酸化状態を判断する方法

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パート1/2：化学の法則に従った酸化状態の決定
パート2/2：化学の法則を使用せずに酸化状態を決定する
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化学では、「酸化」および「還元」という用語は、原子または原子のグループがそれぞれ電子を失うか、または獲得する反応を意味します。酸化状態は、1つまたは複数の原子に割り当てられた数値であり、再分配された電子の数を特徴づけ、反応中にこれらの電子が原子間でどのように分配されるかを示します。この値の決定は、原子とそれらを構成する分子に応じて、単純な手順と非常に複雑な手順の両方になります。さらに、いくつかの元素の原子はいくつかの酸化状態を持つことができます。幸いなことに、酸化状態を決定するための単純で明確な規則があり、それを自信を持って使用するには、化学と代数の基礎を知るだけで十分です。

ステップ

パート1/2：化学の法則に従った酸化状態の決定

1 問題の物質が元素であるかどうかを判断します。 化合物の外側の原子の酸化状態はゼロです。この規則は、別々の自由原子から形成された物質と、2つまたは1つの元素の多原子分子からなる物質の両方に当てはまります。
- たとえば、Al_（NS）とCl₂ どちらも化学的に結合していない元素状態にあるため、酸化状態は0です。
- 硫黄Sの同素体に注意してください₈、またはオクタセラは、その非定型構造にもかかわらず、ゼロ酸化状態によっても特徴付けられます。
2 問題の物質がイオンで構成されているかどうかを確認します。 イオンの酸化状態はそれらの電荷に等しい。これは、遊離イオンと化合物の一部であるイオンの両方に当てはまります。
- たとえば、Clイオンの酸化状態は-1です。
- 化合物NaCl中のClイオンの酸化状態も-1です。 Naイオンは定義上+1の電荷を持っているので、Clイオンの電荷は-1であり、したがってその酸化状態は-1であると結論付けます。
3 金属イオンはいくつかの酸化状態を持つ可能性があることに注意してください。 多くの金属元素の原子は、さまざまな量にイオン化する可能性があります。たとえば、鉄（Fe）などの金属のイオン電荷は+2または+3です。金属イオンの電荷（およびそれらの酸化状態）は、この金属が化合物の一部である他の元素のイオンの電荷によって決定できます。本文では、この電荷はローマ数字で示されています。たとえば、鉄（III）の酸化状態は+3です。
- 例として、アルミニウムイオンを含む化合物を考えてみましょう。 AlCl化合物の総電荷₃ はゼロです。Clイオンの電荷は-1であり、化合物にはそのようなイオンが3つ含まれていることがわかっているため、問題の物質の一般的な中性のために、Alイオンの電荷は+3である必要があります。したがって、この場合、アルミニウムの酸化状態は+3です。
4 酸素の酸化状態は-2です（いくつかの例外を除いて）。 ほとんどすべての場合、酸素原子の酸化状態は-2です。この規則にはいくつかの例外があります。
- 酸素が元素状態にある場合（O₂）、他の元素物質の場合と同様に、その酸化状態は0です。
- 酸素がの一部である場合 過酸化物、その酸化状態は-1です。過酸化物は、単純な酸素-酸素結合（つまり、過酸化物アニオンO）を含む化合物のグループです。₂）。たとえば、Hの構成では₂O₂ （過酸化水素）酸素の電荷と酸化状態は-1です。
- フッ素と組み合わせると、酸素の酸化状態は+2になります。以下のフッ素の規則をお読みください。
5 水素の酸化状態は+1ですが、いくつかの例外があります。 酸素と同様に、例外もあります。原則として、水素の酸化状態は+1です（元素状態Hでない場合）₂）。ただし、水素化物と呼ばれる化合物では、水素の酸化状態は-1です。
- たとえば、H₂O酸素原子の電荷は-2であるため、水素の酸化状態は+1であり、全体的な中性には2つの+1電荷が必要です。それにもかかわらず、水素化ナトリウムの組成では、Naイオンは+1の電荷を帯びているため、水素の酸化状態はすでに-1であり、一般的な電気的中性の場合、水素原子の電荷（したがってその酸化状態）は-1になります。
6 フッ素 いつも 酸化状態は-1です。 すでに述べたように、一部の元素（金属イオン、過酸化物中の酸素原子など）の酸化状態は、いくつかの要因によって異なる可能性があります。ただし、フッ素の酸化状態は常に-1です。これは、この元素が最大の電気陰性度を持っているという事実によるものです。言い換えると、フッ素原子は自身の電子との分離を最も望んでおらず、外来電子を最も積極的に引き付けます。したがって、それらの電荷は変化しません。
7 化合物の酸化状態の合計は、その電荷に等しくなります。 化合物を構成するすべての原子の酸化状態は、この化合物の電荷に加算されるはずです。たとえば、化合物が中性の場合、そのすべての原子の酸化状態の合計はゼロである必要があります。化合物が-1の電荷を持つ多原子イオンである場合、酸化状態の合計は-1になります。
- これは優れたテスト方法です。酸化状態の合計が化合物の総電荷と等しくない場合は、どこかで間違っています。

パート2/2：化学の法則を使用せずに酸化状態を決定する

1 酸化状態について厳密な規則がない原子を見つけます。 一部の元素については、酸化状態を見つけるためのしっかりと確立された規則がありません。原子が上記の規則のいずれにも当てはまらず、その電荷がわからない場合（たとえば、原子が複合体の一部であり、その電荷が指定されていない場合）、そのような原子の酸化状態を判断できます。除外による。まず、化合物内の他のすべての原子の電荷を決定し、次に、化合物の既知の総電荷から、この原子の酸化状態を計算します。
- たとえば、化合物Naでは₂それで₄ 硫黄原子（S）の電荷は不明です。硫黄は基本状態ではないため、ゼロではないことがわかります。この化合物は、酸化状態を決定するための代数的方法を説明するための良い例として役立ちます。
2 化合物の残りの元素の酸化状態を見つけます。 上記の規則を使用して、化合物の残りの原子の酸化状態を決定します。 O、Hなどのルールの例外を忘れないでください。
- Naの場合₂それで₄、私たちのルールを使用すると、Naイオンの電荷（したがって酸化状態）は+1であり、各酸素原子については-2であることがわかります。
3 原子の数に酸化状態を掛けます。 1つを除くすべての原子の酸化状態がわかったので、いくつかの元素のいくつかの原子が存在する可能性があることを考慮する必要があります。各元素の原子数（元素の記号に続く下付き文字として化合物の化学式に示されています）にその酸化状態を掛けます。
- ナで₂それで₄ 2つのNa原子と4つのO原子があるため、2×+ 1を掛けると、すべてのNa原子の酸化状態（2）が得られ、4×-2を掛けるとO（-8）原子の酸化状態になります。
4 前の結果を合計します。 乗算の結果を合計すると、化合物の酸化状態が得られます。 それなし 目的の原子の寄与を考慮に入れます。
- この例では、Naの場合₂それで₄ 2と-8を加算して、-6を取得します。
5 化合物の電荷から未知の酸化状態を見つけます。 これで、目的の酸化状態を簡単に計算するためのすべてのデータが得られました。前の計算ステップで得られた数と未知の酸化状態の合計が左側にあり、化合物の総電荷の右側にある方程式を書き留めます。言い換えると、 （既知の酸化状態の合計）+（望ましい酸化状態）=（化合物の電荷）。
- 私たちの場合、Na₂それで₄ 解決策は次のようになります。
  - （既知の酸化状態の合計）+（望ましい酸化状態）=（化合物電荷）
  - -6 + S = 0
  - S = 0 + 6
  - S = 6.V Na₂それで₄ 硫黄は酸化状態にあります 6.

チップ

化合物では、すべての酸化状態の合計が電荷と等しくなければなりません。たとえば、化合物が二原子イオンの場合、原子の酸化状態の合計は総イオン電荷と等しくなければなりません。
周期表を使用して、金属元素と非金属元素がその中のどこにあるかを知ることができると非常に便利です。
元素形態の原子の酸化状態は常にゼロです。単一イオンの酸化状態はその電荷に等しい。元素形態の水素、リチウム、ナトリウムなどの周期表のグループ1Aの元素は、+ 1の酸化状態を持っています。マグネシウムやカルシウムなどの2A族金属の酸化状態は、元素の形で+2です。酸素と水素は、化学結合の種類に応じて、2つの異なる酸化状態を持つことができます。