حالة الأكسدة

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث

حالة الأكسدة (أو عدد الأكسدة أو مرحلة الأكسدة)، هو مصطلح يشير إلى درجة تأكسد ذرة في مركب كيميائي. فمفهوم حالة الأكسدة هي الشحنة الكهربية التي تكتسبها ذرة إذا كانت جميع ارتباطاتها مع عناصر أخرى من نوع الرابطة الأيونية بنسبة 100%.

وتمثل حالة الأكسدة بأرقام صحيحة قد تكون موجبة أو سالبة الإشارة وقد تكون مساوية للصفر. وفي بعض الحالات يمكن أن تكون حالة الأكسدة كسرًا مثل 8/3 للحديد في (Fe3O4). [1]

أعلى حالة أكسدة تم الإعلان عنها +9 في الكاتيون رباعي أكسيد الإريديوم (+IrO4[2] من المتوقع وجود حالة الأكسدة +10 والتي يمكن تحقيقها بواسطة البلاتين في الكاتيون رباعي البلاتين.[3] كما تتواجد درجة التأكسد +8 في رباعي أكسيد الزينون ورباعي أكسيد الروثينيوم ورباعي أكسيد الأوزميوم بينما أقل حالة أكسدة هي −5 كما هو الحال في البورون في Al3BC. [4]

زيادة حالة أكسدة ذرة خلال تفاعل كيميائي يسمى "أكسدة" وأما انخفاض حالة الأكسدة فيسمى اختزال. وتتضمن تلك التفاعلات انتقال للإلكترونات. ويعتبر اكتساب ذرة إلكترونات اختزالًا أما فقدانها إلكترونات فهو أكسدة. حالة الأكسدة للعناصر النقية تساوي صفرًا.

تحتوي معظم العناصر على أكثر من حالة أكسدة محتملة على سبيل المثال يحتوي الكربون على تسع حالات أكسدة صحيحة محتملة من −4 إلى +4.

حالات التأكسد الصحيحة المحتملة للكربون
حالة الأكسدة مثال
-4 CH4
-3 C2H6
-2 C2H4 , CH3Cl
-1 C2H2, C6H6
0 HCHO
+1 OCHCHO
+2 HCOOH
+3 HOOCCOOH
+4 CO2

تعريف الأكسدة[عدل]

قام الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية بتعريف حالة الأكسدة كالآتي:[5]

حالة الأكسدة: هي مقياس لدرجة تأكسد ذرة في مادة .وتعرف بأنها الشحنة التي يمكن تصور أن تحصل عليها الذرة عندما تعد الإلكترونات على أساس عدة مبادئ:

1) حالة الأكسدة لعنصر حر (غير مرتبط) تساوي صفرًا ،

2) بالنسبة إلى أيون أحادي الذرة تكون حالة الأكسدة مساوية لشحنة الأيون ،

3) حالة الأكسدة للهيدروجين تساوي +1 ، و حالة الأكسدة للأكسجين -2 عند تواجدهما في معظم المركبات . (في حالات خاصة تكون حالة أكسدة الهيدروجين -1 في هيدريد الفلزات النشطة ، مثل هيدرات الليثيوم LiH, وتكون حالة أكسدة الأكسجين في البيروكسيد -1 أي H2O2);

(4) يجب أن يكون مجموع حالات أكسدة جميع الذرات في جزيء متعادلًا كهربيًا مساويًا للصفر، بينما تكون مجموع حالات الأكسدة للذرات المكونة للأيون مساوية لشحنة الأيون. وعلى سبيل المثال، تكون حالات أكسدة الكبريت في H2Sو S8(الكبريت الأولي ) و SO2 و SO3 و H2SO4 مساوية: -2 و 0 و +4 و +6 و +6 على التوالي . وتكون حالات الأكسدة الأعلى لذرة كلما زادت درجة أكسدتها، وكلما انخفضت حالة أكسدتها تزداد درجة اختزالها .

الفرق بين حالة أكسدة وعدد الأكسدة[عدل]

عدد الأكسدة للكربون و الهيدروجين في الإيثان.

تتساوى في أغلب الأحوال قيمة حالة الأكسدة oxidation state وقيمة ما يسمى عدد الأكسدة oxidation number ولكنهما مختلفان . يستخدم عدد الأكسدة في المعقدات التساندية وفيها تختلف قواعد عد الإلكترونات عنها في حالة الأكسدة ، نطبق مع المعقدات التساندية القاعدة : كل إلكترون ينتسب إلى أحد الربيطات بصرف النظر عن ماله من سالبية كهربية . نرمز لعدد الأكسدة بالرموز اللاتينية بينما نرمز لحالة الأكسدة بالأرقام العربية. كما أننا يمكن أن نستخدم عدد الأكسدة لذرة مركزية في تسمية مركب معقد تساندي ، مثل iron(II,III) oxide ، ولا تدخل في تسمية المركب حالة الأكسدة.

يكتب عدد الأكسدة إما على يمين رمز العنصر بالحروف اللاتينية ، مثل FeIII أو بين قوسين بعد اسم العنصر مثل (iron(III : وفي تلك الحالة الأخيرة لا نترك مسافة بين اسم العنصر وعدد الأكسدة.

القواعد العامة لتحديد حالة الأكسدة بدون الاعتماد على بنية لويس[5][عدل]

  1. أي عنصر نقي (وقد يكون جزيئا ثنائيا مثل الكلور Cl2) تكون له حالة الأكسدة (OS) مساوية للصفر، أمثلة على ذلك النحاس Cu أو الأكسجين O2.
  2. بالنسبة إلى أيون ذرة أحادية يكون (OS) مساويا لشحنة الأيون .فمثلا S2- يكون له OS مساويا -2, بينما Li+ يكون له +1.
  3. يكون مجموع حالات الأكسدة OSs لجميع الذرات في جزيئ أو أيون متعدد الذرات مساويا لشحنة الجزيئ أو الأيون ، بحيث يمكن حساب حالة أكسدة أحد العناصر من بقية حالات أكسدة العناصر الباقية. فمثلا ، في ( SO32- (sulfite ion , تكون الشحنة الكلية للأيون -2 ، وكل ذرة أكسجين باعتبار أن لها حالة الأكسدة -2 كالعادة. عندئذ يكون مجموع حالات الأكسدة OSs مساويا OS(S) + 3(-2) = -2, وبالتالي نحصل على حالة أكسدة الكبريت OS(S) = +4.
  4. مع ملاحظة عدم الخلط بين الشحنة على ذرة بحالة أكسدتها ، إذ ربما يختلفان ، وبالفعل يختلفان غالبا في الأيونات عديدة الذرات . وعلى سبيل المثال ، تكون الشحنة على ذرة النيتروجين في أيون الأمونيا NH4+ مساويا +1, في حين تكون حالة أكسدته -3, وهي تساوي حالة أكسدة النيتروجين في الأمونيا. في تلك الحالة تكون الشحنة على الذرة قد تغيرت مع عدم تغير حالة أكسدتها .

اتزان الأكسدة والأختزال[عدل]

يمكن أن تكون حالات الأكسدة مفيدة في اتزان المعادلات الكيميائية لتفاعلات اختزال الأكسدة (redox) لأنه يجب موازنة التغيرات في الذرات المؤكسدة بالتغييرات في الذرات المختزلة. على سبيل المثال في تفاعل الأسيتالديهيد مع كاشف تولنس لتكوين حمض الأسيتيك تتغير حالة أكسدة ذرة الكربونيل من +1 إلى +3 (تفقد إلكترونين)، تتم موازنة هذه الأكسدة عن طريق تقليل اثنين من كاتيونات +Ag إلي 0Ag.

مثال غير عضوي هو تفاعل Bettendorf باستخدام SnCl2 لإثبات وجود أيونات الزرنيخ في مستخلص حمض الهيدروكلوريك المركز. عند وجود الزرنيخ (III) ، يظهر لون بني مكونًا ترسبًا داكنًا من الزرنيخ ، وفقًا للتفاعل المبسط التالي:

4+ 2As3+ + 3 Sn2+ → 2 As0 + 3Sn

هنا تتأكسد ثلاث ذرات من القصدير من حالة الأكسدة +2 إلى +4 مما ينتج عنه ستة إلكترونات تقلل ذرتين من الزرنيخ من حالة الأكسدة من +3 إلى 0.

تاريخ مفهوم حالة الأكسدة[عدل]

تم دراسة الأكسدة لأول مرة من قبل أنطوان لافوازييه الذي عرّفها بأنها نتيجة تفاعلات مع الأكسجين (ومن هنا جاء الاسم). [6][7] تم تعميم المصطلح منذ ذلك الحين على أنه فقد الإلكترونات. حالات الأكسدة أو درجات الأكسدة التي أطلق فريدريك فولر في عام 1835[8] كانت واحدة من نقاط الانطلاق الفكرية التي استخدمها ديمتري مندليف لاشتقاق الجدول الدوري. [9]

المراجع[عدل]

  1. ^ John William; Petrucci, Ralph H. (2002). General chemistry : an integrated approach. Upper Saddle River, N.J. : Prentice Hall. ISBN 978-0-13-033445-9. مؤرشف من الأصل في 22 أكتوبر 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  2. ^ Wang, G.; Zhou, M.; Goettel, G. T.; Schrobilgen, G. J.; Su, J.; Li, J.; Schlöder, T.; Riedel, S. (2014). "Identification of an iridium-containing compound with a formal oxidation state of IX". Nature. 514 (7523): 475–477. Bibcode:2014Natur.514..475W. doi:10.1038/nature13795. PMID 25341786. S2CID 4463905. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  3. ^ Yu, H.-S.; Truhlar, D. G. (2016). "Oxidation state 10 exists". Angew. Chem. Int. Ed. 55 (31): 9004–9006. doi:10.1002/anie.201604670. PMID 27273799. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  4. ^ Amberger, E.; Ploog, K. (1969-11). "Einfluß von Fremdatomen auf Bildung und Struktur von Bormodifikationen und borreichen Boriden". Angewandte Chemie. 81 (22): 908–908. doi:10.1002/ange.19690812219. ISSN 0044-8249. مؤرشف من الأصل في 4 يناير 2021. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); تحقق من التاريخ في: |تاريخ= (مساعدة)
  5. أ ب الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية Gold Book definition: oxidation state  PDF نسخة محفوظة 30 مارس 2016 على موقع واي باك مشين.
  6. ^ "Antoine Laurent Lavoisier The Chemical Revolution - Landmark - American Chemical Society". American Chemical Society. مؤرشف من الأصل في 15 نوفمبر 2020. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو 2018. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  7. ^ "Lavoisier on Elements". Chem125-oyc.webspace.yale.edu. مؤرشف من الأصل في 13 يونيو 2020. اطلع عليه بتاريخ 14 يوليو 2018. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  8. ^ Wöhler, F. (1835). Grundriss der Chemie: Unorganische Chemie [Foundations of Chemistry: Inorganic Chemistry]. Berlin: Duncker und Humblot. صفحة 4. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  9. ^ Jensen, W. B. (2007). "the origin of the oxidation-state concept". J. Chem. Educ. 84 (9): 1418–1419. Bibcode:2007JChEd..84.1418J. doi:10.1021/ed084p1418. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)

اقرا أيضا[عدل]