22.6: Призначення чисел окислення

Last updated
Save as PDF

Page ID: 19406

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Переходячи від вивчення елемента заліза до з'єднань заліза, нам потрібно вміти чітко позначити форму іона заліза. Прикладом цього є залізо, яке окислювалося з утворенням оксиду заліза в процесі іржавіння. Хоча Антуан Лавуазьє вперше почав ідею окислення як концепції, саме Венделл Латімер (1893-1955) дав нам сучасну концепцію окислювальних чисел. Його книга 1938 року «Стани окислення елементів та їх потенціали у водному розчині» детально виклала концепцію. Латімер був відомим хіміком, який згодом став членом Національної академії наук. Непогано для джентльмена, який почав коледж планування на бути адвокатом.

Призначення чисел окислення

Число окислення - це позитивне або негативне число, яке присвоюється атому для позначення його ступеня окислення або відновлення. В окисно-відновних процесах рушійною силою хімічних змін є обмін електронами між хімічними видами. Для визначення окислювальних чисел розроблено ряд правил:

Для вільних елементів (некомбінованого стану) кожен атом має число окислення нуль. \(\ce{H_2}\),\(\ce{Br_2}\),\(\ce{Na}\)\(\ce{Be}\),\(\ce{K}\),\(\ce{O_2}\),\(\ce{P_4}\), всі мають число окислення 0.
Одноатомні іони мають числа окислення, рівні їх заряду. \(\ce{Li^+} = +1\),\(\ce{Ba^{2+}} = +2\),\(\ce{Fe^{3+}} = +3\),\(\ce{I^-} = -1\)\(\ce{O^{2-}} = -2\), тощо Числа окислення лужних металів\(= +1\). Числа окислення лужноземельних\(= +2\). Алюміній\(= +3\) у всіх його з'єднаннях. Число окислення кисню,\(= -2\) за винятком випадків, коли в перекисі водню\(\left( \ce{H_2O_2} \right)\), або пероксидному іоні,\(\left( \ce{O_2^{2-}} \right)\) де він знаходиться\(-1\).
Число окислення водню\(+1\), за винятком випадків, коли вони пов'язані з металами як гідридний іон, що утворює бінарні сполуки. В\(\ce{LiH}\)\(\ce{NaH}\), і\(\ce{CaH_2}\), число окислення є\(-1\).
Фтор має окислювальне число\(-1\) у всіх його сполуках.
Галогени (\(\ce{Cl}\),\(\ce{Br}\),\(\ce{I}\)) мають негативні числа окислення при утворенні галогенних сполук. При поєднанні з киснем вони мають позитивні числа. У\(\left( \ce{ClO_3^-} \right)\) хлорат-іоні число окислення\(\ce{Cl}\) є\(+5\), а число окислення\(\ce{O}\) -\(-2\).
У нейтральному атомі або молекулі сума чисел окислення повинна дорівнювати 0. У багатоатомному іоні сума чисел окислення всіх атомів в іоні повинна дорівнювати заряду на іоні.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Яке число окислення для марганцю в з'єднанні перманганату калію\(\left( \ce{KMnO_4} \right)\)?

Рішення

Число окислення для\(\ce{K}\) є\(+1\) (правило 2).

Число окислення для\(\ce{O}\) є\(-2\) (правило 2).

Так як це з'єднання (на молекулі немає заряду), чистий заряд на молекулі дорівнює нулю (правило 6).

Отже, ми маємо:

\[\begin{align*} +1 + \ce{Mn} + 4 \left( -2 \right) &= 0 \\ \ce{Mn} - 7 &= 0 \\ \ce{Mn} &= +7 \end{align*}\nonumber \]

Маючи справу з числами окислення, ми завжди повинні включати заряд на атомі.

Ще один спосіб визначення числа окислення\(\ce{Mn}\) в цьому з'єднанні - нагадати, що перманганат аніон\(\left( \ce{MnO_4^-} \right)\) має заряд\(-1\). У цьому випадку:

\[\begin{align*} \ce{Mn} + 4 \left( -2 \right) &= -1 \\ \ce{Mn} - 8 &= -1 \\ \ce{Mn} &= +7 \end{align*}\nonumber \]

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Яке число окислення заліза в\(\ce{Fe_2O_3}\)?

Рішення

\[\begin{align*} &\ce{O} \: \text{is} \: -2 \: \left( \text{rule 2} \right) \\ &2 \ce{Fe} + 3 \left( -2 \right) = 0 \\ &2 \ce{Fe} = 6 \\ &\ce{Fe} = 3 \end{align*}\nonumber \]

Якщо у нас є з'єднання\(\ce{FeO}\), то\(\ce{Fe} + \left( -2 \right) = 0\) і\(\ce{Fe} = 2\). Залізо - один з тих матеріалів, які можуть мати більше одного окислювального числа.

Галогени (крім фтору) також можуть мати більше одного числа. У з'єднанні ми знаємо\(\ce{NaCl}\), що\(\ce{Na}\) є\(+1\), так\(\ce{Cl}\) повинно бути\(-1\). Але як щодо\(\ce{Cl}\) в\(\ce{NaClO_3}\)?

\[\begin{align*} \ce{Na} &= 1 \\ \ce{O} &= -2 \\ 1 + \ce{Cl} + 3 \left( -2 \right) &= 0 \\ 1 + \ce{Cl} - 6 &= 0 \\ \ce{Cl} - 5 &= 0 \\ \ce{Cl} &= +5 \end{align*}\nonumber \]

Не зовсім те, що ми очікували, але\(\ce{Cl}\)\(\ce{Br}\), і\(\ce{I}\) буде демонструвати багаторазові числа окислення в сполуках.

Резюме

Число окислення - це позитивне або негативне число, яке присвоюється атому для позначення його ступеня окислення або відновлення.
В окисно-відновних процесах рушійною силою хімічних змін є обмін електронами між хімічними видами.
Наведено шість правил визначення окислювальних чисел.
Наведено приклади визначення числа окислення.