Keemias viitavad terminid “oksüdatsioon” ja “redutseerimine” reaktsioonidele, mille käigus aatom (või aatomite rühm) kaotab või omandab vastavalt elektrone. Oksüdatsiooninumbrid on aatomitele (või aatomirühmadele) määratud numbrid, mis aitavad keemikutel jälgida, kui palju elektrone on ülekandmiseks saadaval ja kas antud reagendid reaktsioonis oksüdeeritakse või redutseeritakse. Aatomitele oksüdatsiooninumbrite määramise protsess võib ulatuda märkimisväärselt lihtsast kuni mõnevõrra keerukani, olenevalt aatomite laengust ja molekulide keemilisest koostisest, millesse nad kuuluvad. Asja keerulisemaks muutmiseks võib mõnel elemendil olla rohkem kui üks oksüdatsiooniarv. Õnneks reguleerivad oksüdatsiooninumbrite määramist täpselt määratletud ja hõlpsasti järgitavad reeglid, kuigi keemia ja algebra põhiteadmised muudavad nendes reeglites navigeerimise palju lihtsamaks.
1
Tehke kindlaks, kas kõnealune aine on elementaarne. Vabade, kombineerimata elemendi aatomite oksüdatsiooniarv on alati 0. See kehtib nii aatomite kohta, mille elemendivorm koosneb üksikust aatomist, kui ka aatomite puhul, mille elemendivorm on kahe- või polüaatomiline. Näiteks Al(s) ja Cl2 mõlemal on oksüdatsiooniarv 0, kuna need on kombineerimata elemendivormides. Pange tähele, et väävli elementaarvormil S8 ehk oktaväävlil, ehkki see on ebaregulaarne, on ka oksüdatsiooniarv 0.
2
Tehke kindlaks, kas kõnealune aine on ioon. Ioonide oksüdatsiooniarv on võrdne nende laenguga. See kehtib nii ioonide kohta, mis ei ole seotud ühegi teise elemendiga, kui ka ioonide kohta, mis moodustavad osa ioonsest ühendist. Näiteks iooni Cl- oksüdatsiooniarv on -1. Cl-ioonil on siiski oksüdatsiooniarv. -1, kui see on osa ühendist NaCl. Kuna Na+ iooni laeng on definitsiooni järgi +1, siis me teame, et Cl- iooni laeng on -1, seega on tema oksüdatsiooniarv endiselt -1.
3
Tea, et metalliioonide puhul on võimalik mitu oksüdatsiooniarvu. Paljudel metallelementidel võib olla rohkem kui üks laeng. Näiteks metalliraud (Fe) võib olla ioon, mille laeng on kas +2 või +3. Metalliioonide laenguid (ja seega ka oksüdatsiooninumbreid) saab määrata kas seoses teiste aatomite laengutega ühendis, mille osa nad on, või tekstis kirjutatuna rooma numbrite abil (nagu lauses: raud(III) iooni laeng on +3.”). Uurime näiteks metallilist alumiiniumiooni sisaldavat ühendit. Ühendi AlCl3 üldlaeng on 0. Kuna me teame, et Cl-ioonide laeng on -1 ja ühendis on 3 Cl-iooni, peab Al-iooni laeng olema +3, et kogulaeng kõik ioonid liidetakse 0. Seega on Al oksüdatsiooniarv selles ühendis +3.
4
Määrake hapnikule oksüdatsiooniarv -2 (eranditega). Peaaegu kõigil juhtudel on hapnikuaatomite oksüdatsiooniarv -2. Sellest reeglist on mõned erandid: kui hapnik on elementaarses olekus (O2), on selle oksüdatsiooniarv 0, nagu kõigi elemendiaatomite puhul. Kui hapnik on osa peroksiidist, on selle oksüdatsiooniarv -1. Peroksiidid on ühendite klass, mis sisaldavad hapnik-hapniku üksiksidet (või peroksiidi aniooni O2-2). Näiteks molekulis H2O2 (vesinikperoksiid) on hapniku oksüdatsiooniarv (ja laeng) -1. Kui hapnik on superoksiidi osa, on selle oksüdatsiooniarv -1â„2. Superoksiidid sisaldavad superoksiidi aniooni O2-.Kui hapnik on seotud fluoriga, on selle oksüdatsiooniarv +2. Lisateabe saamiseks vaadake allolevat fluorireeglit. Siiski on erand: (O2F2) hapniku oksüdatsiooniarv on +1.
5
Määrake vesinikule oksüdatsiooniarv +1 (eranditega). Nagu hapnik, on ka vesiniku oksüdatsiooniarv erandjuhtudel. Üldiselt on vesiniku oksüdatsiooniarv +1 (välja arvatud juhul, kui, nagu ülal, on see elementaarses vormis H2). Kuid spetsiaalsete ühendite, mida nimetatakse hüdriidideks, puhul on vesiniku oksüdatsiooniarv -1. Näiteks H2O puhul teame, et vesiniku oksüdatsiooniarv on +1, kuna hapniku laeng on -2 ja meil on vaja kahte + 1 laengut, et liittasud kokku nulliks. Naatriumhüdriidis NaH aga on vesiniku oksüdatsiooniarv -1, kuna Na+ iooni laeng on +1 ja et ühendi kogulaeng oleks võrdne nulliga, peab vesiniku laeng (ja seega ka oksüdatsiooniarv) olema -1.
6
Fluori oksüdatsiooniarv on alati -1. Nagu eespool märgitud, võivad teatud elementide oksüdatsiooniarvud mitme teguri (metalliioonid, hapnikuaatomid peroksiidides jne) tõttu varieeruda. Fluori oksüdatsiooniarv on aga -1, mis ei muutu kunagi. Selle põhjuseks on asjaolu, et fluor on kõige elektronegatiivsem element – teisisõnu on see element, mis kõige tõenäolisemalt loobub oma elektronidest ja võtab kõige tõenäolisemalt teise aatomi oma. Seetõttu selle tasu ei muutu.
7
Määrake ühendi oksüdatsiooniarvud, mis on võrdsed ühendi laenguga. Ühendi kõigi aatomite oksüdatsiooniarvud peavad kokku moodustama selle ühendi laengu. Näiteks kui ühendil puudub laeng, peavad selle iga aatomi oksüdatsiooninumbrid kokku saama nulliks; kui ühend on polüaatomiline ioon, mille laeng on -1, peavad oksüdatsiooninumbrid kokku liitma -1 jne. See on hea viis oma tööd kontrollida – kui teie ühendites sisalduv oksüdatsioon ei vasta laengule teate, et olete määranud ühe või mitu valesti.
8
Leia aatomid ilma oksüdatsiooniarvu reegliteta. Mõnel aatomil ei ole konkreetseid reegleid nende oksüdatsiooniarvude kohta. Kui teie aatomit ülaltoodud reeglites ei kuvata ja te pole kindel, mis selle laeng on (näiteks kui see on osa suuremast ühendist ja seega ei kuvata selle individuaalset laengut), saate aatomi oksüdatsiooninumbri leida protsessi järgi. kõrvaldamisest. Esiteks määrate ühendi iga teise aatomi oksüdatsiooni, seejärel lahendate lihtsalt ühendi üldlaengu põhjal tundmatu. Näiteks ühendis Na2SO4 on väävli (S) laeng tundmatu – see ei ole oma elementaarsel kujul, seega pole see 0, aga see on ka kõik, mida me teame. See on hea kandidaat selle algebralise oksüdatsiooniarvu määramise meetodi jaoks.
9
Leidke ühendi teiste elementide teadaolev oksüdatsiooniarv. Kasutades oksüdatsiooninumbrite määramise reegleid, määrake oksüdatsiooninumbrid ühendi teistele aatomitele. Olge ettevaatlik O, H jne erandjuhtudel. Na2SO4 puhul teame meie reeglistiku põhjal, et Na-iooni laeng (ja seega ka oksüdatsiooniarv) on +1 ja hapnikuaatomitel on oksüdatsiooniarv -2.
10
Korrutage iga aatomi arv selle oksüdatsiooninumbriga. Nüüd, kui me teame kõigi meie aatomite oksüdatsiooniarvu, välja arvatud tundmatu, peame arvestama tõsiasjaga, et mõned neist aatomitest võivad esineda rohkem kui üks kord. Korrutage iga aatomi arvuline koefitsient (kirjutatakse alamindeksiga ühendis aatomi keemilise sümboli järel) selle oksüdatsiooninumbriga. Teame, et Na2SO4-s on 2 Na-aatomit ja 4 O-aatomit. Korrutaksime 2 × +1, Na oksüdatsiooniarvu, et saada vastus 2, ja 4 × -2, O oksüdatsiooniarv, et saada vastus -8.
11
Lisage tulemused kokku. Korrutuste tulemuste liitmine annab ühendi praeguse oksüdatsiooninumbri, võtmata arvesse teie tundmatu aatomi oksüdatsiooninumbrit. Meie Na2SO4 näites liidaksime 2 kuni -8, et saada -6.
12
Arvutage tundmatu oksüdatsiooniarv ühendi laengu põhjal. Nüüd on teil kõik, mida vajate oma tundmatu oksüdatsiooninumbri leidmiseks lihtsa algebra abil. Seadistage võrrand, mis sisaldab teie eelmise sammu vastust pluss tundmatu oksüdatsiooniarv, mis võrdub ühendi üldlaenguga. Teisisõnu: (teadaolevate oksüdatsiooniarvude summa) + (teadmata oksüdatsiooniarv, mida lahendate) = (ühendi laeng). Meie Na2SO4 näites lahendaksime järgmiselt: (Teadaolevate oksüdatsiooniarvude summa) + (teadmata oksüdatsiooniarv, mida lahendate) = (ühendi laeng) -6 + S = 0S = 0 + 6S = 6. S-i oksüdatsiooniarv on Na2SO4-s 6.