الكيمياءالكيمياء غير العضويه

أعداد التأكسد

أعداد التأكسد (Oxidation Numbers) هي أرقام تُستخدم في الكيمياء لوصف درجة الأكسدة أو الاختزال لذرة عنصر ما في مركب كيميائي.

أعداد التأكسد

مفهوم أعداد التأكسد:

أعداد التأكسد (Oxidation Numbers) هي أرقام تُستخدم في الكيمياء لوصف درجة الأكسدة أو الاختزال لذرة عنصر ما في مركب كيميائي.

يعبر عدد التأكسد عن الشحنة النظرية التي تحملها الذرة إذا افترضنا أن جميع الروابط في المركب أيونية بالكامل. يُعتبر هذا المفهوم أداة مهمة لفهم التفاعلات الكيميائية، خصوصًا تفاعلات الأكسدة والاختزال.

كيفية تحديد أعداد التأكسد:

هناك مجموعة من القواعد الأساسية لتحديد أعداد التأكسد:

  1. العناصر الحرة: عدد التأكسد لأي عنصر في حالته الحرة (مثل H₂ و O₂) يساوي صفرًا.
  2. الأيونات الأحادية: عدد التأكسد للأيون الأحادي يساوي شحنته. على سبيل المثال، Na⁺ له عدد تأكسد +1، و Cl⁻ له عدد تأكسد −1.
  3. الهيدروجين: في المركبات، يكون عدد تأكسد الهيدروجين عادة +1، إلا إذا كان مرتبطًا بمعادن في هيدريدات (مثل NaH)، حيث يكون −1.
  4. الأكسجين: عدد تأكسد الأكسجين يكون عادة −2، باستثناء فوق الأكاسيد (مثل H₂O₂) حيث يكون −1، وفي حالة ارتباطه مع الفلور (مثل OF₂) يكون +2.
  5. المركبات المتعادلة: مجموع أعداد التأكسد لجميع الذرات في مركب متعادل يساوي صفرًا.
  6. الأيونات متعددة الذرات: مجموع أعداد التأكسد لجميع الذرات في الأيون يجب أن يساوي شحنة الأيون.

أهمية أعداد التأكسد:

  1. تحليل التفاعلات الكيميائية: تُستخدم أعداد التأكسد لتحديد ما إذا كانت الذرة قد تأكسدت أو اختزلت خلال التفاعل. الأكسدة تعني زيادة عدد التأكسد، والاختزال يعني انخفاضه.
  2. كتابة المعادلات الكيميائية: تسهل أعداد التأكسد عملية موازنة المعادلات الكيميائية، خاصة في تفاعلات الأكسدة والاختزال.
  3. فهم طبيعة الروابط: تُساعد أعداد التأكسد في التمييز بين الروابط الأيونية والتساهمية.

أمثلة عملية:

  1. في الماء (H₂O):
    • الهيدروجين: عدد تأكسده +1.
    • الأكسجين: عدد تأكسده −2.
    • المجموع: 2(+1) + (−2) = 0.
  2. في ثاني أكسيد الكربون (CO₂):
    • الأكسجين: −2 لكل ذرة (عدد التأكسد الإجمالي للأكسجين = −4).
    • الكربون: +4 لتعادل الشحنة الإجمالية.

حالات الأكسدة الكسرية:

حالة الأكسدة هي عدد الإلكترونات التي يُفترض أن الذرات غير المتجانسة قد فقدت أو أخذتها أثناء ارتباطها. ونظرًا لأن أعداد الإلكترونات عبارة عن أعداد صحيحة، فإن رقم أكسدة الذرات الفردية يجب أن يكون أيضًا عددًا صحيحًا.

ولكن هناك جزيئات تحتوي على ذرة أكثر من مرة وكل منها ترتبط بطريقة مختلفة. وهذه الذرات لابد وأن يكون لها حالة أكسدة مختلفة في مواضع مختلفة، وبالتالي لابد من حسابها بشكل فردي مع الأخذ في الاعتبار الذرات التي ترتبط بها.

إن حساب حالة أكسدة الذرة باستخدام الطريقة العادية يفترض أن جميع الذرات متساوية، وسيعطي فقط متوسط ​​حالات الأكسدة المختلفة لنفس الذرة في الجزيء. وحالة الأكسدة المتوسطة هذه تكون في الغالب كسرًا وليس عددًا صحيحًا.

لذا، فإن حالة الأكسدة الكسرية هي دائمًا رقم أكسدة متوسط ​​لنفس الذرات في الجزيء ولا تعكس الحالة الحقيقية لحالة أكسدة الذرات.

مثال 1: الأكسجين الفائق -KO2

أيون البوتاسيوم له رقم أكسدة +1. وبما أن جزيء فوق أكسيد البوتاسيوم محايد، فإن حالة أكسدة ذرتي أكسجين معًا هي -1.

لذا، فإن متوسط ​​رقم أكسدة الأكسجين في الأكسجين الفائق هو -1/2.

 حيث أن ذرة أكسجين واحدة لها حالة أكسدة صفرية. أما ذرة الأكسجين الثانية فهي مشحونة سلبًا ولها حالة أكسدة -1. لذا، فإن حالة الأكسدة الحقيقية لذرات الأكسجين ليست ناقص النصف لكل منها، بل 0 و-1.

استخدام حالات الأكسدة في تسمية المركبات

ربما تكون قد صادفت أسماء مثل كبريتات الحديد (II) وكلوريد الحديد (III).

(II) و(III) هما حالتا أكسدة الحديد في المركبين: +2 و+3 على التوالي. وهذا يعني أنهما يحتويان على أيونات Fe +2   وFe+ 3 .

يمكن أن يمتد هذا أيضًا إلى الأيونات السالبة. كبريتات الحديد (II) هي FeSO 4 . أيون الكبريتات هو SO 4 -2 . حالة أكسدة الكبريت هي +6 ؛ لذلك، يُطلق على الأيون بشكل أكثر دقة اسم أيون الكبريتات (VI).

يُطلق على FeSO 4 اسم كبريتات الحديد (II) (VI)، ويُطلق على FeSO 3 اسم كبريتات الحديد (II) (IV). ونظرًا لاحتمال حدوث ارتباك في هذه الأسماء، فإن الأسماء القديمة للكبريتات والكبريتيت تُستخدم بشكل أكثر شيوعًا في دورات الكيمياء التمهيدية.

استخدام حالات الأكسدة لتحديد ما تم أكسدته وما تم اختزاله

تتضمن الأكسدة زيادة في حالة الأكسدة
يتضمن الاختزال انخفاضًا في حالة الأكسدة

استخدام حالات الأكسدة لتحديد نسبة التفاعل

يمكن أن تكون حالات الأكسدة مفيدة في حساب القياسات الكيميائية لتفاعلات المعايرة عندما لا تتوفر معلومات كافية لحساب المعادلة الأيونية الكاملة. في كل مرة تتغير فيها حالة الأكسدة بمقدار وحدة واحدة، يتم نقل إلكترون واحد. إذا انخفضت حالة الأكسدة لمادة واحدة في التفاعل بمقدار 2، فإنها اكتسبت إلكترونين.

لا بد أن يكون نوع آخر من التفاعل قد فقد تلك الإلكترونات. ولا بد أن يكون أي انخفاض في حالة الأكسدة في مادة ما مصحوبًا بزيادة مساوية في حالة الأكسدة في مادة أخرى.

الخلاصة:

أعداد التأكسد هي أداة أساسية في الكيمياء تُساعد في تحليل التفاعلات الكيميائية وفهمها. من خلال تطبيق القواعد الخاصة بتحديد أعداد التأكسد، يمكن التنبؤ بسلوك المواد الكيميائية والتأكد من صحة المعادلات الكيميائية. يعتبر هذا المفهوم أحد الأسس التي تُبنى عليها دراسات الكيمياء الحديثة، سواء في التطبيقات الأكاديمية أو الصناعية.

المراجع :

1- موقع https://byjus.com/jee/oxidation-number/ أطلعت عليه بتاريخ 18/1/2025.

2- موقع  https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Analytical_Chemistry/Supplemental_Modules_(Analytical_Chemistry)/Electrochemistry/Redox_Chemistry/Oxidation_States_(Oxidation_Numbers) أطلعت عليه بتاريخ 18/1/2025

3- موقع https://www.britannica.com/science/oxidation-number أطلعت عليه بتاريخ 18/1/2025

4- موقع  https://chemistrytalk.org/understanding-oxidation-states/ أطلعت عليه بتاريخ 18/1/2025

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى