Um den Zustand von Elementen in Verbindungen zu charakterisieren, wurde das Konzept des Oxidationsgrades eingeführt.
DEFINITION
Die Anzahl der Elektronen, die von einem Atom eines bestimmten Elements oder zu einem Atom eines bestimmten Elements in einer Verbindung verlagert werden, wird genannt Oxidationszustand.
Eine positive Oxidationsstufe gibt die Anzahl der Elektronen an, die von einem bestimmten Atom verdrängt werden, und eine negative Oxidationsstufe gibt die Anzahl der Elektronen an, die in Richtung eines bestimmten Atoms verdrängt werden.
Aus dieser Definition folgt, dass in Verbindungen mit unpolaren Bindungen die Oxidationsstufe der Elemente Null ist. Als Beispiele für solche Verbindungen können Moleküle dienen, die aus identischen Atomen (N 2 , H 2 , Cl 2 ) bestehen.
Der Oxidationszustand von Metallen im Elementarzustand ist Null, da die Verteilung der Elektronendichte in ihnen gleichmäßig ist.
Bei einfachen ionischen Verbindungen entspricht die Oxidationsstufe ihrer Bestandteile der elektrischen Ladung, da bei der Bildung dieser Verbindungen eine nahezu vollständige Elektronenübertragung von einem Atom auf ein anderes erfolgt: Na +1 I -1, Mg +2 Cl -1 2, Al +3 F - 1 3 , Zr +4 Br -1 4 .
Bei der Bestimmung des Oxidationsgrades von Elementen in Verbindungen mit polaren kovalenten Bindungen werden die Werte ihrer Elektronegativität verglichen. Da bei der Bildung einer chemischen Bindung Elektronen zu Atomen elektronegativerer Elemente verdrängt werden, weisen diese in Verbindungen eine negative Oxidationsstufe auf.
Höchste Oxidationsstufe
Für Elemente, die in ihren Verbindungen unterschiedliche Oxidationsstufen aufweisen, gibt es Konzepte höherer (maximal positiver) und niedrigerer (minimal negativer) Oxidationsstufen. Die höchste Oxidationsstufe eines chemischen Elements stimmt numerisch normalerweise mit der Gruppennummer im Periodensystem von D. I. Mendelejew überein. Ausnahmen sind Fluor (die Oxidationsstufe ist -1 und das Element befindet sich in der Gruppe VIIA), Sauerstoff (die Oxidationsstufe ist +2 und das Element befindet sich in der Gruppe VIA), Helium, Neon, Argon (die Oxidationsstufe). ist 0 und die Elemente befinden sich in der Gruppe VIII) sowie Elemente der Kobalt- und Nickel-Untergruppen (die Oxidationsstufe ist +2 und die Elemente befinden sich in der Gruppe VIII), für die die höchste Oxidationsstufe ausgedrückt wird durch eine Zahl, deren Wert kleiner ist als die Zahl der Gruppe, zu der sie gehören. Die Elemente der Kupferuntergruppe hingegen haben eine höhere Oxidationsstufe von mehr als eins, obwohl sie zur Gruppe I gehören (die maximale positive Oxidationsstufe von Kupfer und Silber beträgt +2, Gold +3).
Beispiele für Problemlösungen
BEISPIEL 1
- In Schwefelwasserstoff beträgt die Oxidationsstufe von Schwefel (-2) und in einer einfachen Substanz – Schwefel – 0:
Änderung der Oxidationsstufe von Schwefel: -2 → 0, d.h. sechste Antwort.
- In einer einfachen Substanz – Schwefel – ist die Oxidationsstufe von Schwefel 0 und in SO 3 – (+6):
Änderung der Oxidationsstufe von Schwefel: 0 → +6, d.h. vierte Antwort.
- In schwefeliger Säure beträgt die Oxidationsstufe von Schwefel (+4) und in einer einfachen Substanz – Schwefel – 0:
1×2 +x+ 3×(-2) =0;
Änderung der Oxidationsstufe von Schwefel: +4 → 0, d.h. dritte Antwort.
BEISPIEL 2
| Übung | Wertigkeit III und Oxidationsstufe (-3) Stickstoff zeigt in der Verbindung: a) N 2 H 4; b) NH3; c) NH 4 Cl; d) N 2 O 5 |
| Lösung | Um die gestellte Frage richtig zu beantworten, werden wir abwechselnd die Wertigkeit und den Oxidationszustand des Stickstoffs in den vorgeschlagenen Verbindungen bestimmen. a) Die Wertigkeit von Wasserstoff ist immer gleich I. Die Gesamtzahl der Wasserstoff-Wertigkeitseinheiten beträgt 4 (1 × 4 = 4). Teilen Sie den erhaltenen Wert durch die Anzahl der Stickstoffatome im Molekül: 4/2 = 2, daher ist die Stickstoffwertigkeit II. Diese Antwort ist falsch. b) Die Wertigkeit von Wasserstoff ist immer gleich I. Die Gesamtzahl der Wasserstoff-Valenzeinheiten beträgt 3 (1 × 3 = 3). Wir dividieren den erhaltenen Wert durch die Anzahl der Stickstoffatome im Molekül: 3/1 = 2, daher ist die Stickstoffwertigkeit III. Der Oxidationszustand von Stickstoff in Ammoniak beträgt (-3): Das ist die richtige Antwort. |
| Antworten | Option (b) |
Elektronegativität (EO) ist die Fähigkeit von Atomen, Elektronen anzuziehen, wenn sie sich mit anderen Atomen verbinden .
Die Elektronegativität hängt vom Abstand zwischen Kern und Valenzelektronen und davon ab, wie nah die Valenzschale an der Vollendung ist. Je kleiner der Radius eines Atoms und je mehr Valenzelektronen, desto höher ist sein EC.
Fluor ist das elektronegativste Element. Erstens hat es 7 Elektronen in der Valenzschale (vor einem Oktett fehlt nur 1 Elektron) und zweitens befindet sich diese Valenzschale (…2s 2 2p 5) in der Nähe des Kerns.
Die am wenigsten elektronegativen Atome sind Alkali- und Erdalkalimetalle. Sie haben große Radien und ihre äußeren Elektronenhüllen sind noch lange nicht vollständig. Es ist für sie viel einfacher, ihre Valenzelektronen an ein anderes Atom abzugeben (dann wird die äußere Schale vollständig), als Elektronen zu „gewinnen“.
Elektronegativität kann quantitativ ausgedrückt werden und die Elemente in aufsteigender Reihenfolge anordnen. Am häufigsten wird die vom amerikanischen Chemiker L. Pauling vorgeschlagene Elektronegativitätsskala verwendet.
Der Unterschied in der Elektronegativität der Elemente in der Verbindung ( ΔX) wird es uns ermöglichen, die Art der chemischen Bindung zu beurteilen. Wenn der Wert ∆ X= 0 - Verbindung kovalent unpolar.
Wenn die Elektronegativitätsdifferenz bis zu 2,0 beträgt, spricht man von einer Bindung kovalent polar, zum Beispiel: die H-F-Bindung im HF-Fluoridmolekül: Δ X \u003d (3,98 - 2,20) \u003d 1,78
Berücksichtigt werden Bindungen mit einem Elektronegativitätsunterschied von mehr als 2,0 ionisch. Zum Beispiel: die Na-Cl-Bindung in der NaCl-Verbindung: Δ X \u003d (3,16 - 0,93) \u003d 2,23.
Oxidationszustand
Oxidationszustand (CO) ist die bedingte Ladung eines Atoms in einem Molekül, berechnet unter der Annahme, dass das Molekül aus Ionen besteht und im Allgemeinen elektrisch neutral ist.
Bei der Bildung einer Ionenbindung geht ein Elektron von einem weniger elektronegativen Atom zu einem elektronegativeren über, die Atome verlieren ihre elektrische Neutralität und verwandeln sich in Ionen. es gibt ganzzahlige Gebühren. Bei der Bildung einer kovalenten polaren Bindung erfolgt die Übertragung des Elektrons nicht vollständig, sondern teilweise, sodass Teilladungen entstehen (in der Abbildung unten HCl). Stellen wir uns vor, dass das Elektron vollständig vom Wasserstoffatom auf Chlor übergegangen ist und eine ganze positive Ladung +1 für Wasserstoff und -1 für Chlor entstanden ist. Solche bedingten Ladungen werden Oxidationsstufe genannt.
Diese Abbildung zeigt die für die ersten 20 Elemente charakteristischen Oxidationsstufen.
Beachten Sie. Die höchste SD entspricht normalerweise der Gruppennummer im Periodensystem. Metalle der Hauptuntergruppen haben ein charakteristisches CO, Nichtmetalle weisen in der Regel eine CO-Ausbreitung auf. Daher bilden Nichtmetalle eine Vielzahl von Verbindungen und weisen im Vergleich zu Metallen „vielfältigere“ Eigenschaften auf.
Beispiele zur Bestimmung des Oxidationsgrades
Lassen Sie uns die Oxidationsstufen von Chlor in Verbindungen bestimmen:
Die von uns betrachteten Regeln erlauben es uns nicht immer, das CO aller Elemente zu berechnen, wie beispielsweise in einem bestimmten Aminopropanmolekül.
Hier bietet es sich an, die folgende Methode zu verwenden:
1) Wir stellen die Strukturformel des Moleküls dar, der Strich ist eine Bindung, ein Elektronenpaar.
2) Wir verwandeln den Strich in einen Pfeil, der auf ein EO-Atom gerichtet ist. Dieser Pfeil symbolisiert den Übergang eines Elektrons zu einem Atom. Wenn zwei identische Atome verbunden sind, belassen wir die Linie wie sie ist – es findet keine Elektronenübertragung statt.
3) Wir zählen, wie viele Elektronen „gekommen“ und „verlassen“ sind.
Betrachten Sie beispielsweise die Ladung des ersten Kohlenstoffatoms. Drei Pfeile sind auf das Atom gerichtet, was bedeutet, dass 3 Elektronen angekommen sind, die Ladung beträgt -3.
Das zweite Kohlenstoffatom: Wasserstoff gab ihm ein Elektron und Stickstoff nahm ein Elektron auf. Die Ladung hat sich nicht verändert, sie ist gleich Null. Usw.
Wertigkeit
Wertigkeit(von lateinisch valēns „Kraft haben“) – die Fähigkeit von Atomen, eine bestimmte Anzahl chemischer Bindungen mit Atomen anderer Elemente einzugehen.
Grundsätzlich bedeutet Valenz die Fähigkeit von Atomen, eine bestimmte Anzahl kovalenter Bindungen zu bilden. Wenn ein Atom hat N ungepaarte Elektronen und M einzelne Elektronenpaare, dann kann sich dieses Atom bilden n+m kovalente Bindungen mit anderen Atomen, d.h. seine Wertigkeit wird sein n+m. Bei der Beurteilung der maximalen Wertigkeit sollte man von der elektronischen Konfiguration des „angeregten“ Zustands ausgehen. Beispielsweise beträgt die maximale Wertigkeit eines Atoms aus Beryllium, Bor und Stickstoff 4 (zum Beispiel in Be (OH) 4 2-, BF 4 - und NH 4 +), Phosphor - 5 (PCl 5), Schwefel - 6 (H 2 SO 4) , Chlor - 7 (Cl 2 O 7).
In einigen Fällen kann die Wertigkeit numerisch mit der Oxidationsstufe übereinstimmen, sie sind jedoch keineswegs identisch. Beispielsweise ist in N 2- und CO-Molekülen eine Dreifachbindung realisiert (d. h. die Wertigkeit jedes Atoms beträgt 3), aber die Oxidationsstufe von Stickstoff ist 0, Kohlenstoff +2, Sauerstoff -2.
In Salpetersäure beträgt die Oxidationsstufe von Stickstoff +5, während Stickstoff keine höhere Wertigkeit als 4 haben kann, da er auf der äußeren Ebene nur 4 Orbitale aufweist (und die Bindung als überlappende Orbitale betrachtet werden kann). Und im Allgemeinen kann aus demselben Grund kein Element der zweiten Periode eine Wertigkeit größer als 4 haben.
Noch ein paar „knifflige“ Fragen, bei denen oft Fehler gemacht werden.
Tisch. Oxidationsgrade chemischer Elemente.
Tisch. Oxidationsgrade chemischer Elemente.
Oxidationszustand ist die bedingte Ladung der Atome eines chemischen Elements in einer Verbindung, berechnet unter der Annahme, dass alle Bindungen ionischen Typs sind. Die Oxidationsstufen können einen positiven, negativen oder Nullwert haben, daher ist die algebraische Summe der Oxidationsstufen der Elemente in einem Molekül unter Berücksichtigung der Anzahl ihrer Atome 0 und in einem Ion die Ladung des Ions.
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Tabelle: Elemente mit konstanten Oxidationsstufen. |
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Tisch. Die Oxidationsstufen chemischer Elemente in alphabetischer Reihenfolge.
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Tisch. Die Oxidationsstufen chemischer Elemente nach Anzahl.
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Artikelbewertung:
Bei chemischen Prozessen spielen Atome und Moleküle die Hauptrolle, deren Eigenschaften den Ausgang chemischer Reaktionen bestimmen. Eine der wichtigen Eigenschaften eines Atoms ist die Oxidationszahl, die die Methode zur Berücksichtigung der Elektronenübertragung in einem Teilchen vereinfacht. Wie bestimmt man den Oxidationszustand bzw. die formale Ladung eines Teilchens und welche Regeln muss man dafür kennen?
Jede chemische Reaktion beruht auf der Wechselwirkung von Atomen verschiedener Substanzen. Der Reaktionsprozess und sein Ergebnis hängen von den Eigenschaften der kleinsten Partikel ab.
Der Begriff Oxidation (Oxidation) bezeichnet in der Chemie eine Reaktion, bei der eine Gruppe von Atomen oder eines von ihnen Elektronen verliert oder aufnimmt, im Falle einer Aufnahme wird die Reaktion „Reduktion“ genannt.
Der Oxidationszustand ist eine quantitativ messbare Größe, die die während der Reaktion umverteilten Elektronen charakterisiert. Diese. Im Prozess der Oxidation nehmen die Elektronen im Atom ab oder zu und werden unter anderen interagierenden Teilchen neu verteilt. Der Grad der Oxidation zeigt genau, wie sie neu organisiert werden. Dieses Konzept steht in engem Zusammenhang mit der Elektronegativität von Teilchen – ihrer Fähigkeit, freie Ionen anzuziehen und von sich selbst abzustoßen.
Die Bestimmung des Oxidationsgrades hängt von den Eigenschaften und Eigenschaften eines bestimmten Stoffes ab, daher kann das Berechnungsverfahren nicht eindeutig als einfach oder komplex bezeichnet werden, seine Ergebnisse helfen jedoch, die Prozesse von Redoxreaktionen konventionell zu erfassen. Es versteht sich, dass das erhaltene Ergebnis der Berechnungen das Ergebnis der Berücksichtigung der Elektronenübertragung ist, keine physikalische Bedeutung hat und nicht die wahre Ladung des Kerns darstellt.
Es ist wichtig zu wissen! In der anorganischen Chemie wird häufig der Begriff Wertigkeit anstelle der Oxidationsstufe von Elementen verwendet. Dies ist kein Fehler, es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass das zweite Konzept universeller ist.
Die Konzepte und Regeln zur Berechnung der Elektronenbewegung sind die Grundlage für die Klassifizierung von Chemikalien (Nomenklatur), die Beschreibung ihrer Eigenschaften und die Erstellung von Kommunikationsformeln. Am häufigsten wird dieses Konzept jedoch zur Beschreibung und Arbeit mit Redoxreaktionen verwendet.
Regeln zur Bestimmung des Oxidationsgrades
Wie ermittelt man den Oxidationsgrad? Bei der Arbeit mit Redoxreaktionen ist es wichtig zu wissen, dass die formale Ladung eines Teilchens immer gleich der Größe des Elektrons ist, ausgedrückt in Zahlenwerten. Dieses Merkmal hängt mit der Annahme zusammen, dass die Elektronenpaare, die eine Bindung bilden, immer vollständig zu negativeren Teilchen hin verschoben sind. Es versteht sich, dass es sich um Ionenbindungen handelt und dass im Falle einer Reaktion bei , die Elektronen gleichmäßig auf identische Teilchen aufgeteilt werden.
Die Oxidationszahl kann sowohl positive als auch negative Werte annehmen. Die Sache ist, dass das Atom während der Reaktion neutral werden muss, und dafür muss man entweder eine bestimmte Anzahl von Elektronen an das Ion binden, wenn es positiv ist, oder sie wegnehmen, wenn es negativ ist. Um dieses Konzept zu kennzeichnen, wird beim Schreiben von Formeln üblicherweise eine arabische Ziffer mit dem entsprechenden Zeichen über die Bezeichnung des Elements geschrieben. Zum Beispiel usw.
Sie sollten wissen, dass die formale Ladung von Metallen immer positiv ist, und in den meisten Fällen können Sie sie mithilfe des Periodensystems bestimmen. Um die Indikatoren korrekt zu ermitteln, müssen eine Reihe von Merkmalen berücksichtigt werden.
Oxidationsgrad:
Wenn Sie sich diese Merkmale merken, wird es ganz einfach sein, die Oxidationszahl von Elementen zu bestimmen, unabhängig von der Komplexität und Anzahl der Atomebenen.
Nützliches Video: Bestimmung des Oxidationsgrades
Das Periodensystem von Mendelejew enthält fast alle notwendigen Informationen für die Arbeit mit chemischen Elementen. Schulkinder verwenden es beispielsweise nur zur Beschreibung chemischer Reaktionen. Um also die maximalen positiven und negativen Werte der Oxidationszahl zu bestimmen, ist es notwendig, die Bezeichnung des chemischen Elements in der Tabelle zu überprüfen:
- Das maximale Positive ist die Nummer der Gruppe, in der sich das Element befindet.
- Der maximale negative Oxidationszustand ist die Differenz zwischen dem maximalen positiven Grenzwert und der Zahl 8.
Es reicht also aus, einfach die extremen Grenzen der formalen Ladung eines Elements herauszufinden. Eine solche Aktion kann mithilfe von Berechnungen durchgeführt werden, die auf dem Periodensystem basieren.
Es ist wichtig zu wissen! Ein Element kann gleichzeitig mehrere unterschiedliche Oxidationsindizes aufweisen.
Es gibt zwei Hauptmethoden zur Bestimmung des Oxidationsgrads, für die im Folgenden Beispiele aufgeführt werden. Bei der ersten handelt es sich um eine Methode, die Kenntnisse und Fähigkeiten zur Anwendung der Gesetze der Chemie erfordert. Wie ordnet man mit dieser Methode Oxidationsstufen an?
Die Regel zur Bestimmung von Oxidationsstufen
Dafür benötigen Sie:
- Bestimmen Sie, ob eine bestimmte Substanz elementar ist und ob sie nicht gebunden ist. Wenn ja, dann ist seine Oxidationszahl gleich 0, unabhängig von der Zusammensetzung des Stoffes (einzelne Atome oder mehrstufige Atomverbindungen).
- Stellen Sie fest, ob der betreffende Stoff aus Ionen besteht. Wenn ja, entspricht der Oxidationsgrad ihrer Ladung.
- Wenn es sich bei dem betreffenden Stoff um ein Metall handelt, schauen Sie sich die Indikatoren anderer Stoffe in der Formel an und berechnen Sie die Metallwerte rechnerisch.
- Wenn die gesamte Verbindung eine Ladung hat (tatsächlich ist dies die Summe aller Partikel der dargestellten Elemente), reicht es aus, die Indikatoren einfacher Substanzen zu bestimmen, sie dann von der Gesamtmenge abzuziehen und die Metalldaten zu erhalten.
- Wenn die Beziehung neutral ist, muss die Summe Null sein.
Erwägen Sie beispielsweise die Kombination mit einem Aluminiumion, dessen Gesamtladung Null ist. Die Regeln der Chemie bestätigen die Tatsache, dass das Cl-Ion eine Oxidationszahl von -1 hat, und in diesem Fall sind es drei davon in der Verbindung. Das Al-Ion muss also +3 sein, damit die gesamte Verbindung neutral ist.
Diese Methode ist recht gut, da die Richtigkeit der Lösung immer durch Addition aller Oxidationsstufen überprüft werden kann.
Die zweite Methode kann ohne Kenntnis chemischer Gesetze angewendet werden:
- Finden Sie Teilchendaten, für die es keine strengen Regeln gibt und deren genaue Anzahl ihrer Elektronen unbekannt ist (möglich durch Eliminierung).
- Finden Sie die Indikatoren aller anderen Partikel heraus und ermitteln Sie dann von der Gesamtmenge durch Subtrahieren das gewünschte Partikel.
Betrachten wir die zweite Methode am Beispiel der Substanz Na2SO4, bei der das Schwefelatom S nicht definiert ist, sondern nur bekannt ist, dass es ungleich Null ist.
Um herauszufinden, welche Oxidationsstufen alle gleich sind:
- Finden Sie bekannte Elemente und behalten Sie dabei traditionelle Regeln und Ausnahmen im Hinterkopf.
- Na-Ion = +1 und jeder Sauerstoff = -2.
- Multiplizieren Sie die Anzahl der Teilchen jeder Substanz mit ihren Elektronen und erhalten Sie die Oxidationsstufen aller Atome bis auf eines.
- Na2SO4 besteht aus 2 Natrium und 4 Sauerstoff, bei Multiplikation ergibt sich: 2 x +1 = 2 ist die Oxidationszahl aller Natriumpartikel und 4 x -2 = -8 - Sauerstoff.
- Addiere die Ergebnisse 2+(-8) = -6 – das ist die Gesamtladung der Verbindung ohne Schwefelpartikel.
- Drücken Sie die chemische Notation als Gleichung aus: Summe bekannter Daten + unbekannte Zahl = Gesamtladung.
- Na2SO4 wird wie folgt dargestellt: -6 + S = 0, S = 0 + 6, S = 6.
Um die zweite Methode anzuwenden, reicht es daher aus, die einfachen Gesetze der Arithmetik zu kennen.
Unter den Begriffen „Oxidation“ und „Reduktion“ werden in der Chemie Reaktionen verstanden, bei denen ein Atom oder eine Gruppe von Atomen Elektronen verliert bzw. gewinnt. Der Oxidationszustand ist ein einem oder mehreren Atomen zugeordneter numerischer Wert, der die Anzahl der umverteilten Elektronen charakterisiert und zeigt, wie diese Elektronen während der Reaktion zwischen den Atomen verteilt werden. Die Bestimmung dieser Größe kann sowohl ein einfacher als auch recht komplexer Vorgang sein, abhängig von den Atomen und den aus ihnen bestehenden Molekülen. Darüber hinaus können die Atome einiger Elemente mehrere Oxidationsstufen aufweisen. Glücklicherweise gibt es einfache, eindeutige Regeln zur Bestimmung des Oxidationsgrades, für deren sichere Anwendung es ausreicht, die Grundlagen der Chemie und Algebra zu kennen.
Schritte
Teil 1
Bestimmung des Oxidationsgrades nach den Gesetzen der Chemie- Beispielsweise haben Al(s) und Cl 2 den Oxidationszustand 0, da sich beide in einem chemisch ungebundenen Elementarzustand befinden.
- Bitte beachten Sie, dass die allotrope Form von Schwefel S 8 oder Octaschwefel trotz ihrer atypischen Struktur auch durch eine Oxidationsstufe von Null gekennzeichnet ist.
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Stellen Sie fest, ob die betreffende Substanz aus Ionen besteht. Der Oxidationszustand von Ionen entspricht ihrer Ladung. Dies gilt sowohl für freie Ionen als auch für solche, die Bestandteil chemischer Verbindungen sind.
- Beispielsweise beträgt die Oxidationsstufe des Cl-Ions -1.
- Die Oxidationsstufe des Cl-Ions in der chemischen Verbindung NaCl beträgt ebenfalls -1. Da das Na-Ion per Definition eine Ladung von +1 hat, schließen wir daraus, dass die Ladung des Cl-Ions -1 und somit seine Oxidationsstufe -1 beträgt.
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Beachten Sie, dass Metallionen mehrere Oxidationsstufen haben können. Atome vieler metallischer Elemente können unterschiedlich stark ionisiert werden. Beispielsweise beträgt die Ladung von Ionen eines Metalls wie Eisen (Fe) +2 oder +3. Die Ladung von Metallionen (und ihr Oxidationsgrad) kann durch die Ladungen von Ionen anderer Elemente bestimmt werden, mit denen dieses Metall Teil einer chemischen Verbindung ist; Im Text wird diese Ladung durch römische Ziffern angegeben: Eisen (III) hat beispielsweise die Oxidationsstufe +3.
- Betrachten Sie als Beispiel eine Verbindung, die ein Aluminiumion enthält. Die Gesamtladung der AlCl 3 -Verbindung ist Null. Da wir wissen, dass Cl-Ionen eine Ladung von -1 haben und die Verbindung 3 solcher Ionen enthält, muss das Al-Ion für die vollständige Neutralität der betreffenden Substanz eine Ladung von +3 haben. In diesem Fall beträgt die Oxidationsstufe von Aluminium also +3.
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Die Oxidationsstufe von Sauerstoff beträgt (mit einigen Ausnahmen) -2. In fast allen Fällen haben Sauerstoffatome eine Oxidationsstufe von -2. Von dieser Regel gibt es mehrere Ausnahmen:
- Liegt Sauerstoff im elementaren Zustand (O 2 ) vor, ist seine Oxidationsstufe 0, wie es bei anderen elementaren Stoffen der Fall ist.
- Wenn Sauerstoff enthalten ist Peroxide, seine Oxidationsstufe ist -1. Peroxide sind eine Gruppe von Verbindungen, die eine einzelne Sauerstoff-Sauerstoff-Bindung enthalten (dh das Peroxidanion O 2 -2). In der Zusammensetzung des H 2 O 2-Moleküls (Wasserstoffperoxid) hat Sauerstoff beispielsweise eine Ladung und eine Oxidationsstufe von -1.
- In Verbindung mit Fluor hat Sauerstoff eine Oxidationsstufe von +2, siehe unten die Regel für Fluor.
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Wasserstoff hat bis auf wenige Ausnahmen die Oxidationsstufe +1. Wie beim Sauerstoff gibt es auch hier Ausnahmen. In der Regel beträgt die Oxidationsstufe von Wasserstoff +1 (es sei denn, er liegt im Elementarzustand H 2 vor). In Verbindungen, die als Hydride bezeichnet werden, beträgt die Oxidationsstufe von Wasserstoff jedoch -1.
- In H 2 O beträgt die Oxidationsstufe von Wasserstoff beispielsweise +1, da das Sauerstoffatom eine Ladung von -2 hat und für die Gesamtneutralität zwei Ladungen von +1 erforderlich sind. In der Zusammensetzung von Natriumhydrid beträgt die Oxidationsstufe von Wasserstoff jedoch bereits -1, da das Na-Ion eine Ladung von +1 trägt, und für vollständige Elektroneutralität muss die Ladung des Wasserstoffatoms (und damit seine Oxidationsstufe) gleich sein -1.
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Fluor Stets hat eine Oxidationsstufe von -1. Wie bereits erwähnt, kann der Oxidationsgrad einiger Elemente (Metallionen, Sauerstoffatome in Peroxiden usw.) in Abhängigkeit von einer Reihe von Faktoren variieren. Die Oxidationsstufe von Fluor beträgt jedoch immer -1. Dies liegt daran, dass dieses Element die höchste Elektronegativität aufweist – mit anderen Worten: Fluoratome sind am wenigsten bereit, ihre eigenen Elektronen abzugeben und ziehen am aktivsten die Elektronen anderer Menschen an. Somit bleibt ihre Ladung unverändert.
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Die Summe der Oxidationsstufen einer Verbindung entspricht ihrer Ladung. Die Oxidationsstufen aller Atome, aus denen eine chemische Verbindung besteht, sollten insgesamt die Ladung dieser Verbindung ergeben. Wenn beispielsweise eine Verbindung neutral ist, muss die Summe der Oxidationsstufen aller ihrer Atome Null sein; Wenn es sich bei der Verbindung um ein mehratomiges Ion mit einer Ladung von -1 handelt, beträgt die Summe der Oxidationsstufen -1 und so weiter.
- Dies ist eine gute Methode zur Überprüfung – wenn die Summe der Oxidationsstufen nicht der Gesamtladung der Verbindung entspricht, dann liegen Sie irgendwo falsch.
Teil 2
Bestimmung der Oxidationsstufe ohne Anwendung der Gesetze der Chemie-
Finden Sie Atome, für die es keine strengen Regeln hinsichtlich des Oxidationszustands gibt. Für einige Elemente gibt es keine fest etablierten Regeln zur Bestimmung des Oxidationsgrades. Wenn für ein Atom keine der oben aufgeführten Regeln gilt und Sie seine Ladung nicht kennen (z. B. wenn das Atom Teil eines Komplexes ist und seine Ladung nicht angegeben ist), können Sie den Oxidationszustand eines solchen Atoms bestimmen Atom durch Eliminierung. Bestimmen Sie zunächst die Ladung aller anderen Atome der Verbindung und berechnen Sie dann aus der bekannten Gesamtladung der Verbindung den Oxidationszustand dieses Atoms.
- Beispielsweise ist in der Verbindung Na 2 SO 4 die Ladung des Schwefelatoms (S) unbekannt – wir wissen nur, dass sie nicht Null ist, da Schwefel nicht im Elementarzustand vorliegt. Diese Verbindung dient als gutes Beispiel zur Veranschaulichung der algebraischen Methode zur Bestimmung der Oxidationsstufe.
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Finden Sie die Oxidationsstufen der übrigen Elemente in der Verbindung. Bestimmen Sie anhand der oben beschriebenen Regeln die Oxidationsstufen der verbleibenden Atome der Verbindung. Vergessen Sie nicht die Ausnahmen von der Regel bei O, H usw.
- Für Na 2 SO 4 finden wir anhand unserer Regeln, dass die Ladung (und damit der Oxidationszustand) des Na-Ions +1 beträgt und für jedes der Sauerstoffatome -2.
- In Verbindungen muss die Summe aller Oxidationsstufen der Ladung entsprechen. Handelt es sich bei der Verbindung beispielsweise um ein zweiatomiges Ion, muss die Summe der Oxidationsstufen der Atome gleich der gesamten Ionenladung sein.
- Es ist sehr nützlich, das Periodensystem von Mendelejew nutzen zu können und zu wissen, wo sich die metallischen und nichtmetallischen Elemente darin befinden.
- Der Oxidationszustand von Atomen in elementarer Form ist immer Null. Der Oxidationszustand eines einzelnen Ions ist gleich seiner Ladung. Elemente der Gruppe 1A des Periodensystems, wie Wasserstoff, Lithium, Natrium, haben in elementarer Form eine Oxidationsstufe von +1; Die Oxidationsstufe von Metallen der Gruppe 2A wie Magnesium und Kalzium in ihrer elementaren Form beträgt +2. Sauerstoff und Wasserstoff können je nach Art der chemischen Bindung zwei verschiedene Oxidationsstufen aufweisen.
Stellen Sie fest, ob die betreffende Substanz elementar ist. Der Oxidationszustand von Atomen außerhalb einer chemischen Verbindung ist Null. Diese Regel gilt sowohl für Stoffe, die aus einzelnen freien Atomen bestehen, als auch für solche, die aus zwei- oder mehratomigen Molekülen eines Elements bestehen.
