Kemiassa termit hapettuminen ja pelkistys viittaavat reaktioihin, joissa atomi (tai atomiryhmä) häviää peräkkäin tai saa elektronit. Hapetusnumero on atomille (tai atomiryhmälle) annettu numero, joka auttaa kemistit seuraamaan, kuinka monta elektronia on siirrettävissä ja onko tietty reagenssi hapettunut tai pelkistynyt reaktiossa. Prosessi hapetuslukujen määrittämiseksi atomeille voi vaihdella erittäin helpoista melko monimutkaisiin, perustuen atomin varaukseen ja atomin muodostavien molekyylien kemialliseen koostumukseen. Jotta asiat olisivat monimutkaisempia, joillakin atomeilla on useampi kuin yksi hapetusluku. Onneksi hapetusluvun määritys tehdään selkeillä ja helposti noudatettavilla säännöillä, vaikka peruskemian ja algebran tuntemus helpottaa näiden sääntöjen selittämistä.
Vaihe
Menetelmä 1 /2: Hapetusluvun määrittäminen kemiallisten määräysten perusteella
Vaihe 1. Määritä, ovatko kyseiset aineet alkuaineita
Vapaiden alkuaineiden atomien hapetusluku on aina 0. Tämä koskee atomeja, joiden alkuaine muodostuu yhdestä atomista, sekä atomeja, joiden alkuaine on kaksiatominen tai polyatominen.
- Esimerkiksi molemmat Al(s) samoin kuin Cl2 hapetusluku on 0, koska ne ovat alkuaineiden muotoja, jotka eivät ole sidoksissa muihin alkuaineisiin.
- Huomaa, että alkuainemuoto Rikki, S8tai oktaanirikki, vaikkakin epänormaali, myös hapetusluku on 0.
Vaihe 2. Määritä, ovatko kyseiset aineet ioneja
Ioneilla on sama hapetusluku kuin niiden varauksella. Tämä pätee ioneihin, jotka eivät ole sitoutuneet muihin alkuaineisiin, sekä ioneihin, jotka ovat osa ionisia yhdisteitä.
- Esimerkiksi Cl. -Ioni- hapetusluku on -1.
- Cl -ionin hapetusluku on edelleen -1, kun Cl on osa NaCl -yhdistettä. Koska Na -ionilla on määritelmän mukaan varaus +1, tiedämme, että Cl -ionilla on varaus -1, joten hapetusluku pysyy -1.
Vaihe 3. Huomaa, että metalli -ioneilla voi olla useita hapetustilaa
Monilla metallielementeillä on useampi kuin yksi varaus. Esimerkiksi metalli Rauta (Fe) voi olla ioni, jonka varaus on +2 tai +3. Metalli -ionin varaus (ja siten sen hapetusluku) voidaan määrittää joko yhdisteen muiden ainesosien varausten perusteella tai, kun se on kirjoitettu tekstimuodossa roomalaisilla numeroilla (kuten lauseessa, rauta (III) -ionin varaus on + 3.).
Tarkastellaan esimerkiksi yhdistettä, joka sisältää metalli -ionialumiinia. AlCl -yhdiste3 on kokonaisvaraus 0. Koska tiedämme, että Cl. ioni- varaus on -1 ja Cl 3 -ioneja on 3- yhdisteessä Al -ionin varauksen on oltava +3 niin, että kaikkien ionien kokonaisvaraus on 0. Näin ollen Al: n hapetusluku on +3.
Vaihe 4. Määritä hapetusluku -2 hapelle (poikkeuksetta)
Lähes kaikissa tapauksissa happiatomin hapetusluku on -2. Tästä säännöstä on joitain poikkeuksia:
- Kun happi on alkuaineessaan (O.2), hapetusluku on 0, koska tämä on sääntö kaikille alkuaineen atomeille.
- Kun happi on osa peroksidia, sen hapetusluku on -1. Peroksidit ovat yhdisteiden luokka, joka sisältää happi-happi-yksittäissidoksia (tai peroksidianionia O.2-2). Esimerkiksi H. -molekyylissä2O2 (vetyperoksidi), hapen hapetusluku (ja varaus) on -1. Lisäksi, kun happi on osa superoksidia, sen hapetusluku on -0,5.
- Kun happi sitoutuu fluoriin, sen hapetusluku on +2. Katso lisätietoja alla olevista fluorisäännöksistä. Sisään (O.2F2), sen hapetusluku on +1.
Vaihe 5. Määritä hapetusluku +1 vedylle (poikkeuksetta)
Hapen tavoin myös vedyn hapetusluku on erityistapaus. Yleensä vedyn hapetusluku on +1 (paitsi, kuten edellä, alkuaineessaan H2). Kuitenkin, kun kyseessä on erityinen yhdiste, jota kutsutaan hydridiksi, vedyn hapetusluku on -1.
Esimerkiksi H: ssa2O, tiedämme, että vedyn hapetusluku on +1, koska hapen varaus on -2 ja tarvitsemme varauksen 2 +1, jotta yhdisteen varaus olisi nolla. Kuitenkin natriumhydridissä, NaH, vedyn hapetusluku on -1, koska ionin varauksen varaus on +1, ja jotta yhdisteen varausten summa olisi nolla, vetyvaraus (ja siten sen hapetusluku) on oltava -1.
Vaihe 6. Fluorin hapetusluku on aina -1
Kuten edellä on todettu, tiettyjen alkuaineiden hapetusluvut voivat vaihdella useiden tekijöiden (metalli -ionit, peroksideissa olevat happiatomit jne.) Vuoksi. Fluorin hapetusluku on kuitenkin -1, joka ei koskaan muutu. Tämä johtuu siitä, että fluori on kaikkein elektronegatiivisin elementti - toisin sanoen se on elementti, joka luultavimmin luopuu elektroneistaan ja todennäköisimmin muiden alkuaineiden atomeja. Maksu ei siis muutu.
Vaihe 7. Tee yhdisteen hapettumisluku yhtä suureksi kuin yhdisteen varaus
Yhdisteen kaikkien atomien hapetuslukujen on oltava yhtä suuret kuin yhdisteen varaus. Jos yhdisteellä ei esimerkiksi ole varausta, kunkin atomin hapetusluvun on oltava nolla; jos yhdiste on polyatominen ioni, jonka varaus on -1, hapetusluvun on lisättävä -1, jne.
Tämä on hyvä tapa tarkistaa työsi - jos yhdisteesi hapettumisluvut eivät lisää yhdisteen varausta, tiedät, että olet asettanut yhden tai useamman väärän hapetusluvun
Menetelmä 2/2: Numeroiden määrittäminen atomeille ilman hapettumissääntöä
Vaihe 1. Etsi atomit ilman hapetusluvun sääntöä
Joillakin atomeilla ei ole erityisiä sääntöjä hapettumislukuista. Jos atomisi ei näy yllä olevissa säännöissä etkä ole varma, mikä sen varaus on (esimerkiksi jos atomit ovat osa suurempaa yhdistettä eivätkä siten näytä vastaavia varauksiaan), löydät atomin hapetusnumero poistamisprosessin avulla. Ensin määrität yhdisteen kaikkien atomien hapetustilan, sitten ratkaiset vain tuntemattomat atomit yhdisteen kokonaisvarauksen perusteella.
Esimerkiksi yhdisteessä Na2NIIN4, rikin (S) varaus on tuntematon - atomi ei ole alkuaineessa, joten sen hapetusluku ei ole 0, mutta se on kaikki mitä tiedämme. Tämä on hyvä esimerkki tästä algebrallisesta tavasta määrittää hapetusluku.
Vaihe 2. Etsi yhdisteen muiden alkuaineiden tunnetut hapetusluvut
Määritä yhdisteessä olevien muiden atomien hapetusluvut hapettumislukujen antamista koskevien sääntöjen avulla. Varo erityistapauksia, kuten O, H jne.
Na2NIIN4, tiedämme, että sääntöjemme mukaan Na -ionilla on varaus (ja siten sen hapetusluku) +1 ja happiatomilla on hapetusluku -2.
Vaihe 3. Kerro atomien lukumäärä niiden hapettumisluvulla
Nyt kun tiedämme kaikkien atomiemme hapetusluvut paitsi tuntemattomat, meidän on otettava huomioon, että jotkut näistä atomeista voivat esiintyä useammin kuin kerran. Kerro jokaisen atomin jokainen kerroinluku (kirjoitettu pieneksi alla yhdisteen atomin kemiallisen symbolin jälkeen) sen hapetusluvulla.
Na2NIIN4, tiedämme, että on 2 Na -atomia ja 4 O -atomia. Kerromme 2 × +1, Na: n hapetusluvun saadaksemme vastauksen 2, ja kerromme 4 × -2, hapetusluku O, saadaksemme vastaus -8.
Vaihe 4. Laske tulokset yhteen
Lisäämällä kertolaskutuloksesi saat yhdisteen hapetusluvun laskematta atomisi tuntematonta hapetuslukua.
Esimerkissä Na2NIIN4 meille, lisäämme 2 x -8 saadaksemme -6.
Vaihe 5. Laske tuntematon hapetusluku yhdisteen varauksen perusteella
Nyt sinulla on kaikki mitä tarvitset löytääksesi tuntemattomat hapetusluvut yksinkertaisella algebralla. Luo yhtälö: vastauksesi edellisessä vaiheessa sekä tuntematon hapetusluku on yhdisteen kokonaisvaraus. Toisin sanoen: (Tunnetun hapetusluvun määrä) + (tuntematon hapetusluku, jota haetaan) = (yhdisteen varaus).
-
Esimerkissä Na2NIIN4 me ratkaisemme sen seuraavasti:
- (tunnetun hapetusluvun summa) + (tuntematon hapetusluku, jota haetaan) = (yhdisteen varaus)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
-
S = 6. S: llä on hapetusluku
Vaihe 6. Na2NIIN4.
Vinkkejä
- Alkuaineiden atomien hapetusluku on aina 0. Monatomisen ionin hapetusluku vastaa sen varausta. Metalli 1A alkuaineessaan, kuten vety, litium ja natrium, hapettumisluku on +1; 2A Alkuaineiden metallien, kuten magnesiumin ja kalsiumin, hapetusluku on +2. Sekä vedyllä että hapella on kaksi erilaista hapetustilaa, jotka voivat riippua sidoksesta.
- Yhdisteessä kaikkien hapetuslukujen summan on oltava 0. Jos ionissa on esimerkiksi 2 atomia, hapetuslukujen summan on vastattava ionin varausta.
- On erittäin hyödyllistä tietää, kuinka lukea jaksottainen elementtitaulukko sekä metallien ja ei-metallien sijainti.
