Het oxidatiegetal van een stof berekenen

In de chemie betekenen de termen "oxidatie" en "reductie" die reacties waarbij een atoom (of een groep atomen) elektronen verliezen, respectievelijk erbij krijgen. Oxidatiegetallen zijn getallen die worden toegewezen aan atomen (of groepen atomen) om scheikundigen te helpen bij het controleren hoeveel elektronen er beschikbaar zijn om te worden verplaatst, en of gegeven reactiestoffen oxideren of reduceren tijdens een reactie. Het proces van het toewijzen van oxidatiegetallen aan atomen kan variëren van zeer eenvoudig tot meer complex, afhankelijk van de lading van de atomen en de chemische samenstelling van de moleculen waar ze deel van uitmaken. Om het nog wat ingewikkelder te maken kunnen sommige atomen meerdere oxidatiegetallen hebben. Gelukkig wordt het toewijzen van oxidatiegetallen bepaald door duidelijk gedefinieerde, gemakkelijk te volgen regels, maar basiskennis van de chemie en algebra zal het gebruiken van deze regels wel een stuk eenvoudiger maken.

Deel 1

Deel 1 van 2:

Het toewijzen van oxidatiegetallen gebaseerd op scheikundige regels

Pdf downloaden

1
Bepaal of de stof in kwestie elementair is. Vrije, ongebonden atomen hebben altijd een oxidatiegetal 0. Dit is waar voor zowel atomen die bestaan uit een enkel atoom, en atomen waarvan de elementaire vorm diatomisch of polyatomisch is.
- Bijvoorbeeld, Al_(s) en Cl₂ hebben beide het oxidatiegetal 0 omdat het geen samengestelde atomen zijn.
- Merk op dat zwavel in z'n elementaire vorm, S₈ (octasulfur), hoewel onregelmatig, ook een oxidatiegetal 0 heeft.
2
Bepaal of de stof in kwestie een ion is. Ionen hebben oxidatiegetallen die gelijk zijn aan hun lading. Dit is waar voor zowel ongebonden ionen als ionen die onderdeel zijn van een samengesteld ion.
- Bijvoorbeeld, het ion Cl^- heeft een oxidatiegetal -1.
- Het Cl-ion heeft nog steeds een oxidatiegetal van -1 wanneer het onderdeel is van de samengestelde stof NaCl. Omdat het Na-ion, per definitie een lading heeft van +1, weten we dat het Cl-ion een lading heeft van -1, zodat het oxidatiegetal nog steeds gelijk is aan -1.
3
In het geval van metaalionen, is het goed te onthouden dat er meerdere oxidatiegetallen mogelijk zijn. Veel metalen kunnen meer dan een landing hebben. Bijvoorbeeld, het metaal ijzer (Fe) kan een ion zijn met lading +2 of +3.^[1]XBron de lading van metaalionen (en dus ook van hun oxidatiegetallen) kan worden vastgesteld in relatie tot de lading van de andere atomen in de samenstelling waar ze deel van uitmaken, of, wanneer het als tekst wordt geschreven, middels de notatie in Romeinse cijfers (zoals in de zin: "Het ijzer(III)ion heeft een lading van +3.").
- Bijvoorbeeld, laten we een samengestelde stof onder de loep nemen waar een aluminium-ion in zit. De samengestelde stof AlCl₃ heeft een lading 0. Omdat we weten dat Cl^- ionen een lading hebben van -1 en er 3 Cl^- ionen in de samengestelde stof aanwezig zijn, moet het Al-ion een lading hebben van +3, zodat de lading van alle ionen bij elkaar opgeteld 0 is. Dus, het oxidatiegetal van Al is +3.
4
Wijs een oxidatiegetal -2 toe aan zuurstof (met uitzonderingen). In bijna alle gevallen hebben zuurstofatomen een oxidatiegetal van -2. Er zijn een paar uitzonderingen op deze regel:
- Wanneer zuurstof in de elementaire toestand is (O₂), dan is het oxidatiegetal gelijk aan 0, wat het geval is voor alle elementaire atomen.
- Wanneer zuurstof een onderdeel is van peroxide, dan is het oxidatiegetal -1. Peroxiden zijn een klasse van samengestelde stoffen die een zuurstof-zuurstof binding hebben (of het peroxide anion O₂^-2). Bijvoorbeeld, in de molecuul H₂O₂ (waterstofperoxide), heeft zuurstof een oxidatiegetal (en een lading) van -1.Ook geldt dat wanneer zuurstof deel uitmaakt van een superoxide, dat het oxidatiegetal -0.5 is.
- Wanneer zuurstof is gebonden aan fluor, dan is het oxidatiegetal +2. Zie de onderstaande fluor-regel voor meer informatie. In (O₂F₂) is dit +1.
5
Wijs een oxidatiegetal toe van +1 aan waterstof (met uitzonderingen). Net zoals bij zuurstof, is het oxidatiegetal van waterstof afhankelijk van uitzonderlijke gevallen. Algemeen heeft waterstof een oxidatiegetal +1 (behalve in elementaire vorm, H₂). Maar in het geval van een speciale samengestelde stof genaamd hybriden, heeft waterstof een oxidatiegetal -1.
- Bijvoorbeeld, van H₂O, weten we dat waterstof een oxidatiegetal heeft van +1 omdat zuurstof een lading heeft van -2 en we 2 +1 ladingen nodig hebben om een samengestelde stof te maken met een totale lading van nul. Maar bij de stof natriumhydride, NaH, heeft waterstof een oxidatiegetal -1 omdat het Na-ion een lading heeft van +1 en, om de totale lading van de samengestelde stof 0 te maken, heeft waterstof een lading (en aldus een oxidatiegetal) van -1.
Zoals hierboven al is aangegeven, kunnen de oxidatiegetallen van bepaalde elementen door diverse factoren variëren (metaal ionen, zuurstofatomen in peroxiden, etc.). Fluor daarentegen heeft een oxidatiegetal -1, en dat verandert nooit. Dit omdat fluor het meest elektro-negatieve element is, of met andere woorden, het is het element dat het minst graag elektronen opgeeft en het meest geneigd is om elektronen van andere atomen over te nemen. Daarom zal het oxidatiegetal niet veranderen.
7
De oxidatiegetallen in een samengestelde stof zijn gelijk aan de lading van de samengestelde stof. De oxidatiegetallen van alle atomen in een samengestelde stof zijn bij elkaar gelijk aan de lading van die samengestelde stof. Bijvoorbeeld, als een samengestelde stof geen lading heeft, dan zal de optelsom van alle oxidatiegetallen gelijk zijn aan nul; als de samengestelde stof een polyatomisch ion is met een lading -1, dan moeten de oxidatiegetallen bij elkaar opgeteld gelijk zijn aan -1, etc.
- Dit is een goede manier om je antwoord te controleren – als de oxidatiegetallen van een samengestelde stof bij elkaar opgeteld niet gelijk zijn aan de lading van die samengestelde stof, dan weet je dat je een fout hebt gemaakt.
Advertentie

Deel 2

Deel 2 van 2:

Het toewijzen van getallen aan atomen zonder de regels voor oxidatiegetallen

Pdf downloaden

1
Vind atomen zonder regels voor oxidatiegetallen. Sommige atomen voldoen niet aan regels voor het vinden van de oxidatiegetallen. Als een atoom niet voldoet aan bovenstaande regels en je weet niet zeker wat de lading is (bijvoorbeeld, als het een deel is van een grotere samengestelde stof waardoor de individuele lading onbekend is), dan kun je het oxidatiegetal van dat atoom vinden middels eliminatie. Als eerste bepaal je wat de oxidatie is van elk ander atoom in de samengestelde stof. Daarna los je de som op voor de onbekende in de vergelijking, gebaseerd op de totale lading van de samengestelde stof.
- Bijvoorbeeld, in de samengestelde stof Na₂SO₄, is de lading van zwavel (S) onbekend – het is niet in de elementaire vorm, dus is het niet 0, maar dat is alles wat we weten. Dit is een goede kandidaat voor het toepassen van deze methode om op algebraïsche wijze het oxidatiegetal vast te stellen.
2
Bepaal de bekende oxidatiegetallen van de andere elementen in de samengestelde stof. Met behulp van de regels voor het toewijzen van oxidatiegetallen, bepalen we welke oxidatiegetallen de andere atomen in de samengestelde stof hebben. Let wel op uitzonderingen zoals O, H, etc.
- In Na₂SO₄, weten we , gebaseerd op onze verzameling regels, dat het Na-ion een lading heeft (en dus een oxidatiegetal) van +1 en dat de zuurstofatomen oxidatiegetallen hebben van -2.
3
Vermenigvuldig het getal van elk atoom met het oxidatiegetal. Nu we de oxidatiegetallen weten van alle atomen behalve de onbekende, zullen we rekening moeten houden met het feit dat sommige van deze atomen misschien meer dan eenmaal voorkomen. Vermenigvuldig elk coëfficiënt (geschreven in subscript na het symbool van het atoom in de samengestelde stof) met het oxidatiegetal.
- Voor wat betreft Na₂SO₄, weten we dat er 2 Na atomen en 4 O atomen zijn. We voeren nu de volgende berekening uit, 2 × +1, om het oxidatiegetal van Na te krijgen, 2, en we vermenigvuldigen 4 × -2 , het oxidatiegetal van O, -8.
4
Tel de resultaten bij elkaar op. Het optellen van de resultaten van deze vermenigvuldigingen geeft het oxidatiegetal van de samengestelde stof, zonder rekening te houden met het oxidatiegetal van het onbekende atoom.
- In ons voorbeeld met Na₂SO₄, tellen we 2 op bij -8 om -6 te krijgen.
5
Bereken het onbekende oxidatiegetal gebaseerd op de lading van de samengestelde stof. Je hebt nu alle gegevens om het onbekende oxidatiegetal te vinden met behulp van wat eenvoudige algebra. We gebruiken hiervoor een vergelijking en het antwoord van de vorige stap, plus de lading van de samengestelde stof. Met andere woorden: (Som van de onbekende oxidatiegetallen) + (het onbekende oxidatiegetal dat je wilt weten) = (lading van de samengestelde stof).
- In het voorbeeld van Na₂SO₄, lossen we dit als volgt op:
  - (Som van bekende oxidatiegetallen) + (onbekend oxidatiegetal die je wil oplossen) = (lading van de samengestelde stof)
  - -6 + S = 0
  - S = 0 + 6
  - S = 6. S heeft een oxidatiegetal of 6 in Na₂SO₄.
Advertentie

Tips

Atomen in hun basisvorm hebben altijd een oxidatiegetal 0. Een ion dat uit 1 atoom bestaat heeft een oxidatiegetal gelijk aan de lading. Metalen uit groep 1A zoals waterstof, lithium en natrium, hebben een oxidatiegetal +1; Metalen uit groep 2A, zoals magnesium en calcium, hebben een oxidatiegetal van +2. Zowel waterstof als zuurstof kunnen 2 verschillende oxidatiegetallen hebben, afhankelijk van hun binding.
In een samengestelde stof hoort de som van alle oxidatiegetallen gelijk te zijn aan 0. Als er een ion is met 2 atomen, dan zal de som van de oxidatiegetallen gelijk moeten zijn aan de lading van het ion.
Het is erg handig om te weten hoe je het periodiek systeem moet lezen, en waar de metalen en niet-metalen zijn te vinden.

Advertentie