Obliczanie stopni utlenienia w jonach i cząsteczkach
Chemia
Zestaw uczy zasad wyznaczania stopni utlenienia pierwiastków w cząsteczkach i jonach. Zawiera reguły dla tlenu, wodoru, fluoru oraz metali, a także przykłady obliczeń przydatnych na sprawdzianie i maturze.
1.Stopień utlenienia
Umowna liczba określająca ładunek, jaki miałby atom pierwiastka w związku, gdyby wszystkie wiązania traktować jako jonowe. Może mieć wartość dodatnią, ujemną albo równą zeru.
2.Suma stopni utlenienia w cząsteczce
W cząsteczce elektrycznie obojętnej suma stopni utlenienia wszystkich atomów jest równa .
3.Suma stopni utlenienia w jonie
W jonie wieloatomowym suma stopni utlenienia wszystkich atomów jest równa ładunkowi całego jonu, np. w wynosi .
4.Pierwiastek w stanie wolnym
Atom pierwiastka występującego w postaci prostej ma stopień utlenienia równy , np. w , , , i .
5.Tlen – typowy stopień utlenienia
Tlen w większości związków ma stopień utlenienia , np. w , , i . Wyjątkiem są nadtlenki, w których ma .
6.Nadtlenek
Związek zawierający grupę , w której każdy atom tlenu ma stopień utlenienia . Przykładem jest .
7.Wodór – typowy stopień utlenienia
Wodór w połączeniach z niemetalami ma zazwyczaj stopień utlenienia , np. w i . W wodorkach metali ma , np. w .
8.Fluor w związkach
Fluor w swoich związkach ma zawsze stopień utlenienia , ponieważ jest pierwiastkiem o największej elektroujemności.
9.Metale 1. grupy
Litowce, takie jak , i , w związkach mają stopień utlenienia .
10.Metale 2. grupy
Berylowce, takie jak , i , w związkach mają stopień utlenienia .
11.Zmienne stopnie utlenienia
Niektóre pierwiastki, szczególnie metale, mogą występować na różnych stopniach utlenienia. Na przykład żelazo ma w oraz w .
12.Metoda algebraiczna
Przy obliczaniu nieznanego stopnia utlenienia oznacza się go jako , uwzględnia liczbę atomów danego pierwiastka i układa równanie, w którym suma jest równa ładunkowi cząsteczki lub jonu.
Notatka
Czym jest stopień utlenienia?
Stopień utlenienia to umowny ładunek przypisany atomowi w związku chemicznym. Pomaga śledzić przepływ elektronów i rozpoznawać procesy utleniania oraz redukcji. Nie należy go utożsamiać z rzeczywistym ładunkiem atomu w cząsteczce kowalencyjnej.
Wartość stopnia utlenienia zapisuje się ze znakiem, np. , albo . Pierwiastek w stanie wolnym ma zawsze stopień utlenienia równy : dotyczy to zarówno metali, np. , jak i substancji prostych zbudowanych z cząsteczek, np. , , lub .
Zapamiętaj
W cząsteczce obojętnej suma stopni utlenienia wszystkich atomów wynosi , a w jonie jest równa ładunkowi tego jonu.
Najważniejsze reguły przypisywania wartości
Przed rozpoczęciem obliczeń przypisz znane wartości atomom, których stopnie utlenienia wynikają z reguł. Fluor ma w związkach zawsze . Metale 1. grupy, np. i , mają zwykle , a metale 2. grupy, np. i , mają zwykle .
Tlen w większości związków ma . Taką wartość przyjmuje w wodzie, tlenkach i licznych jonach tlenowych. Wodór w połączeniach z niemetalami ma zwykle , np. w i .
Reguły te stosuje się najpierw, a dopiero potem oblicza wartość dla pierwiastka niewiadomego. Trzeba zawsze zwrócić uwagę na indeksy we wzorze: indeks oznacza liczbę atomów, więc wpływa na sumę stopni utlenienia.
Wyjątki: nadtlenki i wodorki metali
Najczęstszym wyjątkiem od reguły tlenu jest nadtlenek. W nadtlenkach występuje grupa , dlatego każdy atom tlenu ma stopień utlenienia , a nie . Przykładem jest nadtlenek wodoru .
Wyjątek dotyczy też wodoru. W wodorkach metali, takich jak lub , wodór ma stopień utlenienia . Metal ma wtedy wartość dodatnią: sód , a wapń .
Ważne
Nie wpisuj automatycznie tlenu jako ani wodoru jako bez sprawdzenia, czy wzór nie opisuje odpowiednio nadtlenku lub wodorku metalu.
Algorytm obliczania w cząsteczkach
Aby obliczyć nieznany stopień utlenienia, oznacz go jako . Następnie wpisz znane wartości, pomnóż je przez liczbę atomów danego pierwiastka i ułóż równanie. Dla cząsteczki obojętnej prawa strona równania wynosi .
Dla tlen ma , a są dwa atomy tlenu. Zapis: . Z tego wynika, że siarka ma stopień utlenienia .
W związku należy pamiętać o dwóch atomach żelaza: . Stąd , zatem każdy atom żelaza ma stopień utlenienia .
Przykład
W trzy atomy wodoru mają łącznie , więc azot musi mieć , aby suma wyniosła .
Obliczenia w jonach wieloatomowych
W jonach postępuje się tak samo jak w cząsteczkach, ale po prawej stronie równania wpisuje się ładunek jonu, a nie . Jest to kluczowa różnica między obliczeniami dla cząsteczek i jonów.
Dla jonu zapis ma postać . Azot ma więc stopień utlenienia . Dla jonu otrzymujemy , zatem siarka ma .
Jeżeli we wzorze są dwa atomy niewiadomego pierwiastka, współczynnik przy musi to uwzględniać. W jonie zapisujemy . Wynik oznacza stopień utlenienia każdego atomu chromu.
Warto kontrolować wynik: po podstawieniu wszystkich wartości ich suma musi dać dokładnie ładunek całej drobiny.
Quizy w tym zestawie
16 pytań w 2 etapach — odblokujesz je po dodaniu zestawu
