В химии термины окисление и восстановление относятся к реакциям, в которых атом (или группа атомов) последовательно теряет или приобретает электроны. Степень окисления - это число, присвоенное атому (или группе атомов), которое помогает химикам отслеживать, сколько электронов доступно для переноса, и окисляется или восстанавливается данный реагент в ходе реакции. Процесс присвоения степени окисления атомам может варьироваться от очень простого до довольно сложного, в зависимости от заряда в атоме и химического состава молекул, составляющих атом. Чтобы усложнить ситуацию, некоторые атомы имеют более одной степени окисления. К счастью, определение степени окисления выполняется с помощью понятных и простых правил, хотя знание основ химии и алгебры значительно облегчит объяснение этих правил.
Шаг
Метод 1 из 2: Определение числа окисления на основе химических нормативов
Шаг 1. Определите, являются ли рассматриваемые вещества элементами
Атомы свободных элементов всегда имеют степень окисления 0. Это относится к атомам, элементарная форма которых состоит из одного атома, а также к атомам, элементарная форма которых является двухатомной или многоатомной.
- Например, как Al(s) а также Cl2 имеют степень окисления 0, потому что они представляют собой формы элементов, которые не связаны с другими элементами.
- Обратите внимание, что элементарная форма Sulphur, S8, или октасера, хотя и ненормально, также имеет степень окисления 0.
Шаг 2. Определите, являются ли рассматриваемые вещества ионами
Ионы имеют ту же степень окисления, что и их заряд. Это верно для ионов, которые не связаны с другими элементами, а также для ионов, входящих в состав ионных соединений.
- Например, ион Cl.- имеет степень окисления -1.
- Ион Cl по-прежнему имеет степень окисления -1, когда Cl является частью соединения NaCl. Поскольку ион Na по определению имеет заряд +1, мы знаем, что ион Cl имеет заряд -1, поэтому степень окисления остается -1.
Шаг 3. Признайте, что ионы металлов могут иметь несколько степеней окисления
Многие металлические элементы имеют более одного заряда. Например, металлическое железо (Fe) может быть ионом с зарядом +2 или +3. Заряд иона металла (и, следовательно, его степень окисления) может быть определен либо в терминах зарядов других составляющих атомов в соединении, либо в текстовой форме римскими цифрами (как в предложении ион железа (III) имеет заряд +3.).
Например, давайте рассмотрим соединение, содержащее ион металла алюминия. Соединение AlCl.3 имеет общий заряд 0. Поскольку мы знаем, что ион Cl.- имеет заряд -1 и содержит 3 иона Cl.- в соединении ион Al должен иметь заряд +3, так что общий заряд всех ионов равен 0. Таким образом, степень окисления Al равна +3.
Шаг 4. Присвойте кислороду без исключения степень окисления -2
Почти во всех случаях атом кислорода имеет степень окисления -2. Из этого правила есть несколько исключений:
- Когда кислород находится в элементарной форме (O2) степень окисления равна 0, потому что это правило для всех атомов элемента.
- Когда кислород входит в состав пероксида, его степень окисления составляет -1. Пероксиды - это класс соединений, содержащих одинарные связи кислород-кислород (или пероксид-анион O2-2). Например, в молекуле H.2О2 (перекись водорода) кислород имеет степень окисления (и заряд) -1. Кроме того, когда кислород входит в состав супероксида, его степень окисления составляет -0,5.
- Когда кислород связан с фтором, его степень окисления составляет +2. Дополнительную информацию см. В разделе «Нормы содержания фтора» ниже. Я нет2F2), его степень окисления +1.
Шаг 5. Присвойте водороду степень окисления +1 (без исключения)
Как и у кислорода, степень окисления водорода - это особый случай. В общем, водород имеет степень окисления +1 (за исключением, как указано выше, в его элементарной форме, H2). Однако в случае специальных соединений, называемых гидридами, водород имеет степень окисления -1.
Например, в H2О, мы знаем, что водород имеет степень окисления +1, потому что кислород имеет заряд -2, и нам нужен заряд 2 + 1, чтобы сделать заряд соединения равным нулю. Однако в гидриде натрия, NaH, водород имеет степень окисления -1, потому что заряд на ионе имеет заряд +1, а если сумма зарядов на соединении равна нулю, заряд водорода (и, следовательно, его степень окисления) должна быть -1.
Шаг 6. Фтор всегда имеет степень окисления -1
Как отмечалось выше, степени окисления некоторых элементов могут различаться из-за нескольких факторов (ионы металлов, атомы кислорода в пероксидах и т. Д.). Однако фтор имеет степень окисления -1, которая никогда не меняется. Это связано с тем, что фтор является наиболее электроотрицательным элементом - другими словами, это элемент, который с меньшей вероятностью отдаст свои электроны и, скорее всего, захватит атомы других элементов. Таким образом, заряд не меняется.
Шаг 7. Сделайте степень окисления соединения равной заряду соединения
Степени окисления всех атомов в соединении должны быть равны заряду соединения. Например, если соединение не имеет заряда, степень окисления каждого атома должна равняться нулю; если соединение представляет собой многоатомный ион с зарядом -1, степень окисления должна составлять в сумме -1 и т. д.
Это хороший способ проверить свою работу - если числа окисления в вашем соединении не складываются с зарядом вашего соединения, вы знаете, что вы установили одно или несколько неправильных чисел окисления
Метод 2 из 2: присвоение чисел атомам без правила окислительного числа
Шаг 1. Найдите атомы без правила степени окисления
У некоторых атомов нет конкретных правил относительно степени окисления. Если ваш атом не фигурирует в приведенных выше правилах, и вы не уверены, каков его заряд (например, если атомы являются частью более крупного соединения и, следовательно, не показывают свои соответствующие заряды), вы можете найти степень окисления методом исключения. Сначала вы определите степень окисления всех атомов в соединении, затем вы решите только неизвестные атомы на основе общего заряда соединения.
Например, в соединении Na2ТАК4, заряд серы (S) неизвестен - атом не находится в элементарной форме, поэтому его степень окисления не равна 0, но это все, что мы знаем. Это хороший пример алгебраического способа определения степени окисления.
Шаг 2. Найдите известные степени окисления других элементов в соединении
Используя правила определения степеней окисления, определите степени окисления других атомов в соединении. Остерегайтесь особых случаев, таких как O, H и т. Д.
In Na2ТАК4, мы знаем, что, согласно нашим правилам, ион Na имеет заряд (и, следовательно, его степень окисления) +1, а атом кислорода имеет степень окисления -2.
Шаг 3. Умножьте количество атомов на их степень окисления
Теперь, когда мы знаем степень окисления всех наших атомов, кроме неизвестных, мы должны учитывать тот факт, что некоторые из этих атомов могут появляться более одного раза. Умножьте каждый коэффициент для каждого атома (записанный ниже маленьким шрифтом после химического символа атома в соединении) на его степень окисления.
In Na2ТАК4, мы знаем, что существует 2 атома Na и 4 атома О. Мы умножим 2 × +1, степень окисления Na, чтобы получить ответ 2, и мы умножим 4 × -2, степень окисления O, чтобы получить ответ -8.
Шаг 4. Сложите результаты
Добавление произведения умножения даст вам степень окисления соединения без вычисления неизвестной степени окисления вашего атома.
В примере Na.2ТАК4 нас, мы добавим 2 на -8, чтобы получить -6.
Шаг 5. Рассчитайте неизвестную степень окисления на основе заряда соединения
Теперь у вас есть все необходимое, чтобы найти неизвестные степени окисления с помощью простой алгебры. Составьте уравнение: ваш ответ на предыдущем шаге плюс неизвестная степень окисления равняются общему заряду соединения. Другими словами: (количество известной степени окисления) + (неизвестная степень окисления, которую ищут) = (заряд соединения).
-
В примере Na.2ТАК4 мы решим это следующим образом:
- (сумма известной степени окисления) + (запрашиваемая неизвестная степень окисления) = (заряд соединения)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
-
S = 6. S имеет степень окисления.
Шаг 6. в Na2ТАК4.
подсказки
- Атомы в элементарной форме всегда имеют степень окисления 0. Одноатомный ион имеет степень окисления, равную его заряду. Металл 1A в его элементарной форме, такой как водород, литий и натрий, имеет степень окисления +1; Металлы 2А в элементарной форме, такие как магний и кальций, имеют степень окисления +2. И водород, и кислород имеют две разные степени окисления, которые могут зависеть от связи.
- В соединении сумма всех степеней окисления должна равняться 0. Например, если у иона 2 атома, сумма степеней окисления должна равняться заряду иона.
- Очень полезно знать, как читать периодическую таблицу элементов и расположение металлов и неметаллов.
