Nombor pengoksidaan dan perubahannya

Halaman ini merangkumi satu standard kandungan Tingkatan 5 daripada Keseimbangan Redoks: nombor pengoksidaan dan perubahannya. Standard sebelumnya mentakrifkan pengoksidaan dan penurunan. Nombor pengoksidaan menjadikan idea itu satu alat yang tepat dan boleh dikira, supaya anda boleh menentukan apa yang dioksidakan dan apa yang diturunkan dalam mana-mana persamaan, termasuk tindak balas yang tiada apa-apa jelas menerima atau kehilangan oksigen, hidrogen atau elektron.

Apa itu nombor pengoksidaan

Nombor pengoksidaan (atau keadaan pengoksidaan) sesuatu atom ialah nilai bertanda yang menerangkan berapa banyak elektron yang seolah-olah diterima atau dihilangkan atom itu berbanding unsur bebas. Ia ditulis dengan tanda dahulu, contohnya +2, -1, +7. Anda memberikannya menggunakan susunan peraturan yang tetap.

Peraturan, mengikut susunan keutamaan:

1. Nombor pengoksidaan atom dalam unsur bebas (tak bergabung) ialah 0, contohnya Fe, O₂, Cl₂, S₈ semuanya 0.
2. Bagi ion monoatom, nombor pengoksidaan sama dengan cas, Na⁺ ialah +1, Cl⁻ ialah -1, Al³⁺ ialah +3, S²⁻ ialah -2.
3. Dalam sebatian, sesetengah unsur mempunyai nilai yang hampir tetap: logam Kumpulan 1 ialah +1, logam Kumpulan 2 ialah +2, fluorin ialah -1, hidrogen biasanya +1 (tetapi -1 dalam hidrida logam seperti NaH), dan oksigen biasanya -2 (tetapi -1 dalam peroksida seperti H₂O₂).
4. Jumlah semua nombor pengoksidaan dalam sebatian neutral ialah 0, dan dalam ion poliatom sama dengan cas pada ion itu.

Peraturan 4 ialah kuda kerja: setelah nilai tetap diletakkan, anda menyelesaikan atom yang tidak diketahui seperti satu persamaan mudah.

Bagaimana perubahan nombor pengoksidaan menunjukkan redoks

Bandingkan nombor pengoksidaan setiap unsur sebelum dan selepas tindak balas:

• Peningkatan nombor pengoksidaan (lebih positif) ialah pengoksidaan.
• Penurunan nombor pengoksidaan (lebih negatif) ialah penurunan.

Agen pengoksidaan mengandungi unsur yang nombor pengoksidaannya menurun; agen penurunan mengandungi unsur yang nombor pengoksidaannya meningkat. Ini konsisten dengan takrifan elektron, kehilangan elektron menolak nilai naik (pengoksidaan), penerimaan elektron menolak nilai turun (penurunan).

Penamaan dengan angka Roman (tatanama Stock)

Angka Roman dalam nama seperti ferum(II) sulfat atau kuprum(II) oksida ialah nombor pengoksidaan logam itu. Jadi ferum(II) bermaksud ferum dengan nombor pengoksidaan +2, dan ferum(III) bermaksud +3. Mangan dalam MnO₄⁻ mempunyai nombor pengoksidaan +7, itulah sebabnya kalium manganat(VII) membawa (VII). Membiasakan diri membaca nama begini menjimatkan masa dalam peperiksaan.

Menyeimbangkan redoks menggunakan perubahan nombor pengoksidaan

Nombor pengoksidaan bukan sekadar untuk mengenal pasti redoks; ia juga cara pantas untuk menyeimbangkan persamaan redoks. Kaedahnya ialah jumlah peningkatan nombor pengoksidaan mesti sama dengan jumlah penurunan, kerana elektron yang hilang mesti sama dengan elektron yang diterima. Cari perubahan bagi setiap unsur, kemudian pilih pekali supaya kedua-dua jumlah itu sepadan. Contohnya, jika satu unsur turun sebanyak 5 dan unsur lain naik sebanyak 1, anda memerlukan lima atom unsur kedua bagi setiap satu atom unsur pertama, tepat seperti dalam tindak balas manganat(VII) dengan ferum(II) di bawah. Menguasai teknik ini bermakna anda boleh menyeimbangkan persamaan redoks yang rumit tanpa cuba-cuba, satu kemahiran yang sangat berharga dalam Bahagian B dan C Kertas 2.

Contoh penyelesaian

Soalan. Tentukan nombor pengoksidaan mangan dalam ion manganat(VII), MnO₄⁻. Kemudian, dalam tindak balas MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O, nyatakan unsur yang mana dioksidakan dan yang mana diturunkan, dan namakan agen pengoksidaan.

Langkah 1, berikan nombor pengoksidaan Mn dalam MnO₄⁻. Oksigen ialah -2 (peraturan 3), dan terdapat empat oksigen, memberi 4 x (-2) = -8. Biarkan nombor pengoksidaan Mn ialah x. Ion mempunyai cas keseluruhan -1, jadi mengikut peraturan 4: x + (-8) = -1, maka x = +7. Mangan ialah +7 dalam MnO₄⁻.

Langkah 2, cari Mn selepas tindak balas. Dalam Mn²⁺, satu ion monoatom, nombor pengoksidaan sama dengan cas: +2 (peraturan 2).

Langkah 3, cari perubahan bagi Mn. Mangan berubah dari +7 ke +2, satu penurunan sebanyak 5. Penurunan ialah penurunan (reduction), jadi mangan diturunkan.

Langkah 4, cari perubahan bagi Fe. Ferum berubah dari +2 (dalam Fe²⁺) ke +3 (dalam Fe³⁺), satu peningkatan sebanyak 1. Peningkatan ialah pengoksidaan, jadi ferum dioksidakan.

Langkah 5, namakan agen pengoksidaan. Agen pengoksidaan mengandungi unsur yang diturunkan (mangan), jadi MnO₄⁻ (ion manganat(VII)) ialah agen pengoksidaan, dan Fe²⁺ ialah agen penurunan. Perhatikan perakaunan elektron seimbang: mangan turun 5 bagi satu ion, dan ferum naik 1 bagi setiap satu daripada lima ion ferum, 5 kesemuanya, jadi elektron yang hilang sama dengan elektron yang diterima.

Jawapan. Mn ialah +7 dalam MnO₄⁻ dan diturunkan kepada +2; ferum dioksidakan dari +2 ke +3. Ion manganat(VII) ialah agen pengoksidaan.

Soalan latihan

Tentukan nombor pengoksidaan kromium dalam ion dikromat(VI), Cr₂O₇²⁻.

Jawapan. Oksigen ialah -2, dan terdapat tujuh oksigen: 7 x (-2) = -14. Biarkan setiap kromium ialah x; terdapat dua, jadi 2x. Cas ion ialah -2, jadi 2x + (-14) = -2, memberi 2x = +12 dan x = +6. Setiap kromium mempunyai nombor pengoksidaan +6 (itulah sebabnya ion dinamakan dikromat(VI)).

Petua peperiksaan

Tulis nombor pengoksidaan di atas setiap atom yang ditanya, dan sentiasa sertakan tanda, nilai yang ditulis sebagai “2” dan bukan “+2” boleh ditanda salah. Apabila mengenal pasti redoks, petik perubahan secara jelas: “sulfur dioksidakan, nombor pengoksidaannya meningkat dari -2 ke +4”. Bagi ion poliatom, jangan lupa jumlah mesti sama dengan cas pada ion, bukan sifar. Dan ingat dua pengecualian yang menjebak orang: hidrogen ialah -1 dalam hidrida logam, dan oksigen ialah -1 dalam peroksida. Tabiat kecil ini melindungi markah mudah merentasi Kimia SPM.

Kedudukan dalam bab

Nombor pengoksidaan ialah alat yang akan anda guna semula dalam setiap standard kemudian: ia mengesahkan tindak balas elektrod yang mana pengoksidaan dalam elektrolisis dan dalam sel, dan ia menerangkan mengapa logam yang lebih reaktif menyesarkan logam yang kurang reaktif.

• Naik ke hab bab: Keseimbangan Redoks.
• Ke sisi: nota ulang kaji bab dan senarai istilah utama untuk takrif yang tepat.

Pengajaran Kimia SPM 1-ke-1 dalam talian kami, dalam bahasa Inggeris dan dari RM50 sejam, meluangkan masa pada tindak balas tepat yang digemari peperiksaan, redoks manganat(VII) dan dikromat(VI) khususnya, supaya memberikan nombor pengoksidaan di bawah tekanan masa menjadi rutin dan bukan pertaruhan.