Oxidationszahlen finden: 12 Schritte (mit Bildern)

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Oxidationszahlen finden: 12 Schritte (mit Bildern)
Oxidationszahlen finden: 12 Schritte (mit Bildern)
Anonim

In der Chemie beziehen sich die Begriffe "Oxidation" und "Reduktion" auf Reaktionen, bei denen ein Atom (oder eine Atomgruppe) Elektronen verliert bzw. aufnimmt. Oxidationszahlen sind Zahlen, die Atomen (oder Atomgruppen) zugewiesen werden und die Chemikern helfen zu verfolgen, wie viele Elektronen für die Übertragung verfügbar sind und ob bestimmte Reaktanten in einer Reaktion oxidiert oder reduziert werden. Der Prozess der Zuordnung von Oxidationszahlen zu Atomen kann von bemerkenswert einfach bis etwas komplex reichen, basierend auf der Ladung der Atome und der chemischen Zusammensetzung der Moleküle, zu denen sie gehören. Erschwerend kommt hinzu, dass einige Elemente mehr als eine Oxidationszahl haben können. Glücklicherweise wird die Zuweisung von Oxidationszahlen durch gut definierte, leicht zu befolgende Regeln geregelt, obwohl Kenntnisse der grundlegenden Chemie und Algebra die Navigation in diesen Regeln viel einfacher machen.

Schritte

Teil 1 von 2: Zuweisung von Oxidationszahlen basierend auf chemischen Regeln

Oxidationszahlen finden Schritt 1

Schritt 1. Bestimmen Sie, ob der fragliche Stoff elementar ist

Freie, ungebundene Elementaratome haben immer die Oxidationszahl 0. Dies gilt sowohl für Atome, deren Elementarform aus einem einzelnen Atom besteht, als auch für Atome, deren Elementarform zwei- oder mehratomig ist.

  • Zum Beispiel Al(S) und Cl2 beide haben Oxidationszahlen von 0, da sie in ihren nicht kombinierten elementaren Formen vorliegen.
  • Beachten Sie, dass die elementare Form von Schwefel, S8, oder Octaschwefel, obwohl unregelmäßig, hat auch eine Oxidationszahl von 0.
Oxidationszahlen finden Schritt 2

Schritt 2. Bestimmen Sie, ob die fragliche Substanz ein Ion ist

Ionen haben Oxidationszahlen, die ihrer Ladung entsprechen. Dies gilt sowohl für Ionen, die an keine anderen Elemente gebunden sind, als auch für Ionen, die Teil einer ionischen Verbindung sind.

  • Zum Beispiel das Ion Cl- hat eine Oxidationszahl von -1.
  • Das Cl-Ion hat immer noch eine Oxidationszahl von -1, wenn es Teil der Verbindung NaCl ist. Weil die Na+ Ion per Definition eine Ladung von +1 hat, wissen wir, dass das Cl- Ion hat eine Ladung von -1, also ist seine Oxidationszahl immer noch -1.
Oxidationszahlen finden Schritt 3

Schritt 3. Wisse, dass für Metallionen mehrere Oxidationszahlen möglich sind

Viele metallische Elemente können mehr als eine Ladung haben. Beispielsweise kann das Metall Eisen (Fe) ein Ion mit einer Ladung von entweder +2 oder +3 sein. Die Ladungen (und damit die Oxidationszahlen) von Metallionen können entweder in Relation zu den Ladungen anderer Atome in der Verbindung, zu der sie gehören, oder, wenn sie im Text geschrieben sind, durch römische Zahlennotation (wie im Satz "The Eisen(III)-Ion hat eine Ladung von +3.").

  • Betrachten wir zum Beispiel eine Verbindung, die das metallische Aluminiumion enthält. Die Verbindung AlCl3 hat eine Gesamtladung von 0. Weil wir wissen, dass Cl- Ionen haben eine Ladung von -1 und es gibt 3 Cl- Ionen in der Verbindung muss das Al-Ion eine Ladung von +3 haben, damit sich die Gesamtladung aller Ionen zu 0 addiert. Somit beträgt die Oxidationszahl von Al in dieser Verbindung +3.
Oxidationszahlen finden Schritt 4

Schritt 4. Weisen Sie Sauerstoff (mit Ausnahmen) eine Oxidationszahl von -2 zu

In fast allen Fällen haben Sauerstoffatome Oxidationszahlen von -2. Von dieser Regel gibt es einige Ausnahmen:

  • Wenn Sauerstoff in seinem elementaren Zustand ist (O2), seine Oxidationszahl ist wie bei allen Elementaratomen 0.
  • Wenn Sauerstoff Teil eines Peroxids ist, beträgt seine Oxidationszahl -1. Peroxide sind eine Klasse von Verbindungen, die eine Sauerstoff-Sauerstoff-Einfachbindung (oder das Peroxidanion O2-2). Zum Beispiel im Molekül H2Ö2 (Wasserstoffperoxid), Sauerstoff hat eine Oxidationszahl (und eine Ladung) von -1.
  • Wenn Sauerstoff Teil eines Superoxids ist, beträgt seine Oxidationszahl -1⁄2. Superoxide enthalten das Superoxidanion O2-.
  • Wenn Sauerstoff an Fluor gebunden ist, beträgt seine Oxidationszahl +2. Weitere Informationen finden Sie unten in der Fluorregel. Es gibt jedoch eine Ausnahme: in (O2F2), beträgt die Oxidationszahl von Sauerstoff +1.
Oxidationszahlen finden Schritt 5

Schritt 5. Weisen Sie Wasserstoff (mit Ausnahmen) eine Oxidationszahl von +1 zu

Wie bei Sauerstoff unterliegt die Oxidationszahl von Wasserstoff Ausnahmefällen. Im Allgemeinen hat Wasserstoff eine Oxidationszahl von +1 (es sei denn, es liegt wie oben in seiner elementaren Form H. vor2). Bei speziellen Verbindungen, den sogenannten Hydriden, hat Wasserstoff jedoch eine Oxidationszahl von -1.

  • Zum Beispiel in H2O, wir wissen, dass Wasserstoff eine Oxidationszahl von +1 hat, weil Sauerstoff eine Ladung von -2 hat und wir zwei +1-Ladungen benötigen, damit sich die Ladungen der Verbindung zu Null addieren. In Natriumhydrid, NaH, hat Wasserstoff jedoch eine Oxidationszahl von -1, da das Na+ Ion hat eine Ladung von +1 und damit die Gesamtladung der Verbindung gleich Null ist, muss die Ladung des Wasserstoffs (und damit die Oxidationszahl) gleich -1 sein.
Finden Sie die Oxidationszahlen Schritt 6

Schritt 6. Fluor hat immer eine Oxidationszahl von -1

Wie oben erwähnt, können die Oxidationszahlen bestimmter Elemente aufgrund verschiedener Faktoren (Metallionen, Sauerstoffatome in Peroxiden usw.) variieren. Fluor hat jedoch eine Oxidationszahl von -1, die sich nie ändert. Dies liegt daran, dass Fluor das elektronegativste Element ist – mit anderen Worten, es ist das Element, das am wenigsten wahrscheinlich seine eigenen Elektronen abgibt und am wahrscheinlichsten die eines anderen Atoms aufnimmt. Daher ändert sich seine Ladung nicht.

Finden Sie die Oxidationszahlen Schritt 7

Schritt 7. Stellen Sie die Oxidationszahlen in einer Verbindung gleich der Ladung einer Verbindung ein

Die Oxidationszahlen aller Atome einer Verbindung müssen sich zur Ladung dieser Verbindung addieren. Wenn beispielsweise eine Verbindung keine Ladung hat, müssen sich die Oxidationszahlen jedes ihrer Atome zu Null addieren; wenn die Verbindung ein mehratomiges Ion mit einer Ladung von -1 ist, müssen sich die Oxidationszahlen zu -1 addieren usw.

Dies ist eine gute Möglichkeit, Ihre Arbeit zu überprüfen – wenn die Oxidation in Ihren Verbindungen nicht zur Ladung Ihrer Verbindung passt, wissen Sie, dass Sie eine oder mehrere falsch zugewiesen haben

Teil 2 von 2: Zuweisen von Zahlen zu Atomen ohne Oxidationszahlenregeln

Finden Sie die Oxidationszahlen Schritt 8

Schritt 1. Finden Sie Atome ohne Oxidationszahlenregeln

Einige Atome haben keine spezifischen Regeln für die Oxidationszahlen, die sie haben können. Wenn Ihr Atom in den obigen Regeln nicht auftaucht und Sie sich nicht sicher sind, wie seine Ladung ist (z. B. wenn es Teil einer größeren Verbindung ist und daher seine individuelle Ladung nicht angezeigt wird), können Sie die Oxidationszahl des Atoms durch einen Prozess ermitteln der Beseitigung. Zuerst bestimmen Sie die Oxidation jedes anderen Atoms in der Verbindung, dann lösen Sie einfach nach dem Unbekannten basierend auf der Gesamtladung der Verbindung auf.

  • Zum Beispiel in der Verbindung Na2SO4, die Ladung von Schwefel (S) ist unbekannt - es liegt nicht in seiner elementaren Form vor, also ist es nicht 0, aber das ist alles, was wir wissen. Dies ist ein guter Kandidat für diese Methode zur Bestimmung der algebraischen Oxidationszahl.
Finden Sie die Oxidationszahlen Schritt 9

Schritt 2. Finden Sie die bekannte Oxidationszahl für die anderen Elemente in der Verbindung

Weisen Sie den anderen Atomen in der Verbindung nach den Regeln für die Zuweisung von Oxidationszahlen Oxidationszahlen zu. Achten Sie auf Ausnahmefälle für O, H usw.

  • In Na2SO4, wissen wir aufgrund unseres Regelwerks, dass das Na-Ion eine Ladung (und damit Oxidationszahl) von +1 hat und dass die Sauerstoffatome Oxidationszahlen von -2 haben.
Finden Sie die Oxidationszahlen Schritt 10

Schritt 3. Multiplizieren Sie die Zahl jedes Atoms mit seiner Oxidationszahl

Da wir nun die Oxidationszahl aller unserer Atome mit Ausnahme des unbekannten kennen, müssen wir die Tatsache berücksichtigen, dass einige dieser Atome mehr als einmal vorkommen können. Multiplizieren Sie den numerischen Koeffizienten jedes Atoms (geschrieben nach dem chemischen Symbol des Atoms in der Verbindung) mit seiner Oxidationszahl.

  • In Na2SO4, wissen wir, dass es 2 Na-Atome und 4 O-Atome gibt. Wir würden 2 × +1, die Oxidationszahl von Na, multiplizieren, um eine Antwort von 2 zu erhalten, und wir würden 4 × -2, die Oxidationszahl von O, multiplizieren, um eine Antwort von -8 zu erhalten.
Finden Sie die Oxidationszahlen Schritt 11

Schritt 4. Fügen Sie die Ergebnisse zusammen

Wenn Sie die Ergebnisse Ihrer Multiplikationen zusammenzählen, erhalten Sie die aktuelle Oxidationszahl der Verbindung, ohne die Oxidationszahl Ihres unbekannten Atoms zu berücksichtigen.

  • In unserem Na2SO4 Zum Beispiel würden wir 2 zu -8 addieren, um -6 zu erhalten.
Finden Sie die Oxidationszahlen Schritt 12

Schritt 5. Berechnen Sie die unbekannte Oxidationszahl basierend auf der Ladung der Verbindung

Sie haben jetzt alles, was Sie brauchen, um Ihre unbekannte Oxidationszahl mit einfacher Algebra zu finden. Stellen Sie eine Gleichung auf, die Ihre Antwort aus dem vorherigen Schritt plus die unbekannte Oxidationszahl gleich der Gesamtladung der Verbindung enthält. Mit anderen Worten: (Summe bekannter Oxidationszahlen) + (unbekannte Oxidationszahl, nach der Sie auflösen) = (Ladung der Verbindung).

  • In unserem Na2SO4 Beispiel würden wir wie folgt lösen:

    • (Summe bekannter Oxidationszahlen) + (unbekannte Oxidationszahl, nach der Sie auflösen) = (Ladung der Verbindung)
    • -6 + S = 0
    • S = 0 + 6
    • S = 6. S hat eine Oxidationszahl von

      Schritt 6. in Na2SO4.

Tipps

  • In einer Verbindung muss die Summe aller Oxidationszahlen gleich 0 sein. Gibt es beispielsweise ein Ion mit 2 Atomen, muss die Summe der Oxidationszahlen gleich der Ionenladung sein.
  • Es ist sehr hilfreich zu wissen, wie man ein Periodensystem der Elemente liest und wo sich die Metalle und Nichtmetalle befinden.
  • Atome in ihrer elementaren Form haben immer die Oxidationszahl 0. Ein einatomiges Ion hat eine Oxidationszahl gleich seiner Ladung. Metalle der Gruppe 1 in elementarer Form, wie Wasserstoff, Lithium und Natrium, haben eine Oxidationszahl von +1; Metalle der Gruppe 2 in ihrer elementaren Form, wie Magnesium und Calcium, haben eine Oxidationszahl von +2. Sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff haben die Möglichkeit von 2 verschiedenen Oxidationszahlen, je nachdem, was sie gebunden sind.
  • Das Erinnern an eine der beiden folgenden Mnemoniken kann hilfreich sein, um den Unterschied zwischen Oxidation und Reduktion zu bestimmen:

    • OIL RIG- Oxidation ist Verlust (von Elektronen), Reduktion ist Gewinn (von Elektronen) oder
    • LEO GER - Elektronenverlust - Oxidation, Elektronengewinn - Reduktion
    • Metallatome neigen dazu, Elektronen zu verlieren, um positive Ionen zu bilden (Oxidation)
    • Atome von Nichtmetallen neigen dazu, Elektronen aufzunehmen, um negative Ionen zu bilden (Reduktion).
    • Vorhandene Ionen können auch Elektronen aufnehmen oder verlieren, um ein Ion mit einer anderen Ladung oder ein Atom mit einer neutralen Ladung zu werden.

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