في الكيمياء، يشير مصطلحا "الأكسدة" و"الاختزال" إلى التفاعلات التي تفقد فيها ذرة أو مجموعة من الذرات الإلكترونات أو تكتسبها، على التوالي. حالة الأكسدة هي قيمة عددية مخصصة لذرة واحدة أو أكثر والتي تميز عدد الإلكترونات المعاد توزيعها وتوضح كيفية توزيع هذه الإلكترونات بين الذرات أثناء التفاعل. يمكن أن يكون تحديد هذه القيمة إجراءً بسيطًا أو معقدًا للغاية، اعتمادًا على الذرات والجزيئات المكونة لها. علاوة على ذلك، قد تحتوي ذرات بعض العناصر على عدة حالات أكسدة. لحسن الحظ، هناك قواعد بسيطة لا لبس فيها لتحديد حالة الأكسدة، لاستخدامها بثقة، يكفي معرفة أساسيات الكيمياء والجبر.

خطوات

الجزء 1

تحديد ما إذا كانت المادة المعنية عنصرية.حالة أكسدة الذرات خارج المركب الكيميائي هي صفر. تنطبق هذه القاعدة على المواد المتكونة من ذرات حرة فردية، وعلى المواد التي تتكون من جزيئين أو متعددي الذرات من عنصر واحد.

• على سبيل المثال، Al(s) وCl2 لهما حالة أكسدة تساوي 0 لأن كلاهما في حالة عنصرية غير مرتبطة كيميائيًا.
• يرجى ملاحظة أن الشكل المتآصل للكبريت S8، أو octasulfur، على الرغم من بنيته غير النمطية، يتميز أيضًا بحالة أكسدة صفرية.

1. تحديد ما إذا كانت المادة المعنية تتكون من أيونات.حالة أكسدة الأيونات تساوي شحنتها. وينطبق هذا على الأيونات الحرة وتلك التي تشكل جزءًا من المركبات الكيميائية.

   • على سبيل المثال، حالة أكسدة Cl - ion هي -1.
   • حالة أكسدة أيون Cl في المركب الكيميائي NaCl هي أيضًا -1. وبما أن أيون Na، حسب التعريف، لديه شحنة +1، فإننا نستنتج أن Cl أيون لديه شحنة -1، وبالتالي فإن حالة الأكسدة الخاصة به هي -1.

2. يرجى ملاحظة أن أيونات المعادن يمكن أن تحتوي على عدة حالات أكسدة.يمكن أن تتأين ذرات العديد من العناصر المعدنية بدرجات متفاوتة. على سبيل المثال، شحنة أيونات معدن مثل الحديد (Fe) هي +2 أو +3. يمكن تحديد شحنة أيونات المعدن (وحالة الأكسدة الخاصة بها) من خلال شحنات أيونات العناصر الأخرى التي يكون المعدن جزءًا من مركب كيميائي؛ يُشار إلى هذه الشحنة في النص بالأرقام الرومانية: على سبيل المثال، الحديد (III) لديه حالة أكسدة تبلغ +3.

   • على سبيل المثال، فكر في مركب يحتوي على أيون الألومنيوم. الشحنة الكلية لمركب AlCl 3 هي صفر. وبما أننا نعلم أن شحنة أيونات Cl -1 هي -1، ويوجد 3 أيونات من هذا القبيل في المركب، لكي تكون المادة المعنية محايدة بشكل عام، يجب أن يكون لدى Al ion شحنة +3. وبالتالي، في هذه الحالة، تكون حالة أكسدة الألومنيوم +3.

3. حالة أكسدة الأكسجين هي -2 (مع بعض الاستثناءات).في جميع الحالات تقريبًا، تتمتع ذرات الأكسجين بحالة أكسدة تبلغ -2. هناك بعض الاستثناءات لهذه القاعدة:

   • إذا كان الأكسجين في حالته العنصرية (O2)، فإن حالة تأكسده تكون 0، كما هو الحال بالنسبة للمواد العنصرية الأخرى.
   • إذا تم تضمين الأكسجين بيروكسيد، حالة الأكسدة هي -1. البيروكسيدات هي مجموعة من المركبات التي تحتوي على رابطة بسيطة بين الأكسجين والأكسجين (أي أنيون البيروكسيد O 2 -2). على سبيل المثال، في تكوين جزيء H 2 O 2 (بيروكسيد الهيدروجين)، يكون للأكسجين حالة شحن وأكسدة تبلغ -1.
   • عند دمجه مع الفلور، يكون للأكسجين حالة أكسدة تبلغ +2، اقرأ قاعدة الفلور أدناه.

4. الهيدروجين لديه حالة أكسدة +1، مع بعض الاستثناءات.كما هو الحال مع الأكسجين، هناك استثناءات هنا أيضا. عادة، حالة أكسدة الهيدروجين هي +1 (ما لم يكن في الحالة العنصرية H2). ومع ذلك، في المركبات التي تسمى الهيدريدات، تكون حالة أكسدة الهيدروجين -1.

   • على سبيل المثال، في H2O تكون حالة أكسدة الهيدروجين +1 لأن ذرة الأكسجين تحتوي على شحنة -2 وهناك حاجة إلى شحنتين +1 لتحقيق الحياد الكلي. ومع ذلك، في تركيبة هيدريد الصوديوم، تكون حالة أكسدة الهيدروجين بالفعل -1، نظرًا لأن أيون Na يحمل شحنة قدرها +1، ومن أجل الحياد الكهربائي الإجمالي، يجب أن تكون شحنة ذرة الهيدروجين (وبالتالي حالة الأكسدة) تكون مساوية لـ -1.

5. الفلور دائماًلديه حالة الأكسدة -1.كما ذكرنا سابقًا، يمكن أن تختلف حالة أكسدة بعض العناصر (أيونات المعادن، وذرات الأكسجين في البيروكسيدات، وما إلى ذلك) اعتمادًا على عدد من العوامل. ومع ذلك، فإن حالة أكسدة الفلور تكون دائمًا -1. يتم تفسير ذلك من خلال حقيقة أن هذا العنصر لديه أعلى السالبية الكهربية - وبعبارة أخرى، فإن ذرات الفلور هي الأقل استعدادًا للتخلي عن إلكتروناتها الخاصة والأكثر نشاطًا في جذب الإلكترونات الأجنبية. وبالتالي فإن رسومهم تظل دون تغيير.

6. مجموع حالات الأكسدة في المركب يساوي شحنته.يجب أن تضيف حالات الأكسدة لجميع الذرات الموجودة في المركب الكيميائي إلى شحنة ذلك المركب. على سبيل المثال، إذا كان المركب متعادلًا، فإن مجموع حالات الأكسدة لجميع ذراته يجب أن يكون صفرًا؛ إذا كان المركب أيون متعدد الذرات بشحنة -1، فإن مجموع حالات الأكسدة يكون -1، وهكذا.

   • هذا طريقة جيدةالشيكات - إذا كان مجموع حالات الأكسدة لا يساوي الشحنة الإجمالية للمركب، فهذا يعني أنك ارتكبت خطأ في مكان ما.

   الجزء 2

   تحديد حالة الأكسدة دون استخدام قوانين الكيمياء

   1. ابحث عن الذرات التي لا تحتوي قواعد صارمةنسبة إلى درجة الأكسدة.وفيما يتعلق ببعض العناصر فهو ليس ثابتا القواعد المعمول بهاالعثور على حالة الأكسدة. إذا كانت الذرة لا تندرج تحت أي من القواعد المذكورة أعلاه ولا تعرف شحنتها (على سبيل المثال، الذرة جزء من مركب ولم يتم تحديد شحنتها)، فيمكنك تحديد عدد الأكسدة لهذه الذرة عن طريق إزالة. أولاً، حدد شحنة جميع الذرات الأخرى للمركب، ثم من الشحنة الإجمالية المعروفة للمركب، احسب حالة الأكسدة لذرة معينة.

      • على سبيل المثال، في المركب Na 2 SO 4 شحنة ذرة الكبريت (S) غير معروفة - نحن نعلم فقط أنها ليست صفرًا، لأن الكبريت ليس في حالة عنصرية. يخدم هذا الاتصال مثال جيدللتوضيح الطريقة الجبريةتحديد درجة الأكسدة.

   2. أوجد حالات الأكسدة للعناصر المتبقية في المركب.باستخدام القواعد الموضحة أعلاه، حدد حالات الأكسدة للذرات المتبقية في المركب. لا تنس الاستثناءات من القواعد في حالة ذرات O وH وما إلى ذلك.

      • بالنسبة لـ Na 2 SO 4، باستخدام قواعدنا، نجد أن الشحنة (وبالتالي حالة الأكسدة) لأيون الصوديوم هي +1، ولكل ذرة من ذرات الأكسجين تكون -2.

   3. أوجد رقم الأكسدة المجهول من شحنة المركب.الآن لديك كافة البيانات اللازمة لحساب حالة الأكسدة المطلوبة بسهولة. اكتب معادلة، على الجانب الأيسر منها سيكون مجموع الرقم الذي تم الحصول عليه في الخطوة السابقة من الحسابات وحالة الأكسدة غير المعروفة، وعلى الجانب الأيمن - الشحنة الإجمالية للمركب. بعبارة أخرى، (مجموع حالات الأكسدة المعروفة) + (حالة الأكسدة المطلوبة) = (شحنة المركب).

      • في حالتنا، يبدو محلول Na 2 SO 4 كما يلي:
        • (مجموع حالات الأكسدة المعروفة) + (حالة الأكسدة المطلوبة) = (شحنة المركب)
        • -6 + س = 0
        • س = 0 + 6
        • S = 6. في Na 2 SO 4 يحتوي الكبريت على حالة أكسدة 6 .
   • في المركبات، يجب أن يكون مجموع حالات الأكسدة مساويًا للشحنة. على سبيل المثال، إذا كان المركب أيونًا ثنائي الذرة، فإن مجموع حالات الأكسدة للذرات يجب أن يساوي إجمالي الشحنة الأيونية.
   • ومن المفيد جدًا أن تتمكن من استخدام الجدول الدوري ومعرفة أماكن تواجد العناصر المعدنية وغير المعدنية فيه.
   • حالة أكسدة الذرات في شكل عنصري تكون دائمًا صفرًا. حالة الأكسدة لأيون واحد تساوي شحنته. عناصر المجموعة 1A من الجدول الدوري، مثل الهيدروجين والليثيوم والصوديوم، في شكلها العنصري لها حالة أكسدة +1؛ معادن المجموعة 2A مثل المغنيسيوم والكالسيوم لها حالة أكسدة +2 في شكلها العنصري. يمكن أن يحتوي الأكسجين والهيدروجين، اعتمادًا على نوع الرابطة الكيميائية، على 2 معان مختلفةدرجة الأكسدة.

درجة الأكسدة هي قيمة تقليدية تستخدم لتسجيل تفاعلات الأكسدة والاختزال. لتحديد درجة الأكسدة، يتم استخدام جدول أكسدة العناصر الكيميائية.

معنى

تعتمد حالة أكسدة العناصر الكيميائية الأساسية على السالبية الكهربية. القيمة تساوي عدد الإلكترونات النازحة في المركبات.

تعتبر حالة الأكسدة موجبة إذا تم إزاحة الإلكترونات من الذرة، أي. يتبرع العنصر بالإلكترونات في المركب وهو عامل اختزال. وتشمل هذه العناصر المعادن التي تكون حالة تأكسدها إيجابية دائمًا.

عندما ينزاح الإلكترون نحو الذرة، تعتبر القيمة سالبة ويعتبر العنصر عامل مؤكسد. تستقبل الذرة الإلكترونات حتى يكتمل مستوى الطاقة الخارجي. معظم اللافلزات هي عوامل مؤكسدة.

المواد البسيطة التي لا تتفاعل دائمًا تكون حالة الأكسدة فيها صفر.

أرز. 1. جدول حالات الأكسدة.

في المركب، تتمتع الذرة اللافلزية ذات السالبية الكهربية المنخفضة بحالة أكسدة موجبة.

تعريف

يمكنك تحديد الحد الأقصى والحد الأدنى لحالات الأكسدة (عدد الإلكترونات التي يمكن للذرة أن تعطيها وتقبلها) باستخدام الجدول الدوري.

الدرجة القصوى تساوي عدد المجموعة التي يقع فيها العنصر، أو عدد إلكترونات التكافؤ. يتم تحديد القيمة الدنيا بواسطة الصيغة:

رقم (المجموعات) – 8.

أرز. 2. الجدول الدوري.

يقع الكربون في المجموعة الرابعة، وبالتالي فإن أعلى حالة تأكسد له هي +4، وأدنى حالة له هي -4. الحد الأقصى لدرجة أكسدة الكبريت هو +6، والحد الأدنى هو -2. تتمتع معظم اللافلزات دائمًا بحالة أكسدة متغيرة - إيجابية وسلبية. الاستثناء هو الفلورايد. حالة الأكسدة هي دائما -1.

يجب أن نتذكر أن هذه القاعدة لا تنطبق على المعادن الأرضية القلوية والقلوية من المجموعتين الأولى والثانية على التوالي. هذه المعادن لها حالة أكسدة إيجابية ثابتة - الليثيوم Li +1، الصوديوم Na +1، البوتاسيوم K +1، البريليوم Be +2، المغنيسيوم Mg +2، الكالسيوم Ca +2، السترونتيوم Sr +2، الباريوم Ba +2. قد تظهر معادن أخرى درجات متفاوتهأكسدة. الاستثناء هو الألومنيوم. على الرغم من وجوده في المجموعة الثالثة، إلا أن حالة الأكسدة تكون دائمًا +3.

أرز. 3. الفلزات القلوية والقلوية الأرضية.

من المجموعة الثامنة أعلى درجةفقط الروثينيوم والأوسيميوم يمكن أن يظهرا أكسدة +8. يظهر الذهب والنحاس في المجموعة الأولى حالات أكسدة +3 و +2 على التوالي.

سِجِلّ

لتسجيل حالة الأكسدة بشكل صحيح، يجب أن تتذكر عدة قواعد:

• الغازات الخاملة لا تتفاعل، وبالتالي فإن حالة الأكسدة الخاصة بها تكون دائمًا صفرًا؛
• وفي المركبات، تعتمد حالة الأكسدة المتغيرة على متغير التكافؤ والتفاعل مع العناصر الأخرى؛
• يظهر الهيدروجين في المركبات التي تحتوي على معادن درجة سلبيةالأكسدة - Ca +2 H 2 −1، Na +1 H −1؛
• الأكسجين دائمًا لديه حالة أكسدة -2، باستثناء فلوريد الأكسجين وبيروكسيد - O +2 F 2 −1، H 2 +1 O 2 −1.

ماذا تعلمنا؟

حالة الأكسدة هي قيمة شرطية توضح عدد الإلكترونات التي قبلتها أو تخلت عنها ذرة عنصر ما. تعتمد القيمة على عدد إلكترونات التكافؤ. تتمتع المعادن الموجودة في المركبات دائمًا بحالة أكسدة موجبة، أي. هي عوامل الحد. بالنسبة للمعادن القلوية والقلوية الترابية، تكون حالة الأكسدة هي نفسها دائمًا. يمكن أن تتخذ اللافلزات، باستثناء الفلور، حالات أكسدة إيجابية وسلبية.

تتضمن دورة الفيديو "Get a A" جميع المواضيع التي تحتاج إليها اكتمال موفقامتحان الدولة الموحد في الرياضيات من 60 إلى 65 نقطة. أكمل جميع المهام من 1 إلى 13 من امتحان الدولة الموحدة للملف التعريفي في الرياضيات. مناسب أيضًا لاجتياز امتحان الدولة الموحدة الأساسي في الرياضيات. إذا كنت ترغب في اجتياز امتحان الدولة الموحدة برصيد 90-100 نقطة، فأنت بحاجة إلى حل الجزء الأول في 30 دقيقة وبدون أخطاء!

دورة تحضيرية لامتحان الدولة الموحدة للصفوف 10-11 وكذلك للمعلمين. كل ما تحتاجه لحل الجزء الأول من امتحان الدولة الموحدة في الرياضيات (أول 12 مسألة) والمسألة 13 (علم المثلثات). وهذا أكثر من 70 نقطة في امتحان الدولة الموحدة، ولا يستطيع طالب 100 نقطة ولا طالب العلوم الإنسانية الاستغناء عنها.

كل النظرية اللازمة. طرق سريعةحلول ومزالق وأسرار امتحان الدولة الموحدة. تم تحليل جميع المهام الحالية للجزء الأول من بنك مهام FIPI. تتوافق الدورة تمامًا مع متطلبات امتحان الدولة الموحدة 2018.

تحتوي الدورة على 5 مواضيع كبيرة، مدة كل منها 2.5 ساعة. يتم تقديم كل موضوع من الصفر، ببساطة ووضوح.

المئات من مهام امتحان الدولة الموحدة. المسائل اللفظية ونظرية الاحتمالات. خوارزميات بسيطة وسهلة التذكر لحل المشكلات. الهندسة. النظرية والمواد المرجعية وتحليل جميع أنواع مهام امتحان الدولة الموحدة. القياس المجسم. حلول صعبة، أوراق غش مفيدة، تطوير الخيال المكاني. علم المثلثات من الصفر إلى المشكلة 13. الفهم بدلا من الحشر. شرح مرئي مفاهيم معقدة. الجبر. الجذور والقوى واللوغاريتمات والدالة والمشتقات. أساس لحل المشكلات المعقدة للجزء الثاني من امتحان الدولة الموحدة.

رقم الأكسدة هو الشحنة الشرطية للذرة في الجزيء، ويستقبل الذرة نتيجة القبول الكامل للإلكترونات، ويتم حسابه على افتراض أن جميع الروابط ذات طبيعة أيونية. كيفية تحديد حالة الأكسدة؟

تحديد حالة الأكسدة

هناك جسيمات مشحونة، أيونات، شحنة موجبةوهو ما يعادل عدد الإلكترونات الواردة من الذرة الواحدة. الشحنة السالبة للأيون تساوي عدد الإلكترونات التي تقبلها ذرة واحدة من العنصر الكيميائي. على سبيل المثال، كتابة العنصر بالشكل Ca2+ يعني أن ذرات العناصر فقدت عنصرًا أو عنصرين أو ثلاثة. للعثور على تركيبة المركبات الأيونية والمركبات الجزيئية، علينا معرفة كيفية تحديد حالة أكسدة العناصر. حالات الأكسدة هي سلبية وإيجابية وصفر. إذا أخذنا في الاعتبار عدد الذرات، فإن حالة الأكسدة الجبرية في الجزيء هي صفر.

لتحديد حالة أكسدة عنصر ما، عليك أن تسترشد بمعرفة معينة. على سبيل المثال، في المركبات المعدنية تكون حالة الأكسدة إيجابية. وأعلى حالة أكسدة تتوافق مع رقم المجموعة في الجدول الدوري الذي يقع فيه العنصر. يمكن أن يكون للمعادن حالات أكسدة إيجابية أو سلبية. سيعتمد هذا على العامل الذي يتم من خلاله توصيل ذرة المعدن. فمثلاً إذا كانت متصلة بذرة فلز تكون الدرجة سالبة، أما إذا كانت متصلة بمادة لا فلزية فإن الدرجة تكون موجبة.

يمكن تحديد أعلى حالة أكسدة سلبية للمعدن عن طريق طرح رقم المجموعة التي يوجد بها العنصر المطلوب من الرقم ثمانية. وكقاعدة عامة، فهو يساوي عدد الإلكترونات الموجودة في الطبقة الخارجية. ويتوافق عدد هذه الإلكترونات أيضًا مع رقم المجموعة.

كيفية حساب عدد الأكسدة

في معظم الحالات، لا تتطابق حالة أكسدة ذرة عنصر معين مع عدد الروابط التي تشكلها، أي أنها لا تساوي تكافؤ ذلك العنصر. ويمكن ملاحظة ذلك بوضوح في مثال المركبات العضوية.

اسمحوا لي أن أذكرك أن تكافؤ الكربون في المركبات العضوية هو 4 (أي أنه يشكل 4 روابط)، ولكن حالة أكسدة الكربون، على سبيل المثال، في الميثانول CH 3 OH هي -2، في CO 2 +4، في CH4 - 4، في حمض الفورميك HCOOH + 2. يتم قياس التكافؤ بعدد الروابط الكيميائية التساهمية، بما في ذلك تلك التي تشكلها آلية المانح والمتقبل.

عند تحديد حالة أكسدة الذرات في الجزيئات، تكتسب الذرة السالبة الكهربية، عندما يتم إزاحة زوج إلكترون واحد في اتجاهها، شحنة قدرها -1، ولكن إذا كان هناك زوجان من الإلكترونات، فستكون هناك شحنة قدرها -2. لا تتأثر حالة الأكسدة بالرابطة بين الذرات المتشابهة. على سبيل المثال:

• اتصال ذرات C-Cيساوي حالة الأكسدة الصفرية.
• رابطة C-H - هنا، الكربون، باعتباره الذرة الأكثر سالبية كهربية، سيكون له شحنة قدرها -1.
• في رابطة CO-O، تكون شحنة الكربون، التي تكون أقل سالبية كهربية، +1.

أمثلة على تحديد حالة الأكسدة

1. في جزيء مثل CH 3Cl هناك ثلاثة روابط C-Hج). وبالتالي فإن حالة أكسدة ذرة الكربون في هذا المركب ستكون: -3+1=-2.
2. دعونا نوجد حالة أكسدة ذرات الكربون في جزيء الأسيتالديهيد Cˉ³H3-C¹O-H. في هذا المركب، ستعطي روابط C-H الثلاثة شحنة إجمالية على ذرة C، والتي تساوي (C°+3e→Cˉ³)-3. الرابطة المزدوجة C=O (هنا سيأخذ الأكسجين الإلكترونات من ذرة الكربون، نظرًا لأن الأكسجين أكثر سالبية كهربية) تعطي شحنة على ذرة C، وهي تساوي +2 (C°-2e→C²)، في حين أن الرابطة C-H لها شحنة -1، مما يعني أن إجمالي شحنة ذرة C هو: (2-1=1)+1.
3. الآن دعونا نوجد حالة الأكسدة في جزيء الإيثانول: Cˉ³H-Cˉ¹H2-OH. هنا ستعطي ثلاث روابط C-H شحنة إجمالية على ذرة C، وهي تساوي (C°+3e→Cˉ³)-3. سوف تعطي رابطة C-H شحنة على ذرة C، والتي ستكون مساوية لـ -2، في حين أن الرابطة C → O ستعطي شحنة +1، مما يعني أن إجمالي الشحنة على ذرة C هي (-2+1= -1)-1.

الآن أنت تعرف كيفية تحديد حالة أكسدة العنصر. إذا كان لديك على الأقل المعرفة الأساسية بالكيمياء، فلن تكون هذه المهمة مشكلة بالنسبة لك.

الشحنة الرسمية للذرة في المركبات هي - الكمية المساعدةوعادة ما يستخدم في وصف خواص العناصر في الكيمياء. هذه الشحنة الكهربائية التقليدية هي حالة الأكسدة. يتغير معناها نتيجة للكثيرين العمليات الكيميائية. على الرغم من أن الشحنة رسمية، إلا أنها تميز بوضوح خصائص وسلوك الذرات في تفاعلات الأكسدة والاختزال (ORR).

الأكسدة والاختزال

في الماضي، استخدم الكيميائيون مصطلح "الأكسدة" لوصف تفاعل الأكسجين مع العناصر الأخرى. اسم التفاعلات يأتي من الاسم اللاتيني للأكسجين - أوكسيجينيوم. في وقت لاحق اتضح أن العناصر الأخرى تتأكسد أيضًا. في هذه الحالة، يتم تقليلها - فهي تكتسب الإلكترونات. كل ذرة، عند تكوين جزيء، تغير بنية غلافها الإلكتروني التكافؤ. في هذه الحالة، تظهر شحنة رسمية، ويعتمد حجمها على عدد الإلكترونات المعطاة أو المقبولة تقليديًا. لوصف هذه القيمة، تم استخدام المصطلح الكيميائي الإنجليزي "رقم الأكسدة" سابقًا، والذي يعني "رقم الأكسدة". عند استخدامه، ينطلقون من افتراض أن إلكترونات الترابط في الجزيئات أو الأيونات تنتمي إلى ذرة تحتوي على عدد أكبر من قيمة عاليةالسالبية الكهربية (EO). يتم التعبير جيدًا عن القدرة على الاحتفاظ بإلكتروناتها وجذبها من الذرات الأخرى في اللافلزات القوية (الهالوجينات والأكسجين). المعادن القوية (الصوديوم والبوتاسيوم والليثيوم والكالسيوم وغيرها من العناصر القلوية والقلوية الأرضية) لها خصائص معاكسة.

تحديد حالة الأكسدة

حالة الأكسدة هي الشحنة التي تكتسبها الذرة إذا تحولت الإلكترونات المشاركة في تكوين الرابطة بالكامل إلى عنصر أكثر سالبية كهربية. هناك مواد ليس لها تركيب جزيئي (هاليدات الفلزات القلوية ومركبات أخرى). في هذه الحالات، تتزامن حالة الأكسدة مع شحنة الأيون. توضح الشحنة المشروطة أو الحقيقية العملية التي حدثت قبل أن تكتسب الذرات طاقتها الوضع الحالي. حالة الأكسدة الإيجابية هي المجموعالإلكترونات التي تم إزالتها من الذرات. عدد الأكسدة السالب يساوي عدد الإلكترونات المكتسبة. من خلال تغيير حالة أكسدة العنصر الكيميائي، يمكن للمرء أن يحكم على ما يحدث لذراته أثناء التفاعل (والعكس صحيح). يحدد لون المادة ما هي التغييرات التي حدثت في حالة الأكسدة. مركبات الكروم والحديد وعدد من العناصر الأخرى، التي تظهر فيها تكافؤات مختلفة، تكون ملونة بشكل مختلف.

قيم حالة الأكسدة السلبية والصفرية والإيجابية

تتكون مواد بسيطة العناصر الكيميائيةبنفس قيمة EO. في هذه الحالة، تنتمي إلكترونات الترابط إلى جميع الجسيمات الهيكلية بالتساوي. لذلك، في مواد بسيطةلا تتميز العناصر بحالة الأكسدة (H 0 2، O 0 2، C 0). عندما تقبل الذرات الإلكترونات أو عندما تتحرك السحابة العامة في اتجاهها، عادة ما يتم كتابة الشحنات بعلامة الطرح. على سبيل المثال، F -1، O -2، C -4. ومن خلال التبرع بالإلكترونات، تكتسب الذرات شحنة موجبة حقيقية أو رسمية. في أكسيد OF2، تتخلى ذرة الأكسجين عن إلكترون واحد إلى ذرتين من ذرات الفلور وتكون في حالة الأكسدة O+2. في الجزيء أو الأيون متعدد الذرات، يقال إن الذرات الأكثر سالبية كهربية تستقبل جميع إلكترونات الترابط.

الكبريت هو عنصر يظهر حالات تكافؤ وأكسدة مختلفة

غالبًا ما تظهر العناصر الكيميائية للمجموعات الفرعية الرئيسية تكافؤًا أقل يساوي الثامن. على سبيل المثال، تكافؤ الكبريت في كبريتيد الهيدروجين وكبريتيدات المعادن هو II. يتميز العنصر بتكافؤ متوسط ​​وأعلى في الحالة المثارة، عندما تتخلى الذرة عن واحد أو اثنين أو أربعة أو كل الإلكترونات الستة وتظهر التكافؤ I، II، IV، VI، على التوالي. نفس القيم، فقط مع علامة ناقص أو علامة زائد، لها حالات أكسدة الكبريت:

• في كبريتيد الفلور يتبرع بإلكترون واحد: -1؛
• في كبريتيد الهيدروجين أدنى قيمة: -2؛
• في الحالة المتوسطة للثاني أكسيد: +4؛
• في ثلاثي أكسيد وحمض الكبريتيك والكبريتات: +6.

في أعلى حالات الأكسدة، يقبل الكبريت الإلكترونات فقط، وفي حالته السفلية يظهر خصائص اختزال قوية. يمكن لذرات S+4 أن تعمل كعوامل اختزال أو عوامل مؤكسدة في المركبات، حسب الظروف.

انتقال الإلكترونات في التفاعلات الكيميائية

عندما تتشكل بلورة كلوريد الصوديوم، يتبرع الصوديوم بالإلكترونات إلى الكلور الأكثر سالبية كهربية. تتوافق حالات أكسدة العناصر مع شحنات الأيونات: Na +1 Cl -1. للجزيئات التي تم إنشاؤها عن طريق التنشئة الاجتماعية والنزوح أزواج الإلكترونبالنسبة إلى ذرة أكثر سالبية كهربية، لا تنطبق إلا مفاهيم الشحنة الرسمية. لكن يمكننا أن نفترض أن جميع المركبات تتكون من أيونات. ثم تكتسب الذرات، من خلال جذب الإلكترونات، شحنة سالبة مشروطة، ومن خلال التخلي عنها، شحنة موجبة. في التفاعلات تشير إلى عدد الإلكترونات التي تم إزاحتها. على سبيل المثال، في جزيء ثاني أكسيد الكربون C +4 O - 2 2، يعكس المؤشر المشار إليه في الزاوية اليمنى العليا من الرمز الكيميائي للكربون عدد الإلكترونات المستخرجة من الذرة. يتميز الأكسجين الموجود في هذه المادة بحالة أكسدة تبلغ -2. المؤشر المقابل للعلامة الكيميائية O هو عدد الإلكترونات المضافة في الذرة.

كيفية حساب حالات الأكسدة

قد يستغرق حساب عدد الإلكترونات الممنوحة والمكتسبة بواسطة الذرات وقتًا طويلاً. القواعد التالية تجعل هذه المهمة أسهل:

1. في المواد البسيطة تكون حالات الأكسدة صفر.
2. مجموع أكسدة جميع الذرات أو الأيونات في المادة المحايدة هو صفر.
3. في الأيون المعقد، يجب أن يتوافق مجموع حالات الأكسدة لجميع العناصر مع شحنة الجسيم بأكمله.
4. تكتسب الذرة ذات السالبية الكهربية حالة أكسدة سلبية، والتي تُكتب بعلامة الطرح.
5. تتلقى العناصر الأقل سالبية كهربية حالات أكسدة موجبة وتكتب بعلامة زائد.
6. يُظهر الأكسجين بشكل عام حالة أكسدة تبلغ -2.
7. بالنسبة للهيدروجين، القيمة المميزة هي: +1، وفي هيدريدات المعادن يوجد: H-1.
8. الفلور هو أكثر العناصر سالبية كهربية، وحالة تأكسده تكون دائمًا -4.
9. بالنسبة لمعظم المعادن، فإن أرقام الأكسدة والتكافؤ هي نفسها.

حالة الأكسدة والتكافؤ

تتشكل معظم المركبات نتيجة لعمليات الأكسدة والاختزال. يؤدي انتقال أو إزاحة الإلكترونات من عنصر إلى آخر إلى تغير في حالة الأكسدة والتكافؤ. في كثير من الأحيان تتزامن هذه القيم. يمكن استخدام عبارة "التكافؤ الكهروكيميائي" كمرادف لمصطلح "حالة الأكسدة". ولكن هناك استثناءات، على سبيل المثال، في أيون الأمونيوم، النيتروجين رباعي التكافؤ. وفي الوقت نفسه، تكون ذرة هذا العنصر في حالة الأكسدة -3. في المواد العضوية، يكون الكربون دائمًا رباعي التكافؤ، لكن حالات أكسدة ذرة C في الميثان CH 4 والكحول الفورميك CH 3 OH والحمض HCOOH لها قيم مختلفة: -4، -2 و+2.

تفاعلات الأكسدة والاختزال

عوامل الأكسدة والاختزال تشمل العديد العمليات الحرجةفي الصناعة والتكنولوجيا والطبيعة الحية وغير الحية: الاحتراق والتآكل والتخمر والتنفس داخل الخلايا والتمثيل الضوئي وغيرها من الظواهر.

عند تجميع معادلات OVR، يتم اختيار المعاملات باستخدام طريقة التوازن الإلكتروني، والتي تعمل بالفئات التالية:

• الأكسدة؛
• يتخلى عامل الاختزال عن الإلكترونات ويتأكسد.
• العامل المؤكسد يقبل الإلكترونات ويتم تقليله؛
• يجب أن يكون عدد الإلكترونات المتحررة مساوياً لعدد الإلكترونات المضافة.

يؤدي اكتساب الذرة للإلكترونات إلى انخفاض حالة الأكسدة (الاختزال). يصاحب فقدان الذرة لإلكترون أو أكثر زيادة في عدد أكسدة العنصر نتيجة التفاعلات. لتدفق ORR بين الأيونات إلكتروليتات قويةالخامس محاليل مائية، في كثير من الأحيان لا يستخدمون ميزانًا إلكترونيًا، بل يستخدمون طريقة نصف التفاعل.