Hoe de oxidatietoestand te bepalen?

Video: How To Calculate Oxidation Numbers - Basic Introduction

Inhoud

Stappen
Deel 1 van 2: Bepaling van de oxidatietoestand volgens de wetten van de chemie
Deel 2 van 2: De oxidatietoestand bepalen zonder de wetten van de chemie te gebruiken
Tips
Wat heb je nodig

In de chemie betekenen de termen "oxidatie" en "reductie" reacties waarbij een atoom of een groep atomen elektronen verliest of respectievelijk wint. De oxidatietoestand is een numerieke waarde toegekend aan een of meer atomen die het aantal herverdeelde elektronen karakteriseert en laat zien hoe deze elektronen tijdens een reactie tussen atomen worden verdeeld. Het bepalen van deze waarde kan zowel een eenvoudige als een vrij complexe procedure zijn, afhankelijk van de atomen en de moleculen die daaruit bestaan. Bovendien kunnen de atomen van sommige elementen verschillende oxidatietoestanden hebben. Gelukkig zijn er eenvoudige, ondubbelzinnige regels voor het bepalen van de oxidatietoestand, voor het zelfverzekerde gebruik waarvan het voldoende is om de basisprincipes van chemie en algebra te kennen.

Stappen

Deel 1 van 2: Bepaling van de oxidatietoestand volgens de wetten van de chemie

1 Bepaal of de stof in kwestie elementair is. De oxidatietoestand van atomen buiten een chemische verbinding is nul. Deze regel geldt zowel voor stoffen die zijn gevormd uit afzonderlijke vrije atomen als voor stoffen die uit twee of polyatomaire moleculen van één element bestaan.
- Bijvoorbeeld, Al_(s) en Cl₂ hebben een oxidatietoestand van 0, aangezien beide zich in een chemisch ongebonden elementaire toestand bevinden.
- Merk op dat de allotrope vorm van zwavel S₈, of octacera, wordt ondanks zijn atypische structuur ook gekenmerkt door een oxidatietoestand van nul.
2 Bepaal of de betreffende stof uit ionen bestaat. De oxidatietoestand van ionen is gelijk aan hun lading. Dit geldt zowel voor vrije ionen als voor ionen die deel uitmaken van chemische verbindingen.
- De oxidatietoestand van het Cl-ion is bijvoorbeeld -1.
- De oxidatietoestand van het Cl-ion in de chemische verbinding NaCl is ook -1. Aangezien het Na-ion per definitie een lading van +1 heeft, concluderen we dat de lading van het Cl-ion -1 is, en dat de oxidatietoestand dus -1 is.
3 Houd er rekening mee dat metaalionen verschillende oxidatietoestanden kunnen hebben. De atomen van veel metaalelementen kunnen in verschillende hoeveelheden ioniseren. De ionlading van een metaal zoals ijzer (Fe) is bijvoorbeeld +2 of +3. De lading van metaalionen (en hun oxidatietoestand) kan worden bepaald door de ladingen van ionen van andere elementen waarmee dit metaal deel uitmaakt van een chemische verbinding; in de tekst wordt deze lading aangegeven met Romeinse cijfers: ijzer (III) heeft bijvoorbeeld een oxidatietoestand van +3.
- Beschouw als voorbeeld een verbinding die een aluminiumion bevat. Totale lading van AlCl-verbinding₃ nul is.Aangezien we weten dat Cl-ionen een lading van -1 hebben en de verbinding 3 van dergelijke ionen bevat, moet het Al-ion voor de algemene neutraliteit van de stof in kwestie een lading van +3 hebben. In dit geval is de oxidatietoestand van aluminium dus +3.
4 De oxidatietoestand van zuurstof is -2 (met enkele uitzonderingen). In bijna alle gevallen hebben zuurstofatomen een oxidatietoestand van -2. Er zijn verschillende uitzonderingen op deze regel:
- Als zuurstof zich in de elementaire toestand bevindt (O₂), de oxidatietoestand is 0, zoals in het geval van andere elementaire stoffen.
- Als zuurstof deel uitmaakt van peroxide, de oxidatietoestand is -1. Peroxiden zijn een groep verbindingen die een eenvoudige zuurstof-zuurstofbinding bevatten (d.w.z. het peroxide-anion O₂). Bijvoorbeeld in de samenstelling van de H₂O₂ (waterstofperoxide) zuurstof heeft een ladings- en oxidatietoestand van -1.
- In combinatie met fluor heeft zuurstof een oxidatietoestand van +2, lees de regel voor fluor hieronder.
5 Waterstof heeft een oxidatietoestand van +1, op enkele uitzonderingen na. Net als bij zuurstof zijn er ook uitzonderingen. In de regel is de oxidatietoestand van waterstof +1 (indien niet in de elementaire toestand H₂). In verbindingen die hydriden worden genoemd, is de oxidatietoestand van waterstof echter -1.
- Bijvoorbeeld in H₂O De oxidatietoestand van waterstof is +1 omdat het zuurstofatoom een lading van -2 heeft en er twee +1 ladingen nodig zijn voor algehele neutraliteit. Niettemin is in de samenstelling van natriumhydride de oxidatietoestand van waterstof al -1, aangezien het Na-ion een lading van +1 draagt, en voor de algemene elektroneutraliteit zou de lading van het waterstofatoom (en dus zijn oxidatietoestand) -1 zijn.
6 Fluor altijd heeft een oxidatietoestand van -1. Zoals reeds opgemerkt, kan de oxidatietoestand van sommige elementen (metaalionen, zuurstofatomen in peroxiden, enzovoort) variëren afhankelijk van een aantal factoren. De oxidatietoestand van fluor is echter altijd -1. Dit komt door het feit dat dit element de grootste elektronegativiteit heeft - met andere woorden, fluoratomen zijn het minst bereid om afstand te doen van hun eigen elektronen en trekken het meest actief vreemde elektronen aan. Hun lading blijft dus ongewijzigd.
7 De som van de oxidatietoestanden in een verbinding is gelijk aan de lading. De oxidatietoestanden van alle atomen waaruit een chemische verbinding bestaat, moeten optellen tot de lading van deze verbinding. Als een verbinding bijvoorbeeld neutraal is, moet de som van de oxidatietoestanden van al zijn atomen nul zijn; als de verbinding een polyatomisch ion is met een lading van -1, is de som van de oxidatietoestanden -1, enzovoort.
- Dit is een goede testmethode - als de som van de oxidatietoestanden niet gelijk is aan de totale lading van de verbinding, dan zit je ergens fout.

Deel 2 van 2: De oxidatietoestand bepalen zonder de wetten van de chemie te gebruiken

1 Vind atomen die geen strikte regels hebben over hun oxidatietoestand. Voor sommige elementen zijn er geen vastomlijnde regels voor het vinden van de oxidatietoestand. Als een atoom niet aan een van de bovenstaande regels voldoet en u de lading niet kent (het atoom maakt bijvoorbeeld deel uit van een complex en de lading is niet gespecificeerd), kunt u de oxidatietoestand van zo'n atoom bepalen door uitsluiting. Bepaal eerst de lading van alle andere atomen in de verbinding en bereken vervolgens uit de bekende totale lading van de verbinding de oxidatietoestand van dit atoom.
- Bijvoorbeeld in de verbinding Na₂DUS₄ de lading van het zwavelatoom (S) is onbekend - we weten alleen dat het niet nul is, omdat zwavel niet in een elementaire toestand is. Deze verbinding dient als een goed voorbeeld om de algebraïsche methode voor het bepalen van de oxidatietoestand te illustreren.
2 Vind de oxidatietoestanden van de overige elementen in de verbinding. Bepaal met behulp van de hierboven beschreven regels de oxidatietoestanden van de resterende atomen van de verbinding. Vergeet de uitzonderingen op de regel voor O, H, enzovoort niet.
- voor Na₂DUS₄, met behulp van onze regels, vinden we dat de lading (en dus de oxidatietoestand) van het Na-ion +1 is, en voor elk van de zuurstofatomen is het -2.
3 Vermenigvuldig het aantal atomen met hun oxidatietoestand. Nu we de oxidatietoestanden van alle atomen behalve één kennen, moeten we er rekening mee houden dat er van sommige elementen meerdere atomen kunnen zijn. Vermenigvuldig het aantal atomen van elk element (het wordt aangegeven in de chemische formule van de verbinding als een subscript na het symbool van het element) met de oxidatietoestand.
- in Na₂DUS₄ we hebben 2 Na-atomen en 4 O-atomen. Dus als we 2 × +1 vermenigvuldigen, krijgen we de oxidatietoestand van alle Na-atomen (2) en vermenigvuldigen we 4 × -2 - de oxidatietoestand van de O (-8)-atomen.
4 Tel de eerdere resultaten bij elkaar op. Als we de resultaten van vermenigvuldiging samenvatten, krijgen we de oxidatietoestand van de verbinding zonder rekening houdend met de bijdrage van het gewenste atoom.
- In ons voorbeeld, voor Na₂DUS₄ we voegen 2 en -8 toe en krijgen -6.
5 Vind de onbekende oxidatietoestand van de lading van de verbinding. U heeft nu alle gegevens om eenvoudig de gewenste oxidatietoestand te berekenen. Schrijf een vergelijking op, aan de linkerkant waarvan er de som is van het aantal verkregen in de vorige berekeningsstap en de onbekende oxidatietoestand, en aan de rechterkant van de totale lading van de verbinding. Met andere woorden, (Som van bekende oxidatietoestanden) + (gewenste oxidatietoestand) = (lading van een verbinding).
- In ons geval, Na₂DUS₄ de oplossing ziet er als volgt uit:
  - (Som van bekende oxidatietoestanden) + (gewenste oxidatietoestand) = (compoundlading)
  - -6 + S = 0
  - S = 0 + 6
  - S = 6.V Na₂DUS₄ zwavel heeft een oxidatietoestand 6.

Tips

In verbindingen moet de som van alle oxidatietoestanden gelijk zijn aan de lading. Als de verbinding bijvoorbeeld een diatomisch ion is, moet de som van de oxidatietoestanden van de atomen gelijk zijn aan de totale ionische lading.
Het is erg handig om het periodiek systeem te kunnen gebruiken en te weten waar de metalen en niet-metalen elementen zich daarin bevinden.
De oxidatietoestand van atomen in elementaire vorm is altijd nul. De oxidatietoestand van een enkel ion is gelijk aan zijn lading. Elementen van groep 1A van het periodiek systeem, zoals waterstof, lithium, natrium, in elementaire vorm hebben een oxidatietoestand van +1; De oxidatietoestand van Groep 2A-metalen, zoals magnesium en calcium, is +2 in elementaire vorm. Zuurstof en waterstof kunnen, afhankelijk van het type chemische binding, 2 verschillende oxidatietoestanden hebben.