كيفية حساب أعداد التأكسد

في الكيمياء، يشير المصطلحان “الأكسدة والاختزال” إلى التفاعلات الكيميائية التي تفقد فيها الذرة (أو مجموعة الذرات) أو تكتسب عددًا من الإلكترونات، على التوالي. تساعد أرقام الأكسدة المحددة لذرة واحدة (أو مجموعة ذرات) الكيميائيين على معرفة عدد الإلكترونات المتاحة للنقل والتفاعل ونوع الأكسدة أو تفاعل الاختزال الذي قد يخضع له. تختلف عملية حساب عدد أكسدة الذرات من كونها بسيطة جدًا في بعض الأحيان إلى معقدة جدًا في أوقات أخرى، اعتمادًا على شحنة الذرات والتركيب الكيميائي للجزيئات التي تحتوي على تلك الذرات. هل تريد المزيد من التعقيد هل تعلم أن بعض الذرات لها أكثر من رقم أكسدة لحسن الحظ، فإن حساب أرقام الأكسدة تحكمه قواعد محددة جيدًا وقابلة للتطبيق بسهولة، ومن خلال معرفة أساسيات الكيمياء والجبر، يمكنك فهم وتطبيق هذه القواعد بسهولة أكبر. .

خطوات

احسب أعداد الأكسدة بناءً على القواعد الكيميائية

1. 1 حدد ما إذا كانت المادة المعنية مكونًا أساسيًا. ذرات العناصر الحرة غير المقيدة والتي تسمى الذرات الأولية لها دائمًا عدد أكسدة يساوي صفرًا. تنطبق هذه القاعدة على العناصر الموجودة في شكلها الأساسي كذرة واحدة أو ثنائية الذرة أو أكثر.

   • على سبيل المثال، الألومنيوم Als والكلور Cl2 لهما عدد أكسدة صفر لأنهما في حالة غير منضمة.
   • لاحظ أن عنصر الكبريت S8، أو مثمن الكبريت، على الرغم من أنه ليس شائعًا جدًا، إلا أنه يحتوي أيضًا على عدد أكسدة صفر.

2. 2 تحديد ما إذا كانت المادة المعنية في شكل أيون. الأيونات لها أعداد أكسدة مساوية لشحناتها. يتم تطبيق هذه القاعدة على الأيونات الحرة غير المرتبطة بأي عنصر بالإضافة إلى الأيونات التي تشكل جزءًا من مركب أيوني.

   • على سبيل المثال، يحتوي على أيون الكلور. Cl – عدد الأكسدة يساوي -1
   • يجب أن نتذكر أن أيون الكلور على سبيل المثال سيظل يحافظ على عدد أكسدة -1 عندما يكون جزءًا من مركب كلوريد الصوديوم. لأن الصوديوم أيضًا أيون ومعرفة أن شحنته هي +1، ومعرفة أن شحنة أيون الكلور هي -1، لذلك يبقى رقم الأكسدة الخاص به هو -1.

3. 3 بالنسبة لأيونات المعادن، يجب أن يكون معروفًا أنه من الممكن وجود أكثر من رقم أكسدة واحد لنفس العنصر. قد تحمل العديد من العناصر المعدنية أكثر من شحنة واحدة. على سبيل المثال، قد تحتوي شحنة أيون معدن الحديد (Fe) على +2 أو + 3X. مصدر البحث. يمكننا معرفة شحنة أيونات المعادن (وبالتالي أعداد الأكسدة الخاصة بها) بالإشارة إلى العلاقة بشحنات الذرات الأخرى في المركب الذي هي جزء منه، أو عند كتابة الشحنة في النص بالأرقام الرومانية (كما في الجملة “الحديد (III) له تهمة +3).

   • على سبيل المثال، دعنا نفحص مركبًا يحتوي على أيون الألومنيوم، وهو معدن. كلوريد الألومنيوم AlCl3 له شحنة إجمالية تبلغ صفر. نعلم مما سبق أن أيون الكلور Cl- يحمل شحنة -1 ومع وجود ثلاثة أيونات الكلور Cl- في المركب، يجب أن يحمل أيون معدن الألومنيوم شحنة +3 بحيث يكون مجموع شحنات العناصر في المركب هو صفر. وبالتالي، فإن عدد أكسدة الألومنيوم هو +3. .

4. 4 عيّن رقم الأكسدة -2 للأكسجين (مع استثناءات). سنرى أنه في جميع الحالات تقريبًا، تحتوي ذرات الأكسجين على عدد أكسدة -2. لكن هناك استثناءات قليلة لهذه القاعدة.

   • عندما يكون الأكسجين في حالته الأولية (O2)، فإن رقم الأكسدة الخاص به يكون صفراً، كما هو الحال مع جميع ذرات العناصر الأخرى.
   • إذا كان الأكسجين جزءًا من بيروكسيد، فإن رقم تأكسده هو -1. البيروكسيدات عبارة عن فئة من المركبات تتميز بوجود رابطة مفردة للأكسجين والأكسجين (أو أيون البيروكسيد O2-2). على سبيل المثال، في H2O2 (بيروكسيد الهيدروجين)، يحتوي الأكسجين على عدد أكسدة (وشحنة) -1. أيضًا، إذا كان الأكسجين موجودًا كجزء من مركب بيروكسيد، فإن رقم الأكسدة يصبح -0.5.
   • إذا كان الأكسجين يشكل رابطة مع الفلور، فإن رقم الأكسدة الخاص به يكون +2. راجع قاعدة الفلور أدناه لمزيد من المعلومات. رقم الأكسدة في O2F2 هو +1.

5. 5 ضع رقم أكسدة +1 للهيدروجين (مع بعض الاستثناءات). مثل الأكسجين، فإن عدد أكسدة الهيدروجين هو موضوع الشذوذ. يحتوي الهيدروجين بشكل عام على عدد أكسدة +1 (ما لم يكن في حالته الأولية H2). ولكن مع بعض المركبات الخاصة التي تسمى الهيدريدات، يحتوي الهيدروجين على عدد أكسدة -1.

   • على سبيل المثال، نعلم أن الهيدروجين الموجود في جزيء الماء H2O له رقم أكسدة +1 لأن الأكسجين له عدد أكسدة -2 ويتطلب شحنتين من +1 ليجعل مجموع شحنات المركب يساوي صفرًا. لكن في NaH، يحتوي الهيدروجين على عدد أكسدة -1 لأن شحنة أيون الصوديوم هي +1، ولكي يكون للمركب إجمالي شحنة صفر، يجب أن يكون للهيدروجين شحنة (وبالتالي عدد أكسدة) – 1.

6. 6 يحتوي الفلور “دائمًا” على عدد أكسدة -1. كما ذكرنا سابقًا، يمكن أن تختلف أعداد أكسدة العناصر اعتمادًا على العديد من العوامل (مثل أيونات المعادن، وذرات الأكسجين في البيروكسيدات، وما إلى ذلك) ولكن يحتوي الفلور على عدد أكسدة -1 لا يتغير أبدًا. وذلك لأن الفلور هو العنصر ذو أعلى كهرسلبية ؛ أي أن ذرة الفلور هي الأقل احتمالًا لفقد الإلكترونات أو إعطائها لذرة أخرى. لذلك، لا تتغير شحنتها.

7. 7 يعرف أن أعداد أكسدة المركب تساوي شحنة المركب. يجب أن يساوي مجموع أعداد الأكسدة لجميع الذرات في المركب شحنة هذا المركب. على سبيل المثال، إذا كان لديك مركب بدون شحنة، فإن عدد أكسدة ذراته سيكون صفرًا، وإذا كان المركب عبارة عن أيون متعدد الذرات بشحنة -1، فيجب أن يكون مجموع أعداد الأكسدة الخاصة به هو -1 و قريباً.

   • يمكنك استخدام هذه الطريقة لتقييم الحسابات والتحقق منها أيضًا. إذا كانت أرقام الأكسدة لا تساوي شحنة المركب، فأنت تدرك أنك قمت بحساب واحد أو أكثر بشكل غير صحيح.

حساب أعداد الأكسدة للذرات دون اتباع قواعد أعداد الأكسدة

1. 1 ابحث عن الذرات التي لا تخضع لقواعد عدد الأكسدة. نجد أن بعض الذرات ليس لديها قواعد محددة لحساب أعداد الأكسدة الخاصة بها. إذا لم تظهر ذرتك في القواعد المذكورة أعلاه ولم تكن متأكدًا من شحنة تلك الذرة (على سبيل المثال، إذا كانت هذه الذرة جزءًا من مركب أكبر ولم يتم ذكر شحنتها الفردية)، يمكنك العثور على عدد أكسدة الذرة بتطبيق عملية الحذف. ستحدد أولاً عدد الأكسدة لكل ذرة أخرى في المركب، ثم ستقوم بعملية طرح بسيطة بناءً على الشحنة الكلية للمركب لإيجاد عدد الأكسدة للذرة المعنية.

   • على سبيل المثال، إذا أخذنا المركب Na2SO4، فسنجد أن شحنة الكبريت غير معروفة، وأنها غير موجودة في شكلها الأولي، لذا فهي لا تساوي الصفر، ولكن هذا كل ما نعرفه. هذا مثال جيد على هذه الطريقة باستخدام المجموع الجبري لأعداد أكسدة ذرات العناصر في الجزيء.

2. 2 أوجد عدد أكسدة العناصر الأخرى في المركب. احسب أعداد الأكسدة للذرات الأخرى في المركب باستخدام قواعد حساب أعداد الأكسدة. كن منتبهاً لأي حالات شاذة في الأكسجين O، الهيدروجين H، إلخ.

   • في Na2SO4، نعلم بناءً على مجموعة القواعد السابقة أن شحنة أيون الصوديوم (وبالتالي رقم الأكسدة) تبلغ +1 وأن ​​عدد أكسدة ذرات الأكسجين هو -2 لكل منها.

3. 3 اضرب عدد كل ذرة في عدد تأكسدها. لدينا الآن أعداد الأكسدة لجميع الذرات في المركب باستثناء الذرة المجهولة (الكبريت في هذا المثال)، ويجب أن نأخذ في الاعتبار إمكانية تكرار بعض هذه الذرات في نفس المركب بحيث تظهر ذرة واحدة أكثر من ذات مرة. ثم اضرب المعامل العددي لكل ذرة (مكتوب بعد الرمز الكيميائي للذرة في المركب) في عدد أكسدة تلك الذرة.

   • في Na2SO4، يتم عرض ذرتين من الصوديوم وأربع ذرات أكسجين. سنضرب 2 في +1 (عدد أكسدة الصوديوم) لنحصل على 2، وسنضرب 4 في -2 (عدد أكسدة الأكسجين) لنحصل على -8.

4. 4 ضع النتائج معًا. ستحصل على رقم الأكسدة للمركب الحالي دون حساب عدد الأكسدة للذرة غير المعروفة عند إضافة نواتج العمليات التي قمت بها أعلاه.

   • في مثالنا Na2SO4 سنضيف 2 زائد -8 لنحصل على -6.

5. 5 احسب عدد الأكسدة المجهول بناءً على معرفتك بشحنة المركب. لديك الآن كل المعلومات التي تحتاجها للعثور على عدد الأكسدة المجهول باستخدام حسابات جبرية بسيطة. أنشئ معادلة رياضية مع المنتج الذي حصلت عليه من الخطوة السابقة بالإضافة إلى رقم الأكسدة المجهول للذرة لتساوي إجمالي شحنة المركب ؛ أو بعبارة أخرى “(مجموع أرقام الأكسدة المعروفة) + (عدد الأكسدة غير المعروف الذي سيتم حسابه) = (الشحنة المركبة)”.

   • الحل في مثالنا Na2SO4 سيكون
     • (مجموع أرقام الأكسدة المعروفة) + (يتم حساب عدد الأكسدة) = (الشحنة المركبة)
     • -6 + S = 0
     • 6 + 0 = S.
     • S = 6. S (عنصر الكبريت) له عدد أكسدة 6 في Na2SO4

أفكار مفيدة

• بالنسبة لأي مركب كيميائي، يجب أن يساوي مجموع أعداد الأكسدة لجميع ذراته صفرًا. إذا كان لديك أيون ثنائي الذرة مشحون، يجب أن يساوي مجموع أعداد أكسدة ذرات الأيونات شحنتها.
• سيكون من المفيد جدًا معرفة كيفية قراءة الجدول الدوري للعناصر ومعرفة مكان وجود عناصر المعادن واللافلزات.
• تحتوي الذرات على عدد أكسدة صفري طالما أنها في حالتها الأساسية. عدد أكسدة أيون أحادي الذرة يساوي شحنته. المجموعة الأولى A1 في الجدول الدوري هي المعادن في شكلها الأساسي، مثل الهيدروجين والليثيوم والصوديوم، مع عدد أكسدة +1، بينما في المجموعة الثانية A2 توجد معادن، مثل المغنيسيوم والكالسيوم، مع عدد أكسدة +2. لقد تعلمنا سابقًا أن كلاً من الهيدروجين والأكسجين لهما القدرة على حمل رقمين مختلفين من الأكسدة اعتمادًا على الذرة أو المركب المرتبطين بهما.
• إذا كنت تستطيع تذكر إحدى التقنيات التالية، فستساعدك على التمييز بين مفهوم عمليات الأكسدة والاختزال
  • الأكسدة هي خسارة (للإلكترونات)، في حين أن الاختزال هو كسب (للإلكترونات) أو
  • خسارة الإلكترونات الأكسدة، اكتساب الإلكترونات الاختزال.
  • تميل ذرات المعدن إلى فقد الإلكترونات لتكوين أيونات موجبة (أكسدة).
  • تميل ذرات العناصر غير المعدنية إلى اكتساب إلكترونات لتكوين أيونات سالبة (اختزال).
  • قد تفقد الأيونات نفسها أو تكتسب إلكترونات لتصبح إما أيونًا بشحنة مختلفة أو ذرة ذات شحنة متعادلة.

الأشياء التي تحتاج إلى استخدامها

• الجدول الدوري للعناصر
• اتصال الإنترنت والكتب المرجعية للكيمياء (أو كليهما)
• ورق وقلم وقلم رصاص
• آلة حاسبة