In de scheikunde verwijzen de termen oxidatie en reductie naar reacties waarbij een atoom (of een groep atomen) achtereenvolgens elektronen verliest of wint. Een oxidatiegetal is een nummer dat is toegewezen aan een atoom (of groep atomen) dat scheikundigen helpt bij te houden hoeveel elektronen beschikbaar zijn voor overdracht en of een bepaalde reactant in een reactie wordt geoxideerd of gereduceerd. Het proces van het toekennen van oxidatiegetallen aan atomen kan variëren van zeer eenvoudig tot behoorlijk complex, op basis van de lading in het atoom en de chemische samenstelling van de moleculen waaruit het atoom bestaat. Om het nog ingewikkelder te maken, hebben sommige atomen meer dan één oxidatiegetal. Gelukkig wordt de bepaling van het oxidatiegetal gedaan met regels die duidelijk en gemakkelijk te volgen zijn, hoewel kennis van elementaire scheikunde en algebra het uitleggen van deze regels veel gemakkelijker zal maken.
Stap
Methode 1 van 2: Het oxidatiegetal bepalen op basis van chemische voorschriften
Stap 1. Bepaal of de betreffende stoffen elementen zijn
Atomen van vrije elementen hebben altijd een oxidatiegetal van 0. Dit geldt voor atomen waarvan de elementaire vorm uit een enkel atoom bestaat, evenals voor atomen waarvan de elementaire vorm diatomisch of polyatomisch is.
- Bijvoorbeeld, zowel Al(s) evenals Cl2 hebben een oxidatiegetal van 0 omdat het vormen van elementen zijn die niet aan andere elementen zijn gebonden.
- Merk op dat de elementaire vorm Zwavel, S8, of octasulfur, hoewel abnormaal, heeft ook een oxidatiegetal van 0.
Stap 2. Bepaal of de betreffende stoffen ionen zijn
Ionen hebben hetzelfde oxidatiegetal als hun lading. Dit geldt voor ionen die niet aan andere elementen zijn gebonden, maar ook voor ionen die deel uitmaken van ionische verbindingen.
- Bijvoorbeeld, het Cl.-ion- heeft een oxidatiegetal van -1.
- Het Cl-ion heeft nog steeds een oxidatiegetal van -1 als Cl deel uitmaakt van de NaCl-verbinding. Omdat het Na-ion per definitie een lading van +1 heeft, weten we dat het Cl-ion een lading heeft van -1, dus het oxidatiegetal blijft -1.
Stap 3. Erken dat metaalionen meerdere oxidatietoestanden kunnen hebben
Veel metalen elementen hebben meer dan één lading. Het metaal IJzer (Fe) kan bijvoorbeeld een ion zijn met een lading van +2 of +3. De lading van een metaalion (en dus het oxidatiegetal) kan worden bepaald, hetzij in termen van de ladingen van de andere samenstellende atomen in de verbinding, of, wanneer geschreven in tekstvorm in Romeinse cijfernotatie (zoals in de zin, The ijzer(III)-ion heeft een lading van + 3.).
Laten we bijvoorbeeld een verbinding onderzoeken die het metaalion aluminium bevat. AlCl-verbinding3 heeft een totale lading van 0. Omdat we weten dat de Cl.ion- heeft een lading van -1 en er zijn 3 Cl.-ionen- in de verbinding moet het Al-ion een lading van +3 hebben, zodat de totale lading van alle ionen 0 is. Het oxidatiegetal van Al is dus +3.
Stap 4. Ken het oxidatiegetal van -2 toe aan zuurstof (zonder uitzondering)
In bijna alle gevallen heeft het zuurstofatoom een oxidatiegetal van -2. Er zijn enkele uitzonderingen op deze regel:
- Wanneer zuurstof in zijn elementaire vorm is (O2), is het oxidatiegetal 0, omdat dit de regel is voor alle atomen van het element.
- Wanneer zuurstof deel uitmaakt van een peroxide, is het oxidatiegetal -1. Peroxiden zijn een klasse van verbindingen die enkelvoudige zuurstof-zuurstofbindingen bevatten (of het peroxide-anion O2-2). Bijvoorbeeld, in het H. molecuul2O2 (waterstofperoxide), zuurstof heeft een oxidatiegetal (en lading) van -1. Ook als zuurstof deel uitmaakt van superoxide, is het oxidatiegetal -0,5.
- Wanneer zuurstof wordt gebonden aan fluor, is het oxidatiegetal +2. Zie Fluorregelgeving hieronder voor meer informatie. In (O2F2), het oxidatiegetal is +1.
Stap 5. Ken het oxidatiegetal van +1 toe aan waterstof (zonder uitzondering)
Net als zuurstof is het oxidatiegetal van waterstof een speciaal geval. In het algemeen heeft waterstof een oxidatiegetal van +1 (behalve, zoals hierboven, in zijn elementaire vorm, H2). In het geval van speciale verbindingen die hydriden worden genoemd, heeft waterstof echter een oxidatiegetal van -1.
Bijvoorbeeld in H2O, we weten dat waterstof een oxidatiegetal van +1 heeft omdat zuurstof een lading van -2 heeft en we een lading van 2+1 nodig hebben om de lading van de verbinding nul te maken. In natriumhydride, NaH, heeft waterstof echter een oxidatiegetal van -1 omdat de lading op het ion een lading heeft van +1, en omdat de som van de ladingen op de verbinding nul is, de waterstoflading (en dus zijn oxidatiegetal) moet -1 zijn.
Stap 6. Fluor heeft altijd een oxidatiegetal van -1
Zoals hierboven vermeld, kunnen de oxidatiegetallen van bepaalde elementen verschillen als gevolg van verschillende factoren (metaalionen, zuurstofatomen in peroxiden, enz.). Fluor heeft echter een oxidatiegetal van -1, dat nooit verandert. Dit komt omdat fluor het meest elektronegatieve element is - met andere woorden, het is het element dat het minst waarschijnlijk zijn elektronen opgeeft en het meest waarschijnlijk atomen van andere elementen opneemt. De toeslag verandert dus niet.
Stap 7. Maak het oxidatiegetal in de verbinding gelijk aan de lading op de verbinding
De oxidatiegetallen van alle atomen in een verbinding moeten gelijk zijn aan de lading op de verbinding. Als een verbinding bijvoorbeeld geen lading heeft, moet het oxidatiegetal van elk atoom optellen tot nul; als de verbinding een polyatomisch ion is met een lading van -1, moet het oxidatiegetal optellen tot -1, enz.
Dit is een goede manier om je werk te controleren - als de oxidatiegetallen in je compound niet optellen tot de lading op je compound, weet je dat je een of meer van de verkeerde oxidatienummers hebt ingesteld
Methode 2 van 2: Getallen toewijzen aan atomen zonder een oxidatiegetalregel
Stap 1. Zoek de atomen zonder de regel van het oxidatiegetal
Sommige atomen hebben geen specifieke regels over oxidatiegetallen. Als uw atoom niet voorkomt in de bovenstaande regels en u niet zeker weet wat de lading is (als de atomen bijvoorbeeld deel uitmaken van een grotere verbinding en dus niet hun respectieve ladingen tonen), kunt u de lading van het atoom vinden oxidatiegetal door een eliminatieproces. Eerst bepaal je de oxidatietoestand van alle atomen in de verbinding, daarna los je alleen de onbekende atomen op op basis van de totale lading van de verbinding.
Bijvoorbeeld in de verbinding Na2DUS4, de lading van zwavel (S) is onbekend - het atoom is niet in elementaire vorm, dus het oxidatiegetal is niet 0, maar dat is alles wat we weten. Dit is een goed voorbeeld van deze algebraïsche manier om het oxidatiegetal te bepalen.
Stap 2. Zoek de bekende oxidatiegetallen van andere elementen in de verbinding
Bepaal met behulp van de regels voor het toekennen van oxidatiegetallen de oxidatiegetallen van de andere atomen in de verbinding. Pas op voor speciale gevallen zoals O, H, enz.
in Na2DUS4, weten we dat, volgens onze regels, het Na-ion een lading (en dus zijn oxidatiegetal) +1 heeft en het zuurstofatoom een oxidatiegetal van -2.
Stap 3. Vermenigvuldig het aantal atomen met hun oxidatiegetal
Nu we de oxidatiegetallen van al onze atomen kennen, behalve de onbekende, moeten we rekening houden met het feit dat sommige van deze atomen meer dan eens kunnen voorkomen. Vermenigvuldig elk coëfficiëntnummer van elk atoom (hieronder in het klein geschreven na het chemische symbool van het atoom in de verbinding) met het oxidatiegetal.
in Na2DUS4, we weten dat er 2 Na-atomen en 4 O-atomen zijn. We vermenigvuldigen 2 × +1, het oxidatiegetal van Na, om het antwoord 2 te krijgen, en we vermenigvuldigen 4 × -2, het oxidatiegetal O, om te krijgen het antwoord -8.
Stap 4. Tel de resultaten bij elkaar op
Als u het product van uw vermenigvuldiging toevoegt, krijgt u het oxidatiegetal van de verbinding zonder het onbekende oxidatiegetal van uw atoom te berekenen.
In het Na.-voorbeeld2DUS4 ons, zullen we 2 bij -8 optellen om -6 te krijgen.
Stap 5. Bereken het onbekende oxidatiegetal op basis van de lading van de verbinding
Nu heb je alles wat je nodig hebt om onbekende oxidatiegetallen te vinden met behulp van eenvoudige algebra. Maak een vergelijking: uw antwoord in de vorige stap, plus het onbekende oxidatiegetal, is gelijk aan de totale lading van de verbinding. Met andere woorden: (hoeveelheid bekend oxidatiegetal) + (onbekend oxidatiegetal, dat wordt gezocht) = (lading verbinding).
-
In het Na.-voorbeeld2DUS4 ons, we lossen het als volgt op:
- (som van bekend oxidatiegetal) + (onbekend oxidatiegetal, dat wordt gezocht) = (lading verbinding)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
-
S = 6. S heeft een oxidatiegetal
Stap 6. in Na2DUS4.
Tips
- Atomen in de elementaire vorm hebben altijd een oxidatiegetal van 0. Een monoatomair ion heeft een oxidatiegetal gelijk aan zijn lading. Metaal 1A in zijn elementaire vorm, zoals waterstof, lithium en natrium, heeft een oxidatiegetal van +1; 2A metalen in elementaire vorm, zoals magnesium en calcium, hebben een oxidatiegetal van +2. Zowel waterstof als zuurstof hebben twee verschillende oxidatietoestanden die van de binding kunnen afhangen.
- In een verbinding moet de som van alle oxidatiegetallen gelijk zijn aan 0. Als een ion bijvoorbeeld 2 atomen heeft, moet de som van de oxidatiegetallen gelijk zijn aan de lading op het ion.
- Het is erg handig om te weten hoe u het periodiek systeem der elementen en de locatie van metalen en niet-metalen moet lezen.
