درجة الأكسدة. كيفية تحديد حالة أكسدة ذرة عنصر كيميائي ماذا تعني حالة الأكسدة 1

تعريف

حالة الأكسدةهو تقييم كمي لحالة ذرة عنصر كيميائي في مركب ، بناءً على سلبيته الكهربية.

يأخذ كلا من القيم الإيجابية والسلبية. للإشارة إلى حالة الأكسدة لعنصر في المركب ، تحتاج إلى وضع رقم عربي مع العلامة المقابلة ("+" أو "-") فوق رمزه.

يجب أن نتذكر أن درجة الأكسدة هي كمية لا تحتوي عليها الحس المادي، لأنه لا يعكس الشحنة الحقيقية للذرة. ومع ذلك ، يستخدم هذا المفهوم على نطاق واسع في الكيمياء.

جدول حالة أكسدة العناصر الكيميائية

يمكن تحديد الحد الأقصى لحالات الأكسدة الإيجابية والسلبية الدنيا باستخدام الجدول الدوري لـ D.I. مندليف. إنها تساوي عدد المجموعة التي يقع فيها العنصر ، والفرق بين قيمة حالة الأكسدة "الأعلى" والعدد 8 على التوالي.

إذا أخذنا في الاعتبار المركبات الكيميائية بشكل أكثر تحديدًا ، ففي المواد ذات الروابط غير القطبية ، تكون حالة أكسدة العناصر صفرًا (N 2 ، H 2 ، Cl 2).

حالة أكسدة المعادن في الحالة الأولية هي صفر ، لأن توزيع كثافة الإلكترون فيها منتظم.

في المركبات الأيونية البسيطة ، تكون حالة أكسدة العناصر المكونة لها مساوية للشحنة الكهربائية ، لأنه أثناء تكوين هذه المركبات ، يحدث نقل شبه كامل للإلكترونات من ذرة إلى أخرى: Na +1 I -1 ، Mg +2 Cl -1 2 ، Al +3 F - 1 3 ، Zr +4 Br -1 4.

عند تحديد درجة أكسدة العناصر في المركبات ذات الروابط التساهمية القطبية ، تتم مقارنة قيم سلبيتها الكهربية. نظرًا لأنه أثناء تكوين رابطة كيميائية ، يتم إزاحة الإلكترونات إلى ذرات من عناصر كهرسلبية أكثر ، فإن الأخيرة لها حالة أكسدة سالبة في المركبات.

هناك عناصر تتميز بها قيمة واحدة فقط لحالة الأكسدة (الفلور ، معادن مجموعات IA و IIA ، إلخ). يتميز الفلور أعلى قيمةالكهربية ، في المركبات لها دائمًا حالة أكسدة سالبة ثابتة (-1).

العناصر الأرضية القلوية والقلوية ، التي تتميز بقيمة كهرسلبية منخفضة نسبيًا ، تتمتع دائمًا بحالة أكسدة موجبة ، تساوي (+1) و (+2) على التوالي.

ومع ذلك ، هناك أيضًا عناصر كيميائية تتميز بعدة قيم لدرجة الأكسدة (الكبريت - (-2) ، 0 ، (+2) ، (+4) ، (+6) ، إلخ.) .

لتسهيل تذكر عدد حالات الأكسدة التي تتميز بها عنصر كيميائي معين وما هي حالات الأكسدة ، يتم استخدام جداول حالات الأكسدة. العناصر الكيميائية، والتي تبدو كالتالي:

رقم سري	الروسية الانجليزية لقب	رمز كيميائي	حالة الأكسدة
	هيدروجين
	الهيليوم / الهيليوم
	الليثيوم / الليثيوم
	البريليوم / البريليوم
			(-1), 0, (+1), (+2), (+3)
	الكربون / الكربون		(-4), (-3), (-2), (-1), 0, (+2), (+4)
	نيتروجين / نيتروجين		(-3), (-2), (-1), 0, (+1), (+2), (+3), (+4), (+5)
	أكسجين / أكسجين		(-2), (-1), 0, (+1), (+2)
	الفلور / الفلور
	صوديوم
	المغنيسيوم / المغنيسيوم
	الألومنيوم
	السيليكون / السيليكون		(-4), 0, (+2), (+4)
	الفوسفور / الفوسفور		(-3), 0, (+3), (+5)
	كبريت		(-2), 0, (+4), (+6)
	الكلور / الكلور		(-1) ، 0 ، (+1) ، (+3) ، (+5) ، (+7) ، نادرًا (+2) و (+4)
	أرجون / أرجون
	البوتاسيوم / البوتاسيوم
	كالسيوم / كالسيوم
	سكانديوم / سكانديوم
	التيتانيوم / التيتانيوم		(+2), (+3), (+4)
	الفاناديوم / الفاناديوم		(+2), (+3), (+4), (+5)
	الكروم / الكروم		(+2), (+3), (+6)
	المنغنيز / المنغنيز		(+2), (+3), (+4), (+6), (+7)
	حديد / حديد		(+2) ، (+3) ، نادرًا (+4) و (+6)
	كوبالت / كوبالت		(+2) ، (+3) ، نادرًا (+4)
	نيكل / نيكل		(+2) ، نادرًا (+1) ، (+3) و (+4)
	نحاس		+1 ، +2 ، نادر (+3)
	الجاليوم / الجاليوم		(+3) ، نادر (+2)
	الجرمانيوم / الجرمانيوم		(-4), (+2), (+4)
	الزرنيخ / الزرنيخ		(-3) ، (+3) ، (+5) ، نادرًا (+2)
	السيلينيوم / السيلينيوم		(-2) ، (+4) ، (+6) ، نادرًا (+2)
	البروم / البروم		(-1) ، (+1) ، (+5) ، نادرًا (+3) ، (+4)
	كريبتون / كريبتون
	الروبيديوم / الروبيديوم
	السترونتيوم / السترونتيوم
	الإيتريوم / الإيتريوم
	الزركونيوم / الزركونيوم		(+4) ، نادرًا (+2) و (+3)
	النيوبيوم / النيوبيوم		(+3) ، (+5) ، نادرًا (+2) و (+4)
	الموليبدينوم / الموليبدينوم		(+3) ، (+6) ، نادرًا (+2) ، (+3) و (+5)
	تكنيتيوم / تكنيتيوم
	الروثينيوم / الروثينيوم		(+3) ، (+4) ، (+8) ، نادرًا (+2) ، (+6) و (+7)
	الروديوم		(+4) ، نادرًا (+2) ، (+3) و (+6)
	البلاديوم / البلاديوم		(+2) ، (+4) ، نادرًا (+6)
	فضي / فضي		(+1) ، نادرًا (+2) و (+3)
	الكادميوم / الكادميوم		(+2) نادر (+1)
	إنديوم / إنديوم		(+3) ، نادرًا (+1) و (+2)
	القصدير / القصدير		(+2), (+4)
	الأنتيمون / الأنتيمون		(-3) ، (+3) ، (+5) ، نادرًا (+4)
	التيلوريوم / التيلوريوم		(-2) ، (+4) ، (+6) ، نادرًا (+2)
			(-1) ، (+1) ، (+5) ، (+7) ، نادرًا (+3) ، (+4)
	زينون / زينون
	السيزيوم / السيزيوم
	الباريوم / الباريوم
	اللانثانم / اللانثانم
	السيريوم / السيريوم		(+3), (+4)
	البراسيوديميوم / البراسيوديميوم
	نيوديميوم / نيوديميوم		(+3), (+4)
	بروميثيوم / بروميثيوم
	السامرة / السامريوم		(+3) ، نادر (+2)
	اليوروبيوم / اليوروبيوم		(+3) ، نادر (+2)
	الجادولينيوم / الجادولينيوم
	تيربيوم / تيربيوم		(+3), (+4)
	الديسبروسيوم / الديسبروسيوم
	هولميوم / هولميوم
	الإربيوم / الإربيوم
	الثوليوم / الثوليوم		(+3) ، نادر (+2)
	الإيتربيوم / الإيتربيوم		(+3) ، نادر (+2)
	اللوتيتيوم / اللوتيتيوم
	الهافنيوم / الهافنيوم
	التنتالوم / التنتالوم		(+5) ، نادرًا (+3) ، (+4)
	التنغستن / التنغستن		(+6) نادر (+2) و (+3) و (+4) و (+5)
	الرينيوم / الرينيوم		(+2) ، (+4) ، (+6) ، (+7) ، نادرًا (-1) ، (+1) ، (+3) ، (+5)
	الأوزميوم / الأوزميوم		(+3) ، (+4) ، (+6) ، (+8) ، نادرًا (+2)
	إيريديوم / إيريديوم		(+3) ، (+4) ، (+6) ، نادرًا (+1) و (+2)
	البلاتين / البلاتين		(+2) و (+4) و (+6) ونادرًا (+1) و (+3)
	ذهب / ذهب		(+1) ، (+3) ، نادرًا (+2)
	عطارد / عطارد		(+1), (+2)
	الخصر / الثاليوم		(+1) ، (+3) ، نادرًا (+2)
	الرصاص / الرصاص		(+2), (+4)
	البزموت / البزموت		(+3) ، نادرًا (+3) ، (+2) ، (+4) و (+5)
	البولونيوم / البولونيوم		(+2) ، (+4) ، نادرًا (-2) و (+6)
	أستاتين / أستاتين
	الرادون / الرادون
	الفرانسيوم / الفرانسيوم
	الراديوم / الراديوم
	الأكتينيوم / الأكتينيوم
	الثوريوم / الثوريوم
	بروكتينيوم / بروتاكتينيوم
	أورانوس / اليورانيوم		(+3) ، (+4) ، (+6) ، نادرًا (+2) و (+5)

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

إجابه سنحدد بالتناوب درجة أكسدة الفوسفور في كل من مخططات التحويل المقترحة ، ثم نختار الإجابة الصحيحة.

• حالة أكسدة الفسفور في الفوسفين هي (-3) وفي حامض الفوسفوريك - (+5). تغير في حالة أكسدة الفوسفور: +3 → +5 ، أي الجواب الأول.
• حالة أكسدة عنصر كيميائي في مادة بسيطة هي صفر. حالة أكسدة الفوسفور في تكوين الأكسيد P 2 O 5 تساوي (+5). التغيير في حالة أكسدة الفوسفور: 0 → +5 ، أي الجواب الثالث.
• حالة أكسدة الفوسفور في حمض بتركيبة HPO 3 هي (+5) ، و H 3 PO 2 هي (+1). التغيير في حالة أكسدة الفوسفور: +5 → +1 ، أي الجواب الخامس.

مثال 2

ممارسه الرياضه	حالة الأكسدة (-3) للكربون في المركب: أ) CH 3 Cl ؛ ب) ج 2 ح 2 ؛ ج) HCOH ؛ د) ج 2 ح 6.
المحلول	لإعطاء إجابة صحيحة على السؤال المطروح ، سنحدد بالتناوب درجة أكسدة الكربون في كل من المركبات المقترحة. أ) حالة أكسدة الهيدروجين هي (+1) ، والكلور - (-1). نأخذ من أجل "x" درجة أكسدة الكربون: س + 3 × 1 + (-1) = 0 ؛ الجواب غير صحيح. ب) حالة أكسدة الهيدروجين هي (+1). نأخذ "y" درجة أكسدة الكربون: 2 × ص + 2 × 1 = 0 ؛ الجواب غير صحيح. ج) حالة أكسدة الهيدروجين هي (+1) والأكسجين - (-2). لنأخذ حالة أكسدة الكربون "z": 1 + z + (-2) +1 = 0: الجواب غير صحيح. د) حالة أكسدة الهيدروجين هي (+1). لنأخذ حالة أكسدة الكربون "أ": 2 × أ + 6 × 1 = 0 ؛ اجابة صحيحة.
إجابه	الخيار (د)

لوصف قدرة الأكسدة في الجزيئات ، فإن مفهوم درجة الأكسدة مهم. حالة الأكسدة هي الشحنة التي يمكن أن تمتلكها ذرة في جزيء أو أيون إذا تم كسر جميع روابطها مع الذرات الأخرى ، وتركت أزواج الإلكترون الشائعة مع المزيد من العناصر الكهربية.

على عكس الشحنات الواقعية للأيونات ، فإن حالة الأكسدة تظهر فقط الشحنة الشرطية للذرة في الجزيء. يمكن أن تكون سالبة أو موجبة أو صفرية. على سبيل المثال ، حالة أكسدة الذرات في المواد البسيطة هي "0" (،
,,). في المركبات الكيميائية ، يمكن أن يكون للذرات حالة أكسدة ثابتة أو متغير. بالنسبة للمعادن من المجموعات الفرعية الرئيسية الأولى والثانية والثالثة النظام الدوريفي المركبات الكيميائية ، تكون حالة الأكسدة ، كقاعدة عامة ، ثابتة وتساوي Me +1 و Me +2 و Me +3 (Li +، Ca +2، Al +3) على التوالي. تحتوي ذرة الفلور دائمًا على -1. يحتوي الكلور في المركبات المحتوية على معادن دائمًا على -1. في الغالبية العظمى من المركبات ، للأكسجين حالة أكسدة -2 (باستثناء البيروكسيدات ، حيث تكون حالة الأكسدة -1) ، والهيدروجين +1 (باستثناء هيدرات المعادن ، حيث تكون حالة الأكسدة -1).

المجموع الجبري لحالات الأكسدة لجميع الذرات في جزيء محايد يساوي صفرًا ، وفي أيون يساوي شحنة الأيون. هذه العلاقة تجعل من الممكن حساب حالات أكسدة الذرات في المركبات المعقدة.

في جزيء حمض الكبريتيك H 2 SO 4 ، تحتوي ذرة الهيدروجين على حالة أكسدة +1 ، وذرة الأكسجين هي -2. نظرًا لوجود ذرتين من الهيدروجين وأربع ذرات أكسجين ، لدينا اثنتان "+" وثماني "-". ستة "+" مفقودة من الحياد. هذا الرقم هو حالة أكسدة الكبريت -
. يتكون جزيء ثنائي كرومات البوتاسيوم K 2 Cr 2 O 7 من ذرتين من البوتاسيوم وذرتين من الكروم وسبع ذرات أكسجين. يحتوي البوتاسيوم على حالة أكسدة تبلغ +1 ، بينما يحتوي الأكسجين على -2. إذن لدينا اثنان "+" وأربعة عشر "-". تسقط الاثني عشر علامة "+" المتبقية على ذرتين من الكروم ، ولكل منهما حالة أكسدة تبلغ +6 (
).

عوامل مؤكسدة ومختزلة نموذجية

من تعريف عمليات الاختزال والأكسدة ، يترتب على ذلك ، من حيث المبدأ ، أن المواد البسيطة والمعقدة التي تحتوي على ذرات ليست في أدنى حالة أكسدة وبالتالي يمكن أن تخفض حالة الأكسدة الخاصة بها يمكن أن تعمل كعوامل مؤكسدة. وبالمثل ، فإن المواد البسيطة والمعقدة التي تحتوي على ذرات ليست في أعلى حالة أكسدة وبالتالي يمكن أن تزيد من حالة الأكسدة يمكن أن تعمل كعوامل اختزال.

أقوى العوامل المؤكسدة هي:

1) مواد بسيطة تتكون من ذرات لها قدرة كهربية كبيرة ، أي غير الفلزات النموذجية الموجودة في المجموعات الفرعية الرئيسية للمجموعتين السادسة والسابعة من النظام الدوري: F ، O ، Cl ، S (على التوالي F 2 ، O 2 ، Cl 2 ، S) ؛

2) المواد التي تحتوي على عناصر عالية ومتوسطة

حالات الأكسدة الموجبة ، بما في ذلك في شكل أيونات ، سواء بسيطة أو عنصرية (Fe 3+) أو أكسجين محتوية على الأكسجين (أيون برمنجنات - MnO 4 -) ؛

3) مركبات البيروكسيد.

المواد المحددة المستخدمة في الممارسة العملية كمؤكسدات هي الأكسجين والأوزون والكلور والبرومين والبرمنجنات وثنائي كرومات وأكسيدات الكلور وأملاحها (على سبيل المثال ،
,
,
)، حمض النيتريك (
) ، حامض الكبريتيك المركز (
)، ثاني أكسيد المنغنيز (
) ، بيروكسيد الهيدروجين وبيروكسيدات المعادن (
,
).

أقوى عوامل الاختزال هي:

1) مواد بسيطة ذراتها منخفضة كهرسلبية ("معادن نشطة") ؛

2) الكاتيونات المعدنية في حالات الأكسدة المنخفضة (Fe 2+) ؛

3) الأنيونات الأولية البسيطة ، على سبيل المثال ، أيون الكبريتيد S 2- ؛

4) الأنيونات المحتوية على الأكسجين (oxoanions) المقابلة لأدنى حالات الأكسدة الإيجابية للعنصر (النتريت
، كبريتيت
).

المواد المحددة المستخدمة في الممارسة العملية كعوامل اختزال هي ، على سبيل المثال ، الفلزات الأرضية القلوية والقلوية ، والكبريتيدات ، والكبريتات ، وهاليدات الهيدروجين (باستثناء HF) ، والمواد العضوية - الكحوليات ، والألدهيدات ، والفورمالديهايد ، والجلوكوز ، وحمض الأكساليك ، وكذلك الهيدروجين ، والكربون ، أول أكسيد الكربون (
) والألمنيوم في درجات حرارة عالية.

من حيث المبدأ ، إذا كانت المادة تحتوي على عنصر في حالة أكسدة وسيطة ، فيمكن أن تظهر هذه المواد كلاً من خصائص الأكسدة والاختزال. كل هذا يتوقف على

"شريك" في التفاعل: مع عامل مؤكسد قوي بدرجة كافية ، يمكن أن يتفاعل كعامل اختزال ، ومع عامل اختزال قوي بدرجة كافية ، كعامل مؤكسد. لذلك ، على سبيل المثال ، يعمل أيون النتريت NO 2 - في بيئة حمضية كعامل مؤكسد فيما يتعلق بالأيون I -:

2
+ 2+ 4HCl → + 2
+ 4KCl + 2H 2 O

وكعامل مختزل فيما يتعلق بأيون برمنجنات MnO 4 -

5
+ 2
+ 3H 2 SO 4 → 2
+ 5
+ K 2 SO 4 + 3H 2 O

في العديد من الكتب المدرسية والكتيبات ، يعلمون كيفية كتابة صيغ التكافؤ ، حتى للمركبات ذات الروابط الأيونية. لتبسيط إجراء تجميع الصيغ ، هذا ، في رأينا ، مقبول. لكن عليك أن تفهم أن هذا ليس صحيحًا تمامًا بسبب الأسباب المذكورة أعلاه.

المفهوم الأكثر عالمية هو مفهوم درجة الأكسدة. من خلال قيم حالات الأكسدة للذرات ، وكذلك من خلال قيم التكافؤ ، يمكن تجميع الصيغ الكيميائية ويمكن تدوين وحدات الصيغة.

حالة الأكسدةهي الشحنة الشرطية للذرة في الجسيم (جزيء ، أيون ، جذري) ، محسوبة بالتقريب بأن جميع الروابط في الجسيم أيونية.

قبل تحديد حالات الأكسدة ، من الضروري مقارنة الكهربية لذرات الترابط. تمتلك الذرة ذات القدرة الكهربية الأعلى حالة أكسدة سالبة ، في حين أن الذرة ذات القدرة الكهربية المنخفضة لها حالة إيجابية.

من أجل مقارنة قيم الكهربية للذرات بشكل موضوعي عند حساب حالات الأكسدة ، أوصى IUPAC في عام 2013 باستخدام مقياس ألين.

* على سبيل المثال ، على مقياس ألين ، تبلغ كهرسلبية النيتروجين 3.066 ، والكلور 2.869.

دعونا نوضح التعريف أعلاه بأمثلة. لنصنع صيغة هيكلية لجزيء الماء.

قطبي تساهمي روابط O-Hباللون الأزرق.

تخيل أن كلا الرابطين ليسا تساهمية ، بل أيونيان. إذا كانت أيونية ، فإن إلكترونًا واحدًا سيمر من كل ذرة هيدروجين إلى ذرة الأكسجين الأكثر كهرسلبية. نشير إلى هذه التحولات بالسهام الزرقاء.

*في هذاعلى سبيل المثال ، يستخدم السهم لتوضيح النقل الكامل للإلكترونات ، وليس لتوضيح التأثير الاستقرائي.

من السهل ملاحظة أن عدد الأسهم يوضح عدد الإلكترونات المنقولة واتجاهها - اتجاه نقل الإلكترون.

يتم توجيه سهمين إلى ذرة الأكسجين ، مما يعني أن إلكترونين ينتقلان إلى ذرة الأكسجين: 0 + (-2) = -2. شحنة ذرة الأكسجين -2. هذه هي درجة أكسدة الأكسجين في جزيء الماء.

يترك إلكترون واحد كل ذرة هيدروجين: 0 - (-1) = +1. هذا يعني أن ذرات الهيدروجين لديها حالة أكسدة +1.

دائمًا ما يساوي مجموع حالات الأكسدة إجمالي شحنة الجسيم.

على سبيل المثال ، مجموع حالات الأكسدة في جزيء الماء هو: +1 (2) + (-2) = 0. الجزيء هو جسيم متعادل كهربائيًا.

إذا قمنا بحساب حالات الأكسدة في أيون ، فإن مجموع حالات الأكسدة ، على التوالي ، يساوي شحنتها.

يشار عادةً إلى قيمة حالة الأكسدة في الزاوية اليمنى العليا من رمز العنصر. علاوة على ذلك، العلامة مكتوبة أمام الرقم. إذا كانت العلامة بعد الرقم ، فهذه هي شحنة الأيون.

على سبيل المثال ، S -2 هي ذرة كبريت في حالة الأكسدة -2 ، S 2- عبارة عن أنيون كبريت بشحنة -2.

S +6 O -2 4 2- - قيم حالات أكسدة الذرات في أنيون الكبريتات (شحنة الأيون مظللة باللون الأخضر).

ضع في اعتبارك الآن الحالة التي يكون للمركب فيها روابط مختلطة: Na 2 SO 4. الرابطة بين أنيون الكبريتات وكاتيونات الصوديوم أيونية ، والروابط بين ذرة الكبريت وذرات الأكسجين في أيون الكبريتات قطبية تساهمية. نكتب الصيغة الرسومية لكبريتات الصوديوم ، وتشير الأسهم إلى اتجاه انتقال الإلكترون.

* تعكس الصيغة البنائية ترتيب الروابط التساهمية في الجسيم (جزيء ، أيون ، جذري). تستخدم الصيغ الهيكلية فقط للجسيمات ذات الروابط التساهمية. بالنسبة للجسيمات ذات الروابط الأيونية ، فإن مفهوم الصيغة البنائية لا معنى له. إذا كانت هناك روابط أيونية في الجسيم ، فسيتم استخدام الصيغة الرسومية.

نرى أن ستة إلكترونات تغادر ذرة الكبريت المركزية ، مما يعني أن حالة أكسدة الكبريت هي 0 - (-6) = +6.

تأخذ ذرات الأكسجين الطرفية إلكترونين لكل منهما ، مما يعني أن حالات الأكسدة الخاصة بها هي 0 + (-2) = -2

تقبل ذرات الأكسجين الجسر إلكترونين لكل منهما ، وحالة الأكسدة هي -2.

من الممكن أيضًا تحديد درجة الأكسدة بالصيغة الهيكلية الرسومية ، حيث تشير الشرطات إلى الروابط التساهمية وشحنة الأيونات.

في هذه الصيغة ، تحتوي ذرات الأكسجين الموصلة بالفعل على شحنة سالبة للوحدة ويأتي إليها إلكترون إضافي من ذرة الكبريت -1 + (-1) = -2 ، مما يعني أن حالات الأكسدة هي -2.

حالة أكسدة أيونات الصوديوم تساوي شحنتها ، أي +1.

دعونا نحدد حالات أكسدة العناصر في أكسيد البوتاسيوم الفائق (أكسيد الفائق). للقيام بذلك ، سنقوم برسم معادلة رسومية لأكسيد البوتاسيوم الفائق ، وسوف نظهر إعادة توزيع الإلكترونات بسهم. اتصال O-Oهو تساهمي غير قطبي ، لذلك ، لا تتم الإشارة إلى إعادة توزيع الإلكترونات فيه.

* الأنيون الفائق هو أيون جذري. الشحنة الرسمية لذرة أكسجين هي -1 ، والأخرى ، مع إلكترون غير مزدوج ، هي 0.

نرى أن حالة أكسدة البوتاسيوم هي +1. حالة أكسدة ذرة الأكسجين المكتوبة في الصيغة المقابلة للبوتاسيوم هي -1. حالة أكسدة ذرة الأكسجين الثانية هي 0.

بنفس الطريقة ، من الممكن تحديد درجة الأكسدة بواسطة الصيغة الهيكلية الرسومية.

تشير الدوائر إلى الشحنات الرسمية لأيون البوتاسيوم وإحدى ذرات الأكسجين. في هذه الحالة ، تتطابق قيم الرسوم الرسمية مع قيم حالات الأكسدة.

نظرًا لأن كل من ذرات الأكسجين في الأنيون الفائق لها حالات أكسدة مختلفة ، يمكننا الحساب حسابي يعني حالة الأكسدةالأكسجين.

سيكون مساوياً لـ / 2 \ u003d - 1/2 \ u003d -0.5.

عادةً ما يشار إلى قيم المتوسط ​​الحسابي لحالات الأكسدة في الصيغ الإجمالية أو وحدات الصيغة لتوضيح أن مجموع حالات الأكسدة يساوي إجمالي شحنة النظام.

لحالة الأكسيد الفائق: +1 + 2 (-0.5) = 0

من السهل تحديد حالات الأكسدة باستخدام صيغ نقطة الإلكترون ، حيث تتم الإشارة إلى أزواج الإلكترونات المنفردة وإلكترونات الروابط التساهمية بالنقاط.

الأكسجين عنصر من عناصر مجموعة VIA ، لذلك هناك 6 إلكترونات تكافؤ في ذرته. تخيل أن الروابط في جزيء الماء أيونية ، وفي هذه الحالة ستتلقى ذرة الأكسجين ثماني بتات من الإلكترونات.

حالة أكسدة الأكسجين تساوي على التوالي: 6-8 \ u003d -2.

وذرات الهيدروجين: 1 - 0 = +1

القدرة على تحديد درجة الأكسدة باستخدام الصيغ الرسومية لا تقدر بثمن لفهم جوهر هذا المفهوم ، حيث ستكون هذه المهارة مطلوبة في سياق الكيمياء العضوية. إذا كنا نتعامل مع مواد غير عضوية ، فمن الضروري أن نكون قادرين على تحديد درجة الأكسدة بواسطة الصيغ الجزيئية ووحدات الصيغة.

للقيام بذلك ، عليك أولاً أن تفهم أن حالات الأكسدة ثابتة ومتغيرة. يجب حفظ العناصر التي تظهر حالة أكسدة ثابتة.

يتميز أي عنصر كيميائي بحالات أكسدة أعلى وأقل.

أدنى حالة أكسدةهي الشحنة التي تكتسبها الذرة نتيجة لاستقبال أكبر عدد من الإلكترونات على طبقة الإلكترون الخارجية.

في ضوء هذا ، أدنى حالة أكسدة سلبية ،باستثناء المعادن التي لا تأخذ ذراتها الإلكترونات أبدًا بسبب قيم كهرسلبية منخفضة. المعادن لديها أقل حالة أكسدة من 0.

تحاول معظم اللافلزات في المجموعات الفرعية الرئيسية ملء طبقة الإلكترونات الخارجية بما يصل إلى ثمانية إلكترونات ، وبعد ذلك تكتسب الذرة تكوينًا مستقرًا ( القاعدة الثماني). لذلك ، من أجل تحديد أدنى حالة أكسدة ، من الضروري فهم عدد إلكترونات التكافؤ التي تفتقر إليها الذرة إلى ثماني بتات.

على سبيل المثال ، النيتروجين عنصر من مجموعة VA ، مما يعني أن هناك خمسة إلكترونات تكافؤ في ذرة النيتروجين. ذرة النيتروجين هي ثلاثة إلكترونات أقل من ثماني بتات. لذا فإن أدنى حالة أكسدة للنيتروجين هي: 0 + (-3) = -3

عند دراسة الروابط الكيميائية القطبية الأيونية والتساهمية ، تعرفت على المواد المعقدة المكونة من عنصرين كيميائيين. تسمى هذه المواد ثنائي (من اللاتينية ثنائية - اثنان) أو عنصرين.

دعونا نتذكر المركبات الثنائية النموذجية التي ذكرناها كمثال للنظر في آليات تكوين الروابط الكيميائية القطبية الأيونية والتساهمية: NaCl - كلوريد الصوديوم و HCl - كلوريد الهيدروجين.

في الحالة الأولى ، الرابطة أيونية: ذرة الصوديوم تنقل إلكترونها الخارجي إلى ذرة الكلور وتحولت إلى أيون بشحنة +1 ، وقبلت ذرة الكلور إلكترونًا وتحولت إلى أيون بشحنة - 1. من الناحية التخطيطية ، يمكن وصف عملية تحول الذرات إلى أيونات على النحو التالي:

في جزيء كلوريد الهيدروجين HC1 ، يتم تكوين رابطة كيميائية بسبب اقتران الإلكترونات الخارجية غير المزدوجة وتكوين زوج إلكترون مشترك من ذرات الهيدروجين والكلور:

من الأصح تمثيل تكوين رابطة تساهمية في جزيء كلوريد الهيدروجين كتراكب لسحابة واحدة من الإلكترون من ذرة الهيدروجين مع سحابة p من إلكترون واحد من ذرة الكلور:

أثناء التفاعل الكيميائي ، يتحول زوج الإلكترون الشائع نحو ذرة الكلور الأكثر كهربيًا: أي ، لن ينتقل الإلكترون بالكامل من ذرة الهيدروجين إلى ذرة الكلور ، ولكن جزئيًا ، مما يتسبب في شحنة جزئية من الذرات 5 (انظر الفقرة 12 ):. إذا تخيلنا أنه في جزيء حمض الهيدروكلوريك ، وكذلك في كلوريد الصوديوم كلوريد الصوديوم ، ينتقل الإلكترون تمامًا من ذرة الهيدروجين إلى ذرة الكلور ، ثم يتلقى الشحنات +1 و -1:. تسمى هذه الرسوم الشرطية حالة الأكسدة. عند تعريف هذا المفهوم ، يُفترض بشكل مشروط أنه في المركبات القطبية التساهمية ، تنتقل الإلكترونات الملزمة تمامًا إلى ذرة أكثر كهرسلبية ، وبالتالي تتكون المركبات فقط من أيونات موجبة وسالبة الشحنة.

يمكن أن يكون لحالة الأكسدة قيمة سالبة أو موجبة أو صفرية ، توضع عادةً فوق رمز العنصر في الأعلى ، على سبيل المثال:

تلك الذرات التي استقبلت إلكترونات من ذرات أخرى أو التي تم إزاحة أزواج الإلكترونات الشائعة إليها ، أي ذرات عناصر أكثر كهرسلبية ، لها قيمة سالبة لدرجة الأكسدة. يحتوي الفلور دائمًا على حالة أكسدة -1 في جميع المركبات. الأكسجين ، ثاني أكثر العناصر كهرسلبية بعد الفلور ، دائمًا ما يكون له حالة أكسدة -2 ، باستثناء المركبات التي تحتوي على الفلور ، على سبيل المثال:

تلك الذرات التي تتبرع بإلكتروناتها للذرات الأخرى أو التي تُسحب منها أزواج الإلكترونات الشائعة ، أي ذرات العناصر الأقل كهرسلبية ، لها قيمة موجبة لدرجة الأكسدة. دائمًا ما يكون للمعادن الموجودة في المركبات حالة أكسدة إيجابية. بالنسبة لمعادن المجموعات الفرعية الرئيسية: المجموعة الأولى (المجموعة الأولى أ) في جميع المركبات ، حالة الأكسدة هي +1 ، المجموعة الثانية (المجموعة IIA) هي +2 ، المجموعة الثالثة (المجموعة IIIA) - +3 ، على سبيل المثال:

ولكن في المركبات المحتوية على معادن ، يكون للهيدروجين حالة أكسدة تبلغ -1:

تحتوي القيمة الصفرية لحالة الأكسدة على ذرات في جزيئات المواد والذرات البسيطة في الحالة الحرة ، على سبيل المثال:

بالقرب من مفهوم "حالة الأكسدة" هو مفهوم "التكافؤ" ، الذي قابلته عند التفكير في الرابطة الكيميائية التساهمية. ومع ذلك ، فهما ليسا نفس الشيء.

ينطبق مفهوم "التكافؤ" على المواد التي لها بنية جزيئية. الأغلبية الساحقة المواد العضوية، التي ستلتقي بها في الصف العاشر ، لديها مثل هذا الهيكل. في سياق المدرسة الأساسية ، تدرس الكيمياء غير العضوية ، والتي يكون موضوعها عبارة عن مواد جزيئية وغير جزيئية ، على سبيل المثال ، بنية أيونية. لذلك يفضل استخدام مفهوم "حالة الأكسدة".

ما هو الفرق بين التكافؤ وحالة الأكسدة؟

غالبًا ما يكون التكافؤ وحالة الأكسدة متماثلان عدديًا ، لكن التكافؤ ليس له علامة شحنة ، وحالة الأكسدة كذلك. على سبيل المثال ، يحتوي الهيدروجين أحادي التكافؤ على حالات الأكسدة التالية في مواد مختلفة:

يبدو أن الفلور أحادي التكافؤ - العنصر الأكثر كهرسلبية - يجب أن يكون له تطابق كامل مع قيم حالة الأكسدة والتكافؤ. بعد كل شيء ، ذرتها قادرة على تكوين رابطة تساهمية واحدة فقط ، لأنها تفتقر إلى إلكترون واحد حتى اكتمال الطبقة الإلكترونية الخارجية. ومع ذلك ، يوجد فرق هنا أيضًا:

تختلف حالة التكافؤ والأكسدة أكثر إذا لم تتطابق عدديًا. على سبيل المثال:

في المركبات ، تكون حالة الأكسدة الكلية صفرًا دائمًا. بمعرفة هذا وحالة الأكسدة لأحد العناصر ، يمكنك العثور على حالة الأكسدة لعنصر آخر من خلال الصيغة ، على سبيل المثال ، مركب ثنائي. إذن ، لنجد حالة أكسدة الكلور في المركب C1 2 O 7.

دعونا نشير إلى درجة أكسدة الأكسجين:. لذلك ، سبع ذرات أكسجين سيكون لها شحنة سالبة كلية (-2) × 7 = -14. عندها ستكون الشحنة الكلية لذرتين من الكلور +14 ، وذرة كلور واحدة: (+14): 2 = +7. لذلك ، فإن حالة أكسدة الكلور هي.

وبالمثل ، بمعرفة حالات أكسدة العناصر ، يمكن للمرء صياغة صيغة مركب ، على سبيل المثال ، كربيد الألومنيوم (مركب من الألومنيوم والكربون).

من السهل أن ترى أنك عملت بشكل مشابه مع مفهوم "التكافؤ" عندما اشتقت صيغة المركب التساهمي أو حددت تكافؤ عنصر من خلال صيغة مركبه.

تتكون أسماء المركبات الثنائية من كلمتين - أسماء العناصر الكيميائية المكونة لها. تشير الكلمة الأولى إلى الجزء الكهربي للمركب - غير المعدني ، ويكون اسمها اللاتيني مع اللاحقة -id دائمًا في الحالة الاسمية. تشير الكلمة الثانية إلى الجزء الموجب للكهرباء - معدن أو عنصر أقل كهرسلبية ، ويكون اسمه دائمًا في حالة اضافية:

على سبيل المثال: NaCl - كلوريد الصوديوم ، MgS - كبريتيد المغنيسيوم ، KH - هيدريد البوتاسيوم ، CaO - أكسيد الكالسيوم. إذا أظهر العنصر الموجب للكهرباء درجات مختلفة من الأكسدة ، فهذا ينعكس في الاسم ، مشيرًا إلى درجة الأكسدة برقم روماني ، يتم وضعه في نهاية الاسم ، على سبيل المثال: - أكسيد الحديد (II) (اقرأ " أكسيد الحديد اثنين ") ، - أكسيد الحديد (III) (يُقرأ" أكسيد الحديد الثلاثة ").

إذا كان المركب يتكون من عنصرين غير معدنيين ، فسيتم إضافة اللاحقة -id إلى اسم أكثر كهرسلبية منهم ، ويوضع المكون الثاني بعد ذلك في الحالة المضافة. على سبيل المثال: - فلوريد الأكسجين (II) ، - أكسيد الكبريت (IV) و - أكسيد الكبريت (VI).

في بعض الحالات ، يُشار إلى عدد ذرات العناصر بأسماء الأرقام في اليونانية- أحادي ، ثنائي ، ثلاثي ، رباعي ، خماسي ، سداسي ، إلخ. على سبيل المثال: - أول أكسيد الكربون ، أو أول أكسيد الكربون (II) ، - ثاني أكسيد الكربون ، أو أول أكسيد الكربون (IV) ، - رباعي كلوريد الرصاص ، أو كلوريد الرصاص (IV) .

لكي يفهم الكيميائيون من مختلف البلدان بعضهم البعض ، كان من الضروري إنشاء مصطلحات وتسميات موحدة للمواد. تم تطوير مبادئ التسمية الكيميائية لأول مرة من قبل الكيميائيين الفرنسيين A. Lavoisier و A. Fourcroix و L. Giton de Mervaux و C. مختلف البلدان ويصدر توصيات بشأن تسميات المواد والمصطلحات المستخدمة في الكيمياء.

كلمات وعبارات

1. مركبات ثنائية أو ثنائية العناصر.
2. درجة الأكسدة.
3. التسمية الكيميائية.
4. تحديد حالات أكسدة العناصر بالصيغة.
5. رسم صيغ المركبات الثنائية حسب حالات أكسدة العناصر.

العمل مع الكمبيوتر

1. الرجوع إلى التطبيق الإلكتروني. ادرس مادة الدرس وأكمل المهام المقترحة.
2. ابحث في الإنترنت عن عناوين البريد الإلكتروني التي يمكن أن تكون بمثابة مصادر إضافية تكشف عن محتوى الكلمات الرئيسية والعبارات الواردة في الفقرة. اعرض على المعلم مساعدتك في إعداد درس جديد - قم بعمل تقرير عن الكلمات والعبارات الرئيسية في الفقرة التالية.

أسئلة ومهام

1. اكتب صيغ أكاسيد النيتروجين (II) ، (V) ، (I) ، (III) ، (IV).
2. أعط أسماء المركبات الثنائية التي تكون صيغها: أ) С1 2 0 7 ، С1 2 O ، С1O 2 ؛ ب) FeCl 2 ، FeCl 3 ؛ ج) MnS ، MnO 2 ، MnF 4 ، MnO ، MnCl 4 ؛ ص) النحاس 2 O ، Mg 2 Si ، SiCl 4 ، Na 3 N ، FeS.
3. البحث في الكتب المرجعية والقواميس عن جميع أنواع أسماء المواد مع الصيغ: أ) ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ؛ ب) SO 2 و SO 3. اشرح أصل الكلمة. ذكر اسمين من هذه المواد حسب التسمية الدولية وفقا للقواعد المنصوص عليها في الفقرة.
4. ما الاسم الآخر الذي يمكن أن يطلق على الأمونيا H 3 N؟
5. أوجد الحجم الذي لديهم عند n. ذ. 17 جم من كبريتيد الهيدروجين.
6. كم عدد الجزيئات الموجودة في هذا المجلد؟
7. احسب كتلة 33.6 م 3 من الميثان CH 2 عند n. ذ. وتحديد عدد الجزيئات الموجودة في هذا المجلد.
8. حدد حالة أكسدة الكربون واكتب الصيغ التركيبية للمواد التالية ، مع العلم أن الكربون موجود في مركبات العضويةدائمًا رباعي التكافؤ: الميثان CH 4 ، ورابع كلوريد الكربون CC1 4 ، والإيثان C 2 H 4 ، والأسيتيلين C 2 H 2.

القدرة على إيجاد حالة أكسدة العناصر الكيميائية شرط ضروريمن أجل الحل الناجح للمعادلات الكيميائية التي تصف تفاعلات الأكسدة والاختزال. بدونها ، لن تكون قادرًا على وضع صيغة دقيقة لمادة ناتجة عن تفاعل بين عناصر كيميائية مختلفة. نتيجة لذلك ، سيكون حل المشكلات الكيميائية بناءً على هذه المعادلات إما مستحيلاً أو خاطئًا.

مفهوم حالة الأكسدة لعنصر كيميائي
حالة الأكسدة- هذه قيمة شرطية ، وبمساعدة من المعتاد وصف تفاعلات الأكسدة والاختزال. عدديًا ، يساوي عدد الإلكترونات التي تكتسبها الذرة شحنة موجبة ، أو عدد الإلكترونات التي تكتسبها الذرة شحنة سالبة ترتبط بها.

في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، يتم استخدام مفهوم حالة الأكسدة لتحديد الصيغ الكيميائية لمركبات العناصر الناتجة عن تفاعل العديد من المواد.

للوهلة الأولى ، قد يبدو أن حالة الأكسدة تعادل مفهوم التكافؤ لعنصر كيميائي ، لكن هذا ليس كذلك. مفهوم التكافؤتستخدم لقياس التفاعل الإلكتروني في المركبات التساهمية ، أي في المركبات التي تشكلت عن طريق تكوين أزواج الإلكترونات المشتركة. تُستخدم حالة الأكسدة لوصف التفاعلات المصحوبة بالتبرع بالإلكترونات أو اكتسابها.

على عكس التكافؤ ، وهو خاصية محايدة ، يمكن أن يكون لحالة الأكسدة قيمة موجبة أو سلبية أو صفرية. تتوافق القيمة الموجبة مع عدد الإلكترونات الممنوحة ، والقيمة السالبة تقابل عدد الإلكترونات المرفقة. تعني القيمة الصفرية أن العنصر إما في شكل مادة بسيطة ، أو أنه تم تقليله إلى الصفر بعد الأكسدة ، أو يتأكسد إلى الصفر بعد الاختزال السابق.

كيفية تحديد حالة الأكسدة لعنصر كيميائي معين
يخضع تحديد حالة الأكسدة لعنصر كيميائي معين للقواعد التالية:

1. دائمًا ما تكون حالة أكسدة المواد البسيطة صفرًا.
   
2. المعادن القلوية ، الموجودة في المجموعة الأولى من الجدول الدوري ، لها حالة أكسدة +1.
   
3. المعادن الأرضية القلوية ، التي تحتل المجموعة الثانية في الجدول الدوري ، لها حالة أكسدة +2.
   
4. يُظهر الهيدروجين في المركبات ذات اللافلزات المختلفة دائمًا حالة أكسدة قدرها +1 ، وفي مركبات بها معادن +1.
   
5. حالة أكسدة الأكسجين الجزيئي في جميع المركبات التي تم النظر فيها في الدورة المدرسية للكيمياء غير العضوية هي -2. الفلور -1.
   
6. عند تحديد درجة الأكسدة في منتجات التفاعلات الكيميائية ، فإنها تنطلق من قاعدة الحياد الكهربائي ، والتي بموجبها يجب أن يكون مجموع حالات الأكسدة للعناصر المختلفة التي تتكون منها المادة مساويًا للصفر.
   
7. يعرض الألومنيوم في جميع المركبات حالة أكسدة +3.
   

علاوة على ذلك ، كقاعدة عامة ، تبدأ الصعوبات ، حيث تظهر العناصر الكيميائية المتبقية وتظهر حالة أكسدة متغيرة اعتمادًا على أنواع ذرات المواد الأخرى المشاركة في المركب.

هناك حالات أكسدة أعلى وأقل ومتوسطة. تتوافق أعلى حالة أكسدة ، مثل التكافؤ ، مع رقم مجموعة العنصر الكيميائي في الجدول الدوري ، ولكن لها قيمة موجبة. أدنى حالة أكسدة تساوي عدديًا الفرق بين الرقم 8 لمجموعة العناصر. ستكون حالة الأكسدة المتوسطة أي رقم في النطاق من أدنى حالة أكسدة إلى أعلى حالة.

لمساعدتك على التنقل في مجموعة متنوعة من حالات الأكسدة للعناصر الكيميائية ، نلفت انتباهك إلى الجدول الإضافي التالي. حدد العنصر الذي تهتم به وستحصل على قيم حالات الأكسدة المحتملة الخاصة به. نادرًا ما تتم الإشارة إلى القيم التي تحدث بين قوسين.