องค์ประกอบทางเคมีในสารประกอบ คำนวณจากการสันนิษฐานว่าพันธะทั้งหมดเป็นไอออนิก
สถานะออกซิเดชันสามารถมีค่าบวกลบหรือศูนย์ดังนั้นผลรวมพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในโมเลกุลโดยคำนึงถึงจำนวนอะตอมของพวกมันจะเท่ากับ 0 และในไอออน - ประจุของไอออน .
1. สถานะออกซิเดชันของโลหะในสารประกอบจะเป็นค่าบวกเสมอ
2. สถานะออกซิเดชันสูงสุดสอดคล้องกับจำนวนกลุ่มของตารางธาตุที่องค์ประกอบนั้นตั้งอยู่ (ข้อยกเว้นคือ: ออ +3(ฉันจัดกลุ่ม) คิว+2(II) จากกลุ่ม VIII สถานะออกซิเดชัน +8 สามารถพบได้ในออสเมียมเท่านั้น ระบบปฏิบัติการและรูทีเนียม รุ.
3. สถานะออกซิเดชันของอโลหะขึ้นอยู่กับอะตอมที่เชื่อมต่อกับ:
- หากมีอะตอมของโลหะสถานะออกซิเดชันจะเป็นลบ
- หากมีอะตอมที่ไม่ใช่โลหะ สถานะออกซิเดชันอาจเป็นได้ทั้งบวกหรือลบ ขึ้นอยู่กับอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมของธาตุ
4. สถานะออกซิเดชันเชิงลบสูงสุดของอโลหะสามารถกำหนดได้โดยการลบออกจาก 8 จำนวนของกลุ่มที่มีองค์ประกอบอยู่เช่น สถานะออกซิเดชันเชิงบวกสูงสุดจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในชั้นนอกซึ่งสอดคล้องกับหมายเลขกลุ่ม
5. สถานะออกซิเดชันของสารอย่างง่ายคือ 0 ไม่ว่าจะเป็นโลหะหรืออโลหะก็ตาม
ธาตุที่มีสถานะออกซิเดชันคงที่
|
องค์ประกอบ |
สถานะออกซิเดชันที่มีลักษณะเฉพาะ |
ข้อยกเว้น |
|
โลหะไฮไดรด์: LIH -1 |
||
|
สถานะออกซิเดชันเรียกว่าประจุแบบมีเงื่อนไขของอนุภาคภายใต้สมมติฐานว่าพันธะขาดหมด (มีอักขระไอออนิก) ชม- Cl = ชม + + Cl - , พันธะในกรดไฮโดรคลอริกคือโพลาร์โควาเลนต์ คู่อิเล็กตรอนจะเลื่อนไปทางอะตอมมากขึ้น Cl - , เพราะ มันเป็นองค์ประกอบอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่า จะทราบสถานะออกซิเดชันได้อย่างไร?อิเล็กโทรเนกาติวีตี้คือความสามารถของอะตอมในการดึงดูดอิเล็กตรอนจากธาตุอื่น หมายเลขออกซิเดชันระบุไว้เหนือองค์ประกอบ: บ 2 0 , นา 0 , O +2 F 2 -1 ,เค + Cl - ฯลฯ อาจเป็นลบและบวกก็ได้ สถานะออกซิเดชันของสารอย่างง่าย (สถานะไม่ผูกมัด, สถานะอิสระ) จะเป็นศูนย์ สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนสำหรับสารประกอบส่วนใหญ่คือ -2 (ยกเว้นเปอร์ออกไซด์) เอช 2 โอ 2โดยที่เท่ากับ -1 และสารประกอบที่มีฟลูออรีน - โอ +2 เอฟ 2 -1 , โอ 2 +1 เอฟ 2 -1 ). - สถานะออกซิเดชันของไอออน monatomic อย่างง่ายเท่ากับประจุของมัน: นา + , แคลิฟอร์เนีย +2 . ไฮโดรเจนในสารประกอบมีสถานะออกซิเดชันที่ +1 (ยกเว้นไฮไดรด์ - นา + ชม - และประเภทการเชื่อมต่อ ค +4 ชม 4 -1 ). ในพันธะโลหะ-อโลหะ สถานะออกซิเดชันเชิงลบคืออะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้มากกว่า (ข้อมูลเกี่ยวกับอิเล็กโตรเนกาติวีตี้แสดงไว้ในระดับพอลลิง): ชม + เอฟ - , ลูกบาศ์ก + บ - , แคลิฟอร์เนีย +2 (เลขที่ 3 ) - ฯลฯ กฎการกำหนดระดับการเกิดออกซิเดชันในสารประกอบเคมีเรามาเชื่อมต่อกัน KMnO 4 , มีความจำเป็นต้องกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมแมงกานีส การใช้เหตุผล:
เค+มิ้น เอ็กซ์ โอ 4 -2 อนุญาต เอ็กซ์- สถานะออกซิเดชันของแมงกานีสไม่ทราบสำหรับเรา จำนวนอะตอมโพแทสเซียมคือ 1 แมงกานีส - 1 ออกซิเจน - 4 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าโมเลกุลโดยรวมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า ดังนั้นประจุทั้งหมดจะต้องเป็นศูนย์ 1*(+1) + 1*(เอ็กซ์) + 4(-2) = 0, เอ็กซ์ = +7, ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันของแมงกานีสในโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต = +7 ลองมาดูตัวอย่างอื่นของออกไซด์ เฟ2O3. มีความจำเป็นต้องกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมเหล็ก การใช้เหตุผล:
2*(X) + 3*(-2) = 0, สรุป: สถานะออกซิเดชันของเหล็กในออกไซด์นี้คือ +3 ตัวอย่าง.กำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุล 1. K2Cr2O7. สถานะออกซิเดชัน เค +1,ออกซิเจน โอ -2. ดัชนีที่กำหนด: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2) เพราะ ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในโมเลกุลโดยคำนึงถึงจำนวนอะตอมของพวกมันมีค่าเท่ากับ 0 จากนั้นจำนวนสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกจะเท่ากับจำนวนลบ สถานะออกซิเดชัน K+O=(-14)+(+2)=(-12) จากนี้ไปอะตอมโครเมียมจะมีกำลังบวก 12 อะตอม แต่ในโมเลกุลมี 2 อะตอม ซึ่งหมายความว่ามี (+12) ต่ออะตอม: 2 = (+6) คำตอบ: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2 2.(ASO 4) 3- . ในกรณีนี้ ผลรวมของสถานะออกซิเดชันจะไม่เท่ากับศูนย์อีกต่อไป แต่เป็นประจุของไอออน นั่นคือ - 3. มาสร้างสมการกัน: x+4×(- 2)= - 3 . คำตอบ: (เป็น +5 O 4 -2) 3- . |
หนังสือเรียนและคู่มือของโรงเรียนหลายเล่มสอนวิธีสร้างสูตรโดยอิงจากความจุ แม้แต่สารประกอบที่มีพันธะไอออนิกก็ตาม เพื่อให้ขั้นตอนการวาดสูตรง่ายขึ้น เราถือว่าเป็นที่ยอมรับได้ แต่คุณต้องเข้าใจว่าสิ่งนี้ไม่ถูกต้องทั้งหมดเนื่องจากเหตุผลข้างต้น
แนวคิดที่เป็นสากลมากขึ้นคือแนวคิดเรื่องสถานะออกซิเดชัน ด้วยการใช้ค่าของสถานะออกซิเดชันของอะตอมรวมถึงค่าวาเลนซี คุณสามารถเขียนสูตรทางเคมีและเขียนหน่วยของสูตรได้
สถานะออกซิเดชัน- นี่คือประจุตามเงื่อนไขของอะตอมในอนุภาค (โมเลกุล, ไอออน, อนุมูล) ซึ่งคำนวณจากการประมาณว่าพันธะทั้งหมดในอนุภาคนั้นเป็นไอออนิก
ก่อนที่จะระบุสถานะออกซิเดชัน จำเป็นต้องเปรียบเทียบอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่ถูกพันธะ อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวีตี้สูงกว่าจะมีสถานะออกซิเดชันเป็นลบ และอะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ต่ำกว่าจะมีสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวก
เพื่อเปรียบเทียบค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมอย่างเป็นกลางเมื่อคำนวณสถานะออกซิเดชันในปี 2556 IUPAC แนะนำให้ใช้สเกลอัลเลน
* ตัวอย่างเช่น ตามสเกลอัลเลน อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของไนโตรเจนคือ 3.066 และคลอรีนคือ 2.869
ให้เราแสดงคำจำกัดความข้างต้นพร้อมตัวอย่าง มาเขียนสูตรโครงสร้างของโมเลกุลของน้ำกันดีกว่า
พันธะโควาเลนต์ OH-H จะแสดงเป็นสีน้ำเงิน
ลองจินตนาการว่าพันธะทั้งสองไม่ใช่โควาเลนต์ แต่เป็นไอออนิก หากพวกมันเป็นไอออนิก อิเล็กตรอนหนึ่งตัวก็จะถ่ายโอนจากอะตอมไฮโดรเจนแต่ละอะตอมไปยังอะตอมออกซิเจนที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่า เรามาแสดงช่วงการเปลี่ยนภาพเหล่านี้ด้วยลูกศรสีน้ำเงิน
*ในนั้นตัวอย่างเช่น ลูกศรทำหน้าที่แสดงการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยสมบูรณ์ด้วยสายตา และไม่แสดงผลแบบอุปนัย
สังเกตได้ง่ายว่าจำนวนลูกศรแสดงจำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายโอน และทิศทางของลูกศรนั้นบ่งบอกถึงทิศทางของการถ่ายโอนอิเล็กตรอน
มีลูกศรสองลูกชี้ไปที่อะตอมออกซิเจน ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนสองตัวถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมออกซิเจน: 0 + (-2) = -2 มีประจุ -2 เกิดขึ้นบนอะตอมออกซิเจน นี่คือสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำ
อะตอมไฮโดรเจนแต่ละอะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนหนึ่งตัว: 0 - (-1) = +1 ซึ่งหมายความว่าอะตอมไฮโดรเจนมีสถานะออกซิเดชันที่ +1
ผลรวมของสถานะออกซิเดชันจะเท่ากับประจุรวมของอนุภาคเสมอ
ตัวอย่างเช่น ผลรวมของสถานะออกซิเดชันในโมเลกุลของน้ำเท่ากับ: +1(2) + (-2) = 0 โมเลกุลนั้นเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า
หากเราคำนวณสถานะออกซิเดชันในไอออน ผลรวมของสถานะออกซิเดชันจะเท่ากับประจุของมันตามลำดับ
โดยทั่วไปค่าสถานะออกซิเดชันจะแสดงอยู่ที่มุมขวาบนของสัญลักษณ์องค์ประกอบ นอกจากนี้, ป้ายเขียนไว้หน้าหมายเลข- หากเครื่องหมายอยู่หลังตัวเลข แสดงว่านี่คือประจุของไอออน
ตัวอย่างเช่น S -2 เป็นอะตอมของกำมะถันในสถานะออกซิเดชัน -2, S 2- เป็นไอออนของกำมะถันที่มีประจุ -2
S +6 O -2 4 2- - ค่าของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในไอออนซัลเฟต (ประจุของไอออนจะถูกเน้นด้วยสีเขียว)
ตอนนี้ให้พิจารณากรณีที่สารประกอบมีพันธะผสม: Na 2 SO 4 พันธะระหว่างซัลเฟตไอออนและโซเดียมไอออนบวกคือไอออนิก พันธะระหว่างอะตอมกำมะถันกับอะตอมออกซิเจนในซัลเฟตไอออนนั้นเป็นขั้วโควาเลนต์ ลองเขียนสูตรกราฟิกของโซเดียมซัลเฟต และใช้ลูกศรเพื่อระบุทิศทางของการเปลี่ยนผ่านอิเล็กตรอน
*สูตรโครงสร้างแสดงลำดับพันธะโควาเลนต์ในอนุภาค (โมเลกุล ไอออน อนุมูล) สูตรโครงสร้างใช้สำหรับอนุภาคที่มีพันธะโควาเลนต์เท่านั้น สำหรับอนุภาคที่มีพันธะไอออนิก แนวคิดเรื่องสูตรโครงสร้างไม่มีความหมาย หากอนุภาคมีพันธะไอออนิก จะใช้สูตรกราฟิก
เราจะเห็นว่าอิเล็กตรอน 6 ตัวออกจากอะตอมกำมะถันส่วนกลาง ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันของกำมะถันคือ 0 - (-6) = +6
อะตอมออกซิเจนส่วนปลายแต่ละตัวรับอิเล็กตรอนสองตัว ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันของพวกมันคือ 0 + (-2) = -2
อะตอมออกซิเจนในการเชื่อมแต่ละอะตอมรับอิเล็กตรอนสองตัวและมีสถานะออกซิเดชันที่ -2
นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันได้โดยใช้สูตรโครงสร้าง-กราฟิก โดยที่พันธะโควาเลนต์ถูกระบุด้วยเส้นประ และระบุประจุของไอออน
ในสูตรนี้ อะตอมออกซิเจนในการเชื่อมมีประจุลบเพียงประจุเดียวอยู่แล้ว และมีอิเล็กตรอนเพิ่มเติมมาจากอะตอมกำมะถัน -1 + (-1) = -2 ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันของพวกมันเท่ากับ -2
ระดับการออกซิเดชันของโซเดียมไอออนเท่ากับประจุของพวกมันนั่นคือ +1.
ให้เราตรวจสอบสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในโพแทสเซียมซูเปอร์ออกไซด์ (ซูเปอร์ออกไซด์) เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เรามาสร้างสูตรกราฟิกสำหรับโพแทสเซียมซูเปอร์ออกไซด์และแสดงการกระจายตัวของอิเล็กตรอนด้วยลูกศร พันธะ O-O เป็นพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว ดังนั้นจึงไม่ได้ระบุถึงการกระจายตัวของอิเล็กตรอน
* ซูเปอร์ออกไซด์ไอออนเป็นไอออนหัวรุนแรง ประจุอย่างเป็นทางการของอะตอมออกซิเจนหนึ่งคือ -1 และอีกอะตอมหนึ่งซึ่งมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่คือ 0
เราจะเห็นว่าสถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมคือ +1 สถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนที่เขียนตรงข้ามโพแทสเซียมในสูตรคือ -1 สถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนตัวที่สองคือ 0
ในทำนองเดียวกัน คุณสามารถกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันได้โดยใช้สูตรโครงสร้างกราฟิก
วงกลมแสดงถึงประจุอย่างเป็นทางการของโพแทสเซียมไอออนและอะตอมออกซิเจนตัวใดตัวหนึ่ง ในกรณีนี้ค่าของประจุที่เป็นทางการจะตรงกับค่าของสถานะออกซิเดชัน
เนื่องจากอะตอมออกซิเจนทั้งสองในไอออนซูเปอร์ออกไซด์มีสถานะออกซิเดชันต่างกัน เราจึงสามารถคำนวณได้ เลขคณิตหมายถึงสถานะออกซิเดชันออกซิเจน
จะเท่ากับ / 2 = - 1/2 = -0.5
ค่าสำหรับสถานะออกซิเดชันเฉลี่ยทางคณิตศาสตร์มักจะระบุไว้ในสูตรรวมหรือหน่วยสูตรเพื่อแสดงว่าผลรวมของสถานะออกซิเดชันเท่ากับประจุรวมของระบบ
สำหรับกรณีที่มีซูเปอร์ออกไซด์: +1 + 2(-0.5) = 0
ง่ายต่อการระบุสถานะออกซิเดชันโดยใช้สูตรจุดอิเล็กตรอน ซึ่งคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวและอิเล็กตรอนของพันธะโควาเลนต์จะถูกระบุด้วยจุด
ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบของหมู่ VIA ดังนั้นอะตอมจึงมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 6 ตัว ลองจินตนาการว่าพันธะในโมเลกุลของน้ำนั้นเป็นไอออนิก ในกรณีนี้ อะตอมของออกซิเจนจะได้รับออคเต็ตของอิเล็กตรอน
สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนจะเท่ากับ: 6 - 8 = -2
อะตอมไฮโดรเจน: 1 - 0 = +1
ความสามารถในการระบุสถานะออกซิเดชันโดยใช้สูตรกราฟิกเป็นสิ่งที่ประเมินค่าไม่ได้สำหรับการทำความเข้าใจแก่นแท้ของแนวคิดนี้ และทักษะนี้ยังจำเป็นในหลักสูตรเคมีอินทรีย์อีกด้วย หากเรากำลังจัดการกับสารอนินทรีย์ ก็จำเป็นต้องสามารถระบุสถานะออกซิเดชันได้โดยใช้สูตรโมเลกุลและหน่วยของสูตร
ในการดำเนินการนี้ ก่อนอื่นคุณต้องเข้าใจว่าสถานะออกซิเดชันสามารถคงที่และแปรผันได้ ต้องจดจำองค์ประกอบที่แสดงสถานะออกซิเดชันคงที่
องค์ประกอบทางเคมีใด ๆ มีลักษณะเฉพาะด้วยสถานะออกซิเดชันสูงสุดและต่ำสุด
สถานะออกซิเดชันต่ำสุด- นี่คือประจุที่อะตอมได้รับจากการได้รับอิเล็กตรอนจำนวนสูงสุดบนชั้นอิเล็กตรอนด้านนอก
ในมุมมองนี้, สถานะออกซิเดชันต่ำสุดมีค่าเป็นลบยกเว้นโลหะซึ่งอะตอมไม่ยอมรับอิเล็กตรอนเนื่องจากค่าอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ต่ำ โลหะมีสถานะออกซิเดชันต่ำสุดที่ 0
อโลหะส่วนใหญ่ของกลุ่มย่อยหลักพยายามเติมชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกด้วยอิเล็กตรอนมากถึงแปดตัว หลังจากนั้นอะตอมจะมีโครงสร้างที่เสถียร ( กฎออคเต็ต- ดังนั้น เพื่อที่จะหาสถานะออกซิเดชันที่ต่ำที่สุด จำเป็นต้องเข้าใจว่าอะตอมขาดวาเลนซ์อิเล็กตรอนจำนวนเท่าใดจึงจะถึงออคเต็ต
ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบหมู่ VA ซึ่งหมายความว่าอะตอมไนโตรเจนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว อะตอมไนโตรเจนนั้นมีอิเล็กตรอน 3 ตัวสั้นจากออคเต็ต ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันต่ำสุดของไนโตรเจนคือ: 0 + (-3) = -3
ในกระบวนการทางเคมีอะตอมและโมเลกุลมีบทบาทหลักซึ่งคุณสมบัติจะเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์ของปฏิกิริยาเคมี ลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งของอะตอมคือเลขออกซิเดชัน ซึ่งทำให้วิธีการบัญชีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในอนุภาคง่ายขึ้น จะตรวจสอบสถานะออกซิเดชันหรือประจุอย่างเป็นทางการของอนุภาคได้อย่างไร และกฎเกณฑ์ใดบ้างที่คุณจำเป็นต้องรู้ในเรื่องนี้
ปฏิกิริยาเคมีใดๆ เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างอะตอมของสารต่างๆ กระบวนการทำปฏิกิริยาและผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับลักษณะของอนุภาคที่เล็กที่สุด
คำว่าออกซิเดชัน (ออกซิเดชัน) ในเคมีหมายถึงปฏิกิริยาที่กลุ่มอะตอมหรือกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนหรือได้รับ ในกรณีของการได้มา ปฏิกิริยานี้เรียกว่า "การลดลง"
สถานะออกซิเดชันคือปริมาณที่วัดในเชิงปริมาณและแสดงลักษณะของอิเล็กตรอนที่กระจายตัวใหม่ในระหว่างปฏิกิริยา เหล่านั้น. ในระหว่างกระบวนการออกซิเดชัน อิเล็กตรอนในอะตอมจะลดลงหรือเพิ่มขึ้น โดยมีการกระจายตัวระหว่างอนุภาคที่มีปฏิกิริยาอื่นๆ และระดับของการเกิดออกซิเดชันจะแสดงอย่างชัดเจนถึงวิธีการจัดเรียงอนุภาคเหล่านั้น แนวคิดนี้เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอนุภาค - ความสามารถในการดึงดูดและขับไล่ไอออนอิสระ
การกำหนดระดับออกซิเดชันขึ้นอยู่กับคุณลักษณะและคุณสมบัติของสารเฉพาะ ดังนั้นขั้นตอนการคำนวณจึงไม่สามารถเรียกได้ง่ายหรือซับซ้อนอย่างไม่น่าสงสัย แต่ผลลัพธ์จะช่วยบันทึกกระบวนการรีดอกซ์ตามเงื่อนไข ควรเข้าใจว่าผลการคำนวณเป็นผลจากการพิจารณาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและไม่มีความหมายทางกายภาพ และไม่ใช่ประจุที่แท้จริงของนิวเคลียส
สิ่งสำคัญคือต้องรู้- เคมีอนินทรีย์มักใช้คำว่าวาเลนซ์แทนสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ นี่ไม่ใช่ข้อผิดพลาด แต่ควรระลึกไว้เสมอว่าแนวคิดที่สองนั้นเป็นสากลมากกว่า
แนวคิดและกฎเกณฑ์ในการคำนวณการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเป็นพื้นฐานในการจำแนกสารเคมี (ระบบการตั้งชื่อ) อธิบายคุณสมบัติและจัดทำสูตรการสื่อสาร แต่บ่อยครั้งที่แนวคิดนี้ใช้เพื่ออธิบายและทำงานกับปฏิกิริยารีดอกซ์
กฎการกำหนดระดับการเกิดออกซิเดชัน
จะหาสถานะออกซิเดชันได้อย่างไร? เมื่อทำงานกับปฏิกิริยารีดอกซ์ สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าประจุที่เป็นทางการของอนุภาคจะเท่ากับค่าของอิเล็กตรอนเสมอ ซึ่งแสดงเป็นค่าตัวเลข คุณลักษณะนี้เกิดจากการสันนิษฐานว่าคู่อิเล็กตรอนที่สร้างพันธะมักจะเคลื่อนตัวไปทางอนุภาคเชิงลบมากขึ้นเสมอ ควรเข้าใจว่าเรากำลังพูดถึงพันธะไอออนิก และในกรณีของปฏิกิริยา อิเล็กตรอนจะถูกแบ่งเท่าๆ กันระหว่างอนุภาคที่เหมือนกัน
เลขออกซิเดชันสามารถมีได้ทั้งค่าบวกและค่าลบ ประเด็นก็คือในระหว่างการทำปฏิกิริยาอะตอมจะต้องเป็นกลางและด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องเพิ่มอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งลงในไอออนถ้ามันเป็นบวกหรือเอาพวกมันออกไปถ้ามันเป็นลบ เพื่อแสดงถึงแนวคิดนี้ เมื่อเขียนสูตร มักจะเขียนเลขอารบิคที่มีเครื่องหมายที่เกี่ยวข้องไว้เหนือการกำหนดองค์ประกอบ เช่น หรือ ฯลฯ
คุณควรรู้ว่าประจุอย่างเป็นทางการของโลหะจะเป็นบวกเสมอ และในกรณีส่วนใหญ่ คุณสามารถใช้ตารางธาตุเพื่อหาค่าดังกล่าวได้ มีคุณสมบัติหลายประการที่ต้องนำมาพิจารณาเพื่อกำหนดตัวบ่งชี้อย่างถูกต้อง
ระดับออกซิเดชัน:
เมื่อจำคุณสมบัติเหล่านี้ได้แล้ว จะค่อนข้างง่ายในการกำหนดเลขออกซิเดชันขององค์ประกอบ โดยไม่คำนึงถึงความซับซ้อนและจำนวนระดับอะตอม
วิดีโอที่เป็นประโยชน์: การกำหนดสถานะออกซิเดชัน
ตารางธาตุของ Mendeleev มีข้อมูลที่จำเป็นเกือบทั้งหมดในการทำงานกับองค์ประกอบทางเคมี ตัวอย่างเช่น เด็กนักเรียนใช้เพื่ออธิบายปฏิกิริยาเคมีเท่านั้น ดังนั้นเพื่อกำหนดค่าบวกและลบสูงสุดของเลขออกซิเดชันคุณต้องตรวจสอบการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีในตาราง:
- ค่าบวกสูงสุดคือจำนวนกลุ่มที่องค์ประกอบนั้นตั้งอยู่
- สถานะออกซิเดชันเชิงลบสูงสุดคือความแตกต่างระหว่างขอบเขตบวกสูงสุดกับหมายเลข 8
ดังนั้นจึงเพียงพอที่จะค้นหาขอบเขตที่รุนแรงของการประจุอย่างเป็นทางการขององค์ประกอบเฉพาะ การดำเนินการนี้สามารถดำเนินการได้โดยใช้การคำนวณตามตารางธาตุ
สิ่งสำคัญคือต้องรู้- องค์ประกอบหนึ่งสามารถมีอัตราการออกซิเดชันที่แตกต่างกันได้หลายค่าพร้อมกัน
มีสองวิธีหลักในการกำหนดระดับออกซิเดชัน ซึ่งมีตัวอย่างแสดงไว้ด้านล่าง วิธีแรกคือวิธีการที่ต้องใช้ความรู้และความสามารถในการประยุกต์กฎเคมี จะจัดเรียงสถานะออกซิเดชันโดยใช้วิธีนี้ได้อย่างไร
กฎสำหรับการกำหนดสถานะออกซิเดชัน
ในการทำเช่นนี้คุณต้องมี:
- พิจารณาว่าสารที่กำหนดนั้นเป็นธาตุหรือไม่และอยู่นอกพันธะหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้น เลขออกซิเดชันของมันจะเป็น 0 โดยไม่คำนึงถึงองค์ประกอบของสาร (อะตอมเดี่ยวหรือสารประกอบอะตอมหลายระดับ)
- ตรวจสอบว่าสารที่เป็นปัญหาประกอบด้วยไอออนหรือไม่ ถ้าเป็นเช่นนั้นระดับของการเกิดออกซิเดชันจะเท่ากับประจุ
- หากสารที่เป็นปัญหาคือโลหะ ให้ลองดูตัวบ่งชี้ของสารอื่นๆ ในสูตรแล้วคำนวณการอ่านค่าโลหะโดยใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์
- หากสารประกอบทั้งหมดมีประจุเดียว (โดยพื้นฐานแล้วคือผลรวมของอนุภาคทั้งหมดขององค์ประกอบที่แสดง) ก็เพียงพอที่จะกำหนดตัวบ่งชี้ของสารอย่างง่าย ๆ จากนั้นลบพวกมันออกจากผลรวมและรับข้อมูลโลหะ
- หากความสัมพันธ์เป็นกลาง ผลรวมทั้งหมดจะต้องเป็นศูนย์
ตามตัวอย่าง ลองพิจารณารวมกับไอออนอะลูมิเนียมที่มีประจุสุทธิเป็นศูนย์ กฎทางเคมียืนยันความจริงที่ว่า Cl ไอออนมีเลขออกซิเดชันเป็น -1 และในกรณีนี้มีสามตัวในสารประกอบ ซึ่งหมายความว่าอัลไอออนจะต้องเป็น +3 สารประกอบทั้งหมดจึงจะเป็นกลาง
วิธีนี้เป็นวิธีที่ดีมาก เนื่องจากสามารถตรวจสอบความถูกต้องของสารละลายได้เสมอโดยการเพิ่มระดับออกซิเดชันทั้งหมดเข้าด้วยกัน
วิธีที่สองสามารถใช้ได้โดยไม่ต้องมีความรู้เกี่ยวกับกฎเคมี:
- ค้นหาข้อมูลเกี่ยวกับอนุภาคที่ไม่มีกฎเกณฑ์ที่เข้มงวดและไม่ทราบจำนวนอิเล็กตรอนที่แน่นอน (สามารถทำได้โดยการแยก)
- ค้นหาตัวบ่งชี้ของอนุภาคอื่นๆ ทั้งหมด จากนั้นค้นหาอนุภาคที่ต้องการจากผลรวมด้วยการลบ
ลองพิจารณาวิธีที่สองโดยใช้ตัวอย่างของสาร Na2SO4 ซึ่งไม่ได้กำหนดอะตอมของกำมะถัน S เป็นที่รู้กันว่าไม่เป็นศูนย์
วิธีค้นหาว่าสถานะออกซิเดชันทั้งหมดมีค่าเท่ากับเท่าใด:
- ค้นหาองค์ประกอบที่รู้จัก โดยคำนึงถึงกฎและข้อยกเว้นแบบดั้งเดิม
- นาไอออน = +1 และออกซิเจนแต่ละตัว = -2
- คูณจำนวนอนุภาคของสารแต่ละชนิดด้วยอิเล็กตรอนเพื่อให้ได้สถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดยกเว้นอะตอมเดียว
- Na2SO4 ประกอบด้วยโซเดียม 2 ตัวและออกซิเจน 4 ตัว เมื่อคูณกันจะได้ว่า 2 X +1 = 2 คือเลขออกซิเดชันของอนุภาคโซเดียมทั้งหมด และ 4 X -2 = -8 - ออกซิเจน
- เพิ่มผลลัพธ์ที่ได้ 2+(-8) =-6 - นี่คือประจุทั้งหมดของสารประกอบที่ไม่มีอนุภาคกำมะถัน
- แสดงสัญกรณ์เคมีเป็นสมการ: ผลรวมของข้อมูลที่ทราบ + จำนวนที่ไม่ทราบ = ประจุทั้งหมด
- Na2SO4 แสดงได้ดังนี้: -6 + S = 0, S = 0 + 6, S = 6
ดังนั้น หากต้องการใช้วิธีที่สอง ก็เพียงพอที่จะรู้กฎทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายแล้ว
ความสามารถในการค้นหาสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการแก้สมการทางเคมีที่อธิบายปฏิกิริยารีดอกซ์ได้สำเร็จ หากไม่มีมันคุณจะไม่สามารถสร้างสูตรที่แน่นอนสำหรับสารที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างองค์ประกอบทางเคมีต่างๆ เป็นผลให้การแก้ปัญหาทางเคมีตามสมการดังกล่าวจะเป็นไปไม่ได้หรือผิดพลาด
แนวคิดเรื่องสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีสถานะออกซิเดชันเป็นค่าทั่วไปซึ่งเป็นธรรมเนียมในการอธิบายปฏิกิริยารีดอกซ์ ในเชิงตัวเลข จะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมที่ได้รับประจุบวกจะละทิ้งไป หรือจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมซึ่งมีประจุลบเกาะติดกับตัวมันเอง
ในปฏิกิริยารีดอกซ์ แนวคิดเรื่องสถานะออกซิเดชันจะใช้ในการกำหนดสูตรทางเคมีของสารประกอบของธาตุที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างสารหลายชนิด
เมื่อมองแวบแรก อาจดูเหมือนว่าเลขออกซิเดชันเทียบเท่ากับแนวคิดเรื่องเวเลนซ์ขององค์ประกอบทางเคมี แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น แนวคิด ความจุใช้เพื่อหาปริมาณปฏิกิริยาทางอิเล็กทรอนิกส์ในสารประกอบโควาเลนต์ กล่าวคือ สารประกอบที่เกิดจากการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน เลขออกซิเดชันใช้เพื่ออธิบายปฏิกิริยาที่สูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอน
ต่างจากวาเลนซีซึ่งเป็นคุณลักษณะที่เป็นกลาง สถานะออกซิเดชันสามารถมีค่าเป็นบวก ลบ หรือเป็นศูนย์ได้ ค่าบวกจะสัมพันธ์กับจำนวนอิเล็กตรอนที่มอบให้ และค่าลบจะสัมพันธ์กับจำนวนอิเล็กตรอนที่บวกเข้าไป ค่าศูนย์หมายความว่าธาตุนั้นอยู่ในรูปธาตุ ลดลงเหลือ 0 หลังจากออกซิเดชัน หรือถูกออกซิไดซ์จนเหลือศูนย์หลังจากการลดลงครั้งก่อน
วิธีตรวจสอบสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีเฉพาะ
การกำหนดสถานะออกซิเดชันสำหรับองค์ประกอบทางเคมีเฉพาะนั้นอยู่ภายใต้กฎต่อไปนี้:
- สถานะออกซิเดชันของสารเชิงเดี่ยวจะเป็นศูนย์เสมอ
- โลหะอัลคาไลซึ่งอยู่ในกลุ่มแรกของตารางธาตุ มีสถานะออกซิเดชันที่ +1
- โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ ซึ่งอยู่ในกลุ่มที่สองในตารางธาตุ มีสถานะออกซิเดชันที่ +2
- ไฮโดรเจนในสารประกอบที่มีอโลหะหลายชนิดจะมีสถานะออกซิเดชันเป็น +1 เสมอ และในสารประกอบที่มีโลหะ +1
- สถานะออกซิเดชันของโมเลกุลออกซิเจนในสารประกอบทั้งหมดที่พิจารณาในหลักสูตรเคมีอนินทรีย์ของโรงเรียนคือ -2 ฟลูออรีน -1
- เมื่อกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันในผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเคมีพวกมันจะดำเนินการจากกฎความเป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งผลรวมของสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบต่าง ๆ ที่ประกอบเป็นสารจะต้องเท่ากับศูนย์
- อะลูมิเนียมในสารประกอบทั้งหมดมีสถานะออกซิเดชันที่ +3
มีสถานะออกซิเดชันที่สูงกว่า ต่ำกว่า และระดับกลาง สถานะออกซิเดชันสูงสุด เช่น วาเลนซี สอดคล้องกับหมายเลขกลุ่มขององค์ประกอบทางเคมีในตารางธาตุ แต่มีค่าเป็นบวก สถานะออกซิเดชันต่ำสุดคือตัวเลขเท่ากับความแตกต่างระหว่างกลุ่มหมายเลข 8 ขององค์ประกอบ สถานะออกซิเดชันขั้นกลางจะเป็นตัวเลขใดๆ ก็ได้ตั้งแต่สถานะออกซิเดชันต่ำสุดไปจนถึงสูงสุด
เพื่อช่วยคุณสำรวจสถานะออกซิเดชันต่างๆ ขององค์ประกอบทางเคมี เราขอนำเสนอตารางเสริมต่อไปนี้ เลือกองค์ประกอบที่คุณสนใจแล้วคุณจะได้รับค่าของสถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ ค่าที่เกิดขึ้นไม่บ่อยจะถูกระบุในวงเล็บ
ในการกำหนดประจุตามเงื่อนไขของอะตอมในปฏิกิริยารีดอกซ์ให้ใช้ตารางการเกิดออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมี องค์ประกอบสามารถแสดงสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกหรือลบได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอะตอม
เลขออกซิเดชันคืออะไร
ประจุตามเงื่อนไขของอะตอมของธาตุในสารเชิงซ้อนเรียกว่าสถานะออกซิเดชัน ค่าประจุของอะตอมจะถูกบันทึกไว้ในปฏิกิริยารีดอกซ์เพื่อทำความเข้าใจว่าธาตุใดเป็นตัวรีดิวซ์และตัวใดเป็นสารออกซิไดซ์
สถานะออกซิเดชันเกี่ยวข้องกับอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ซึ่งแสดงความสามารถของอะตอมในการรับหรือปล่อยอิเล็กตรอน ยิ่งค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้สูง ความสามารถของอะตอมในการสูญเสียอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
ข้าว. 1. อนุกรมอิเลคโตรเนกาติวีตี้
สถานะออกซิเดชันสามารถมีได้ 3 ค่า:
- ศูนย์- อะตอมอยู่นิ่ง (สารธรรมดาทั้งหมดมีสถานะออกซิเดชันเป็น 0)
- เชิงบวก- อะตอมให้อิเล็กตรอนและเป็นสารรีดิวซ์ (โลหะทุกชนิด อโลหะบางชนิด)
- เชิงลบ- อะตอมรับอิเล็กตรอนและเป็นสารออกซิไดซ์ (อโลหะส่วนใหญ่)
ตัวอย่างเช่น สถานะออกซิเดชันในปฏิกิริยาของโซเดียมกับคลอรีนมีดังนี้:
2Na 0 + Cl 2 0 → 2Na +1 Cl -1
ในปฏิกิริยาของโลหะกับอโลหะ โลหะจะเป็นตัวรีดิวซ์เสมอ และอโลหะจะเป็นตัวออกซิไดซ์
วิธีการตรวจสอบ
มีตารางที่แสดงสถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ขององค์ประกอบทั้งหมด
|
ชื่อ |
เครื่องหมาย |
สถานะออกซิเดชัน |
|
เบริลเลียม |
||
|
1, 0, +1, +2, +3 |
||
|
4, -3, -2, -1, 0, +2, +4 |
||
|
3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5 |
||
|
ออกซิเจน |
2, -1, 0, +1, +2 |
|
|
อลูมิเนียม |
||
|
1, 0, +1, +3, +5, +7, ไม่ค่อยมี +2 และ +4 |
||
|
แมงกานีส |
2, +3, +4, +6, +7 |
|
|
2, +3, ไม่ค่อยเป็น +4 และ +6 |
||
|
2, +3, ไม่ค่อย +4 |
||
|
2, ไม่ค่อย +1, +3, +4 |
||
|
1, +2, ไม่ค่อย +3 |
||
|
3 ไม่ค่อย +2 |
||
|
เจอร์เมเนียม |
||
|
3, +3, +5, ไม่ค่อยมี +2 |
||
|
2, +4, +6, ไม่ค่อย +2 |
||
|
1, +1, +5, ไม่ค่อย +3, +4 |
||
|
ธาตุโลหะชนิดหนึ่ง |
||
|
เซอร์โคเนียม |
4, ไม่ค่อย +2, +3 |
|
|
3, +5, ไม่ค่อยมี +2, +4 |
||
|
โมลิบดีนัม |
3, +6, ไม่ค่อยมี +2, +3, +5 |
|
|
เทคนีเชียม |
||
|
3, +4, +8, ไม่ค่อยมี +2, +6, +7 |
||
|
4, ไม่ค่อยมี +2, +3, +6 |
||
|
แพลเลเดียม |
2, +4, ไม่ค่อย +6 |
|
|
1, ไม่ค่อย +2, +3 |
||
|
2 ไม่ค่อย +1 |
||
|
3 ไม่ค่อย +1, +2 |
||
|
3, +3, +5, ไม่ค่อยมี +4 |
||
|
2, +4, +6, หายาก |
||
|
1, +1, +5, +7, ไม่ค่อยมี +3, +4 |
||
|
พราซีโอดิเมียม |
||
|
โพรมีเทียม |
||
|
3 ไม่ค่อย +2 |
||
|
3 ไม่ค่อย +2 |
||
|
แกโดลิเนียม |
||
|
ดิสโพรเซียม |
||
|
3 ไม่ค่อย +2 |
||
|
อิตเทอร์เบียม |
3 ไม่ค่อย +2 |
|
|
5, ไม่ค่อย +3, +4 |
||
|
ทังสเตน |
6, ไม่ค่อยมี +2, +3, +4, +5 |
|
|
2, +4, +6, +7, ไม่ค่อยมี -1, +1, +3, +5 |
||
|
3, +4, +6, +8, ไม่ค่อยมี +2 |
||
|
3, +4, +6, ไม่ค่อย +1, +2 |
||
|
2, +4, +6, ไม่ค่อยมี +1, +3 |
||
|
1, +3, ไม่ค่อย +2 |
||
|
1, +3, ไม่ค่อย +2 |
||
|
3, ไม่ค่อยมี +3, +2, +4, +5 |
||
|
2, +4, ไม่ค่อยมี -2, +6 |
||
หรือใช้ตารางเวอร์ชันนี้ในบทเรียนของคุณ
ข้าว. 2. ตารางสถานะออกซิเดชัน
นอกจากนี้สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีสามารถกำหนดได้จากตารางธาตุของ Mendeleev:
- ระดับสูงสุด (บวกสูงสุด) เกิดขึ้นพร้อมกับหมายเลขกลุ่ม
- เพื่อกำหนดค่าต่ำสุดของสถานะออกซิเดชัน แปดจะถูกลบออกจากหมายเลขกลุ่ม
ข้าว. 3. ตารางธาตุ
อโลหะส่วนใหญ่มีสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกและลบ ตัวอย่างเช่น ซิลิคอนอยู่ในกลุ่ม IV ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันสูงสุดคือ +4 และต่ำสุด -4 ในสารประกอบของอโลหะ (SO 3 , CO 2 , SiC) ตัวออกซิไดซ์คืออโลหะที่มีสถานะออกซิเดชันเป็นลบหรือมีค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้สูง ตัวอย่างเช่นในสารประกอบ PCl 3 ฟอสฟอรัสมีสถานะออกซิเดชันที่ +3, คลอรีน -1 อิเลคโตรเนกาติวีตี้ของฟอสฟอรัสคือ 2.19 คลอรีนคือ 3.16
กฎข้อที่สองใช้ไม่ได้กับโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ทซึ่งมีสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกหนึ่งสถานะเสมอเท่ากับหมายเลขกลุ่ม ข้อยกเว้นคือแมกนีเซียมและเบริลเลียม (+1, +2) มีสถานะออกซิเดชันคงที่ด้วย:
- อลูมิเนียม (+3);
- สังกะสี (+2);
- แคดเมียม (+2)
โลหะอื่นๆ มีสถานะออกซิเดชันที่แปรผันได้ ในปฏิกิริยาส่วนใหญ่พวกมันจะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ในบางกรณี พวกมันอาจเป็นตัวออกซิไดซ์ที่มีสถานะออกซิเดชันเชิงลบได้
ฟลูออรีนเป็นสารออกซิไดซ์ที่ทรงพลังที่สุด สถานะออกซิเดชันของมันคือ -1 เสมอ
เราได้เรียนรู้อะไรบ้าง?
จากบทเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับระดับของออกซิเดชัน นี่เป็นค่าทั่วไปที่แสดงจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมสามารถให้หรือรับได้ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี ค่านี้เกี่ยวข้องกับอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ สารออกซิไดซ์ยอมรับอิเล็กตรอนและมีสถานะออกซิเดชันเป็นลบ ในขณะที่สารรีดิวซ์จะให้อิเล็กตรอนและมีสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวก โลหะส่วนใหญ่เป็นสารรีดิวซ์ที่มีสถานะออกซิเดชันคงที่หรือแปรผัน อโลหะสามารถแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์และลดได้ขึ้นอยู่กับสารที่ทำปฏิกิริยา
ทดสอบในหัวข้อ
การประเมินผลการรายงาน
คะแนนเฉลี่ย: 4.7. คะแนนรวมที่ได้รับ: 146