Chemija · Pamoka

Oksidacijos laipsniai, oksidacija ir redukcija

Priskirti oksidacijos laipsnius nelaikant jų tikraisiais kiekvieno atomo krūviais. Atpažinti oksidaciją, redukciją ir jas sukeliančius reagentus, kurie patys patiria priešingą, nei nurodo jų pavadinimas, pokytį.

Grįžti į chemijos planą

Baigę pamoką, galėsite

Patikrinti, ar oksidacijos laipsnių suma atitinka visos dalelės krūvį.
Atskirti oksidacijos laipsnį, formalųjį krūvį ir dalinį krūvį.
Atpažinti oksidatorius, reduktorius ir disproporcionavimo pavyzdį.

Oksidacijos laipsnis – apibrėžtas elektronų priskyrimo modelis

Oksidacijos laipsnis atomui priskiria formalųjį krūvį, taikant joninį cheminio ryšio artinį: ryšių tarp skirtingų elementų atomų elektronai priskiriami pagal taikomą elektroneigiamumo konvenciją, o ryšių tarp to paties elemento atomų elektronai padalijami po lygiai. Įvadinės taisyklės apibendrina įprastus paprastus atvejus.

Vienatomio jono oksidacijos laipsnis lygus jo joniniam krūviui. Kovalentinėje molekulėje priskirtas oksidacijos laipsnis skiriasi nuo formaliojo krūvio ar tikrojo atomo dalinio krūvio. Priskyrus H oksidacijos laipsnį +1, o O – −2 neutralioje vandens molekulėje, vanduo netampa laisvųjų H⁺ ir O²⁻ jonų rinkiniu.

Suma turi atitikti dalelės krūvį

Nitrato jonui NO₃⁻ priskyrus O oksidacijos laipsnį −2, gaunama x + 3(−2) = −1, todėl N oksidacijos laipsnis yra +5. Viso nitrato jono krūvis vis tiek yra −1. Atskirkite atomui priskirtą oksidacijos laipsnį nuo visos dalelės krūvio.

Įprastai H priskiriamas +1, o O – −2 oksidacijos laipsnis, tačiau yra išimčių. H₂O₂ junginyje deguonies oksidacijos laipsnis yra −1, o NaH junginyje vandenilio oksidacijos laipsnis yra −1, kai Na oksidacijos laipsnis yra +1. Superoksiduose ir deguonies fluoriduose reikia priskirti kitokius oksidacijos laipsnius. Mišraus valentingumo atveju vidutinė vertė nebūtinai apibūdina kiekvieno atomo vietinę būseną atskirai.

Atskirkite atomų oksidacijos laipsnius nuo visos dalelės krūvio

Cheminė dalelė	Nurodyti oksidacijos laipsniai	Suma	Visos dalelės krūvis
NO₃⁻	N +5; kiekvienas O −2	+5 − 6 = −1	−1
H₂O	Kiekvienas H +1; O −2	+2 − 2 = 0	0
H₂O₂	Kiekvienas H +1; kiekvienas O −1	+2 − 2 = 0	0
NaH	Na +1; H −1	+1 − 1 = 0	0

Įvadinė nurodytų cheminių dalelių oksidacijos laipsnių apskaita. Vertės priskiriamos formaliai, o jų suma lygi bendram krūviui; jos nėra išmatuoti daliniai atomų krūviai ir nereiškia, kad neutraliose kovalentinėse molekulėse yra laisvų jas sudarančių jonų.

Sekite, kuri cheminė dalelė kinta

Oksiduojantis oksidacijos laipsnis didėja, o redukuojantis – mažėja. Paprastoje elektroninėje pusreaktėje Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻ yra oksidacija, o Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu – redukcija. Elektronas yra toje lygties pusėje, kurioje jo reikia cheminių dalelių krūviams subalansuoti.

Oksidatorius sukelia reakcijos partnerio oksidaciją, o pats redukuojasi. Reduktorius sukelia redukciją, o pats oksiduojasi. Kovalentinių sistemų oksidacijos ir redukcijos chemijoje formali elektronų apskaita nebūtinai reiškia, kad atskiras elektronas iš tiesų pereina iš vieno izoliuoto jono į kitą.

Ta pati cheminė dalelė gali ir oksiduotis, ir redukuotis

Subalansuotoje lygtyje 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂ pradinis deguonies oksidacijos laipsnis yra −1. Deguonies, kuris po reakcijos yra vandenyje, oksidacijos laipsnis yra −2, o deguonies, kuris yra O₂, – 0. Taigi dalis deguonies redukuojasi, o dalis oksiduojasi: tai yra disproporcionavimas.

Abiejose lygties pusėse yra po keturis H ir keturis O atomus, o bendras krūvis lygus nuliui. Suminėje lygtyje nelieka elektronų. Ji nusako bendrus sudėties ir oksidacijos laipsnių pokyčius, bet nenustato reakcijos mechanizmo, greičio ar katalizatoriaus.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Nustatykite azoto oksidacijos laipsnį nitrate

NO₃⁻ jonui taikykite įprastą deguonies oksidacijos laipsnį −2. Nustatykite azoto oksidacijos laipsnį ir atskirkite jį nuo jono krūvio.

Tarkime, kad azoto oksidacijos laipsnis yra x.
Trijų deguonies atomų oksidacijos laipsnių suma yra −6.
Prilyginkite sumą cheminės dalelės krūviui: x − 6 = −1.
Raskite x = +5.

Azotui priskiriamas oksidacijos laipsnis +5; viso nitrato jono krūvis yra −1. Tai skirtingi dydžiai.

Pabandykite patys

Ar oksidacijos laipsnis visada lygus tikrajam atomo daliniam krūviui?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Tai formalus priskyrimas taikant joninį artinį; dalinis krūvis apibūdina kitą dydį.
Kam turi būti lygi oksidacijos laipsnių suma NO₃⁻ jone?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
−1.
Ji lygi viso nitrato jono krūviui.
Ar pats oksidatorius oksiduojasi, ar redukuojasi?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Redukuojasi.
Jis redukuojasi, o jo reakcijos partneris oksiduojasi.
Kas nutinka deguoniui priskirtam −1 oksidacijos laipsniui nurodytoje peroksido disproporcionavimo reakcijoje?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Dalis vandenyje įgyja −2 oksidacijos laipsnį, o dalis O₂ – 0.
Iš tos pačios pradinės cheminės dalelės susidaro ir redukuoti, ir oksiduoti produktai.

Ką verta įsidėmėti

Oksidacijos laipsnių suma turi būti lygi visos cheminės dalelės krūviui.
Atskirkite formaliai priskirtus oksidacijos laipsnius nuo formaliųjų ir dalinių krūvių.
Oksidatorius redukuojamas, o reduktorius oksiduojamas.
Vien bendras oksidacijos ir redukcijos balansas neatskleidžia reakcijos mechanizmo.

Šaltiniai

Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.