كيفية حساب أعداد التأكسد

تنزيل المقال

تنزيل المقال

في علم الكيمياء، تُشير مصطلحات "الأكسدة والاختزال" إلى تفاعلات كيميائية تفقد أو تكتسب فيها ذرة (أو مجموعة من الذرات) عددًا من الإلكترونات على الترتيب. تساعد أعداد التأكسد المحددة لذرة واحدة (أو مجموعة من الذرات) علماء الكيمياء في معرفة عدد الإلكترونات المتاحة للانتقال والتفاعل ومعرفة نوع التفاعل الذي قد تتعرض له سواء أكسدة أو اختزال. تختلف عملية حساب أعداد التأكسد للذرات من كونها بسيطة جدًا أحيانًا أو معقدة للغاية في أحيان أخرى، وذلك بناءً على شحنة الذرات والتركيب الكيميائي للجزيئات التي تحوي تلك الذرات. تريد المزيد من التعقيد؟ هل تعلم أن بعض الذرات لها أكثر من عدد تأكسد واحد! لكن ولحسن الحظ، فإن حساب أعداد التأكسد تحكمه قواعد محددة جيدًا ويمكن تطبيقها بسهولة، ومن خلال معرفة أساسيات الكيمياء والجبر يمكنك فهم هذه القواعد وتطبيقها بسهولة أكبر. .

الخطوات

جزء 1

جزء 1 من 2:

حساب أعداد التأكسد بناء على القواعد الكيميائية

تنزيل المقال

1. 
   1
   حدد إذا ما كانت المادة المعنية عنصرًا أساسيًا. تملك دائما ذرات العناصر الحرة غير المرتبطة والتي تسمى بالذرات العنصرية عدد تأكسد يساوي صفر. تطبق هذه القاعدة على العناصر التي تتواجد في شكلها الأساسي في هيئة ذرة واحدة أو ثنائية الذرة أو أكثر من ذلك.

   • على سبيل المثال، يملك عنصرا الألومنيوم Al_s والكلور Cl₂ أعداد تأكسد تساوي الصفر لتواجدهم في حالة العناصر غير المرتبطة.
   • لاحظ أن عنصر الكبريت S₈ أو الكبريت الثماني وبرغم عدم انتشاره، فإن له أيضًا عدد تأكسد يساوي صفر.
2. 
   2
   حدد إذا ما كانت المادة المعنية في صورة أيون. فالأيونات لديها أعداد تأكسد تساوي شحناتها. يتم تطبيق هذه القاعدة على الأيونات الحرة غير المرتبطة بأي عنصر وكذلك على الأيونات الداخلة في تكوين مركب أيوني.

   • على سبيل المثال، يملك أيون الكلور . Cl^- عدد تأكسد يساوي -1
   • يجب التذكير أن أيون الكلور على سبيل المثال سيظل محتفظًا بعدد التأكسد -1 عندما يكون جزءًا من مركب كلوريد الصوديوم NaCl. لأن الصوديوم عبارة عن أيون أيضًا وبمعرفة أن شحنته هي +1، وبمعرفتنا أن شحنة أيون الكلور هي -1، لذلك يظل عدد تأكسده هو -1.
3. 
   3
   بالنسبة لأيونات المعادن، ينبغي معرفة أنه من الممكن وجود أكثر من عدد تأكسد واحد لنفس العنصر. قد تحمل كثير من العناصر المعدنية أكثر من شحنة واحدة. على سبيل المثال، قد يحمل أيون معدن الحديد (Fe) الشحنتين +2 أو +3 يمكننا معرفة شحنة أيونات المعادن (وبالتالي أعداد تأكسدهم) بالرجوع للعلاقة مع شحنات الذرات الأخرى في المركب الذي هم جزء منه، أو عند كتابه الشحنة في النص بالأرقام الرومانية (كما في جملة "الحديد(III) شحنته تساوي +3).

   • على سبيل المثال، فلنفحص مركب يحتوي على أيون الألومنيوم وهو من المعادن. يحمل مركب كلوريد الألومنيوم AlCl₃ شحنة كلية تكافئ صفر. نعلم مما سبق أن أيون الكلور Cl^- يحمل شحنة قيمتها -1 ومع وجود ثلاثة أيونات من الكلور Cl^- في المركب، فيجب أن يحمل أيون معدن الألمونيوم شحنة قدرها +3 بحيث يصبح مجموع الشحنات للعناصر في المركب تساوي صفر. وهكذا، فإن عدد الأكسدة الألمونيوم هو +3. .
4. 
   4
   عيّن عدد الأكسدة -2 للأكسجين (مع استثناءات). سنشهد أنه في تقريبا كل الحالات، تحمل ذرات الأكسجين عدد أكسدة -2. لكن هناك استثناءات قليلة لهذه القاعدة.

   • عندما يكون الأكسجين في حالته العنصرية (O₂)، يصبح عدد تأكسده هو صفر، كما هو الحال مع جميع ذرات العناصر الأخرى.
   • إذا كان الأكسجين جزءًا من "بيروكسيد" يصبح عدد تأكسده هو -1. البيروكسيدات هي فئة من المركبات تمتاز باحتوائها على رابطة أكسجين بأكسجين أحادية (أو أيون البيروكسيد O₂^-2 ). على سبيل المثال، نرى في جزيء H₂O₂ (بيروكسيد الهيدروجين)، يحمل الأكسجين عدد تأكسد (وشحنة) تساوي -1. كذلك إذا تواجد الأكسجين كجزء من مركب فوق الأكسيد فيصبح عدد تأكسده هو -0.5
   • إذا شكّل الأكسجين رابطة مع الفلور، يصبح عدد تأكسده +2. انظر لقاعدة الفلور بالأسفل لمزيد من المعلومات. أمّا في جزيء (O₂F₂) عدد التأكسد هو +1.
5. 
   5
   ضع عدد تأكسد +1 للهيدروجين (مع بعض الاستثناءات). مثل الأكسجين، يعد عدد تأكسد الهيدروجين موضعًا للحالات الشاذة. يحمل الهيدروجين بشكل عام عدد تأكسد قيمته +1 (إلا إذا كان في حالته العنصرية H₂). لكن مع بعض المركبات الخاصة التي تسمى الهيدريدات، يحمل الهيدروجين عدد تأكسد -1.

   • على سبيل المثال، نعرف أن الهيدروجين في جزيء الماء H₂O عدد تأكسده +1 لأن الأكسجين عدد تأكسده -2 ويتطلب الأمر شحنتين +1 لجعل مجموع شحنات المركب تساوي الصفر. لكن في هيدريد الصوديوم NaH، يحمل الهيدروجين عدد تأكسد -1 لأن شحنة أيون الصوديوم +1، ولكي نصل لقيمة شحنة كلية للمركب تساوي صفر، يجب أن يحمل الهيدروجين شحنة (وبالتالي عدد تأكسد) تساوي -1.
6. 
   6
   يمتلك الفلور "دائمًا" عدد أكسدة -1. كما ذكر سابقًا، يمكن أن تتنوع أعداد تأكسد العناصر تبعًا لكثير من العوامل (مثل أيونات المعادن وذرات الأكسجين في البيروكسيدات... إلخ) لكن يمتلك الفلور عدد تأكسد -1 لا يتغير أبدًا. يرجع السبب في ذلك أن الفلور هو أعلى العناصر في السالبية الكهربية؛ أي أن ذره عنصر الفلور الأقل قابلية لفقد الالكترونات أو إعطائها لذرة أخرى. ولذلك لا تتغير شحنته.
7. 
   7
   اعلم أن أعداد التأكسد في مركب ما تساوي شحنة المركب. يجب أن يكون مجموع أعداد التأكسد لكل الذرات في مركب يساوي شحنة هذا المركب. على سبيل المثال، إذا كان لديك مركب عديم الشحنة، سيصبح مجموع أعداد تأكسد ذراته تساوي صفر، ولو كان المركب أيون متعدد الذرات بشحنة قيمتها -1، فبالتالي يجب أن يصبح مجموع أعداد تأكسد ذراته -1 وما إلى ذلك.

   • يمكن أن تستغل هذه الطريقة في تقييم حسابك والتحقق من صحته أيضًا، فإذا كانت أعداد التأكسد لا يساوي مجموعها شحنة المركب، تدرك حينها أنك قمت بحساب واحد أو أكثر بشكل غير صحيح.

جزء 2

جزء 2 من 2:

حساب أعداد التأكسد لذرات بدون اتباع قواعد أعداد التأكسد

تنزيل المقال

1. 
   1
   ابحث عن ذرات لا تحكمها قواعد أعداد التأكسد. نجد أن بعض الذرات ليس لديها قواعد محددة لحساب أعداد التأكسد الخاصة بها. إذا لم تظهر ذرتك في القواعد السابقة بالأعلى ولست متأكدًا من شحنة تلك الذرة (كمثال، لو كانت هذه الذرة جزءًا من مركب أكبر وشحنتها الفردية غير معطاة)، يمكنك إيجاد عدد أكسدة الذرة بتطبيق عملية الحذف. أولًا ستحدد عدد أكسدة كل ذرة أخرى في المركب، ثم ستقوم بعملية طرح بسيطة بناءً على الشحنة الكلية للمركب لإيجاد عدد أكسدة الذرة المعنية.

   • على سبيل المثال لو أخذنا مركب Na₂SO₄، سنجد أن شحنة الكبريت غير معروفة، وأنه ليس متواجدًا في صورته العنصرية، لذلك لا تساوي صفر، ولكن هذا كل ما نعرفه. يعد هذا مثالًا جيدًا لهذه الطريقة باستخدام المجموع الجبري لأعداد تأكسد ذرات العناصر في الجزيء.
2. 
   2
   أوجد أعداد التأكسد المعروفة للعناصر الأخرى في المركب. احسب أعداد التأكسد للذرات الأخرى في المركب باستخدام قواعد حساب أعداد التأكسد. كن منتبهًا لأي من الحالات الشاذة للأكسجين O والهيدروجين H وما إلى ذلك.

   • في Na₂SO₄، نعلم استنادًا إلى مجموعة القواعد السابقة أن أيون الصوديوم يحمل شحنة (وبالتالي عدد أكسدة) بقيمة +1 وأن عدد أكسدة ذرات الأكسجين هو -2 لكل منها.
3. 
   3
   اضرب عدد كل ذرة بعدد تأكسدها. يتوافر لدينا الآن أعداد تأكسد جميع الذرات في المركب باستثناء الذرة المجهولة (الكبريت في هذا المثال)، ويجب أن نأخذ في حسباننا إمكانية تكرار بعض هذه الذرات في المركب الواحد بحيث تظهر الذرة الواحدة أكثر من مرة. حينئذ اضرب المعامل الرقمي لكل ذرة (المكتوب بعد الرمز الكيميائي للذرة في المركب) في عدد أكسدة هذه الذرة.

   • في Na₂SO₄, يظهر وجود ذرتي صوديوم وأربع ذرات أكسجين. سنضرب 2 في + 1 (عدد أكسدة الصوديوم) لنحصل على الناتج 2، ونضرب 4 في -2 (عدد أكسدة الأكسجين) لنحصل على الناتج -8.
4. 
   4
   اجمع النتائج معًا. ستحصل على عدد أكسدة المركب الحالي بدون احتساب عدد أكسدة الذرة المجهولة عند جمع نواتج عمليات الضرب التي قمت بها بالأعلى.

   • في مثالنا: Na₂SO₄ سنجمع 2 زائد -8 فتحصل على -6 .
5. 
   5
   احسب عدد الأكسدة المجهول بناءً على معرفتك بشحنة المركب. بحوزتك الآن كل المعلومات التي تحتاجها لإيجاد عدد التأكسد المجهول باستخدام حسابات جبرية بسيطة. قم ببناء معادلة رياضية بها الناتج الذي حصلت عليه من الخطوة السابقة زائد عدد أكسدة الذرة المجهولة، ليساوي شحنة المركب الكلية؛ أو بعبارة أخرى "(مجموع أعداد التأكسد المعلومة) + (عدد الأكسدة المجهول المطلوب حسابه) = (شحنة المركب)".

   • سيكون الحل في مثالنا Na₂SO₄ كالتالي:
     • (مجموع أعداد التأكسد المعلومة) + (عدد الأكسدة المطلوب حسابه) = (شحنة المركب)
     • -6 + S = 0
     • 6 + 0 = S
     • S = 6. S (عنصر الكبريت) يحمل عدد تأكسد 6 في مركب Na₂SO₄

أفكار مفيدة

• في أي مركب كيميائي، يجب أن يساوي حاصل مجموع أعداد التأكسد لكل ذراته صفر. لو كان لديك أيونًا مكونًا من ذرتين وله شحنة، فإن حاصل مجموع أعداد التأكسد لذرات الأيون يجب أن يساوي شحنته.
• سيفيدك كثيرًا أن تتعلم كيفية قراءة الجدول الدوري للعناصر ومعرفة أماكن عناصر المعادن والعناصر غير المعدنية.
• تحمل الذرات عدد أكسدة يساوي صفر ما دامت في حالتها الأساسية. عدد التأكسد لأيون أحادي الذرة يساوي شحنته. المجموعة الأولى A1 بالجدول الدوري عبارة عن معادن في صورتها الأساسية، مثل: الهيدروجين والليثيوم والصوديوم، تحمل عدد تأكسد قيمته +1، أمّا في المجموعة الثانية A2 توجد معادن، مثل: الماغنسيوم والكالسيوم، عدد تأكسدها +2. وقد علمنا سابقًا أن كلًا من الهيدروجين والأكسجين لديهم إمكانية لحمل عددين مختلفين من أعداد التأكسد وذلك بناءً على الذرة أو المركب الذي سيرتبطان به.
• إذا تمكنت من تذكر واحدة من الاساليب التالية سيساعدك ذلك في التفريق بين مفهوم عمليتي الأكسدة والاختزال :
  • الأكسدة هي فقد (للإلكترونات)، بينما الاختزال هي اكتساب (للإلكترونات) أو
  • فقد الكترونات: أكسدة، اكتساب الكترونات: اختزال.
  • تميل ذرات المعادن لفقد الكترونات لتكوين أيونات موجبة (أكسدة).
  • تميل ذرات العناصر غير المعدنية لاكتساب الكترونات لتكوين أيونات سالبة (اختزال).
  • قد تقوم الأيونات نفسها بفقد أو اكتساب الكترونات لتصبح إما أيونًا بشحنة مختلفة أو ذرة متعادلة الشحنة.

أشياء تحتاج لاستخدامها

• الجدول الدوري للعناصر
• اتصال بالإنترنت وكتب مراجع للكيمياء (أو كلاهما)
• ورقة وقلم حبر وقلم رصاص
• آلة حاسبة