מספר חמצון: מושג, איך להוציא אותו ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

מספר החמצון , הנקרא גם מצב החמצון, הוא אחד המתאר את הרווח או הפסד של אלקטרונים באטום, בהנחה כי המתחם אשר הוא חלק יש אופי יוני גרידא. לפיכך, כשמדברים על מספר חמצון, ההנחה היא כי כל האטומים נמצאים כ- יונים המתקיימים אינטראקציה אלקטרוסטטית.

למרות שהתמונה האמיתית מסובכת יותר מאשר להיות עם יונים בכל מקום, מספר החמצון ממש שימושי לפרש תגובות של הפחתת תחמוצת (redox). שינוי מספרים אלה מגלה אילו מינים חוסנו או אבדו אלקטרונים, או אם אלקטרונים הצטמצמו או נצברו.

שכבת תחמוצת המכסה קישוטים ופסלים מברזל מורכבת בחלק מ- O2- אניונים, שם יש חמצן מספר חמצון של -2. מקור: Dracénois

המטען היוני של יון מונומטי תואם למספר החמצון שלו. לדוגמא, אניון התחמוצת, O ^2- , אחד השופעים ביותר שנמצא באינספור מינרלים, הוא בעל מספר חמצון של -2. זה מתפרש כך: יש לו שני אלקטרונים נוספים בהשוואה לאטום החמצן במצב האדמה O.

מספרי חמצון מחושבים בקלות על ידי נוסחה מולקולרית, ולעתים קרובות הם מועילים ורלוונטיים יותר כשמדובר בתרכובות אורגניות ארוזות יונים. בינתיים, בכימיה אורגנית אין לה חשיבות זהה, מכיוון שכמעט כל קשריה קשורים למעשה.

כיצד להשיג את מספר החמצון?

אלקטרוניות

סכום המטענים היוניים בתרכובת חייב להיות שווה לאפס כדי שהוא יהיה ניטרלי. רק ליונים יכולים להיות מטענים חיוביים או שליליים.

לכן יש להניח כי סכום מספרי החמצון חייב להיות שווה גם לאפס. תוך התחשבות בכך וביצוע כמה חישובים אריתמטיים, נוכל לחלץ או לקבוע את מספר החמצון של אטום בכל תרכובת.

ולנסיאס

ואלאציות אינן אמינות בקביעת מספר החמצון של אטום, אם כי ישנם כמה חריגים. לדוגמא, לכל האלמנטים מקבוצה 1, המתכות האלקליות, יש ערך של 1, ולכן מספר חמצון בלתי משתנה של +1. אותו דבר קורה עם מתכות אדמה אלקליות, אלו מקבוצה 2, עם מספר חמצון של +2.

שים לב שמספרי חמצון חיוביים תמיד קודמים לסמל '+': +1, +2, +3 וכו '. ובאותה דרך השליליות: -1, -2, -3 וכו '.

חוקים כלליים

ישנם כמה כללים כלליים שיש לקחת בחשבון בעת ​​קביעת מספר החמצון:

מספר החמצון לחמצן וגופרית הוא -2: O ^2- ו- S ^2-

-אלמנטים טהורים יש מספר חמצון של 0: Fe ⁰ , P ₄ ⁰ , S ₈ ⁰

-ל אטום המימן, תלוי למי הוא נקשר, יש מספר חמצון של +1 (H ⁺ ) או -1 (H ^- )

הלוגנים, כל עוד הם לא קשורים בחמצן או בפלואור, הם בעלי מספר חמצון של -1: F ^- , Cl ^- , Br ^- ו- I ^-

עבור יון פוליטומי, כגון OH ^- , סכום מספרי החמצון לא צריך להיות שווה לאפס אלא למטען של היון, שיהיה -1 עבור OH ^- (O ^2- H ⁺ ) ^-

למתכות בתנאים רגילים יש מספר חמצון חיובי

פעולות חשבון

נניח שיש לנו את המתחם PbCO ₃ . אם אנו מזהים את אניון הפחמתי, CO ₃ ^2- , החישוב של כל מספרי החמצון יהיה פשוט. אנו מתחילים באותה קרבונט, בידיעה שמספר החמצון של חמצן הוא -2:

(C ^x O ₃ ^2- ) ^2-

סכום מספרי החמצון חייב להיות שווה ל -2:

x + 3 (-2) = -2

x -6 = -2

x = +4

לכן, מספר החמצון של הפחמן הוא +4:

(C ⁴⁺ O ₃ ^2- ) ^2-

כעת נראה PbCO ₃ :

Pb ^z C ⁴⁺ O ₃ ^2-

שוב, אנו מוסיפים את מספרי החמצון כך שהם שווים לאפס:

z + 4 - 6 = 0

z = +2

לכן, לעופרת יש מספר חמצון של +2, ולכן ההנחה היא שהיא קיימת כקטיון Pb ²⁺ . למען האמת, אפילו לא היה צורך לבצע חישוב זה, מכיוון שבידיעה שלקרבונאט יש מטען של -2, עופרת, ההכרעה ההכרחית שלה חייבת להיות בהכרח מטען של +2 כדי שיהיה אלקטרונוטרליות.

דוגמאות

להלן מספר דוגמאות למספרי חמצון לאלמנטים שונים בתרכובות שונות.

חַמצָן

לכל תחמוצות המתכות יש חמצן כמו O ^2- : CaO, FeO, Cr ₂ O ₃ , BeO, Al ₂ O ₃ , PbO ₂ וכו '. עם זאת, באניון החמצן, O ₂ ^2- , לכל אטום חמצן יש מספר חמצון של -1. באופן דומה, באניון הסופרוקסיד, O ₂ ^- , לכל אטום חמצן יש מספר חמצון של -1/2.

לעומת זאת, כאשר חמצן נקשר לפלואור הוא זוכה למספרי חמצון חיוביים. לדוגמה, בחמצן דיפלואוריד, OF ₂ , לחמצן יש מספר חמצון חיובי. איזה? בידיעה שפלואור הוא -1 יש לנו:

O ^x F ₂ ^-1

x + 2 (-1) = 0

x -2 = 0

x = +2

לפיכך, לחמצן יש מספר חמצון של +2 (O ²⁺ ) ב- OF ₂ (O ²⁺ F ₂ ^- ).

חַנקָן

מספר החמצון העיקרי של חנקן הוא -3 (N ^3- H ₃ ⁺¹ ), +3 (N ³⁺ F ₃ ^- ) ו- +5 (N ₂ ⁵⁺ O ₅ ^2- ).

כְּלוֹר

אחד ממספרי החמצון העיקריים לכלור הוא -1. אבל הכל משתנה כאשר הוא משולב עם חמצן, חנקן או פלואור, אלמנטים אלקטרוניים יותר. כאשר זה קורה, הוא רוכש מספרי חמצון חיוביים, כמו: +1 (N ^3- Cl ₃ ⁺ , Cl ⁺ F ^- , Cl ₂ ⁺ O ^2- ), +2, +3 (ClO ₂ ^- ), +4, +5 (ClO ₂ ⁺ ), +6 ו- +7 (Cl ₂ ⁷⁺ O ₇ ^2- ).

אֶשׁלָגָן

לאשלגן בכל תרכובותיו יש מספר חמצון של +1 (K ⁺ ); אלא אם כן מדובר במצב מיוחד מאוד, בו הוא יכול לרכוש מספר חמצון של -1 (K ^- ).

גוֹפרִית

המקרה של גופרית דומה לזה של כלור: יש לו מספר חמצון של -2, כל עוד הוא לא משתלב עם חמצן, פלואור, חנקן או אותה כלור. לדוגמה, מספרי החמצון האחרים שלך הם: -1, +1 (S ₂ ⁺¹ Cl ₂ ^- ), +2 (S ²⁺ Cl ₂ ^- ), +3 (S ₂ O ₄ ^2- ), +4 ( S ⁴⁺ O ₂ ^2- ), +5 ו- +6 (S ⁶⁺ O ₃ ^2- ).

פַּחמָן

מצבי החמצון העיקריים של פחמן הם -4 (C ^4- H ₄ ⁺ ) ו- +4 (C ⁴⁺ O ₂ ^2- ). זה המקום בו אנו מתחילים לראות את הכישלון של מושג זה. גם ב מתאן, CH ₄ , וגם ב פחמן דו חמצני, CO ₂ , יש לנו פחמן כמו C ⁴ או C ⁴⁺ יונים , בהתאמה, אלא להרכיב קשרים קוולנטיים.

מספרי חמצון אחרים לפחמן, כמו -3, -2, -1 ו -0, נמצאים בנוסחאות המולקולריות של כמה תרכובות אורגניות. עם זאת, ושוב, זה לא מאוד תקף להניח מטענים יוניים על אטום הפחמן.

התאמה

ולבסוף, מספרי החמצון העיקריים של זרחן הם -3 (Ca ₃ ²⁺ P ₂ ^3- ), +3 (H ₃ ⁺ P ³⁺ O ₃ ^2- ), ו- +5 (P ₂ ⁵⁺ O ₅ ^2- ).

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
3. קלארק ג'יי (2018). מדינות חמצון (מספרי חמצון). התאושש מ: chemguide.co.uk
4. ויקיפדיה. (2020). מצב חמצון. התאושש מ: en.wikipedia.org
5. ד"ר קריסטי מ. ביילי. (sf). הקצאת מספרי חמצון. התאושש מ: occc.edu