Oksidasyon durumu, bir bileşikteki bir atomun yalnızca iyonlardan oluştuğu varsayımına dayanarak hesaplanan koşullu yüküdür. Bu kavramı tanımlarken, geleneksel olarak bağlanma (değerlik) elektronlarının daha elektronegatif atomlara hareket ettiği (bkz. Elektronegatiflik) ve dolayısıyla bileşiklerin pozitif ve negatif yüklü iyonlardan oluştuğu varsayılır. Yükseltgenme numarası sıfır, negatif ve pozitif değerlere sahip olabilir ve bunlar genellikle element sembolünün üzerine yerleştirilir: .
Serbest durumdaki elementlerin atomlarına sıfır oksidasyon durumu atanır, örneğin: . Bağlanan elektron bulutunun (elektron çifti) kaydığı atomlar negatif bir oksidasyon durumuna sahiptir. Tüm bileşiklerindeki flor için -1'e eşittir. Değerlik elektronlarını diğer atomlara bağışlayan atomlar pozitif bir oksidasyon durumuna sahiptir. Örneğin alkali ve toprak alkali metallerde sırasıyla K'ya, K gibi basit iyonlarda ise iyonun yüküne eşittir. Çoğu bileşikte, hidrojen atomlarının oksidasyon durumu eşittir, ancak metal hidritlerde (hidrojenle olan bileşikleri) ve diğerlerinde -1'e eşittir. Oksijen, -2'lik bir oksidasyon durumu ile karakterize edilir, ancak örneğin flor ile kombinasyon halinde ve peroksit bileşiklerinde vb.) -1 olacaktır. Bazı durumlarda bu değer kesir olarak ifade edilebilir: demir (II, III) oksit içindeki demir için eşittir.
Bir bileşikteki atomların oksidasyon durumlarının cebirsel toplamı sıfırdır ve karmaşık bir iyonda bu, iyonun yüküdür. Bu kuralı kullanarak örneğin ortofosforik asitteki fosforun oksidasyon durumunu hesaplıyoruz. Bunu ifade ederek ve hidrojen ve oksijenin oksidasyon durumunu bileşikteki atomlarının sayısıyla çarparak şu denklemi elde ederiz: buradan . Benzer şekilde, - iyonundaki kromun oksidasyon durumunu hesaplıyoruz.
Bileşiklerde manganezin oksidasyon durumu buna göre olacaktır.
En yüksek oksidasyon durumu en büyük pozitif değeridir. Çoğu element için periyodik tablodaki grup numarasına eşittir ve elementin bileşiklerindeki önemli bir niceliksel özelliğidir. Bir elementin bileşiklerinde meydana gelen oksidasyon durumunun en düşük değerine genellikle en düşük oksidasyon durumu denir; diğerlerinin tümü orta düzeydedir. Yani kükürt için en yüksek oksidasyon durumu, en düşük oksidasyon durumu 2 ve ara maddedir.
Periyodik sistemin gruplarına göre elementlerin oksidasyon durumlarındaki değişiklik, artan atom numarasıyla birlikte kimyasal özelliklerindeki değişikliklerin periyodikliğini yansıtır.
Elementlerin oksidasyon durumu kavramı, maddelerin sınıflandırılmasında, özelliklerinin tanımlanmasında, bileşik formüllerinin derlenmesinde ve uluslararası adlarında kullanılır. Ancak özellikle redoks reaksiyonlarının incelenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. İnorganik kimyada "değerlik" kavramı yerine "oksidasyon durumu" kavramı sıklıkla kullanılır (bkz. Değerlik).
Elektronegatiflik, kimyasal elementlerin atomlarının diğer özellikleri gibi, elementin atom numarasının artmasıyla periyodik olarak değişir:
Yukarıdaki grafik, elementin atom numarasına bağlı olarak ana alt grupların elementlerinin elektronegatifliklerindeki değişimlerin periyodikliğini göstermektedir.
Periyodik tablonun bir alt grubunda aşağı doğru hareket edildiğinde kimyasal elementlerin elektronegatifliği azalır ve periyot boyunca sağa doğru hareket edildiğinde artar.
Elektronegatiflik, elementlerin metalik olmama durumunu yansıtır: Elektronegatiflik değeri ne kadar yüksek olursa, elementin metalik olmayan özellikleri de o kadar fazla olur.
Paslanma durumu
Bir bileşikteki bir elementin oksidasyon durumu nasıl hesaplanır?
1) Basit maddelerdeki kimyasal elementlerin oksidasyon durumu her zaman sıfırdır.
2) Karmaşık maddelerde sabit bir oksidasyon durumu sergileyen elementler vardır:
3) Bileşiklerin büyük çoğunluğunda sabit bir oksidasyon durumu sergileyen kimyasal elementler vardır. Bu unsurlar şunları içerir:
Öğe |
Hemen hemen tüm bileşiklerde oksidasyon durumu |
İstisnalar |
| hidrojen H | +1 | Alkali ve alkalin toprak metallerin hidrürleri, örneğin: |
| oksijen O | -2 | Hidrojen ve metal peroksitler: Oksijen florür - |
4) Bir moleküldeki tüm atomların oksidasyon durumlarının cebirsel toplamı her zaman sıfırdır. Bir iyondaki tüm atomların oksidasyon durumlarının cebirsel toplamı iyonun yüküne eşittir.
5) En yüksek (maksimum) oksidasyon durumu grup numarasına eşittir. Bu kuralın kapsamına girmeyen istisnalar, grup I'in ikincil alt grubunun elemanları, grup VIII'in ikincil alt grubunun elemanları ile oksijen ve florindir.
Grup numarası en yüksek oksidasyon durumuna uymayan kimyasal elementler (hatırlanması zorunludur)
6) Metallerin en düşük oksidasyon durumu her zaman sıfırdır ve metal olmayanların en düşük oksidasyon durumu aşağıdaki formülle hesaplanır:
metal olmayanların en düşük oksidasyon durumu = grup numarası - 8
Yukarıda sunulan kurallara dayanarak, herhangi bir maddedeki kimyasal elementin oksidasyon durumunu belirleyebilirsiniz.
Çeşitli bileşiklerdeki elementlerin oksidasyon durumlarını bulma
örnek 1
Sülfürik asitteki tüm elementlerin oksidasyon durumlarını belirleyin.
Çözüm:
Sülfürik asidin formülünü yazalım:
Tüm karmaşık maddelerde hidrojenin oksidasyon durumu +1'dir (metal hidrürler hariç).
Tüm karmaşık maddelerde oksijenin oksidasyon durumu -2'dir (peroksitler ve oksijen florür OF 2 hariç). Bilinen oksidasyon durumlarını sıralayalım:
Sülfürün oksidasyon durumunu şu şekilde gösterelim: X:
Sülfürik asit molekülü, herhangi bir maddenin molekülü gibi, genellikle elektriksel olarak nötrdür, çünkü Bir moleküldeki tüm atomların oksidasyon durumlarının toplamı sıfırdır. Şematik olarak bu şu şekilde gösterilebilir:
Onlar. aşağıdaki denklemi elde ettik:
Hadi çözelim:
Dolayısıyla sülfürik asitteki sülfürün oksidasyon durumu +6'dır.
Örnek 2
Amonyum dikromattaki tüm elementlerin oksidasyon durumunu belirleyin.
Çözüm:
Amonyum dikromatın formülünü yazalım:
Önceki durumda olduğu gibi, hidrojen ve oksijenin oksidasyon durumlarını düzenleyebiliriz:
Bununla birlikte, iki kimyasal elementin (azot ve krom) oksidasyon durumlarının aynı anda bilinmediğini görüyoruz. Bu nedenle, önceki örneğe benzer şekilde oksidasyon durumlarını bulamıyoruz (iki değişkenli bir denklemin tek bir çözümü yoktur).
Bu maddenin tuzlar sınıfına ait olduğuna ve dolayısıyla iyonik bir yapıya sahip olduğuna dikkat çekelim. O zaman haklı olarak amonyum dikromatın bileşiminin NH4 + katyonlarını içerdiğini söyleyebiliriz (bu katyonun yükü çözünürlük tablosunda görülebilir). Sonuç olarak, amonyum dikromatın formül birimi iki pozitif tek yüklü NH4+ katyonu içerdiğinden, madde bir bütün olarak elektriksel olarak nötr olduğundan dikromat iyonunun yükü -2'ye eşittir. Onlar. madde NH4+ katyonları ve Cr2072-anyonlarından oluşur.
Hidrojen ve oksijenin oksidasyon durumlarını biliyoruz. Bir iyondaki tüm elementlerin atomlarının oksidasyon durumlarının toplamının yüke eşit olduğunu bilmek ve nitrojen ve kromun oksidasyon durumlarını şu şekilde göstermek: X Ve sen buna göre şunu yazabiliriz:
Onlar. iki bağımsız denklem elde ederiz:
Hangisini çözerek buluyoruz X Ve sen:
Dolayısıyla amonyum dikromatta nitrojenin oksidasyon durumları -3, hidrojen +1, krom +6 ve oksijen -2'dir.
Organik maddelerdeki elementlerin oksidasyon durumlarının nasıl belirleneceğini okuyabilirsiniz.
Değerlik
Atomların değerliği Romen rakamlarıyla gösterilir: I, II, III, vb.
Bir atomun değerlik yetenekleri miktarına bağlıdır:
1) eşleşmemiş elektronlar
2) değerlik seviyelerinin yörüngelerindeki yalnız elektron çiftleri
3) değerlik seviyesinin boş elektron yörüngeleri
Hidrojen atomunun değerlik olasılıkları
Hidrojen atomunun elektronik grafik formülünü gösterelim:
Değerlik olasılıklarını üç faktörün etkileyebileceği söylenmiştir: eşleşmemiş elektronların varlığı, dış seviyede yalnız elektron çiftlerinin varlığı ve dış seviyede boş (boş) yörüngelerin varlığı. Dış (ve tek) enerji seviyesinde eşlenmemiş bir elektron görüyoruz. Buna dayanarak, hidrojen kesinlikle I değerine sahip olabilir. Bununla birlikte, ilk enerji seviyesinde yalnızca bir alt seviye vardır - S, onlar. Dış seviyedeki hidrojen atomunun ne yalnız elektron çiftleri ne de boş yörüngeleri vardır.
Dolayısıyla bir hidrojen atomunun sergileyebileceği tek değerlik I'dir.
Karbon atomunun değerlik olasılıkları
Karbon atomunun elektronik yapısını ele alalım. Temel durumda, dış seviyesinin elektronik konfigürasyonu aşağıdaki gibidir:
Onlar. uyarılmamış karbon atomunun dış enerji seviyesinde temel durumda 2 eşleşmemiş elektron vardır. Bu durumda II değerlik sergileyebilir. Bununla birlikte, karbon atomu kendisine enerji verildiğinde çok kolay bir şekilde uyarılmış duruma geçer ve bu durumda dış katmanın elektronik konfigürasyonu şu şekli alır:
Karbon atomunun uyarılması sürecinde belirli miktarda enerji harcanmasına rağmen, bu harcama dört kovalent bağın oluşumuyla fazlasıyla telafi edilir. Bu nedenle değerlik IV, karbon atomunun çok daha karakteristik özelliğidir. Örneğin karbon, karbondioksit, karbonik asit ve kesinlikle tüm organik maddelerin moleküllerinde IV değerlik değerine sahiptir.
Eşlenmemiş elektronlara ve yalnız elektron çiftlerine ek olarak boş ()değerlik düzeyindeki yörüngelerin varlığı da değerlik olasılıklarını etkiler. Dolu seviyede bu tür yörüngelerin varlığı, atomun bir elektron çiftinin alıcısı olarak hareket edebilmesine yol açar, yani. verici-alıcı mekanizması yoluyla ek kovalent bağlar oluşturur. Örneğin, beklenenin aksine, karbon monoksit molekülü CO'daki bağ, aşağıdaki çizimde açıkça gösterildiği gibi ikili değil üçlüdür:
Azot atomunun değerlik olasılıkları
Azot atomunun dış enerji seviyesinin elektronik grafik formülünü yazalım:
Yukarıdaki çizimde görülebileceği gibi, nitrojen atomunun normal durumunda 3 eşleşmemiş elektronu vardır ve bu nedenle III değerinde bir değer sergileyebildiğini varsaymak mantıklıdır. Gerçekten de, amonyak (NH3), nitröz asit (HNO2), nitrojen triklorür (NCl3) vb. moleküllerinde üç değerlik gözlenir.
Yukarıda, bir kimyasal elementin atomunun değerinin yalnızca eşleştirilmemiş elektronların sayısına değil, aynı zamanda yalnız elektron çiftlerinin varlığına da bağlı olduğu söylenmişti. Bunun nedeni, kovalent bir kimyasal bağın yalnızca iki atom birbirine bir elektron sağladığında değil, aynı zamanda yalnız bir elektron çiftine sahip bir atom - donör () onu boş bir atomla başka bir atoma sağladığında da oluşabilmesidir ( ) yörünge değerlik seviyesi (alıcı). Onlar. Nitrojen atomu için, verici-alıcı mekanizması tarafından oluşturulan ek bir kovalent bağ nedeniyle değerlik IV de mümkündür. Örneğin, bir amonyum katyonunun oluşumu sırasında biri donör-alıcı mekanizması tarafından oluşturulan dört kovalent bağ gözlenir:
Kovalent bağlardan birinin verici-alıcı mekanizmasına göre oluşmasına rağmen amonyum katyonundaki tüm N-H bağları tamamen aynıdır ve birbirinden farklı değildir.
Nitrojen atomu V'ye eşit bir değerlik gösterme yeteneğine sahip değildir. Bunun nedeni, bir nitrojen atomunun, iki elektronun eşleştiği uyarılmış bir duruma geçmesinin, bunlardan birinin enerji düzeyine en yakın serbest yörüngeye geçmesinin imkansız olmasıdır. Azot atomu yoktur D-alt seviye ve 3'lü yörüngeye geçiş enerji açısından o kadar pahalıdır ki, enerji maliyetleri yeni bağların oluşumuyla karşılanmaz. Birçoğu, örneğin nitrik asit HNO 3 veya nitrik oksit N 2 O 5 moleküllerinde nitrojenin değerinin ne olduğunu merak edebilir. Garip bir şekilde, aşağıdaki yapısal formüllerden görülebileceği gibi, buradaki değerlik de IV'tür:
Resimdeki noktalı çizgi, sözde delokalize π -bağlantı. Bu nedenle terminal NO bağlarına “bir buçuk bağ” denilebilir. Ozon O3, benzen C6H6 vb. moleküllerinde de benzer bir buçuk bağ mevcuttur.
Fosforun değerlik olasılıkları
Fosfor atomunun dış enerji seviyesinin elektronik grafik formülünü gösterelim:
Gördüğümüz gibi, temel durumdaki fosfor atomunun dış katmanının ve nitrojen atomunun yapısı aynıdır ve bu nedenle, nitrojen atomunun yanı sıra fosfor atomu için de aşağıdakilere eşit olası değerleri beklemek mantıklıdır: I, II, III ve IV, uygulamada görüldüğü gibi.
Ancak nitrojenden farklı olarak fosfor atomu aynı zamanda D-5 boş yörüngeye sahip alt düzey.
Bu bağlamda, elektronları buharlaştırarak uyarılmış bir duruma geçme yeteneğine sahiptir. S-orbitaller:
Böylece nitrojen tarafından erişilemeyen fosfor atomu için V değeri mümkündür. Örneğin, fosfor atomu, fosforik asit, fosfor (V) halojenürler, fosfor (V) oksit vb. gibi bileşiklerin moleküllerinde beş değerliğe sahiptir.
Oksijen atomunun değerlik olasılıkları
Bir oksijen atomunun dış enerji seviyesi için elektron grafiği formülü şu şekildedir:
2. seviyede eşleşmemiş iki elektron görüyoruz ve bu nedenle oksijen için değerlik II mümkündür. Oksijen atomunun bu değerinin hemen hemen tüm bileşiklerde gözlendiğine dikkat edilmelidir. Yukarıda karbon atomunun değerlik yetenekleri göz önüne alındığında karbon monoksit molekülünün oluşumunu tartıştık. CO molekülündeki bağ üçlüdür, dolayısıyla oradaki oksijen üç değerlidir (oksijen bir elektron çifti donörüdür).
Oksijen atomunun harici bir özelliği olmadığı için D-alt düzey, elektron eşleşmesi S Ve P- yörüngeler imkansızdır, bu nedenle oksijen atomunun değerlik yetenekleri, alt grubunun diğer elementleriyle (örneğin kükürt) karşılaştırıldığında sınırlıdır.
Kükürt atomunun değerlik olasılıkları
Uyarılmamış bir durumda bir kükürt atomunun dış enerji seviyesi:
Kükürt atomu, tıpkı oksijen atomu gibi, normalde iki eşleşmemiş elektrona sahiptir, dolayısıyla kükürtün iki değerliğe sahip olabileceği sonucuna varabiliriz. Gerçekten de kükürt, örneğin hidrojen sülfür molekülü H2S'de II değerliliğine sahiptir.
Gördüğümüz gibi kükürt atomu dış seviyede görünüyor D-boş yörüngelere sahip alt düzey. Bu nedenle kükürt atomu, uyarılmış durumlara geçiş nedeniyle oksijenden farklı olarak değerlik yeteneklerini genişletebilmektedir. Böylece, yalnız bir elektron çifti 3'ü eşleştirirken P-alt seviye, kükürt atomu, aşağıdaki formun dış seviyesinin elektronik konfigürasyonunu elde eder:
Bu durumda kükürt atomunun 4 eşleşmemiş elektronu vardır, bu da bize kükürt atomlarının IV değerlik sergileyebileceğini söyler. Gerçekten de kükürt, SO2, SF4, SOCl2, vb. moleküllerinde değerlik IV'e sahiptir.
3'te bulunan ikinci yalnız elektron çiftini eşleştirirken S-alt seviye, harici enerji seviyesi konfigürasyonu alır:
Bu durumda, değerlik VI'nın tezahürü mümkün hale gelir. VI değerlikli kükürt içeren bileşiklerin örnekleri S03, H2S04, S02Cl2, vb.'dir.
Benzer şekilde diğer kimyasal elementlerin değerlik olasılıklarını da göz önünde bulundurabiliriz.
Değerlik karmaşık bir kavramdır. Bu terim, kimyasal bağlanma teorisinin gelişmesiyle eş zamanlı olarak önemli bir dönüşüm geçirdi. Başlangıçta değerlik, bir atomun belirli sayıda başka atomu veya atom grubunu bir kimyasal bağ oluşturmak üzere bağlama veya değiştirme yeteneğiydi.
Bir elementin atomunun değerinin niceliksel bir ölçüsü, elementin EHx formülünün bir hidridini veya E formülünün bir oksidini oluşturmak için bağladığı hidrojen veya oksijen atomlarının (bu elementler sırasıyla tek ve iki değerlikli olarak kabul edildi) sayısıydı. n Öm.
Böylece, amonyak molekülü NH3'teki nitrojen atomunun değerliği üçe, H2S molekülündeki kükürt atomu ise hidrojen atomunun değerliği bire eşit olduğundan ikiye eşittir.
Na 2 O, BaO, Al 2 O 3, SiO 2 bileşiklerinde sodyum, baryum ve silikonun değerleri sırasıyla 1, 2, 3 ve 4'tür.
Değerlik kavramı, atomun yapısı bilinmeden önce, yani 1853'te İngiliz kimyager Frankland tarafından kimyaya tanıtıldı. Artık bir elementin değerinin atomların dış elektronlarının sayısıyla yakından ilişkili olduğu tespit edilmiştir, çünkü atomların iç kabuklarındaki elektronlar kimyasal bağların oluşumuna katılmamaktadır.
Kovalent bağların elektronik teorisinde şuna inanılmaktadır: bir atomun değerliliği diğer atomların elektronları ile ortak elektron çiftlerinin oluşumuna katılan, temel veya uyarılmış durumdaki eşleşmemiş elektronların sayısı ile belirlenir.
Bazı elementler için değerlik sabit bir değerdir. Bu nedenle, tüm bileşiklerdeki sodyum veya potasyum tek değerlikli, kalsiyum, magnezyum ve çinko iki değerlikli, alüminyum üç değerlikli vb. Ancak çoğu kimyasal element, ortak elementin doğasına ve sürecin koşullarına bağlı olarak değişken değerlik sergiler. Böylece demir, demirin değerinin sırasıyla 2 ve 3 olduğu klor - FeCl2 ve FeCl3 ile iki bileşik oluşturabilir.
Paslanma durumu- kimyasal bir bileşikteki bir elementin durumunu ve redoks reaksiyonlarındaki davranışını karakterize eden bir kavram; sayısal olarak, oksidasyon durumu, bir elementin bağlarının her birindeki tüm elektronların daha elektronegatif bir atoma aktarıldığı varsayımına dayanarak, bir elemente atanabilecek formal yüke eşittir.
Elektronegatiflik- Bir atomun kimyasal bir bağ oluştururken negatif yük alma yeteneğinin veya bir molekül içindeki bir atomun, kimyasal bir bağın oluşumunda yer alan değerlik elektronlarını çekme yeteneğinin bir ölçüsü. Elektronegatiflik mutlak bir değer değildir ve çeşitli yöntemlerle hesaplanır. Bu nedenle farklı ders kitaplarında ve referans kitaplarında verilen elektronegatiflik değerleri farklılık gösterebilir.
Tablo 2, Sanderson ölçeğine göre bazı kimyasal elementlerin elektronegatifliğini göstermektedir ve Tablo 3, Pauling ölçeğine göre elementlerin elektronegatifliğini göstermektedir.
Elektronegatiflik değeri ilgili elementin sembolünün altında verilmiştir. Bir atomun elektronegatifliğinin sayısal değeri ne kadar yüksek olursa, element o kadar elektronegatif olur. En elektronegatif olanı flor atomu, en az elektronegatif olanı ise rubidyum atomudur. İki farklı kimyasal elementin atomlarından oluşan bir molekülde formal negatif yük, sayısal elektronegatiflik değeri daha büyük olan atomda olacaktır. Böylece, bir kükürt dioksit SO2 molekülünde, kükürt atomunun elektronegatifliği 2,5'tir ve oksijen atomunun elektronegatifliği daha büyüktür - 3,5. Bu nedenle negatif yük oksijen atomunda, pozitif yük ise kükürt atomunda olacaktır.
Amonyak molekülü NH3'te nitrojen atomunun elektronegatiflik değeri 3,0, hidrojen atomunun elektronegatiflik değeri ise 2,1'dir. Bu nedenle nitrojen atomu negatif yüke sahip olacak ve hidrojen atomu pozitif yüke sahip olacaktır.
Elektronegatiflik değişimlerindeki genel eğilimleri açıkça bilmelisiniz. Herhangi bir kimyasal elementin atomu, dış elektronik katmanın (bir inert gazın sekizli kabuğu) kararlı bir konfigürasyonunu elde etme eğiliminde olduğundan, bir periyottaki elementlerin elektronegatifliği artar ve bir gruptaki elektronegatiflik genellikle atom numarasının artmasıyla azalır. eleman. Bu nedenle örneğin kükürt, fosfor ve silikonla karşılaştırıldığında daha elektronegatiftir ve karbon, silikonla karşılaştırıldığında daha elektronegatiftir.
İki metal olmayan bileşikten oluşan bileşikler için formüller hazırlarken, bunlardan daha elektronegatif olanı her zaman sağa yerleştirilir: PCl 3, NO 2. Bu kuralın bazı tarihsel istisnaları vardır; örneğin NH 3, PH 3, vb.
Oksidasyon numarası genellikle element sembolünün üzerinde bulunan bir Arap rakamıyla (sayıdan önce bir işaretle) gösterilir, örneğin:
Kimyasal bileşiklerdeki atomların oksidasyon derecesini belirlemek için aşağıdaki kurallara uyulur:
- Basit maddelerdeki elementlerin oksidasyon durumu sıfırdır.
- Bir moleküldeki atomların oksidasyon durumlarının cebirsel toplamı sıfırdır.
- Bileşiklerdeki oksijen esas olarak –2 oksidasyon durumunu sergiler (oksijen florür OF 2 + 2'de, M 2 O 2 –1 gibi metal peroksitlerde).
- Bileşiklerdeki hidrojen, hidrojenin oksidasyon durumunun -1 olduğu alkali veya toprak alkali olanlar gibi aktif metallerin hidritleri hariç, +1 oksidasyon durumu sergiler.
- Monoatomik iyonlar için oksidasyon durumu iyonun yüküne eşittir, örneğin: K + - +1, Ba 2+ - +2, Br – - –1, S 2– - –2, vb.
- Kovalent polar bağa sahip bileşiklerde, daha elektronegatif olan atomun oksidasyon durumu eksi işaretine, daha az elektronegatif olan atomun ise artı işaretine sahiptir.
- Organik bileşiklerde hidrojenin oksidasyon durumu +1'dir.
Yukarıdaki kuralları birkaç örnekle açıklayalım.
Örnek 1. Potasyum K 2 O, selenyum SeO 3 ve demir Fe 3 O 4 oksitlerindeki elementlerin oksidasyon derecesini belirleyin.
Potasyum oksit K 2 O. Bir moleküldeki atomların oksidasyon durumlarının cebirsel toplamı sıfırdır. Oksijenin oksitlerdeki oksidasyon durumu –2'dir. Potasyumun oksit içindeki oksidasyon durumunu n olarak gösterelim, o zaman 2n + (–2) = 0 veya 2n = 2, dolayısıyla n = +1, yani potasyumun oksidasyon durumu +1 olur.
Selenyum oksit SeO 3. SeO 3 molekülü elektriksel olarak nötrdür. Üç oksijen atomunun toplam negatif yükü –2 × 3 = –6'dır. Bu nedenle bu negatif yükü sıfıra indirmek için selenyumun oksidasyon durumunun +6 olması gerekir.
Fe3O4 molekülü elektriksel olarak nötr. Dört oksijen atomunun toplam negatif yükü –2 × 4 = –8'dir. Bu negatif yükü eşitlemek için üç demir atomunun toplam pozitif yükünün +8 olması gerekir. Bu nedenle bir demir atomunun yükü 8/3 = +8/3 olmalıdır.
Bir bileşikteki bir elementin oksidasyon durumunun kesirli bir sayı olabileceği vurgulanmalıdır. Bu tür fraksiyonel oksidasyon durumları, bir kimyasal bileşikteki bağları açıklarken anlamlı değildir ancak redoks reaksiyonları için denklemler oluşturmak için kullanılabilir.
Örnek 2. NaClO 3, K 2 Cr 2 O 7 bileşiklerindeki elementlerin oksidasyon derecesini belirleyin.
NaClO3 molekülü elektriksel olarak nötrdür. Sodyumun oksidasyon durumu +1, oksijenin oksidasyon durumu -2'dir. Klorun oksidasyon durumunu n olarak gösterelim, o zaman +1 + n + 3 × (–2) = 0 veya +1 + n – 6 = 0 veya n – 5 = 0, dolayısıyla n = +5 olur. Böylece klorun oksidasyon durumu +5'tir.
K 2 Cr 2 O 7 molekülü elektriksel olarak nötrdür. Potasyumun oksidasyon durumu +1, oksijenin oksidasyon durumu -2'dir. Kromun oksidasyon durumunu n olarak gösterelim, o zaman 2 × 1 + 2n + 7 × (–2) = 0 veya +2 + 2n – 14 = 0 veya 2n – 12 = 0, 2n = 12, dolayısıyla n = +6. Böylece kromun oksidasyon durumu +6'dır.
Örnek 3. Sülfat iyonu SO4 2– içindeki kükürtün oksidasyon derecesini belirleyelim. SO 4 2– iyonunun yükü –2'dir. Oksijenin oksidasyon durumu –2'dir. Sülfürün oksidasyon durumunu n olarak gösterelim, o zaman n + 4 × (–2) = –2 veya n – 8 = –2 veya n = –2 – (–8), dolayısıyla n = +6 olur. Böylece kükürtün oksidasyon durumu +6'dır.
Oksidasyon durumunun bazen belirli bir elementin değerliğine eşit olmadığı unutulmamalıdır.
Örneğin, amonyak molekülü NH3'teki veya hidrazin molekülü N2H4'teki nitrojen atomunun oksidasyon durumları sırasıyla -3 ve -2'dir, oysa bu bileşiklerdeki nitrojenin değeri üçtür.
Ana alt grupların elemanları için maksimum pozitif oksidasyon durumu, kural olarak grup numarasına eşittir (istisnalar: oksijen, flor ve diğer bazı elementler).
Maksimum negatif oksidasyon durumu 8'dir - grup numarası.
Eğitim görevleri
1. Hangi bileşikte fosforun oksidasyon durumu +5'tir?
1) HPO3
2) H3PO3
3) Li3P
4) Alp
2. Hangi bileşikte fosforun oksidasyon durumu –3'e eşittir?
1) HPO3
2) H3PO3
3) Li 3 PO 4
4) Alp
3. Hangi bileşikte nitrojenin oksidasyon durumu +4'e eşittir?
1)HNO2
2) N204
3) N20
4) HNO3
4. Hangi bileşikte nitrojenin oksidasyon durumu -2'ye eşittir?
1) NH3
2) N2H4
3) N205
4) HNO2
5. Hangi bileşikte kükürtün oksidasyon durumu +2'dir?
1) Na2S03
2)SO2
3) SCl2
4) H2SO4
6. Hangi bileşikte kükürtün oksidasyon durumu +6'dır?
1) Na2S03
2) SO3
3) SCl2
4) H2S03
7. Formülleri CrBr2, K2Cr207, Na2CrO4 olan maddelerde kromun oksidasyon durumu sırasıyla şuna eşittir:
1) +2, +3, +6
2) +3, +6, +6
3) +2, +6, +5
4) +2, +6, +6
8. Bir kimyasal elementin minimum negatif oksidasyon durumu genellikle şuna eşittir:
1) dönem numarası
3) dış elektron katmanını tamamlamak için eksik olan elektron sayısı
9. Ana alt gruplarda yer alan kimyasal elementlerin maksimum pozitif oksidasyon durumu kural olarak şuna eşittir:
1) dönem numarası
2) kimyasal elementin seri numarası
3) grup numarası
4) elementteki toplam elektron sayısı
10. Fosfor bileşikte maksimum pozitif oksidasyon durumunu sergiler
1) HPO3
2) H3PO3
3) Na3P
4) Ca3P2
11. Fosfor bileşikte minimum oksidasyon durumu sergiler
1) HPO3
2) H3PO3
3) Na3P04
4) Ca3P2
12. Katyon ve anyonda bulunan amonyum nitritteki nitrojen atomları sırasıyla oksidasyon durumları sergiler.
1) –3, +3
2) –3, +5
3) +3, –3
4) +3, +5
13. Hidrojen peroksitteki oksijenin değerliği ve oksidasyon durumu sırasıyla eşittir
1) II, –2
2) II, –1
3) ben, +4
4)III, –2
14. Pirit FeS2'deki kükürtün değerliği ve oksidasyon derecesi sırasıyla eşittir
1) IV, +5
2) II, –1
3) II, +6
4) III, +4
15. Amonyum bromürdeki nitrojen atomunun değerliği ve oksidasyon durumu sırasıyla şuna eşittir:
1) IV, –3
2) III, +3
3) IV, –2
4) III, +4
16. Karbon atomu ile birleştirildiğinde negatif bir oksidasyon durumu sergiler
1) oksijen
2) sodyum
3) flor
4) klor
17. Bileşiklerinde sabit bir oksidasyon durumu sergiler
1) stronsiyum
2) demir
3) kükürt
4) klor
18. Bileşiklerindeki oksidasyon durumu +3 sergileyebilir
1) klor ve flor
2) fosfor ve klor
3) karbon ve kükürt
4) oksijen ve hidrojen
19. Bileşiklerindeki oksidasyon durumu +4 sergileyebilir
1) karbon ve hidrojen
2) karbon ve fosfor
3) karbon ve kalsiyum
4) nitrojen ve kükürt
20. Bileşiklerindeki grup numarasına eşit oksidasyon durumu,
1) klor
2) demir
3) oksijen
4) flor
Bileşiklerdeki bir atomun formal yükü yardımcı bir niceliktir; genellikle kimyadaki elementlerin özelliklerinin tanımlanmasında kullanılır. Bu geleneksel elektrik yükü oksidasyon durumudur. Birçok kimyasal işlem sonucu değeri değişir. Yük resmi olmasına rağmen, redoks reaksiyonlarında (ORR) atomların özelliklerini ve davranışını açıkça karakterize eder.
Oksidasyon ve redüksiyon
Geçmişte kimyacılar oksijenin diğer elementlerle etkileşimini tanımlamak için "oksidasyon" terimini kullanıyorlardı. Reaksiyonların adı oksijenin Latince ismi olan Oxygenium'dan gelmektedir. Daha sonra diğer elementlerin de oksitlendiği ortaya çıktı. Bu durumda azalırlar - elektron kazanırlar. Her atom, bir molekül oluştururken değerlik elektron kabuğunun yapısını değiştirir. Bu durumda, büyüklüğü geleneksel olarak verilen veya kabul edilen elektronların sayısına bağlı olan resmi bir yük ortaya çıkar. Bu değeri karakterize etmek için daha önce "oksidasyon numarası" anlamına gelen İngilizce "oksidasyon numarası" kimyasal terimi kullanılmıştı. Kullanılırken molekül veya iyonlardaki bağ elektronlarının elektronegatiflik (EO) değeri daha yüksek olan bir atoma ait olduğu varsayımına dayanır. Elektronlarını tutma ve onları diğer atomlardan çekme yeteneği, güçlü ametallerde (halojenler, oksijen) iyi bir şekilde ifade edilir. Güçlü metaller (sodyum, potasyum, lityum, kalsiyum, diğer alkali ve alkali toprak elementleri) zıt özelliklere sahiptir.
Oksidasyon durumunun belirlenmesi
Oksidasyon durumu, bağın oluşumuna katılan elektronların tamamen daha elektronegatif bir elemente kaydırılması durumunda bir atomun kazanacağı yüktür. Moleküler yapıya sahip olmayan maddeler (alkali metal halojenürler ve diğer bileşikler) vardır. Bu durumlarda oksidasyon durumu iyonun yüküyle çakışır. Geleneksel veya gerçek yük, atomların mevcut durumlarını kazanmadan önce hangi sürecin gerçekleştiğini gösterir. Pozitif oksidasyon sayısı, atomlardan uzaklaştırılan toplam elektron sayısıdır. Negatif oksidasyon sayısı kazanılan elektron sayısına eşittir. Bir kimyasal elementin oksidasyon durumu değiştirilerek, reaksiyon sırasında atomlarına ne olduğu (veya tam tersi) değerlendirilebilir. Bir maddenin rengi, oksidasyon durumunda hangi değişikliklerin meydana geldiğini belirler. Farklı değerler sergiledikleri krom, demir ve diğer bazı elementlerin bileşikleri farklı renktedir.
Negatif, sıfır ve pozitif oksidasyon durumu değerleri
Basit maddeler aynı EO değerine sahip kimyasal elementlerden oluşur. Bu durumda bağlanma elektronları tüm yapısal parçacıklara eşit olarak aittir. Sonuç olarak, basit maddelerde elementler bir oksidasyon durumuyla (H 0 2, O 0 2, C 0) karakterize edilmez. Atomlar elektron kabul ettiğinde veya genel bulut onların yönüne doğru kaydığında, yükler genellikle eksi işaretiyle yazılır. Örneğin F -1, O -2, C -4. Elektronları bağışlayarak atomlar gerçek veya resmi bir pozitif yük kazanır. OF2 oksitte oksijen atomu, iki flor atomuna birer elektron verir ve O+2 oksidasyon durumundadır. Bir molekülde veya çok atomlu iyonda, daha fazla elektronegatif atomun tüm bağlanma elektronlarını aldığı söylenir.
Kükürt farklı değerlik ve oksidasyon durumları sergileyen bir elementtir
Ana alt grupların kimyasal elementleri genellikle daha düşük bir VIII valansı sergiler. Örneğin, hidrojen sülfür ve metal sülfürlerdeki kükürtün değeri II'dir. Bir element, atomun bir, iki, dört veya altı elektronun tamamını bıraktığı ve sırasıyla I, II, IV, VI değerliklerini sergilediği uyarılmış durumdaki orta ve en yüksek değerlik ile karakterize edilir. Aynı değerler, yalnızca eksi veya artı işaretiyle, kükürtün oksidasyon durumlarına sahiptir:
- flor sülfürde bir elektron bağışlar: -1;
- hidrojen sülfürde en düşük değer: -2;
- dioksit ara durumunda: +4;
- trioksit, sülfürik asit ve sülfatlarda: +6.
En yüksek oksidasyon durumunda kükürt yalnızca elektronları kabul eder; daha düşük durumunda ise güçlü indirgeme özellikleri sergiler. S+4 atomları, koşullara bağlı olarak bileşiklerde indirgeyici ajanlar veya oksitleyici ajanlar olarak görev yapabilir.
Kimyasal reaksiyonlarda elektron transferi
Bir sodyum klorür kristali oluştuğunda, sodyum, elektronları daha elektronegatif olan klora bağışlar. Elementlerin oksidasyon durumları iyonların yükleriyle örtüşür: Na +1 Cl -1. Elektron çiftlerinin paylaşılması ve daha elektronegatif bir atoma kaydırılmasıyla oluşturulan moleküller için yalnızca formal yük kavramı geçerlidir. Ancak tüm bileşiklerin iyonlardan oluştuğunu varsayabiliriz. Daha sonra atomlar, elektronları çekerek koşullu bir negatif yük kazanır ve onları vererek pozitif bir yük kazanır. Reaksiyonlarda kaç elektronun yer değiştirdiğini gösterirler. Örneğin, karbon dioksit molekülü C +4 O - 2 2'de, karbon kimyasal sembolünün sağ üst köşesinde gösterilen indeks, atomdan çıkarılan elektron sayısını yansıtır. Bu maddedeki oksijen, -2 oksidasyon durumuyla karakterize edilir. O kimyasal işaretine karşılık gelen indeks, atoma eklenen elektronların sayısıdır.
Oksidasyon durumları nasıl hesaplanır
Atomların bağışladığı ve kazandığı elektronların sayısını saymak zaman alıcı olabilir. Aşağıdaki kurallar bu görevi kolaylaştırır:
- Basit maddelerde oksidasyon durumları sıfırdır.
- Nötr bir maddedeki tüm atomların veya iyonların oksidasyonunun toplamı sıfırdır.
- Karmaşık bir iyonda, tüm elementlerin oksidasyon durumlarının toplamı, tüm parçacığın yüküne karşılık gelmelidir.
- Daha elektronegatif bir atom, eksi işaretiyle yazılan negatif bir oksidasyon durumu elde eder.
- Daha az elektronegatif elementler pozitif oksidasyon durumları alır ve artı işaretiyle yazılır.
- Oksijen genellikle -2 oksidasyon durumunu sergiler.
- Hidrojen için karakteristik değer: +1; metal hidritlerde bulunur: H-1.
- Flor tüm elementler arasında en elektronegatif olanıdır ve oksidasyon durumu her zaman -4'tür.
- Çoğu metal için oksidasyon sayıları ve değerleri aynıdır.
Oksidasyon durumu ve değerlik
Bileşiklerin çoğu redoks işlemlerinin bir sonucu olarak oluşur. Elektronların bir elementten diğerine geçişi veya yer değiştirmesi, oksidasyon durumlarında ve değerliklerinde bir değişikliğe yol açar. Çoğu zaman bu değerler çakışır. "Elektrokimyasal değerlik" ifadesi, "oksidasyon durumu" teriminin eşanlamlısı olarak kullanılabilir. Ancak istisnalar da vardır, örneğin amonyum iyonunda nitrojen dört değerlidir. Aynı zamanda bu elementin atomu -3 oksidasyon durumundadır. Organik maddelerde karbon her zaman dört değerliklidir, ancak metan CH4, formik alkol CH3OH ve asit HCOOH'daki C atomunun oksidasyon durumları farklı değerlere sahiptir: -4, -2 ve +2.
Redoks reaksiyonları
Redoks süreçleri endüstri, teknoloji, canlı ve cansız doğadaki en önemli süreçlerin çoğunu içerir: yanma, korozyon, fermantasyon, hücre içi solunum, fotosentez ve diğer olaylar.
OVR denklemlerini derlerken katsayılar, aşağıdaki kategorilerle çalışan elektronik denge yöntemi kullanılarak seçilir:
- oksidasyon durumları;
- indirgeyici madde elektronları verir ve oksitlenir;
- oksitleyici madde elektronları kabul eder ve indirgenir;
- Verilen elektronların sayısı eklenen elektronların sayısına eşit olmalıdır.
Bir atom tarafından elektronların kazanılması, oksidasyon durumunda bir azalmaya (indirgeme) yol açar. Bir atomun bir veya daha fazla elektron kaybetmesine, reaksiyonlar sonucunda elementin oksidasyon sayısında artış eşlik eder. Sulu çözeltilerdeki güçlü elektrolitlerin iyonları arasında meydana gelen redoks reaksiyonları için elektronik denge yerine yarı reaksiyonlar yöntemi sıklıkla kullanılır.
