Back to chapter

4.11:

מספרי חמצון

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Oxidation Numbers

Languages

Share

תגובות חמזור בין מתכות לאל-מתכות לרוב כוללות מעבר מוחלט של אלקטרונים היוצרים תרכובות יוניות, ולכן קל לזהות אותן. אך תגובות חמזור בין אל-מתכות בלבד כוללות מעבר חלקי של אלקטרונים, ולכן קשה לזהות אותן. תגובות חמזור מאופיינות בשינוי דרגת החמצון של האטומים, שמצביע על תנועת אלקטרונים בין האטומים.דרגת החמצון או מספר חמצון של אטום בתרכובות היא המטען שהיה לו אם האלקטרונים המשותפים בכל קשר הטרונוקליארי היו מועברים במלואם לאטום בעל האלקטרושליליות הגבוהה יותר. קשרים הטרונוקליאריים מאופיינים בחלוקה שווה. לדוגמה, במימן כלורי גזי, כלור הוא בעל אלקטרושליליות גבוהה יותר.אם אלקטרון של מימן עובר כולו לכלור, כלור מקבל מטען מינוס אחד, התואם לדרגת חמצן מינוס אחד, ומימן מקבל מטען פלוס אחד, התואם את דרגת חמצון פלוס אחד. דרגות חמצון ניתנות להגדרה כשמדובר באטומים במצב יסודי וברוב היונים והתרכובות בעזרת חוקים מסוימים. תמיד יש להחיל את שלושת החוקים הראשונים.את יתר החוקים צריך להחיל זה אחר זה עד ששלושת החוקים הראשונים חלים במלואם. החוקים יוחלו כעת כדי לקבוע האם תגובות ההיווצרות של גופרית דו חמצנית וסידן פחמתי היא חמזור. לפי החוק הראשון, ליסודות במצב חופשי יש מספר חמצון אפס, אז ליסודות גופרית וחמצן נקבע מספר חמצון אפס.לפי החוק השלישי, הסכום של מספרי חמצון בתרכובת ניטרלית הוא אפס, אז מספר חמצון של גופרית וחמצן ב-SO-2 חייב להסתכם באפס. לפי החוק השישי, מספר החמצון בכל חמצן ב-SO-2 הוא מינוס שתיים. הסכום של שני אטומי חמצן הוא מינוס ארבע.לכן, מספר החמצון של גופרית הוא פלוס ארבע. מספר החמצון של גופרית גדל מאפס לפלוס ארבע, מה שאומר שהוא התחמצן, בזמן שמספר החמצון של חמצן יורד מאפס למינוס שתיים, כלומר, הוא עבר חיזור. לכן, זה תהליך חמזור.במקרה של סידן פחמתי, מספר החמצון של חמצן הוא מינוס שתיים בכל שלוש התרכובות, וסידן הוא פלוס שתיים בתחמוצת הסידן ובסידן פחמתי. לפי החוק השלישי, פחמן חייב להיות פלוס ארבע בפחמן דו חמצני ובסידן פחמתי. מכיוון שאין שינוי במספרי החמצון של האטומים בזמן התגובה, זו אינה תגובת חמזור.

4.11:

מספרי חמצון

In redox reactions, the transfer of electrons occurs between reacting species. Electron transfer is described by a hypothetical number called the oxidation number (or oxidation state). It represents the effective charge of an atom or element, which is assigned using a set of rules.

Oxidation Number (Oxidation State)

In the case of an ionic compound, oxidation numbers are assigned based on the number of electrons transferred between reacting species. For example, in the formation of calcium chloride (CaCl2), calcium loses two valence electrons, and the two chlorine atoms gain one electron each. In CaCl2, calcium’s oxidation state is +2, and each chlorine’s oxidation state is −1. 

In the case of covalent compounds, electrons are not gained or lost but instead are shared between the atoms. The atom with a greater attraction for electrons pulls the shared pair more strongly. Reactions involving covalent compounds are identified as redox by applying the concept of oxidation number to track electron movements. Oxidation states help us easily identify the species being oxidized and reduced in redox reactions.  

The Rules for Assigning Oxidation Number

Oxidation numbers can be positive, negative, or zero. They are assigned based on the following rules:

  1. All free elements have an oxidation number zero. The elements could be monoatomic, diatomic, or polyatomic. 
  2. In a compound, group 1A elements (all alkali metals) have an oxidation number of +1, while group 2A elements (all alkaline earth metals) have an oxidation number of +2. 
  3. Halogens usually have an oxidation number of −1, except in their compounds with oxygen, where they have a positive oxidation state. 
    Fluorine is the most electronegative element. It has a −1 oxidation state in all its compounds.
  4. For monoatomic ions, the oxidation number is the same as the charge on the ion. 
  5. Oxygen always has an oxidation number of −2, except in peroxides, where its oxidation number is −1.
  6. Hydrogen has an oxidation state of +1 with nonmetals and −1 with metals.
  7. The sum of the oxidation number for a neutral compound is zero, while for a polyatomic ion, it is equal to the charge on the ion.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 4.2: Classifying Chemical Reactions.