Oxidationstal. Niklas Dahrén

Transkript

1 Oxidatinstal Niklas Dahrén

2 Vad innebär xidatinstal? Oxidatinstalet: Oxidatinstalet avslöjar m en atm har ett översktt eller ett undersktt på elektrner jämfört med sitt laddade grundtillstånd. Oxidatinstalet avspeglar alltså hur pass xiderat/reducerat ett ämne är. Oxidatinstal förkrtas fta sm OT. Oxidatinstalet anges alltid för varje enskild atm. Oxidatinstalet kan vara psitivt, negativt eller nll: Ett psitivt tal visar att atmen helt eller delvis (partiellt) har förlrat elektrner (= xiderats) medan ett negativt tal visar att atmen helt eller delvis har fått elektrner (= reducerats). Oxidatinstalet skrivs med rmerska siffrr: I= 1 II= 2 III= 3 IV= 4 V= 5 VI= 6 VII= 7 VIII= 8 IX= 9 X= 10 Framför den rmerska siffran skriver vi minus eller plus berende på m talet är negativt eller psitivt. Om talet är psitivt kan vi även välja att utesluta plustecknet; +III eller enbart III. Oxidatinstalet används för att: Ta reda på m ett ämne xideras eller reduceras i en redxreaktin. Balansera reaktinsfrmler.

3 Regler för att bestämma xidatinstalet Grundämnen sm ej ingår i kemiska föreningar har xidatinstalet 0: Grundämnen sm ej ingår i kemiska föreningar har ej tagit emt eller avgivit elektrner ch har därför xidatinstalet 0. Exempel: I N 2 har varje kväveatm xidatinstalet 0. I metallen natrium har alla natriumatmer xidatinstalet 0. Flur har alltid xidatinstalet -I: Flur är det mest elektrnegativa ämnet ch kmmer därför i kemiska föreningar alltid vara bäst på att attrahera valenselektrner. Flur har 7 egna valenselektrner ch kan därför attrahera ytterligare 1 valenselektrn. Exempel: Fluratmen i NaF har -I ch de båda fluratmerna i OF 2 har xidatinstalet -I (syreatmen har +II). I alla kemiska föreningar har syre xidatinstalet -II (förutm i perxider eller i föreningar med flur): Syre är mycket elektrnegativt ch drar åt sig valenselektrner från de flesta andra ämnen (ej från flur sm är ännu mer elektrnegativt). Syre drar åt sig 2 elektrner för att få ädelgasstruktur ch får då ett elektrnöversktt sm betecknas -II. Exempel: I CO 2 har varje syreatm xidatinstalet -II (klatmen har +IV).

4 Regler för att bestämma xidatinstalet I kemiska föreningar med ickemetaller har väte xidatinstalet +I: Väte har låg elektrnegativitet jämfört med andra ickemetaller ch förlrar därför sin enda valenselektrn i föreningar med ickemetaller. Väte får därför ett elektrnundersktt sm betecknas +I. Exempel: I CH 4 har varje väteatm xidatinstalet +I (kl har -IV). I kemiska föreningar med metaller har väte xidatinstalet -I: Väte har högre elektrnegativitet jämfört med metallerna ch kmmer därför i föreningar med metaller att dra åt sig en valenselektrn från metallen. Väte får då ett elektrnöversktt sm betecknas -I. När väteatmen drar åt sig en valenselektrn så bildas en s.k. hydridjn, H -. Exempel: I jnföreningen natriumhydrid (NaH) har väte xidatinstalet -I (natrium har +I).

5 Regler för att bestämma xidatinstalet För atmjner är xidatinstalet lika med laddningen: Laddningen avslöjar m ämnet har avgivit eller upptagit elektrner ch därmed m ämnet har ett elektrnundersktt eller elektrnöversktt. Därför är laddningen lika med xidatinstalet. Exempel: I Ca 2+ har kalcium xidatinstalet +II ch i O 2- är xidatinstalet -II. I en jnförening ska summan av jnernas xidatinstal vara lika med nll: Om en jn avger 2 elektrner så måste den andra ta emt 2 elektrner. Nettladdningen i en jnförening blir därför alltid nll ch därför ska även summan av xidatinstalen vara lika med nll. Exempel: I Ca 2+ har kalcium xidatinstalet +II ch i O 2- är xidatinstalet -II.

6 Regler för att bestämma xidatinstalet I en sammansatt jn ska summan av xidatinstalen bli lika med jnladdningen: Sammansatta jner består av flera atmer sm sitter ihp ch bildar en kemisk förening. Men jämfört med andra kemiska föreningar har denna förening sm helhet ett elektrnöversktt eller undersktt (är laddad). När vi anger xidatinstalet för de ingående atmerna så ska summan vara detsamma sm den ttala laddningen hs den sammansatta jnen. Exempel: I NO 3- har varje syreatm xidatinstalet -II. Ttalt finns det 3 syreatmer vilket innebär ttalt -VI i xidatinstal för alla syreatmer. Kväveatmen måste då ha xidatinstalet +V m den ttala jnladdningen ska bli -I. I en laddad kemisk förening ska summan av xidatinstalen bli nll: Om en atm i en kemisk förening drar åt sig 2 elektrner (ch därmed får xidatinstalet -II) så måste en eller flera andra atmer i samma kemiska förening förlra 2 elektrner. Det kan möjligen vara 1 eller 3 elektrner sm förlras! Exempel: I H 2 O har syreatmen xidatinstalet -II ch varje väte +I. Summan av xidatinstalen blir då nll.

7 Regler för att bestämma xidatinstalet Klatmer kan ha xidatinstal från +IV till -IV: Klatmer har 4 valenselektrner ch kan därför skapa maximalt 4 bindningar till andra atmer. Klatmens xidatinstal är berende av hur elektrnegativa de andra atmerna är. Om klatmen binder till 4 atmer sm är mer elektrnegativa än klatmen kmmer klatmen förlra sina 4 valenselektrner ch därmed få xidatinstalet +IV. Men m klatmen binder t.ex. 4 atmer sm är mindre elektrnegativa än klatmen så kmmer klatmen få xidatinstalet -IV. Exempel: I CH 4 har klatmen -IV i xidatinstal eftersm klatmen har högre elektrnegativitet jämfört med väteatmerna. I CO 2 har däremt klatmen +IV eftersm syreatmerna har högre elektrnegativitet (viktigt att förstå att summan av xidatinstalen ska vara nll).

8 Regler för att bestämma xidatinstalet Typ av ämne: Oxidatinstal: Exempel: Grundämnen (atmer) sm ej ingår i en kemisk förening: 0 Syreatmerna i O 2 har xidatinstalet 0. Fluratmerna i F 2 har xidatinstalet 0. Fluratmer i kemiska föreningar: -I Fluratmerna i OF 2 har xidatinstalet -I (syreatmen +II). Syreatmer i kemiska föreningar (förutm i perxider eller i föreningar med flur): -II (i H 2 O 2 har syre -I ch i OF 2 +II) Syreatmerna i H 2 O har xidatinstalet -II. Syreatmerna i CO 2 har xidatinstalet -II. Vanliga jner (t.ex. Na +, Mg 2+, Cl - ): Samma sm jnladdningen. Na + i saltet NaCl har xidatinstalet +I. Mg 2+ i saltet MgCl 2 har xidatinstalet +II. Jnföreningar: Sammansatta jner (t.ex. NO 3- ): Väteatmer i kemiska föreningar med ickemetaller: Väteatmer i kemiska föreningar med metaller: Summan av de ingående jnernas xidatinstal ska vara lika med nll. Summan av xidatinstalen ska vara lika med jnladdningen. I saltet MgCl 2 har Mg +II ch varje Cl -I vilket innebär att summan är lika med nll. I NO 3- har N +V ch varje O -II vilket innebär att summan är lika med -I. +I Väteatmerna i H 2 O har xidatinstalet +I. Väteatmerna i CH 4 har xidatinstalet +I. Väteatmerna förekmmer då sm hydridjner (H - ) ch har därför xidatinstalet -I. Väteatmerna i NaH har xidatinstalet -I. Väteatmerna i KH har xidatinstalet -I.

9 Regler för att bestämma xidatinstalet Typ av ämne: Oxidatinstal: Exempel: Metaller i kemiska föreningar: Alltid psitiva xidatinstal. Alkalimetallerna (grupp 1) i kemiska föreningar: De alkaliska jrdartsmetallerna (grupp 2) i kemiska föreningar: Metallerna i grupp 3-12 i kemiska föreningar: Oladdade kemiska föreningar: Klatmer: +I Natriumjnen i NaCl har xidatinstalet +I. Kaliumjnen i KF har xidatinstalet +I. +II Berr lite på. Vissa av dessa metaller kan avge lika antal valenselektrner i lika situatiner. Järn avger t.ex. 2 eller 3 valenselektrner. Summan av de ingående atmernas xidatinstal ska vara 0. I övrigt gäller de regler sm har beskrivits tidigare för resp. ämne. Från -IV till +IV berende på vilka andra atmer klatmerna binder till. Magnesiumjnen i MgO har xidatinstalet +II. Kalciumjnen i CaCl 2 har xidatinstalet +II. Järnjnen i FeCl 2 har xidatinstalet +II. Järnjnen i FeCl 3 har xidatinstalet +III. Väteatmerna i CH 4 har xidatinstalet +I. Eftersm summan ska vara lika med nll kan vi lista ut att klatmen har -IV. Klatmen i CH 4 har -IV. Klatmen i CO 2 har +IV.

10 Uppgift 1: Ange xidatinstalen för de lika atmslagen i HNO 3 Svar: H= +I N= +V O= -II Lösning: O har alltid -II (förutm några få undantag). 3 syre medför ttalt -VI. H har alltid +I i föreningar med icke metaller. I en laddad kemisk förening ska summan av xidatinstalen vara nll. N måste då ha +V. -VI + I + V= 0

11 Uppgift 2: Ange xidatinstalen för de lika atmerna i a) N 2 b) NH 3 c) CaCl 2 d) SO 4 2- Svar ch lösning: a) N= 0. Oxidatinstalet för varje kväveatm är 0. Alla grundämnen i fri frm har xidatinstalet 0. b) N= -III. H= +I. Vi vet att väte alltid har +I i föreningar med ickemetaller. Vätena har tillsammans +III ch då måste xidatinstalet för kväve vara -III eftersm summan ska bli nll. c) Ca 2+ = +II. Cl - = -I. Detta är en jnförening ch då är xidatinstalet lika med jnernas laddning. Kalcium tillhör grupp 2 ch har därför laddningen 2+. Cl tillhör grupp 17 ch har därför laddningen 1-. Oxidatinstalen blir därför +II ch -I. Vi ser även att summan av alla xidatinstal blir nll. d) S= +VI. O= -II. Detta är en sammansatt jn. Syre har i strt sätt alltid -II i kemiska föreningar. Eftersm det finns 4 syre så är det ttala xidatinstalet för alla syreatmer; -VIII. Svavelatmen måste då ha xidatinstalet +VI eftersm summan ska bli lika med jnens laddning sm är 2-.

12 En del metaller i grupp 3 ch uppåt kan ha lika xidatinstal Många av metallerna i grupp 3 ch uppåt kan ha 2 eller fler xidatinstal: Metallerna i grupp 1 avger alltid 1 valenselektrn ch metallerna i grupp 2 avger alltid 2 valenselektrner men en del metaller i grupp 3 ch uppåt kan avge lika antal valenselektrner berende på i vilket sammanhang ch under vilka förutsättningar det sker. Det leder till att dessa metaller ckså får flera lika xidatinstal (berende på hur många elektrner de har avgivit). Järn kan ha 2 lika xidatinstal: Järn kan avge 2 eller 3 valenselektrner ch bildar då jnerna Fe 2+ respektive Fe 3+. Oxidatinstalen blir då +II resp. +III. Fe 2+ = +II Fe 3+ = +III När vi skriver namnet på jnföreningar sm innefattar dessa metaller så kan vi för tydlighetens skull välja att ta med metallens xidatinstal: Jnföreningen/saltet järnklrid skulle kunna innehålla järnjner med antingen xidatinstalet +II eller +III. Om vi vet xidatinstalet så kan vi välja att skriva järn(ii)klrid m järn har xidatinstalet +II eller järn(iii)klrid m järn har xidatinstalet +III. För att kunna lista ut xidatinstalet hs dessa metaller måste vi ta hjälp av den negativa jnen sm ingår i den kemiska föreningen ch den frmel sm föreningen har.

13 Uppgift 3: Saltet järnflurid förekmmer i 2 lika frmer; FeF 3 resp. FeF 2. Vilket xidatinstal har järn i de båda salterna? Svar: +III resp. +II. Lösning: Vi vet att flur drar till sig 1 elektrn från järn ch alltid får xidatinstalet -I. Med hjälp av antalet fluridjner i frmeln kan vi lista ut vilket xidatinstal sm varje järnjn har (summan ska ju bli nll!). FeF 3 = Järnjnen måste ha xidatinstalet +III m summan ska bli 0, namnet på saltet blir då järn(iii)flurid. FeF 2 = Järnjnen måste ha xidatinstalet +II m summan ska bli 0, namnet på saltet blir då järn(ii)flurid.

14 Uppgift 4: Blyjner slår sig samman med sulfatjner (SO 4 2- ) ch bildar jnföreningen PbSO 4. Ange xidatinstalen för de lika atmslagen i Svar: Pb= +II S= +VI O= -II jnföreningen. Lösning: Steg 1 - Lista ut xidatinstalet på metalljnen med hjälp av den negativa jnen: Pb kan ha lika laddning ch lika xidatinstal berende på sammanhang. I ett salt är summan av laddningarna alltid nll (både jnladdningarna ch xidatinstalen) ch då måste Pb ha laddningen 2+ eftersm sulfatjnen har laddningen 2-. Saltet består alltså av jnerna SO 2-4 ch Pb 2+. Pb 2+ har därmed xidatinstalet +II eftersm xidatinstalet ska vara lika med jnladdningen (m det är atmjner). Steg 2 Lista ut xidatinstalen hs atmerna i sulfatjnen: Summan av alla xidatinstalen i den sammansatta jnen SO 2-4 ska vara -II (lika sm laddningen). O har alltid -II. Fyra syre innebär ttalt -VIII i xidatinstal för alla syreatmer tillsammans. S måste därför ha xidatinstalet +VI m summan ska vara lika med -II. Tillsammans ska allting bli lika med nll: Om vi lägger ihp alla xidatinstal så ser vi att den ttala summan i hela jnföreningen blir nll. Pb S O 4 +II +VI -VIII (-II * 4) 0

15 Lösning: Uppgift 5: Ange xidatinstalet sm järn har i jnföreningen Fe 2 O 3 Svar: I Fe 2 O 3 har Fe xidatinstalet +III. Järn kan ha lika xidatinstal (+II eller +III). Vi måste därför titta på den negativa jnen för att avgöra vilket xidatinstal järn har i just den här föreningen. Syre har alltid -II i xidatinstal i kemiska föreningar (förutm i förening med flur). Om varje syreatm har -II så blir det ttalt -VI (3. -II= -VI). Den ttala summan av alla xidatinstal i en jnförening ska vara nll. O -II O -II O -II Fe Fe + = 0 +III +III Järnjnernas xidatinstal måste därför vara +III (2. III= VI). Föreningen kan därför skrivas på följande sätt; järn(iii)xid.

16 Uppgift 6: Ange xidatinstalet för kppar i CuCl resp. i CuCl 2 Svar: I CuCl har Cu xidatinstalet +I ch i CuCl 2 har Cu xidatinstalet +II. Lösning: CuCl ch CuCl 2 består båda av kpparjner ch klridjner. Klridjner har i jnföreningar alltid laddningen 1- ch därmed ckså xidatinstalet -I eftersm klr tar emt 1 elektrn för att få ädelgasstruktur. Om varje klridjn har laddningen 1- ch xidatinstalet -I så vet vi även att saltet CuCl innehåller kpparjner med beteckningen Cu + ch xidatinstalet +I eftersm summan av xidatinstalen ska bli nll. Vi vet då även att saltet CuCl 2 innehåller kpparjner med beteckningen Cu 2+ ch xidatinstalet +II eftersm summan av xidatinstalen ska bli nll. Vi kan även skriva de båda föreningarna på följande sätt för att visa vilka resp. xidatinstal kpparjnerna har i de båda föreningarna; kppar(i)klrid resp. kppar(ii)klrid.

17 Uppgift 7: Skriv frmeln (kemiska beteckningen) för jnföreningen kppar(i)xid Svar: Cu 2 O. Lösning: Kppar(I) avslöjar att kpparjnen har laddningen 1+ ch därmed även xidatinstalet +I. Oxidjner har -II i xidatinstal (syre drar alltid, med några få undantag, till sig 2 elektrner från andra ämnen). När vi skriver frmler för jnföreningar måste vi balansera laddningarna ch därmed även xidatinstalen. Det ska vara lika många plus sm minus. Frmeln för jnföreningen (saltet) blir därför: Cu 2 O. Cu +I Cu +I + O -II = 0

18 Oxidatinstal kan användas för att lista ut vilka ämnen sm xideras resp. reduceras Om xidatinstalet ökar för ett ämne (blir mer psitivt) innebär det att ämnet har förlrat elektrner helt eller delvis. Ämnet har alltså xiderats. 0 +II Exempel: Cu Cu 2+ Ökat xidatinstal= Oxidatin. Om xidatinstalet minskar för ett ämne (blir mer negativt) innebär det att ämnet har tagit emt elektrner helt eller delvis. Ämnet har alltså reducerats. +II 0 Exempel: Cu 2+ Cu Minskat xidatinstal= Reduktin.

19 Uppgift 8: Vilket ämne xideras resp. reduceras i nedanstående reaktin? Ämne: 0 +II +III 0 2Al + 3Pb 2+ 2Al Pb Lösning: 1. Sätt ut alla xidatinstal. 2. Undersök m xidatinstalet för de lika ämnena har ökat eller minskat (efter att reaktinen har skett). 3. Avgör utifrån förändringen av xidatinstalet m ämnena har genmgått en xidatin eller reaktin. Oxidatinstal före reaktinen: Oxidatinstal efter reaktinen: Förändring: Oxidatin eller reduktin? Aluminium: 0 +III Ökat xidatinstal Oxidatin Bly: +II 0 Minskat xidatinstal Reduktin Svar: Aluminium (Al) xideras ch bly (Pb 2+ ) reduceras i reaktinen.

20 Uppgift 9: Vilket ämne xideras resp. reduceras i nedanstående reaktin? Ämne: +III -II +II -II 0 +IV -II Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2 Lösning: 1. Sätt ut alla xidatinstal. 2. Undersök m xidatinstalet för de lika ämnena har ökat eller minskat (efter att reaktinen har skett). 3. Avgör utifrån förändringen av xidatinstalet m ämnena har genmgått en xidatin eller reaktin. Oxidatinstal före reaktinen: Oxidatinstal efter reaktinen: Förändring: Oxidatin eller reduktin? Järn: +III 0 Minskat xidatinstal Reduktin Syre: -II -II Oförändrat Inget har hänt Kl: +II +IV Ökat xidatinstal Oxidatin Svar: Järn (Fe 3+ ) reduceras ch kl (C) xideras i reaktinen.

21 Se gärna fler filmer av Niklas Dahrén: