การเตรียมเคมีสำหรับ ZNO และ DPA
ฉบับครอบคลุม
ส่วนหนึ่งและ
เคมีทั่วไป
พันธะเคมีและโครงสร้างของสาร
สถานะออกซิเดชัน
สถานะออกซิเดชันคือประจุแบบมีเงื่อนไขของอะตอมในโมเลกุลหรือคริสตัลที่ก่อตัวขึ้นเมื่อพันธะขั้วทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยธรรมชาติของไอออนิก
สถานะออกซิเดชันสามารถเป็นค่าบวก ค่าลบ หรือศูนย์ต่างจากความจุได้ ในสารประกอบไอออนิกอย่างง่าย สถานะออกซิเดชันเกิดขึ้นพร้อมกับประจุของไอออน ตัวอย่างเช่น ในโซเดียมคลอไรด์
NaCl (นา + Cl - ) โซเดียมมีสถานะออกซิเดชัน +1 และคลอรีน -1 ในแคลเซียมออกไซด์ CaO (Ca +2 O -2) แคลเซียมแสดงสถานะออกซิเดชันที่ +2 และออกซีเซน - -2 กฎนี้ใช้กับออกไซด์พื้นฐานทั้งหมด: สถานะออกซิเดชันของธาตุโลหะเท่ากับประจุของไอออนของโลหะ (โซเดียม +1, แบเรียม +2, อะลูมิเนียม +3) และสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2 ระดับของการเกิดออกซิเดชันจะแสดงด้วยตัวเลขอารบิกซึ่งวางอยู่เหนือสัญลักษณ์ของธาตุ เช่น ความจุ และระบุเครื่องหมายของประจุก่อน แล้วจึงตามด้วยค่าตัวเลข:หากโมดูลของสถานะออกซิเดชันเท่ากับหนึ่ง ให้ละหมายเลข "1" และสามารถเขียนได้เฉพาะเครื่องหมายเท่านั้น:
นา + Cl - .สถานะออกซิเดชันและความจุเป็นแนวคิดที่เกี่ยวข้อง ในสารประกอบหลายชนิด ค่าสัมบูรณ์ของสถานะออกซิเดชันของธาตุจะสอดคล้องกับความจุของธาตุนั้น อย่างไรก็ตาม มีหลายกรณีที่ความจุแตกต่างจากสถานะออกซิเดชัน
ในสารธรรมดา - อโลหะมีพันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วคู่อิเล็กตรอนร่วมถูกเลื่อนไปที่อะตอมใดอะตอมหนึ่งดังนั้นระดับของการเกิดออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารธรรมดาจึงเป็นศูนย์เสมอ แต่อะตอมนั้นเชื่อมต่อกัน นั่นคือ พวกมันแสดงความจุบางอย่าง เช่น ในออกซิเจน ความจุของออกซิเจนคือ II และในไนโตรเจน ความจุของไนโตรเจนคือ III:
ในโมเลกุลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ความจุของออกซิเจนยังเป็น II และไฮโดรเจนคือ I:
คำจำกัดความขององศาที่เป็นไปได้ ธาตุออกซิเดชัน
สถานะออกซิเดชันซึ่งองค์ประกอบสามารถแสดงในสารประกอบต่างๆ ในกรณีส่วนใหญ่สามารถกำหนดได้โดยโครงสร้างของระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกหรือโดยตำแหน่งขององค์ประกอบในระบบธาตุ
อะตอมของธาตุโลหะสามารถบริจาคอิเล็กตรอนได้เท่านั้น ดังนั้นในสารประกอบจึงแสดงสถานะออกซิเดชันในเชิงบวก ค่าสัมบูรณ์ในหลายกรณี (ยกเว้น d -องค์ประกอบ) เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในระดับชั้นนอก นั่นคือ หมายเลขกลุ่มในระบบธาตุ อะตอม d -องค์ประกอบยังสามารถบริจาคอิเล็กตรอนจากระดับหน้าคือจาก unfilled d -ออร์บิทัล ดังนั้น สำหรับ d -องค์ประกอบ เป็นการยากที่จะกำหนดสถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ทั้งหมดมากกว่าสำหรับส- และองค์ประกอบ p มันปลอดภัยที่จะบอกว่าส่วนใหญ่ d -องค์ประกอบแสดงสถานะออกซิเดชันของ +2 เนื่องจากอิเล็กตรอนของระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก และสถานะออกซิเดชันสูงสุดในกรณีส่วนใหญ่จะเท่ากับหมายเลขกลุ่ม
อะตอมของธาตุที่ไม่ใช่โลหะสามารถแสดงสถานะออกซิเดชันทั้งทางบวกและทางลบได้ ขึ้นอยู่กับว่าอะตอมของธาตุใดที่พวกมันสร้างพันธะด้วย หากธาตุมีอิเล็กโตรเนกาติตีมากกว่า แสดงว่ามีสถานะออกซิเดชันเชิงลบ และหากเป็นอิเล็กโตรเนกาทีฟน้อยกว่า - ค่าบวก
ค่าสัมบูรณ์ของสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะสามารถกำหนดได้จากโครงสร้างของชั้นอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก อะตอมสามารถรับอิเล็กตรอนได้มากจนมีอิเล็กตรอน 8 ตัวอยู่ชั้นนอก: องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะของกลุ่ม VII ใช้อิเล็กตรอนหนึ่งตัวและแสดงสถานะออกซิเดชันของ -1 กลุ่ม VI - อิเล็กตรอนสองตัวและแสดงสถานะออกซิเดชันของ - 2 เป็นต้น
องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะสามารถให้อิเล็กตรอนจำนวนต่างกันได้มากที่สุดเท่าที่จะอยู่ในระดับพลังงานภายนอก กล่าวอีกนัยหนึ่งสถานะออกซิเดชันสูงสุดขององค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะมีค่าเท่ากับหมายเลขกลุ่ม เนื่องจากการสพูลอิเล็กตรอนที่ระดับชั้นนอกของอะตอม จำนวนของอิเล็กตรอนแบบ unpaired ที่อะตอมสามารถบริจาคในปฏิกิริยาเคมีจะแตกต่างกันออกไป ดังนั้นองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะจึงสามารถแสดงสถานะการเกิดออกซิเดชันระดับกลางต่างๆ ได้
สถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ s - และ p-elements
|
PS Group |
|||||||
|
สถานะออกซิเดชันสูงสุด |
|||||||
|
สถานะออกซิเดชันระดับกลาง |
|||||||
|
สถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่า |
การหาสภาวะออกซิเดชันในสารประกอบ
โมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้าใดๆ ดังนั้นผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมของธาตุทั้งหมดจะต้องเป็นศูนย์ ให้เรากำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันในกำมะถัน(I V) ออกไซด์ SO 2 ทอฟอสฟอรัส (V) ซัลไฟด์ P 2 S 5.
ซัลเฟอร์ (และ V) ออกไซด์ SO 2 เกิดจากอะตอมของธาตุสองธาตุ ในจำนวนนี้ ออกซิเจนมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้มากที่สุด ดังนั้นอะตอมของออกซิเจนจะมีสถานะออกซิเดชันเชิงลบ สำหรับออกซิเจนคือ -2 ในกรณีนี้กำมะถันมีสถานะออกซิเดชันเป็นบวก ในสารประกอบต่างๆ ซัลเฟอร์สามารถแสดงสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกันได้ ดังนั้นในกรณีนี้จะต้องคำนวณ ในโมเลกุล SO2 ออกซิเจนสองอะตอมที่มีสถานะออกซิเดชัน -2 ดังนั้นประจุทั้งหมดของอะตอมออกซิเจนคือ -4 เพื่อให้โมเลกุลเป็นกลางทางไฟฟ้า อะตอมของกำมะถันต้องทำให้ประจุของอะตอมออกซิเจนทั้งสองเป็นกลางอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของกำมะถันคือ +4:
ในโมเลกุลฟอสฟอรัส V) ซัลไฟด์ P 2 S 5 ธาตุที่เป็นอิเล็กโตรเนกาติตีมากกว่าคือกำมะถัน กล่าวคือ แสดงสถานะออกซิเดชันเชิงลบ และฟอสฟอรัสเป็นค่าบวก สำหรับกำมะถัน สถานะออกซิเดชันเชิงลบจะอยู่ที่ 2 เท่านั้น เมื่อรวมกันแล้ว อะตอมของกำมะถันห้าอะตอมจะมีประจุลบ -10 ดังนั้นอะตอมของฟอสฟอรัสสองอะตอมจึงต้องทำให้ประจุนี้เป็นกลางด้วยประจุรวม +10 เนื่องจากมีอะตอมของฟอสฟอรัสสองอะตอมในโมเลกุล แต่ละตัวต้องมีสถานะออกซิเดชันเป็น +5:
การคำนวณระดับของการเกิดออกซิเดชันในสารประกอบที่ไม่ใช่ไบนารีทำได้ยากกว่า เช่น เกลือ เบส และกรด แต่สำหรับสิ่งนี้ เราควรใช้หลักการของความเป็นกลางทางไฟฟ้า และจำไว้ว่าในสารประกอบส่วนใหญ่สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2, ไฮโดรเจน +1
พิจารณาสิ่งนี้โดยใช้ตัวอย่างของโพแทสเซียมซัลเฟต K2SO4. สถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมในสารประกอบสามารถเป็น +1 เท่านั้น และออกซิเจน -2:
จากหลักการของอิเล็กโตรนิวตริลิตี เราคำนวณสถานะออกซิเดชันของกำมะถัน:
2(+1) + 1(x) + 4(-2) = 0 ดังนั้น x = +6
เมื่อพิจารณาสถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบ ควรปฏิบัติตามกฎต่อไปนี้:
1. สถานะออกซิเดชันของธาตุในสารธรรมดาคือศูนย์
2. ฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีไฟฟ้ามากที่สุด ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของฟลูออรีนในสารประกอบทั้งหมดคือ -1
3. ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาทีฟมากที่สุดรองจากฟลูออรีน ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในสารประกอบทั้งหมด ยกเว้นฟลูออไรด์จะเป็นลบ: ในกรณีส่วนใหญ่คือ -2 และในเปอร์ออกไซด์จะเป็น -1
4. สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนในสารประกอบส่วนใหญ่คือ +1 และในสารประกอบที่มีธาตุโลหะ (ไฮไดรด์) - -1
5. สถานะออกซิเดชันของโลหะในสารประกอบนั้นเป็นบวกเสมอ
6. องค์ประกอบที่มีไฟฟ้ามากขึ้นจะมีสถานะออกซิเดชันเชิงลบเสมอ
7. ผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุลเป็นศูนย์
เพื่อแสดงลักษณะเฉพาะของสถานะขององค์ประกอบในสารประกอบ จึงได้แนะนำแนวคิดเกี่ยวกับระดับของการเกิดออกซิเดชัน สถานะออกซิเดชันเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นประจุตามเงื่อนไขของอะตอมในสารประกอบ ซึ่งคำนวณจากการสันนิษฐานว่าสารประกอบนั้นประกอบด้วยไอออน ระดับของการเกิดออกซิเดชันจะแสดงด้วยเลขอารบิกซึ่งอยู่ด้านหน้าสัญลักษณ์ของธาตุ โดยมีเครื่องหมาย "+" หรือ "-" ซึ่งสอดคล้องกับการบริจาคหรือการรับอิเล็กตรอน สถานะออกซิเดชันเป็นเพียงรูปแบบที่สะดวกสำหรับการพิจารณาการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ไม่ควรถือเป็นประจุที่มีประสิทธิภาพของอะตอมในโมเลกุล (เช่น ในโมเลกุล LiF ประจุที่มีประสิทธิผลของ Li และ F มีค่าเท่ากัน ถึง +0.89 และ −0.89 ตามลำดับ ในขณะที่องศาออกซิเดชัน +1 และ -1) หรือเป็นความจุของธาตุ (เช่น ในสารประกอบ CH 4, CH 3 OH, HCOOH, CO 2, ความจุของคาร์บอน คือ 4 และสถานะออกซิเดชันตามลำดับคือ -4, -2, +2, +4)
ค่าตัวเลขของความจุและระดับของการเกิดออกซิเดชันสามารถตรงกันในค่าสัมบูรณ์เฉพาะเมื่อสารประกอบที่มีพันธะไอออนิกเกิดขึ้น เมื่อกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันจะใช้กฎต่อไปนี้:
1. อะตอมของธาตุที่อยู่ในสถานะอิสระหรืออยู่ในรูปของโมเลกุลของสารธรรมดาจะมีสถานะออกซิเดชันเท่ากับศูนย์ เช่น Fe, Cu, H 2, N 2 เป็นต้น
2. สถานะออกซิเดชันของธาตุในรูปของโมโนอะตอมมิกไอออนในสารประกอบที่มีโครงสร้างไอออนิกเท่ากับประจุของไอออนนี้ ตัวอย่างเช่น
3. ไฮโดรเจนในสารประกอบส่วนใหญ่มีสถานะออกซิเดชันที่ +1 ยกเว้นเมทัลไฮไดรด์ (NaH, LiH) ซึ่งสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ -1
สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนที่พบบ่อยที่สุดในสารประกอบคือ –2 ยกเว้นเปอร์ออกไซด์ (Na 2 O 2, H 2 O 2 - สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ −1) และ F 2 O (สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ + 2).
สำหรับองค์ประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันผันแปร ค่าของมันสามารถคำนวณได้โดยรู้สูตรของสารประกอบและคำนึงถึงว่าผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุลนั้นเป็นศูนย์ ในไอออนเชิงซ้อน ผลรวมนี้เท่ากับประจุของไอออน ตัวอย่างเช่น สถานะออกซิเดชันของอะตอมคลอรีนในโมเลกุล HClO 4 ซึ่งคำนวณจากประจุทั้งหมดของโมเลกุล = 0, x คือสถานะออกซิเดชันของอะตอมคลอรีน) คือ +7 สถานะออกซิเดชันของอะตอมกำมะถันใน SO ion คือ +6
คุณสมบัติรีดอกซ์ขององค์ประกอบขึ้นอยู่กับระดับของการเกิดออกซิเดชัน อะตอมของธาตุเดียวกันมี ต่ำกว่า , สูงกว่า และ สถานะออกซิเดชันระดับกลาง.
เมื่อทราบสถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบ เป็นไปได้ที่จะทำนายว่าสารประกอบนี้มีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์หรือไม่
ตัวอย่างเช่น ให้พิจารณากำมะถัน S และสารประกอบ H 2 S, SO 2 และ SO 3 ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมกำมะถันและคุณสมบัติของรีดอกซ์ในสารประกอบเหล่านี้แสดงไว้อย่างชัดเจนในตารางที่ 7.1
จะกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันได้อย่างไร? ตารางธาตุช่วยให้คุณบันทึกค่าเชิงปริมาณที่กำหนดสำหรับองค์ประกอบทางเคมีใดๆ
คำนิยาม
ก่อนอื่น เรามาพยายามทำความเข้าใจว่าคำนี้คืออะไร สถานะออกซิเดชันตามตารางธาตุคือจำนวนอิเล็กตรอนที่ธาตุรับหรือปล่อยไปในกระบวนการปฏิสัมพันธ์ทางเคมี ใช้ได้ทั้งค่าลบและค่าบวก
ลิงค์ไปยังตาราง
สถานะออกซิเดชันถูกกำหนดอย่างไร? ตารางธาตุประกอบด้วยแปดกลุ่มเรียงตามแนวตั้ง แต่ละคนมีสองกลุ่มย่อย: หลักและรอง ในการตั้งค่าตัวบ่งชี้สำหรับองค์ประกอบ ต้องใช้กฎบางอย่าง
คำแนะนำ
จะคำนวณสถานะออกซิเดชันของธาตุได้อย่างไร? ตารางช่วยให้คุณจัดการกับปัญหาที่คล้ายกันได้อย่างเต็มที่ โลหะอัลคาไลซึ่งตั้งอยู่ในกลุ่มแรก (กลุ่มย่อยหลัก) สถานะออกซิเดชันจะแสดงในสารประกอบซึ่งสอดคล้องกับ + เท่ากับความจุสูงสุดของพวกมัน โลหะของกลุ่มที่สอง (กลุ่มย่อย A) มีสถานะออกซิเดชัน +2
ตารางนี้ให้คุณกำหนดค่านี้ ไม่เพียงแต่สำหรับองค์ประกอบที่แสดงคุณสมบัติของโลหะ แต่ยังรวมถึงอโลหะด้วย ค่าสูงสุดของพวกเขาจะสอดคล้องกับความจุสูงสุด ตัวอย่างเช่น สำหรับกำมะถัน จะเป็น +6 สำหรับไนโตรเจน +5 ตัวเลขขั้นต่ำ (ต่ำสุด) ของพวกเขาคำนวณอย่างไร? ตารางยังตอบคำถามนี้ ลบหมายเลขกลุ่มจากแปด ตัวอย่างเช่น สำหรับออกซิเจน จะเป็น -2 สำหรับไนโตรเจน -3
สำหรับสารธรรมดาที่ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับสารอื่น ตัวบ่งชี้ที่กำหนดจะถือเป็นศูนย์
ลองระบุการกระทำหลักที่เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงในสารประกอบไบนารี จะใส่ระดับของการเกิดออกซิเดชันได้อย่างไร? ตารางธาตุช่วยแก้ปัญหาได้
ตัวอย่างเช่น ใช้แคลเซียมออกไซด์ CaO สำหรับแคลเซียมที่อยู่ในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มที่สอง ค่าจะเป็นค่าคงที่ เท่ากับ +2 สำหรับออกซิเจนซึ่งมีคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะ ตัวบ่งชี้นี้จะเป็นค่าลบและสอดคล้องกับ -2 เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของคำจำกัดความ เราสรุปตัวเลขที่ได้รับ เป็นผลให้เราได้ศูนย์ดังนั้นการคำนวณจึงถูกต้อง
ให้เราพิจารณาตัวบ่งชี้ที่คล้ายกันใน CuO สารประกอบไบนารีอีกหนึ่งตัว เนื่องจากทองแดงอยู่ในกลุ่มย่อยรอง (กลุ่มแรก) ดังนั้น ตัวบ่งชี้ที่อยู่ระหว่างการศึกษาอาจแสดงค่าที่แตกต่างกัน ดังนั้น ในการพิจารณา คุณต้องระบุตัวบ่งชี้สำหรับออกซิเจนก่อน
สำหรับอโลหะที่อยู่ท้ายสูตรเลขฐานสอง สถานะออกซิเดชันมีค่าเป็นลบ เนื่องจากองค์ประกอบนี้อยู่ในกลุ่มที่หก เมื่อลบหกออกจากแปด เราจะได้สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนเท่ากับ -2 เนื่องจากไม่มีดัชนีในสารประกอบ ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของทองแดงจะเป็นบวก เท่ากับ +2
ตารางเคมีใช้อย่างไร? สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในสูตรที่ประกอบด้วยองค์ประกอบสามองค์ประกอบยังคำนวณตามอัลกอริธึมบางอย่าง ประการแรก ตัวบ่งชี้เหล่านี้จะอยู่ที่องค์ประกอบแรกและองค์ประกอบสุดท้าย อันดับแรก ตัวบ่งชี้นี้จะมีค่าเป็นบวก ซึ่งสอดคล้องกับความจุ สำหรับองค์ประกอบสุดขั้ว ซึ่งไม่ใช่โลหะ ตัวบ่งชี้นี้มีค่าติดลบ โดยจะพิจารณาจากส่วนต่าง (หมายเลขกลุ่มถูกลบออกจากแปด) ในการคำนวณสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบกลาง จะใช้สมการทางคณิตศาสตร์ การคำนวณคำนึงถึงดัชนีที่มีอยู่สำหรับแต่ละองค์ประกอบ ผลรวมของสถานะออกซิเดชันทั้งหมดต้องเป็นศูนย์
ตัวอย่างการกำหนดในกรดซัลฟิวริก
สูตรของสารประกอบนี้คือ H 2 SO 4 . ไฮโดรเจนมีสถานะออกซิเดชัน +1 ออกซิเจนมี -2 เพื่อกำหนดสถานะออกซิเดชันของกำมะถัน เราเขียนสมการทางคณิตศาสตร์: + 1 * 2 + X + 4 * (-2) = 0 เราได้สถานะออกซิเดชันของกำมะถันที่สอดคล้องกับ +6
บทสรุป
เมื่อใช้กฎ คุณสามารถจัดเรียงสัมประสิทธิ์ในปฏิกิริยารีดอกซ์ได้ ประเด็นนี้พิจารณาในหลักสูตรเคมีของชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 ของหลักสูตรของโรงเรียน นอกจากนี้ ข้อมูลเกี่ยวกับระดับของการเกิดออกซิเดชันยังช่วยให้คุณทำงานของ OGE และ Unified State Examination ได้สำเร็จ
ในวิชาเคมี คำอธิบายของกระบวนการรีดอกซ์ต่างๆ จะไม่สมบูรณ์หากไม่มี สถานะออกซิเดชัน - ค่าเงื่อนไขพิเศษที่คุณสามารถกำหนดประจุของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีใด ๆ ได้.
หากเราเป็นตัวแทนของสถานะออกซิเดชัน (อย่าสับสนกับความจุเนื่องจากในหลายกรณีไม่ตรงกัน) เป็นรายการในสมุดบันทึก เราจะเห็นเพียงตัวเลขที่มีเครื่องหมายศูนย์ (0 - ในสารธรรมดา) บวก (+ ) หรือลบ (-) เหนือเนื้อหาที่เราสนใจ อย่างไรก็ตาม พวกมันมีบทบาทอย่างมากในด้านเคมี และความสามารถในการกำหนด CO (สถานะออกซิเดชัน) เป็นพื้นฐานที่จำเป็นในการศึกษาเรื่องนี้ โดยที่การกระทำต่อไปไม่สมเหตุสมผล
เราใช้ CO เพื่ออธิบายคุณสมบัติทางเคมีของสาร (หรือองค์ประกอบแต่ละอย่าง) การสะกดที่ถูกต้องของชื่อสากล (สามารถเข้าใจได้สำหรับประเทศและประเทศใด ๆ โดยไม่คำนึงถึงภาษาที่ใช้) และสูตร ตลอดจนการจัดประเภทตามคุณลักษณะ
ระดับสามารถมีได้สามประเภท: สูงสุด (ในการพิจารณาคุณจำเป็นต้องรู้ว่าองค์ประกอบนั้นอยู่ในกลุ่มใด) ระดับกลางและต่ำสุด (จำเป็นต้องลบจำนวนของกลุ่มที่องค์ประกอบนั้นตั้งอยู่จากตัวเลข 8 โดยธรรมชาติแล้ว เลข 8 ถูกนำมาเพราะยอดรวมในระบบธาตุ D. Mendeleev 8 กลุ่ม) รายละเอียดเกี่ยวกับการกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันและตำแหน่งที่ถูกต้องจะกล่าวถึงด้านล่าง
วิธีกำหนดสถานะออกซิเดชัน: CO . คงที่
ประการแรก CO สามารถเป็นตัวแปรหรือค่าคงที่
การระบุสถานะออกซิเดชันคงที่นั้นไม่ใช่เรื่องยาก ดังนั้นจึงเป็นการดีกว่าที่จะเริ่มต้นบทเรียน: สำหรับสิ่งนี้ คุณเพียงต้องการความสามารถในการใช้ PS (ระบบเป็นระยะ) ดังนั้นจึงมีกฎเกณฑ์บางประการดังนี้
- องศาศูนย์ มีการกล่าวไว้ข้างต้นว่ามีเพียงสารธรรมดาเท่านั้นที่มี: S, O2, Al, K และอื่น ๆ
- หากโมเลกุลเป็นกลาง (กล่าวคือ ไม่มีประจุไฟฟ้า) ผลรวมของสถานะออกซิเดชันของพวกมันจะเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของไอออน ผลรวมต้องเท่ากับประจุของไอออนเอง
- ในกลุ่ม I, II, III ของตารางธาตุส่วนใหญ่จะเป็นโลหะ องค์ประกอบของกลุ่มเหล่านี้มีประจุบวกซึ่งจำนวนนั้นสอดคล้องกับหมายเลขกลุ่ม (+1, +2 หรือ +3) บางทีข้อยกเว้นที่สำคัญคือเหล็ก (Fe) - CO สามารถเป็นได้ทั้ง +2 และ +3
- ไฮโดรเจน CO (H) มักจะเป็น +1 (เมื่อมีปฏิกิริยากับอโลหะ: HCl, H2S) แต่ในบางกรณี เราตั้งค่า -1 (เมื่อไฮไดรด์เกิดขึ้นในสารประกอบที่มีโลหะ: KH, MgH2)
- CO ออกซิเจน (O) +2 สารประกอบที่มีองค์ประกอบนี้ก่อให้เกิดออกไซด์ (MgO, Na2O, H20 - น้ำ) อย่างไรก็ตาม มีบางกรณีที่ออกซิเจนมีสถานะออกซิเดชันเป็น -1 (ในการก่อตัวของเปอร์ออกไซด์) หรือแม้แต่ทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ (ร่วมกับฟลูออรีน F เนื่องจากคุณสมบัติการออกซิไดซ์ของออกซิเจนนั้นอ่อนแอกว่า)
จากข้อมูลนี้ สถานะออกซิเดชันจะอยู่ในสารที่ซับซ้อนหลายชนิด มีการอธิบายปฏิกิริยารีดอกซ์ และอื่นๆ แต่จะเพิ่มเติมในภายหลัง
ตัวแปร CO
องค์ประกอบทางเคมีบางอย่างต่างกันตรงที่พวกมันมีสถานะออกซิเดชันมากกว่าหนึ่งสถานะ และเปลี่ยนแปลงได้โดยขึ้นอยู่กับสูตรที่อยู่ในสูตร ตามกฎแล้วผลรวมของกำลังทั้งหมดจะต้องเท่ากับศูนย์ด้วย แต่คุณต้องคำนวณหาให้ได้ ในเวอร์ชันที่เป็นลายลักษณ์อักษร ดูเหมือนเป็นเพียงสมการพีชคณิต แต่เมื่อเวลาผ่านไป เราจะ "เติมเต็ม" ของเรา และไม่ยากเลยที่จะเขียนและดำเนินการอัลกอริทึมของการกระทำทางจิตใจทั้งหมดอย่างรวดเร็ว
การเข้าใจคำศัพท์จะไม่ง่ายนักและควรไปฝึกทันที:
HNO3 - ในสูตรนี้ กำหนดสถานะออกซิเดชันของไนโตรเจน (N) ในวิชาเคมี เราอ่านชื่อของธาตุ และเราเข้าใกล้การจัดเรียงของสถานะออกซิเดชันจากจุดสิ้นสุดด้วย ดังนั้นจึงเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า CO2 ของออกซิเจนคือ -2 เราต้องคูณสถานะออกซิเดชันด้วยสัมประสิทธิ์ทางด้านขวา (ถ้ามี): -2*3=-6 ต่อไปเราจะไปที่ไฮโดรเจน (H): CO ในสมการจะเป็น +1 ซึ่งหมายความว่าเพื่อให้ CO ทั้งหมดเป็นศูนย์ คุณต้องบวก 6 ตรวจสอบ: +1+6-7=-0
แบบฝึกหัดเพิ่มเติมสามารถพบได้ในตอนท้าย แต่ก่อนอื่นเราต้องพิจารณาว่าองค์ประกอบใดมีสถานะออกซิเดชันที่แปรผัน โดยหลักการแล้ว องค์ประกอบทั้งหมด ยกเว้นสามกลุ่มแรก เปลี่ยนองศา ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดคือฮาโลเจน (องค์ประกอบของกลุ่ม VII ไม่นับฟลูออรีน F) กลุ่ม IV และก๊าซมีตระกูล ด้านล่างนี้ คุณจะเห็นรายการโลหะและอโลหะบางชนิดที่มีระดับตัวแปร:
- เอช(+1, -1);
- เป็น(-3, +1, +2);
- B (-1, +1, +2, +3);
- C (-4, -2, +2, +4);
- ไม่มี (-3, -1, +1, +3, +5);
- O(-2, -1);
- มก. (+1, +2);
- ศรี (-4, -3, -2, -1, +2, +4);
- P(-3, -2, -1, +1, +3, +5);
- ส (-2, +2, +4, +6);
- Cl (-1, +1, +3, +5, +7)
นี่เป็นเพียงจำนวนเล็กน้อยของรายการ ต้องใช้การศึกษาและฝึกฝนเพื่อเรียนรู้วิธีกำหนด SD แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าคุณจำเป็นต้องจดจำค่าคงที่และตัวแปรทั้งหมดของ SD เพียงจำไว้ว่าสิ่งหลังนั้นเป็นเรื่องธรรมดามากกว่า บ่อยครั้งที่สัมประสิทธิ์และสารที่แสดงมีบทบาทสำคัญ ตัวอย่างเช่น กำมะถัน (S) ใช้ระดับลบในซัลไฟด์ ออกซิเจน (O) ในออกไซด์ และคลอรีน (Cl) ในคลอไรด์ ดังนั้นในเกลือเหล่านี้ อีกองค์ประกอบหนึ่งจะมีระดับบวก (และเรียกว่าตัวรีดิวซ์ในสถานการณ์นี้)
การแก้ปัญหาการกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชัน
ตอนนี้เรามาที่สิ่งที่สำคัญที่สุด - การฝึกฝน ลองทำงานต่อไปนี้ด้วยตัวเอง จากนั้นดูการแยกย่อยของโซลูชันและตรวจสอบคำตอบ:
- K2Cr2O7 - หาระดับของโครเมียม
CO สำหรับออกซิเจนคือ -2 สำหรับโพแทสเซียม +1 และสำหรับโครเมียม เราแสดงว่าตอนนี้เป็นตัวแปรที่ไม่รู้จัก x ค่าทั้งหมดคือ 0 ดังนั้น เราจะสร้างสมการ: +1*2+2*x-2*7=0 หลังจากตัดสินใจ เราได้คำตอบ 6 มาเช็คกัน - ทุกอย่างตรงกัน ซึ่งหมายความว่างานได้รับการแก้ไขแล้ว - H2SO4 - หาระดับของกำมะถัน
โดยใช้แนวคิดเดียวกัน เราสร้างสมการ: +2*1+x-2*4=0 ถัดไป: 2+x-8=0.x=8-2; x=6.
บทสรุปสั้นๆ
ในการเรียนรู้วิธีกำหนดสถานะออกซิเดชันด้วยตัวเอง คุณไม่เพียงแค่ต้องเขียนสมการได้เท่านั้น แต่ยังต้องศึกษาคุณสมบัติขององค์ประกอบของกลุ่มต่างๆ อย่างละเอียดด้วย จดจำบทเรียนพีชคณิต การเขียนและการแก้สมการด้วยตัวแปรที่ไม่รู้จัก
อย่าลืมว่ากฎมีข้อยกเว้นและไม่ควรลืม: เรากำลังพูดถึงองค์ประกอบที่มีตัวแปร CO นอกจากนี้ ในการแก้ปัญหาและสมการจำนวนมาก จำเป็นต้องสามารถตั้งค่าสัมประสิทธิ์ได้ (และรู้ว่าสิ่งนี้ทำไปเพื่อจุดประสงค์อะไร)
บทบรรณาธิการ "เว็บไซต์"
สถานะออกซิเดชันเป็นประจุตามเงื่อนไขของอะตอมในโมเลกุล มันรับอะตอมอันเป็นผลมาจากการยอมรับอิเล็กตรอนอย่างสมบูรณ์ มันถูกคำนวณจากการสันนิษฐานว่าพันธะทั้งหมดมีลักษณะเป็นไอออนิก จะกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันได้อย่างไร?
การกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชัน
มีอนุภาคที่มีประจุเป็นไอออนซึ่งมีประจุบวกเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับจากอะตอมหนึ่ง ประจุลบของไอออนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมของธาตุเคมีหนึ่งอะตอมยอมรับ ตัวอย่างเช่น การป้อนธาตุเช่น Ca2 + หมายความว่าอะตอมของธาตุสูญเสียหนึ่ง สอง หรือสามองค์ประกอบ ในการหาองค์ประกอบของสารประกอบไอออนิกและสารประกอบของโมเลกุล เราจำเป็นต้องรู้วิธีกำหนดสถานะออกซิเดชันของธาตุ สถานะออกซิเดชันเป็นลบ บวก และศูนย์ หากเราคำนึงถึงจำนวนอะตอม สถานะออกซิเดชันเชิงพีชคณิตในโมเลกุลจะเป็นศูนย์
ในการกำหนดสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ คุณต้องได้รับคำแนะนำจากความรู้บางอย่าง ตัวอย่างเช่น ในสารประกอบโลหะ สถานะออกซิเดชันเป็นบวก และสถานะออกซิเดชันสูงสุดสอดคล้องกับหมายเลขกลุ่มของระบบธาตุซึ่งองค์ประกอบตั้งอยู่ ในโลหะ สถานะออกซิเดชันอาจเป็นบวกหรือลบก็ได้ ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่อะตอมของโลหะเชื่อมต่อ ตัวอย่างเช่น หากเชื่อมต่อกับอะตอมของโลหะ ดีกรีจะเป็นลบ แต่ถ้าเชื่อมต่อกับอโลหะ ดีกรีจะเป็นบวก
สถานะออกซิเดชันเชิงลบสูงสุดของโลหะสามารถกำหนดได้โดยการลบจำนวนของกลุ่มที่องค์ประกอบที่จำเป็นตั้งอยู่จากหมายเลขแปด ตามกฎแล้วจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่อยู่บนชั้นนอก จำนวนอิเล็กตรอนเหล่านี้ยังสอดคล้องกับหมายเลขกลุ่ม
วิธีการคำนวณสถานะออกซิเดชัน
ในกรณีส่วนใหญ่ สถานะออกซิเดชันของอะตอมของธาตุใดธาตุหนึ่งไม่ตรงกับจำนวนของพันธะที่มันก่อตัว กล่าวคือ มันไม่เท่ากับความจุของธาตุนี้ สามารถเห็นได้อย่างชัดเจนในตัวอย่างของสารประกอบอินทรีย์
ให้ฉันเตือนคุณว่าความจุของคาร์บอนในสารประกอบอินทรีย์คือ 4 (นั่นคือมันสร้างพันธะ 4 ตัว) แต่สถานะออกซิเดชันของคาร์บอนเช่นในเมทานอล CH 3 OH คือ -2 ใน CO 2 +4 ใน CH4 -4 ในกรดฟอร์มิก HCOOH + 2 วาเลนซีถูกวัดโดยจำนวนของพันธะเคมีโควาเลนต์ รวมถึงพันธะที่เกิดขึ้นจากกลไกผู้บริจาค-ผู้รับ
เมื่อกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุล อะตอมของอิเล็กตรอน เมื่ออิเล็กตรอนคู่หนึ่งถูกแทนที่ในทิศทางของมัน จะได้ประจุเป็น -1 แต่ถ้ามีอิเล็กตรอนสองคู่ -2 จะเป็นประจุ ระดับของการเกิดออกซิเดชันไม่ได้รับผลกระทบจากพันธะระหว่างอะตอมเดียวกัน ตัวอย่างเช่น:
- พันธะของอะตอม CC เท่ากับสถานะออกซิเดชันเป็นศูนย์
- พันธะ C-H ในที่นี้ คาร์บอนเป็นอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาทีฟมากที่สุดจะมีค่าเท่ากับ -1
- พันธะ C-O ซึ่งเป็นประจุของคาร์บอนที่มีอิเลคโตรเนกาติตีน้อยกว่าจะเป็น +1
ตัวอย่างการกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชัน
- ในโมเลกุล เช่น CH 3 Cl มีพันธะ C-HC สามพันธะ) ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของอะตอมคาร์บอนในสารประกอบนี้จะเท่ากับ: -3 + 1 = -2
- มาหาสถานะออกซิเดชันของอะตอมคาร์บอนในโมเลกุลอะซีตัลดีไฮด์ Cˉ³H3-C¹O-H ในสารประกอบนี้ พันธะ C-H สามพันธะจะให้ประจุทั้งหมดบนอะตอม C ซึ่งก็คือ (Cº+3e→Cˉ³)-3 พันธะคู่ C = O (ในที่นี้ออกซิเจนจะนำอิเล็กตรอนจากอะตอมของคาร์บอน เนื่องจากออกซิเจนมีอิเล็กโตรเนกาติตีมากกว่า) ให้ประจุบนอะตอม C มันคือ +2 (Cº-2e → C²) ในขณะที่พันธะ C-H มีประจุ ของ -1 ซึ่งหมายถึงยอดรวมของประจุบนอะตอม C คือ (2-1=1)+1
- ทีนี้ มาดูสถานะออกซิเดชันในโมเลกุลเอธานอลกัน: Cˉ³H-Cˉ¹H2-OH ที่นี่ พันธะ C-H สามอันจะให้ประจุทั้งหมดบนอะตอม C ซึ่งก็คือ (Cº+3e→Cˉ³)-3 พันธะ C-H สองอันจะให้ประจุบนอะตอม C ซึ่งจะเป็น -2 ในขณะที่พันธะ C→O จะให้ประจุเป็น +1 ซึ่งหมายถึงประจุทั้งหมดบนอะตอม C: (-2+1=-1 )-1.
ตอนนี้คุณรู้วิธีกำหนดสถานะออกซิเดชันของธาตุแล้ว หากคุณมีความรู้พื้นฐานทางเคมีเป็นอย่างน้อย งานนี้จะไม่เป็นปัญหาสำหรับคุณ
