zlúčeninu obsahujúcu kovový ión hliník. Zlúčenina AlCl3 má celkový náboj 0. Pretože vieme, že Cl. ión- má náboj -1 a sú tam 3 Cl. ióny- v zlúčenine musí mať Al ión náboj +3, aby celkový náboj všetkých iónov bol 0. Oxidačné číslo Al je teda +3.
Krok 4. Priraďte oxidačné číslo -2 kyslíku (bez výnimky)
Takmer vo všetkých prípadoch má atóm kyslíka oxidačné číslo -2. Existujú určité výnimky z tohto pravidla:
- Keď je kyslík v elementárnej forme (O.2), oxidačné číslo je 0, pretože to je pravidlo pre všetky atómy prvku.
- Keď je kyslík súčasťou peroxidu, jeho oxidačné číslo je -1. Peroxidy sú triedou zlúčenín obsahujúcich jednoduché väzby kyslík-kyslík (alebo peroxidový anión O2-2). Napríklad v molekule H.2O2 (peroxid vodíka), kyslík má oxidačné číslo (a náboj) -1. Keď je kyslík súčasťou superoxidu, jeho oxidačné číslo je -0,5.
- Keď je kyslík viazaný na fluór, jeho oxidačné číslo je +2. Ďalšie informácie nájdete v nižšie uvedených predpisoch o fluóroch. V (O2F2), jeho oxidačné číslo je +1.
Krok 5. Priradte oxidačné číslo +1 vodíku (bez výnimky)
Rovnako ako kyslík je oxidačné číslo vodíka špeciálnym prípadom. Vodík má vo všeobecnosti oxidačné číslo +1 (s výnimkou, ako je uvedené vyššie, v elementárnej forme H2). Avšak v prípade špeciálnych zlúčenín nazývaných hydridy má vodík oxidačné číslo -1.
Napríklad v H.2O, vieme, že vodík má oxidačné číslo +1, pretože kyslík má náboj -2 a na to, aby bol náboj zlúčeniny nulový, potrebujeme náboj 2 +1. V hydride sodíku, NaH, má vodík oxidačné číslo -1, pretože náboj na ióne má náboj +1 a aby bol súčet nábojov na zlúčenine nulový, vodíkový náboj (a teda jeho oxidačné číslo) musí byť -1.
Krok 6. Fluór má vždy oxidačné číslo -1
Ako je uvedené vyššie, oxidačné čísla určitých prvkov sa môžu líšiť v dôsledku niekoľkých faktorov (ióny kovov, atómy kyslíka v peroxidoch atď.) Fluór má však oxidačné číslo -1, ktoré sa nikdy nemení. Je to preto, že fluór je najviac elektronegatívny prvok - inými slovami, je to prvok, ktorý sa najmenej pravdepodobne vzdáva svojich elektrónov a najpravdepodobnejšie zachytáva atómy iných prvkov. Poplatok sa teda nemení.
Krok 7. Oxidačné číslo v zlúčenine rovnajte náboji zlúčeniny
Oxidačné čísla všetkých atómov v zlúčenine sa musia rovnať náboju na zlúčenine. Ak napríklad zlúčenina nemá žiadny náboj, oxidačné číslo každého atómu sa musí sčítať až na nulu; ak je zlúčeninou polyatomický ión s nábojom -1, oxidačné číslo sa musí sčítať až -1 atď.
Je to dobrý spôsob, ako skontrolovať svoju prácu - ak sa oxidačné čísla vo vašej zlúčenine nesčítavajú s nábojom zlúčeniny, viete, že ste nastavili jedno alebo viac nesprávnych oxidačných čísel
Metóda 2 z 2: Priradenie čísel k atómom bez pravidla oxidačného čísla
Krok 1. Nájdite atómy bez pravidla oxidačného čísla
Niektoré atómy nemajú žiadne špecifické pravidlá pre oxidačné čísla. Ak sa váš atóm vo vyššie uvedených pravidlách nenachádza a nie ste si istí, aký je jeho náboj (napríklad ak sú atómy súčasťou väčšej zlúčeniny, a teda neukazujú svoje príslušné náboje), môžete nájsť atóm oxidačné číslo eliminačným procesom. Najprv určíte oxidačný stav všetkých atómov v zlúčenine, potom budete iba riešiť neznáme atómy na základe celkového náboja zlúčeniny.
Napríklad v zlúčenine Na2SO4, náboj síry (S) nie je známy - atóm nie je v elementárnej forme, takže jeho oxidačné číslo nie je 0, ale to je všetko, čo vieme. Je to dobrý príklad tohto algebraického spôsobu určovania oxidačného čísla.
Krok 2. Nájdite známe oxidačné čísla ostatných prvkov v zlúčenine
Pomocou pravidiel pre priradenie oxidačných čísel určte oxidačné čísla ostatných atómov v zlúčenine. Dávajte si pozor na špeciálne prípady ako O, H atď.
V Na2SO4, vieme, že podľa našich pravidiel má Na ión náboj (a teda aj svoje oxidačné číslo) +1 a atóm kyslíka má oxidačné číslo -2.
Krok 3. Vynásobte počet atómov ich oxidačným číslom
Teraz, keď poznáme oxidačné čísla všetkých našich atómov okrem neznámeho, musíme vziať do úvahy skutočnosť, že niektoré z týchto atómov sa môžu objaviť viac ako raz. Vynásobte každý počet koeficientov každého atómu (napísaný malým písmenom za chemickým symbolom atómu v zlúčenine) jeho oxidačným číslom.
V Na2SO4, vieme, že existujú 2 atómy Na a 4 O. Na vynájdenie odpovede 2 vynásobíme 2 × +1, oxidačné číslo Na, a vynásobíme 4 × -2, oxidačné číslo O, aby sme získali odpoveď -8.
Krok 4. Sčítajte výsledky
Sčítanie súčinu násobenia vám poskytne oxidačné číslo zlúčeniny bez výpočtu neznámeho oxidačného čísla vášho atómu.
V príklade Na2SO4 my, pridáme 2 krát -8 a dostaneme -6.
Krok 5. Vypočítajte neznáme oxidačné číslo na základe náboja zlúčeniny
Teraz máte všetko, čo potrebujete na nájdenie neznámych oxidačných čísel pomocou jednoduchej algebry. Vytvorte rovnicu: vaša odpoveď v predchádzajúcom kroku plus neznáme oxidačné číslo sa rovná celkovému náboju zlúčeniny. Inými slovami: (Množstvo známeho oxidačného čísla) + (neznáme oxidačné číslo, ktoré sa hľadá) = (dávka zlúčeniny).
-
V príklade Na2SO4 my to vyriešime nasledovne:
- (súčet známeho oxidačného čísla) + (neznáme oxidačné číslo, ktoré sa hľadá) = (náboj zlúčeniny)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
-
S = 6. S má oxidačné číslo
Krok 6. v Na2SO4.
Tipy
- Atómy v elementárnej forme majú vždy oxidačné číslo 0. Monatomický ión má oxidačné číslo rovnaké ako jeho náboj. Kov 1A vo svojej elementárnej forme, ako je vodík, lítium a sodík, má oxidačné číslo +1; 2A kovy v elementárnej forme, ako je horčík a vápnik, majú oxidačné číslo +2. Vodík aj kyslík majú dva rôzne oxidačné stavy, ktoré môžu závisieť od väzby.
- V zlúčenine sa musí súčet všetkých oxidačných čísel rovnať 0. Ak má ión napríklad 2 atómy, súčet oxidačných čísel sa musí rovnať náboju na ióne.
- Je veľmi užitočné vedieť, ako čítať periodickú tabuľku prvkov a umiestnenie kovov a nekovov.
