Main menu

Pages

طريقة إيجاد عدد التأكسد : التعريف – أمثلة


 

طريقة إيجاد عدد التأكسد : التعريف – أمثلة  Oxidation Number



مقدمة

عدد التأكسد يمثل في الأساس عدد الإلكترونات التي يمكن للذرات في الجزيء مشاركتها أو فقدانها أو اكتسابها أثناء تكوين الروابط الكيميائية مع ذرات أخرى من عناصر مختلفة.

يشار إلى عدد التأكسد أيضًا باسم حالة التأكسد او الأكسدة . إلا أن هذا المصطلح يكون ذو معنى مختلف اعتمادًا على ما إذا كنا سنعتمد على السالبية الكهربائية للذرات أم لا. يستخدم مصطلح عدد التأكسد بشكل متكرر في الكيمياء التناسقية.

بشكل عام ، يساعدنا عدد التأكسد أو حالة الأكسدة في وصف عملية انتقال الإلكترونات بين الذرات. ومع ذلك ، يجب عليك عزيزي الطالب التمييز بينة وبين شحنة الذرات في المركب فهي تحدد ترتيب الذرات. يتم استخدام عدد التأكسد أو حالة الأكسدة أيضًا لتحديد التغييرات التي تحدث في تفاعلات الأكسدة والاختزال. والجدير بالذكر أن عدد التأكسد يماثل تمامًا لإلكترونات التكافؤ.

 

 

ما هو عدد التأكسد؟

يُعرَّف عدد تأكسد الذرة بأنه الشحنة التي ستمتلكها الذرة عند تكوين روابط أيونية مع ذرات أخرى غير متجانسة. الذرة التي تمتلك أعلى سالبية كهربائية ستحمل اشارة سالبة (-) أما الذرة التي تمتلك اقل سالبية كهربائية ستحمل شحنة موجبة (+) وهكذا.

من تعريف حالة الأكسدة للذرة نستنتج الشروط التالية:

  1. ان تكون الروابط مع ذرات غير متجانسة.
  2. تكوين الرابطة الأيونية عن طريق اكتساب أو فقدان الإلكترونات.

 

ولأن العديد من الذرات يمكن أن تحتوي على إلكترونات تكافؤ متعددة وتشكل روابط متعددة ، فمن المفترض أن تكون لجميع الألكترونات المشتركة قي تكوين الروابط حالة أكسدة أيونية أي عدد تأكسد مساوي لعدد هذه الإلكترونات. إذن ، عدد أو حالة التأكسد هي حالة افتراضية لافتراض الذرات التي تشكل روابط أيونية.

في الكاتيون المعقد ، tetroxoplatinum (PtO4)2+ ، يمتلك البلاتين عدد تأكسد مقداره 10. أن عدد التأكسد عشرة هو أعلى عدد تأكسدي يوجد في الذرات. ويعطي عدد التأكسد هذا توضيحاً أن البلاتين فقد عشرة إلكترونات لتكوين الأيون. ولكن يجب الإنتباه إلى أن طاقة التأين المطلوبة لنزع الإلكترون من الذرات التي تحمل شحنة موجبة (+) تزداد بشكل كبير.

كلما كبرت هذه الشحنة ، صار من الصعب إزالة الإلكترون وبالتالي زيادة طاقة التأين. لذا ، فإن إزالة عشرة إلكترونات أمر صعب للغاية. ومثلة أيضاً ، فإن إضافة الإلكترون تصبح صعبة للغاية عند زيادة الشحنة السالبة (-) على الذرة المستقبلة.

العدد التأكسدي الذي يكون أكبر من ثلاثة ، سواء كانت الذرة ذات شحنة موجبة أو سالبة يكون شبة مستحيل عمليا.

 

 

قواعد إيجاد عدد التأكسد

في الجزيئات ، تكتسب الذرات الاكثر سالبية كهربائية إلكترونات من الذرات الأقل سالبية كهربائية وتحمل عدد تأكسد بـ السالب(-) . القيمة العددية لعدد التأكسد تساوي عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة.

يتم إيجاد عدد التأكسد أو حالة الأكسدة للذرة أو الأيونات في الجزيء من خلال:

  1. تحديد عدد التأكسد الثابت للذرات والجزيئات والأيونات الأخرى المرتبطة بها.
  2. حالة الأكسدة الكلية تساوي الشحنة الكلية.


الذرات أو الجزيئات والأيونات التي لها أعداد تأكسد ثابتة

  1. صافي الشحنة على الذرات أو الجزيئات المتعادلة هو صفر. لذا فإن عدد التأكسد الإجمالي لهذه الجزيئات أو الذرات هو صفرعلى سبيل المثال فأن عدد تأكسد ذرات العناصر مثل الصوديوم والمغنيسيوم والحديد هي صفر. وبالمثل ، فإن عدد التأكسد للجزيئات المتعادلة مثل جزيء الأكسجين وجزيء الكلور وجزيء الماء والأمونيا والميثان وبرمنجنات البوتاسيوم هي صفر.
  2. حالة تأكسد الذرات في الجزيئات المتماثلة في القطبية هي صفر. عدد التأكسد ذرة الأكسجين في جزيء الأكسجين هو صفر.

 

عدد التأكسد للأيونات المشحونة تساوي الشحنة الصافية للأيون. وبالتالي:

  1. دائمًا ما يكون عدد التأكسد لجميع أيونات الفلزات القلوية = +1
  2. دائمًا ما يكون عدد التأكسد لجميع أيونات الفلزات الأتربة القلوية = +2
  3. دائمًا ما يكون عدد التأكسد لجميع أيونات مجموعة البورون = +3
  4. عدد أكسدة الهيدروجين في البروتون (H+) هو +1 ، وفي الهيدريد H- هو -1.
  5. عدد أكسدة الأكسجين في أيون الأكسيد (O2-) هو -2 ، وفي أيون البيروكسيد (O-O2-) هو -1.

 

 

كيفية حساب عدد التأكسد للذرات والجزيئات

مثال 1: ماهو عدد تأكسد الكلور في  KCl

ج/ من خلال القانون التالي:

صافي الشحنة على المركب = العدد التأكسدي للمركب

ان KCl متعادل وبالتالي فإن صافي الشحنة = 0

عدد تأكسد KCl = عدد تأكسد البوتاسيوم + عدد تأكسد الكلور = 0

اي ان:

K + Cl =0

عدد تاكسد البوتاسيوم نعرفة مسبقاً = +1

من خلال حل المعادلة التالية=

1 + x = 0

x = - 1

اي ان عدد تأكسد الكلور = 1-

 

 

مثال 2: ماهو عدد تأكسد المنغنيز في أيون البرمنجنات MnO4–

MnO4

شحنة أيون البرمنجنات = -1

عدد تأَكسد الكلي = الشحنة الكلية

عدد تأكسد أيون البرمنجنات =عدد تأكسد المنغنيز + 4(عدد تأكسد ذرة الأكسجين) = -1

عدد تأكسد الأكسجين نعرفه مسبقاً = -2

نحصل على المعادلة التالية :

X + 4(-2) = - 1

X - 8 = - 1

X = - 1+8

X= +7

عدد تأكسد المنغنيز = 7+

 

 

مثال 3: ماهو عدد تأكسد الكلور في كل من المركبات الاتية:

1Cl2O

ان مركب Cl2متعادل وبالتالي فأن صافي الشحنة = 0

عدد التأكسد الكلي = الشحنة الكلية

لذا فإن:

2Cl + O = 0

عدد التأكسد للأكسجين نعرفه مسبقاً = 2-

من خلال المعادلة:

2x + (-2) = 0

2x - 2 = 0

2x = +2

X = 1

عدد التأَكسد للكلور = 1+

 

 

2Cl2O5

أن Cl2Oمتعادل وبالتالي فإن صافي الشحنة = 0

عدد التأكسد الكلي = الشحنة الكلية

نحصل على المعادلة التالية :

2Cl + 5O = 0

عدد التأكسد للأكسجين نعرفه مسبقاً = 2-

نحصل على المعادلة التالية:

2x + 5(-2) = 0

2x - 10 = 0

2x = 10

بقسمة طرفي المعادلة على العامل المشترك وهو العدد 2

X = 5

عدد تأكسد الكلور في المركب = 5+

 

ملحوظة: باستثناء الذرات / الجزيئات / الأيونات المذكورة ، نظرًا لوجود حالة أكسدة ثابتة ، فإن حالة الأكسدة للذرات / الجزيئات والأيونات الأخرى ستختلف اعتمادًا على الجزيء الموجود فيها.

في الأمثلة المعطاة ، حالة أكسدة الكلور ليست ثابتة ، ولكنها متغيرة (+1 و +5)

 

 

مثال 4: ماهو عدد تأكسد الكروم في أنيون ثنائي الكرومات.

أيون ثنائي كرومات هو  

 Cr2O72-

أيون ثنائي كرومات

من خلال السؤال نلاحظ ان الشحنة الكلية للمركب = 2-

عدد التأكسد الكلي = الشحنة الكلية

عدد التأكسد الكلي = 2-

عدد التأكسد للأكسجين نعرفه مسبقاً = 2-

نحصل على المعادلة التالية:

2Cr + 7O = - 2

2x + 7(-2) = - 2

2x - 14 = - 2

2x = - 2 + 14

2x = +12

بقسمة طرفي المعادلة على 2

X = 6

عدد تأكسد الكروم = 6+

 

 

مثال 5: ماهو متوسط عدد تأكسد الكلور في  Cl2O4

ان Cl2Oمتعادل وبالتالي فإن صافي الشحنة = 0

عدد التأكسد الكلي = الشحنة الكلية

عدد التأكسد الكلي = 0

عدد التأكسد للأكسجين نعرفه مسبقاً = 2-

نحصل على المعادلة التالية:

2Cl + 4O = 0

2x + 4(-2) = 0

2x - 8 = 0

2x = 8

X = 4

عدد تأكسد الكلور = 4+

متوسط عدد التأكسد = 2+

 

 

عدد تأكسد الذرات في جزيء ثنائي الذرة

يمكن أن يكون الجزيء ثنائي الذرة إما من ذرات متجانسة أو غير متجانسة.

أولاً - جزيء ثنائي الذرة المتجانسة:

ان عدد التأكسد ينطبق فقط على الذرات غير المتجانسة التي تشكل الجزيء. و يكون عدد أكسدة الذرات صفرًا. عدد أكسدة الهيدروجين أو الأكسجين والنيتروجين والكلور في الجزيئات التجانسة هو صفر.

 

ثانياً - جزيء ثنائي الذرة غير متجانسة:

في الجزيئات ثنائية الذرة غير المتجانسة ، تعتبر جميع الروابط المتكونة بين الذرات أيونية.

العديد من الذرات ذات السالبية الكهربائية الأعلى تستقبل الإلكترونات الرابطة من الذرة الأقل سالبية كهربائية. لذلك ، سيكون للذرة ذلت السالبية الكهربائية حالة أكسدة سالبة(-) والعدد يساوي عدد الإلكترونات المأخوذة.

وكذلك تكون الذرة الأقل كهرسلبية قد فقدت إلكترونها ومنحتة إلى الذرة الأكثر كهرسلبية. لذلك ، فإن الذرة الأقل كهرسلبية سيكون لها عدد تأكسد موجب (+) مساوية لعدد الإلكترونات التي فقدتها.

 

مثال 1: حمض الهيدروكلوريك

الكلور ذو كروسالبية عالية اعلى من الهيدروجين. لذلك ، فأن الكلور يأخذ الإلكترون من الهيدروجين. وسيمتلك الكلور ، الذي يستقبل إلكترونًا واحدًا ، على عدد تأكسد -1 ، بينما يفقد الهيدروجين إلكترونًا واحدًا له حالة أكسدة +1

 

 المثال 2: الماء

الأكسجين أكثر كهرسلبية من الهيدروجين. لذلك ، تستقبل ذرة الأكسجين إلكترونًا واحدًا من كل ذرة هيدروجين وسيكون عدد التأكسد للأكسجين يساوي -2. كل هيدروجين يفقد إلكترونًا واحدًا لهذا سيكون له عدد تأكسد +1 لكل منهما.

 

 

حالات الأكسدة الجزئية

حالة الأكسدة هي عدد الإلكترونات التي يُفترض أنها فقدت أو منحت لذرات غير متجانسة أثناء ترابطها. نظرًا لأن عدد الإلكترونات عبارة عن أعداد صحيحة ، يجب أيضًا أن يكون عدد أكسدة الذرات الفردية عددًا صحيحًا.

لكن ، هناك جزيئات تحتوي على اكثر من ذرة من نفس النوع، وكل منها مرتبطة بشكل مختلف. يجب أن يكون لهذه الذرات حالات أكسدة مختلفة في كل موضع ، وبالتالي يجب حسابها بشكل فردي ، مع الأخذ في الاعتبار الذرات التي ترتبط بها.

يفترض حساب حالة الأكسدة للذرة باستخدام الطريقة العادية أن كل الذرات من نفس النوع متساوية وسوف يعطي فقط متوسط   حالات الأكسدة المختلفة لنفس الذرة في الجزيء. وهو متوسط   حالة الأكسدة ، هو في الغالب كسر ، بدلاً من العدد الصحيح.

لذلك ، فإن حالة الأكسدة الجزئية هي دائمًا متوسط   عدد التأكسد لنفس الذرات في الجزيء ولا تعكس الحالة الحقيقية لعدد التأكسد للذرات.

 

 

مثال1:  : Superoxide -KO2

يمتلك أيون البوتاسيوم عدد تأكسد يساوي +1. لأن جزيء أكسيد البوتاسيوم الفائق متعادل اي ان الشحنة الكلية تساوي صفر، لهذ فإن عدد تاكسد ذرتين من الأكسجين معًا هي -1

من خلال المعادلة:

K + 2O = 0

1 + 2x = 0

2x = - 1

X = - 1/2

اي ان شحنة كل ذرة اكسجين هي سالب نصف

وان مجموع شحنة ذرات الأكسجين = 1-

 

 

 

مثال2 :  Fe3O4

عدد التأكسد للأكسجين نعرفه مسبقاً = 2-

نحصل على المعادلة التالية:

3Fe + 4O = 0

3x + 4(-2) = 0

3x - 8 = 0

3x = 8

X = 8/3

عدد تأكسد الحديد = 8/3+

 

 

حساب عدد التأَكسد في المعقدات التناسقية

مثال 1: ماهو عدد تأكسد الفضة في المعقد التالي :


[Ag(NH3)2]+

 

الشحنة الكلية = 1+

عدد التأكسد الكلي = 1+

عدد تأكسد الهيدروجين نعرفه مسبقاً = 1+

عدد تأكسد النيتروجين نعرفه مسبقاً او يعطى في السؤال = 3-

حسب المعادلة العامة:

Ag + 2N + 6H = 1

X + 2(-3) + 6(+1) = 1

X - 6 + 6 = 1

X = 1

لهذا فإن عدد تاكسد الفضة = 1+

يمكن ان تحفظ ان قيمة عدد التأكسد للأمونيا تساوي صفراً.

 

 

مثال 2: ماهو عدد تأكسد الكوبالت في المعقد الآتي :


 [Co(NH3)5Cl]Cl2


اولاً: نحسب عدد تأكسد المعقد داخل القوس والذي يمثل [Co(NH3)5Cl]

كما هو معلوم فإن عدد تأكسد الكلور= 1-

X + 2(-1) = 0

X=+2

اي ان شحنة المعقد = 2+

والأن نعرف أن الشحنة الكلية = 2+

عدد التأكسد الكلي = 2+

عدد تأكسد الهيدروجين نعرفه مسبقاً = 1+

عدد تأكسد النيتروجين نعرفه مسبقاً او يعطى في السؤال = 3-

عدد تأكسد الكلور أيضاً = 1-

حسب المعادلة العامة:

Co + 5N + 15H + Cl = + 2

X + 5(-3) + 15(1) + (-1) = + 2

X - 15 + 15 - 1 = + 2

X - 1 = + 2

X = +3

نستنتج أن عدد تأكسد الكوبالت = 3+

 

 

الأكسدة والاختزال - تفاعلات الأكسدة والاختزال

الذرات والجزيئات تتفاعل لتشكيل النواتج. يتم تصنيف التفاعلات إلى أنواع عديدة بناءً على طبيعة التغيير التي تحصل للمواد المتفاعلة أثناء تشكيلها المواد الناتجة.

أن التفاعلات ، التي يحدث بها اختلاف في عدد إلكترونات التكافؤ في ذرة / أيون المادة المتفاعلة ، عن عدد إلكترونات المادة الناتجة ، تسمى تفاعلات الأكسدة والاختزال. قد تكون الذرات / الأيونات قد فقدت أو اكتسبت إلكترونات أثناء التفاعل. وفقًا لذلك ، يُقال إن الذرات / الأيونات إما مؤكسدة أو مختزلة.

يتم تمثيل الذرات / الأيونات التي تفقد او تكتسب في التفاعلات برمزها الذري مع رقم بجانبة اشارة موجبة دلالة على الفقدان او إشارة سالبة دلالة على الأكتساب اما اذا لم يكتب فهو متعادل. اما اذا وضعت اشارة موجبة لوحدها فهذا يدل على ان القيمة هي واحد وكذلك للإشارة السالبة.

يُطلق على الرقم الموجود في أعلى رمز العنصر بـ"حالة أكسدة" الذرة. قد يكون للذرة حالات أكسدة مختلفة اعتمادًا على عدد الإلكترونات المكتسبة أو المفقودة. الذرات المتعادلة تمتلك عدد تأكسد يساوي صفر.

 

ملاحظات على تفاعلات الأكسدة والاختزال

  1. في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، تفقد الذرات أو الأيونات أو تكتسب ولها حالات أكسدة مختلفة ، قبل وبعد التفاعل.
  2. يمكن أن يكون عدد التأكسد موجبًا أو صفرًا أو سالبًا
  3. يجب أن يكون عدد التأكسد عددًا صحيحًا حيث لا يمكن أن يكون عدد الإلكترونات سوى عدد صحيح.
  4. لا يمكن أن يكون عدد التأكسد قيمة كسرية
  5. عدد التأكسد رقم  حالة الأكسدة اشارة

 

 

 

المصادر

1.       Wang, G.; Zhou, M.; Goettel, G. T.; Schrobilgen, G. J.; Su, J.; Li, J.; Schlöder, T.; Riedel, S. (2014). "Identification of an iridium-containing compound with a formal oxidation state of IX". Nature. 514 (7523): 475–477. Bibcode:2014Natur.514..475W. doi:10.1038/nature13795. PMID 25341786. S2CID 4463905.

2.      Yu, H.-S.; Truhlar, D. G. (2016). "Oxidation state 10 exists". Angew. Chem. Int. Ed. 55 (31): 9004–9006. doi:10.1002/anie.201604670. PMID 27273799.

3.      Karen, P.; McArdle, P.; Takats, J. (2016). "Comprehensive definition of oxidation state (IUPAC Recommendations 2016)". Pure Appl. Chem. 88 (8): 831–839. doi:10.1515/pac-2015-1204. hdl:10852/59520. S2CID 99403810.

4.      Karen, Pavel (2015). "Oxidation State, A Long-Standing Issue!". Angewandte Chemie International Edition. 54 (16): 4716–4726. doi:10.1002/anie.201407561. PMC 4506524. PMID 25757151.

5.      Negative oxidation states of p-block metals (Al, Ga, In, Sn, Tl, Pb, Bi, Po) and metalloids (Si, Ge, As, Sb, Te, At) may occur in Zintl phases, see: Riedel, Erwin, ed. (2007). Moderne Anorganische Chemie (in German). p. 259, and "Vorlesung Intermetallische Phasen § 6.2 Binäre Zintl-Phasen" (in German).

6.      Martinie, R. J.; Bultema, J. J.; Wal, M. N. V.; Burkhart, B. J.; Griend, D. A. V.; DeCock, R. L. (2011). "Bond order and chemical properties of BF, CO, and N2". J. Chem. Educ. 88 (8): 1094–1097. Bibcode:2011JChEd..88.1094M. doi:10.1021/ed100758t.


Comments

2 comments
Post a Comment
  1. لطيف الكلام
    عاشت ايدك
    شرح واضح ووافي
    بالتوفيق

    ReplyDelete

Post a Comment

contents title