الأكسدة والاختزال
3-1
الأكسدة والاختزال
Oxidation and Reduction
الفكرة الرئيسية
يُعد تفاعلا الأكسدة والاختزال تفاعلين متكاملين؛ إذ تتأكسد ذرة وتُختزل أخرى.
الربط مع الحياة
ينتج ضوء العصا الضوئية عن تفاعل كيميائي؛ فعندما تكسر الكبسولة الزجاجية داخل الإطار البلاستيكي يحدث تفاعل بين مادتين، وتنتقل الإلكترونات، فتتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة ضوئية.
الأهداف
- تصف تفاعلات الأكسدة والاختزال.
- تحدد العوامل المؤكسدة والمختزلة.
- تحدد عدد التأكسد لعنصر في مركب.
- تفسر تفاعلات الأكسدة والاختزال من حيث التغير في حالة التأكسد.
مراجعة المفردات
الأيون المتفرج: الأيون غير المشترك في التفاعل ولا يظهر في المعادلة الأيونية.
المفردات الجديدة
تفاعل الأكسدة والاختزال
الأكسدة
الاختزال
العامل المؤكسد
العامل المختزل
انتقال الإلكترون وتفاعل الأكسدة والاختزال
Electron Transfer and Redox Reactions
يمكن تصنيف التفاعلات الكيميائية في العادة إلى خمسة أنواع من التفاعلات هي: التكوين، التفكك، والاحتراق، والإحلال البسيط، والإحلال المزدوج. ومن خواص تفاعلات الاحتراق والإحلال البسيط أنها يتضمنان انتقال الإلكترونات من ذرة إلى أخرى، كما هو الحال في كثير من تفاعلات التكوين والتفكك.
ففي تفاعل التكوين على سبيل المثال، يتفاعل الصوديوم Na، والكلور Cl₂، لتكوين المركب الأيوني NaCl، وينتقل إلكترونان من ذرتي صوديوم إلى جزيء الكلور Cl₂، ويتكون أيونان من الصوديوم وأيونان من الكلوريد، وتكون المعادلة الكيميائية لهذا التفاعل على النحو الآتي:
المعادلة الكيميائية الكاملة:
2Na(s) + Cl₂(g) → 2NaCl(s)
والمعادلة الأيونية الكلية، الأيونات المكونة للبلورة:
2Na(s) + Cl₂(g) → 2Na⁺(s) + 2Cl⁻(s)
أما تفاعل المغنيسيوم في الهواء الذي يتضمن انتقال الإلكترونات فهو مثال على تفاعل الاحتراق:
المعادلة الكيميائية الكاملة:
2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s)
المعادلة الأيونية الكلية، الأيونات المكونة للبلورة:
2Mg(s) + O₂(g) → 2Mg²⁺(s) + 2O²⁻(s)
عندما يتفاعل المغنيسيوم مع الأكسجين، كما في الشكل 3-1، فإن كل ذرة ماغنيسيوم تعطي إلكترونين إلى كل ذرة أكسجين، وتتحول ذرة المغنيسيوم إلى أيون Mg²⁺، وتتحول ذرة الأكسجين إلى الأيون O²⁻. ويسمى التفاعل الذي انتقلت فيه الإلكترونات من إحدى الذرات إلى ذرة أخرى تفاعل الأكسدة والاختزال.
الشكل 3-1
يتضمن تفاعل المغنيسيوم مع الأكسجين انتقال الإلكترونات من المغنيسيوم إلى الأكسجين؛ لذا فإن هذا التفاعل هو تفاعل أكسدة واختزال.
صنّف التفاعل بين المغنيسيوم والأكسجين.
اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_3-1_تفاعل_الماغنيسيوم_والأكسجين.png
#
الشكل 3-2
التفاعل بين محلول أيونات البروميد وغاز الكلور هو تفاعل أكسدة؛ هنا تنتقل الإلكترونات من أيونات البروم إلى الكلور.
المعادلة الموضحة في الشكل:
2Br⁻ + Cl₂ → Br₂ + 2Cl⁻
اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_3-2_انتقال_الإلكترونات_من_أيونات_البروم_إلى_الكلور.png
تتحول ذرة الأكسجين إلى الأيون O²⁻. ويسمى التفاعل الذي انتقلت فيه الإلكترونات من إحدى الذرات إلى ذرة أخرى تفاعل الأكسدة والاختزال.
لنأخذ تفاعل الإحلال البسيط بين المحلول المائي للكلور وأيونات البروميد لتكوين محلول مائي من كلوريد البوتاسيوم والبروم الموضح في الشكل 3-2.
المعادلة الكيميائية الكاملة:
2KBr(aq) + Cl₂(aq) → 2KCl(aq) + Br₂(aq)
المعادلة الكلية:
2Br⁻(aq) + Cl₂(aq) → Br₂(aq) + 2Cl⁻(aq)
يلاحظ أن الكلور يكتسب الإلكترونات من أيونات البروميد ليكون أيونات الكلوريد، وعندما يفقد أيونا البروميد الإلكترونات تتحد ذرتا البروم برابطة تساهمية لتكوين جزيء Br₂. إن تكوين الرابطة التساهمية بمشاركة الإلكترونات هو أيضًا تفاعل أكسدة واختزال.
الأكسدة والاختزال
أطلقت كلمة الأكسدة فيما مضى على التفاعلات التي تتضمن اتحاد المادة بالأكسجين، أما الآن فتعرف عملية الأكسدة على أنها فقدان ذرة المادة للإلكترونات.
نفحص مرة أخرى معادلة تفاعل الصوديوم والكلور الكلية، تلاحظ أن الصوديوم قد تأكسد لأنه فقد إلكترونًا:
التأكسد:
Na → Na⁺ + e⁻
وحتى يحدث تفاعل الأكسدة يجب أن تكتسب الإلكترونات التي تفقدها المادة المتأكسدة من قبل ذرات أو أيونات مادة أخرى، وبعبارة أخرى يجب أن تكون هناك عملية مرافقة تتضمن اكتساب الإلكترونات المفقودة.
أما عملية الاختزال فتعرف على أنها اكتساب ذرات المادة للإلكترونات. وبالرجوع إلى مثال كلوريد الصوديوم فإن تفاعل الاختزال المرافق لتفاعل الأكسدة هو اختزال الكلور.
الاختزال:
Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻
إذن فالأكسدة والاختزال عمليتان مترافقتان متكاملتان؛ فلا يحدث تفاعل الأكسدة إلا إذا حدث تفاعل اختزال، ومن المهم جدًا التمييز بين تفاعلي الأكسدة والاختزال.
المفردات: أصل الكلمة
الاختزال Reduction
جاءت من الأصل اللاتيني re وتعني الخلف، وducere وتعني يقود.
اسم الصورة المرتبطة:
أصل_الكلمة_الاختزال_Reduction.png
#
الشكل 3-3
يتفاعل كل من فلز البوتاسيوم وغاز الكلور تفاعل أكسدة واختزال لتكوين كلوريد البوتاسيوم.
اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_3-3_تفاعل_البوتاسيوم_والكلور.png
التغير في عدد التأكسد
تذكر أن عدد التأكسد لذرة في المركب الأيوني هو عدد الإلكترونات التي فقدتها أو اكتسبتها الذرة عندما كونت الأيونات، وأن تفاعل البوتاسيوم مع الكلور الموضح في الشكل 3-3 هو تفاعل أكسدة واختزال، ومعادلة تفاعل فلز البوتاسيوم مع غاز الكلور هي على النحو الآتي:
المعادلة الكيميائية الكاملة:
2K(s) + Cl₂(g) → 2KCl(s)
المعادلة الأيونية الكلية:
2K(s) + Cl₂(g) → 2K⁺(s) + 2Cl⁻(s)
يوجد البوتاسيوم ضمن عناصر المجموعة الأولى في الجدول الدوري، التي تميل إلى فقد إلكترون واحد في التفاعل؛ بسبب انخفاض كهروسالبيتها، وعدد تأكسدها +1. ومن ناحية أخرى يوجد الكلور ضمن عناصر المجموعة 17 التي تميل إلى اكتساب الإلكترونات؛ لأن كهروسالبيتها عالية، وعدد تأكسدها في كثير من المركبات -1.
ففي مفهوم الأكسدة والاختزال يمكنك القول إن ذرات البوتاسيوم قد تأكسدت من حالة الصفر إلى حالة +1؛ لأن كل ذرة فقدت إلكترونًا، واختزلت ذرات الكلور من الصفر إلى الحالة -1، فكل ذرة أو أيون عند اختزاله يقل عدد تأكسده. وعلى العكس من ذلك عندما تتأكسد ذرة أو أيون يزيد عدد تأكسده.
ويعد عدد التأكسد أداة يستعملها العلماء لكتابة المعادلة الكيميائية لمساعدتهم على الاحتفاظ بمسار حركة الإلكترونات في تفاعل الأكسدة. ويكتب عدد التأكسد مع الإشارة السالبة أو الموجبة قبل العدد مثل (+2, +3)، في حين تكتب إشارة الشحنة الأيونية بعد العدد (2+, 3+).
عدد التأكسد: +3
الشحنة الأيونية: 3+
ماذا قرأت؟
حدد أي العناصر أكثر قابلية لاكتساب الإلكترونات: البوتاسيوم أم الكلور؟
مهن في الكيمياء
صانع الفخار
يصنع الفخار، ويستعمل مواد تحتوي على أيونات فلزية لإضفاء الألوان المختلفة على الفخار عند حرقه. وتظهر المواد الزجاجية، التي تحتوي على أيونات النحاس، باللون الأخضر المائل إلى الزرقة عند تأكسدها، وتعطي اللون الأحمر عند حرقها في الفرن.
اسم الصورة المرتبطة:
مهن_في_الكيمياء_صانع_الفخار.png
#
العوامل المؤكسدة والعوامل المختزلة
Oxidizing and Reducing Agents
يمكن وصف تفاعل البوتاسيوم - الكلور في الشكل 3-3 بأن البوتاسيوم قد تأكسد بواسطة الكلور. المادة التي يحدث لها اختزال، أي تكتسب إلكترونات، تسمى عاملًا مؤكسدًا، أما المادة التي يحدث لها أكسدة، أي تفقد إلكترونات، فتسمى عاملًا مختزلًا؛ لذا فالعامل المختزل في تفاعل البوتاسيوم - الكلور هو البوتاسيوم؛ أي المادة التي تأكسدت.
2K(s) + Cl₂(g) → 2KCl(s)
العامل المختزل: K
العامل المؤكسد: Cl₂
ومن التطبيقات الشائعة على تفاعلات الأكسدة والاختزال إزالة الشوائب من الفلزات. وتعد العوامل المؤكسدة والمختزلة الأخرى مفيدة في الحياة اليومية. فعلى سبيل المثال عند إضافة مبيض الغسيل إلى الملابس لتبييضها، فإنك تستعمل محلولًا من هيبوكلوريت الصوديوم NaClO، وهو عامل مؤكسد يؤدي إلى أكسدة البقع والأصباغ ومواد أخرى. ويلخص الجدول 3-1 الطرائق المختلفة لوصف تفاعلات الأكسدة والاختزال.
الجدول 3-1
ملخص تفاعلات الأكسدة والاختزال
| العملية | الأكسدة | الاختزال |
| ------------------ | ------------------------- | ------------------------ |
| انتقال الإلكترونات | X يفقد إلكترونًا | Y يكتسب إلكترونًا |
| وصف المادة | X عامل مختزل ويتأكسد | Y العامل المؤكسد يُختزل |
| عدد التأكسد | يزيد عدد التأكسد للمادة X | يقل عدد التأكسد للمادة Y |
اسم الصورة المرتبطة:
الجدول_3-1_ملخص_تفاعلات_الأكسدة_والاختزال.png
تجربة
ملاحظة تفاعل الأكسدة والاختزال
كيف يمكن إزالة الشوائب من الفضة؟
الخطوات
- اقرأ نموذج الأمان في المختبر.
- بل قطعة من ورق الألومنيوم برفق مستعملًا الصوف لإزالة أي طبقة مؤكسدة تغطيها.
- لف قطعة صغيرة متأكسدة من معدن الفضة برقائق الألومنيوم، وتأكد من التصاق المنطقة المتأكسدة تمامًا برقائق الألومنيوم.
- ضع القطعة الملفوفة في كأس سعتها 400 mL، وأضف كمية محددة من ماء الصنبور حتى تغطيها تمامًا.
- أضف مقدار ملعقة من صودا الخبز، ومقدار ملعقة من ملح المائدة إلى الكأس.
- أمسك الكأس بالماسك وضعها على السخان، وسخن محتوياتها حتى درجة الغليان، مع الحفاظ على الحرارة مدة 15 دقيقة تقريبًا حتى تزول الشوائب.
التحليل
- اكتب معادلة تفاعل الفضة مع كبريتيد الهيدروجين، التي تنتج كبريتيد الفضة والهيدروجين.
- اكتب معادلة تفاعل كبريتيد الفضة، الشوائب، مع رقائق الألومنيوم والتي تنتج كبريتيد الألومنيوم والفضة.
- حدد أي الفلزات أكثر نشاطًا: الألومنيوم أم الفضة؟ وكيف تعرف ذلك من النتائج؟
- فسر لماذا يجب ألا تستعمل أواني الألومنيوم عند تنظيف مواد مصنوعة من الفضة؟
أسماء الصور المرتبطة:
تجربة_ملاحظة_تفاعل_الأكسدة_والاختزال.png
تحليل_تجربة_ملاحظة_تفاعل_الأكسدة_والاختزال.png
تفاعلات الأكسدة والاختزال والكهروسالبية
Redox and Electronegativity
لا تقتصر تفاعلات الأكسدة والاختزال على تحول ذرات العناصر إلى أيونات أو العكس، بل تتضمن بعض تفاعلات الأكسدة والاختزال تغيرات في الجزيئات أو الأيونات الذرية التي تتحد فيها الذرات تساهميًا بذرات أخرى. فعلى سبيل المثال، تمثل المعادلة الآتية تفاعل الأكسدة والاختزال المستعمل في صناعة الأمونيا NH₃:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
وهذه العملية لا تتضمن أيونات ولا انتقالًا للإلكترونات. فالمتفاعلات والنواتج جميعها مركبات جزيئية، ومع ذلك يعد تفاعل تأكسد واختزال؛ إذ يعد النيتروجين عاملًا مؤكسدًا، والهيدروجين عاملًا مختزلًا.
في وضع مثل الأمونيا حيث تتشارك ذرتان في الإلكترونات، كيف يمكن القول إن إحدى الذرات فقدت الإلكترونات وتأكسدت، في حين اكتسبت الذرة الأخرى الإلكترونات واختزلت؟ للإجابة عن ذلك تحتاج إلى معرفة الذرة التي تجذب الإلكترونات بقوة أكبر، أو بعبارة أخرى معرفة أي الذرات لها كهروسالبية أكبر.
يوضح الشكل 3-4 تزايد الكهروسالبية من اليسار إلى اليمين عبر الدورة، وتقل بصورة عامة كلما اتجهنا في المجموعة إلى أسفل.
في تفاعل تكوين الأمونيا:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
النيتروجين اختزل لاكتساب الإلكترونات، والهيدروجين تأكسد لفقد الإلكترونات.
وتعد عناصر المجموعتين 1 و2 ذات الكهروسالبية المنخفضة عوامل مختزلة قوية، وعناصر المجموعة 17 والأكسجين في المجموعة 16 ذات الكهروسالبية العالية عوامل مؤكسدة قوية. وتساوي كهروسالبية الهيدروجين 2.20 تقريبًا، في حين تبلغ كهروسالبية النيتروجين 3.04 تقريبًا.
وبهدف دراسة تفاعلات الأكسدة والاختزال فإنه كلما زادت كهروسالبية الذرة، مثل النيتروجين في هذه الحالة، يعامل كما لو اختزل باكتسابه الإلكترونات من الذرة الأخرى وهي الهيدروجين في هذه الحالة. وعلى العكس، فإن الذرة الأقل كهروسالبية وهي الهيدروجين قد تأكسدت بفقدانها الإلكترونات لصالح الذرة الأخرى وهي النيتروجين.
الشكل 3-4
تزداد كهروسالبية العناصر من اليسار إلى اليمين عبر الجدول الدوري، وتقل في الاتجاه نحو أسفل عبر المجموعة الواحدة. وتعد العناصر ذات الكهروسالبية المنخفضة عوامل مختزلة قوية، والعناصر ذات الكهروسالبية المرتفعة عوامل مؤكسدة قوية.
توقع: أي العناصر يمكن أن تكون أقوى بوصفها عوامل مؤكسدة، وأيها أقوى بوصفها عوامل مختزلة؟
اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_3-4_اتجاه_زيادة_الكهروسالبية_في_الجدول_الدوري.png
#
واقع الكيمياء في الحياة
الأكسدة
الصدأ يتأكسد الحديد عندما يلامسه الهواء الرطب، مكونًا أكسيد الحديد III، Fe₂O₃، ويسمى الصدأ، والصدأ شائع جدًا؛ لأن مركبات الحديد سريعة التفاعل مع الأكسجين، والحديد النقي غير شائع في الطبيعة. وحاليًا يستعمل الفولاذ، وهو سبيكة يعد الحديد المكون الأساسي لها.
وهناك طرق كثيرة يمكن اتباعها لحماية الحديد كالطلاء، والدهان، وإضافة المواد البلاستيكية لحماية منتجات الحديد من الأكسدة.
اسم الصورة المرتبطة:
واقع_الكيمياء_في_الحياة_الأكسدة.png
مثال 3-1
تفاعلات الأكسدة والاختزال
تمثل المعادلة الآتية تفاعل أكسدة واختزال الألومنيوم والحديد:
2Al + 2Fe³⁺ + 3O²⁻ → 2Fe + 2Al³⁺ + 3O²⁻
حدد المادة التي تأكسدت والمادة التي اختزلت في هذا التفاعل.
حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل.
1 تحليل المسألة
لقد أعطيت المتفاعلات والنواتج في التفاعل، لذا عليك تحديد انتقال الإلكترونات الحاصل، ثم يمكنك تطبيق تعريف العامل المؤكسد والعامل المختزل للإجابة عن السؤال.
2 حساب المطلوب
حدد عمليتي التأكسد والاختزال.
Al → Al³⁺ + 3e⁻
فقد الألومنيوم 3 إلكترونات وأصبح أيون الألومنيوم.
Fe³⁺ + 3e⁻ → Fe
اكتسب الحديد 3 إلكترونات فقدها الألومنيوم.
لأن الألومنيوم تأكسد لذا فهو العامل المختزل، ولأن الحديد اختزل لذا فهو العامل المؤكسد.
3 تقويم الإجابة
تأكسد الألومنيوم في هذه العملية بفقده الإلكترونات، في حين اختزل الحديد واكتسب الإلكترونات. ومن ثم يتفق تعريف كل من الأكسدة والاختزال والعامل المؤكسد والعامل المختزل مع ما تقدم. لاحظ أن عدد تأكسد الأكسجين لم يتغير في هذا التفاعل؛ لذا لا يعد الأكسجين عاملًا مفتاحيًا لحل المسألة.
اسم الصورة المرتبطة:
مثال_3-1_تفاعلات_الأكسدة_والاختزال.png
مسائل تدريبية
- حدد التغيرات، في كل مما يلي سواء أكانت أكسدة أم اختزالًا؟ وتذكر أن e⁻ هو رمز الإلكترون:
a. I₂ + 2e⁻ → 2I⁻
b. K → K⁺ + e⁻
c. Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻
d. Ag⁺ + e⁻ → Ag
- حدد العناصر التي تأكسدت والعناصر التي اختزلت في العمليات الآتية:
a. 2Br⁻ + Cl₂ → Br₂ + 2Cl⁻
b. 2Ce + 3Cu²⁺ → 3Cu + 2Ce³⁺
c. 2Zn + O₂ → 2ZnO
d. 2Na + 2H⁺ → 2Na⁺ + H₂
- حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل في التفاعل الآتي:
Fe(s) + 2Ag⁺(aq) → Fe²⁺(aq) + 2Ag(s)
- تحفيز: حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل في التفاعل الآتي:
a. Mg(s) + I₂(s) → MgI₂(s)
b. H₂S(g) + Cl₂(g) → S(s) + 2HCl(g)
اسم الصورة المرتبطة:
مسائل_تدريبية_تفاعلات_الأكسدة_والاختزال.png
#
تحديد أعداد التأكسد
Determining Oxidation Numbers
لفهم جميع أنواع تفاعلات الأكسدة والاختزال لا بد من تعرف الطريقة التي يتم بها تحديد عدد التأكسد n لذرات العناصر الداخلة في التفاعل، ويلخص الجدول 3-2 القواعد التي يستعملها الكيميائيون لتسهيل عملية التحديد.
لاحظ أن الجدول لا يتضمن العناصر الانتقالية وأشباه الفلزات واللافلزات التي قد يكون لها أكثر من عدد تأكسد في المركبات المختلفة. فعلى سبيل المثال لتحديد أعداد تأكسد مختلفة يستدل عليها من خلال الألوان الموضحة في الشكل 3-5.
الشكل 3-5
صخور توضح طبقات من الحديد ناتجة عن الاختلاف في حالة تأكسد الحديد.
اسم الصورة المرتبطة:
الشكل_3-5_طبقات_أكاسيد_الحديد.png
الجدول 3-2
قواعد تحديد أعداد التأكسد للعناصر
| القاعدة | مثال | عدد التأكسد n |
| --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | --------------- | ----------------- |
| 1. عدد تأكسد الذرة غير المتحدة يساوي صفرًا. | Na, O₂, Cl₂, H₂ | 0 |
| 2. عدد تأكسد الأيون الأحادي الذرة يساوي شحنة الأيون. | Ca²⁺ | +2 |
| | Br⁻ | -1 |
| 3. عدد تأكسد الذرة الأكثر كهروسالبية في الجزيء أو الأيون المعقد هو الشحنة نفسها التي سيكون عليها كما لو كان أيونًا. | N في NH₃ | -3 |
| | O في NO | -2 |
| 4. عدد تأكسد العنصر الأكثر كهروسالبية، الفلور، هو دائمًا -1 عندما يرتبط بعنصر آخر. | F في LiF | -1 |
| 5. عدد تأكسد الأكسجين في المركب دائمًا يساوي -2، ما عدا مركبات فوق الأكاسيد كما في المركب فوق أكسيد الهيدروجين H₂O₂ حيث يساوي -1، وعندما يرتبط بالفلور، العنصر الوحيد الذي له كهروسالبية أعلى من الأكسجين يكون عدد تأكسده موجبًا. | O في NO₂ | -2 |
| | O في H₂O₂ | -1 |
| | O في OF₂ | +2 |
| 6. عدد تأكسد الهيدروجين في معظم مركباته يساوي +1 ما عدا الهيدريدات فيساوي -1. | H في NaH | -1 |
| 7. عدد تأكسد فلزات المجموعتين الأولى والثانية والألومنيوم يساوي عدد إلكترونات المدار الخارجي. | K | +1 |
| | Ca | +2 |
| | Al | +3 |
| 8. مجموع أعداد التأكسد في المركبات المتعادلة يساوي صفرًا. | CaBr₂ | (+2) + 2(-1) = 0 |
| 9. مجموع أعداد التأكسد للمجموعات الذرية يساوي شحنة المجموعة. | SO₃²⁻ | (+4) + 3(-2) = -2 |
اسم الصورة المرتبطة:
الجدول_3-2_قواعد_تحديد_أعداد_التأكسد_للعناصر.png
تجربة عملية
اسم الصورة المرتبطة:
تجربة_مصغرة_لون_الفلزات_في_لهب_البوتان.png
#
مثال 3-2
تحديد أعداد التأكسد
استعمل قواعد تحديد أعداد التأكسد لحساب عدد التأكسد لكل عنصر في مركب كلورات البوتاسيوم KClO₃ وفي أيون الكبريت SO₃²⁻.
1 تحليل المسألة
أعطيت أعداد التأكسد في قواعد تحديد أعداد التأكسد لكل من الأكسجين والبوتاسيوم، وأعطيت الشحنة الكلية للأيون أو المركب. استخدم هذه المعلومات، وطبق القواعد، وحدد عدد التأكسد لكل من الكلور والكبريت. اجعل n عدد التأكسد للعنصر في السؤال.
المعطيات
KClO₃
SO₃²⁻
nO = -2
nK = +1
المطلوب
nCl = ?
nS = ?
2 حساب المطلوب
بيّن أعداد التأكسد لكل من العناصر المعروفة، واجعل مجموع أعداد التأكسد للعناصر في المركب أو الأيون مساوية للصفر أو لشحنة الأيون، ثم جد القيمة المجهولة من أعداد التأكسد.
مجموع أعداد التأكسد للمركب المتعادل هو صفر.
ولفلزات المجموعة الأولى يكون n = +1.
عوّض nK = +1، nO = -2.
جد قيمة nCl.
(nK) + (nCl) + 3(nO) = 0
(+1) + (nCl) + 3(-2) = 0
1 + nCl + (-6) = 0
nCl = +5
مجموع أعداد التأكسد للأيون المتعدد الذرات يساوي شحنة الأيون.
عوّض nO = -2.
جد قيمة nS.
(nS) + 3(nO) = -2
(nS) + 3(-2) = -2
nS + (-6) = -2
nS = +4
3 تقويم الإجابة
لقد طبقت قواعد حساب أعداد التأكسد تطبيقًا صحيحًا. فجميع أعداد التأكسد لكل عنصر أخذت القيمة الصحيحة لها.
اسم الصورة المرتبطة:
مثال_3-2_تحديد_أعداد_التأكسد.png
مسائل تدريبية
- حدد عدد التأكسد للعنصر المكتوب بلون داكن في الصيغ الجزيئية الآتية:
a. NaClO₄
b. AlPO₄
c. HNO₂
- حدد عدد التأكسد للعنصر المكتوب بلون داكن في صيغ الأيونات الآتية:
a. NH₄⁺
b. AsO₄³⁻
c. CrO₄²⁻
- حدد عدد التأكسد للنيتروجين في الجزيئات الآتية:
a. NH₃
b. KCN
c. N₂H₄
- تحفيز: حدد التغير الكلي في عدد تأكسد كل من العناصر في معادلات الأكسدة والاختزال الآتية:
a. C(s) + O₂(g) → CO₂(g)
b. Cl₂(g) + ZnI₂(s) → ZnCl₂(s) + I₂(s)
c. CdO(s) + CO(g) → Cd(s) + CO₂(g)
اسم الصورة المرتبطة:
مسائل_تدريبية_تحديد_أعداد_التأكسد.png
#
أعداد التأكسد في تفاعلات الأكسدة والاختزال
Oxidation Numbers in Redox Reactions
بعد أن درست أعداد التأكسد عليك أن تكون قادرًا على الربط بين تفاعلات الأكسدة والاختزال والتغير في عدد التأكسد. وبالرجوع إلى معادلة التفاعل الذي شاهدته في بداية الدرس وهو استبدال البروم بالكلور Cl₂ في محلول بروميد البوتاسيوم KBr:
2KBr(aq) + Cl₂(aq) → 2KCl(aq) + Br₂(aq)
ابدأ أولًا بتحديد عدد التأكسد لجميع العناصر في المعادلة الموزونة مستخدمًا الجدول 3-3، ثم راجع التغيرات كما هو موضح في المعادلة أدناه.
التغير في البروم: +1 تأكسد
التغير في الكلور: -1 اختزال
2KBr(aq) + Cl₂(aq) → 2KCl(aq) + Br₂(aq)
لا تغير في عدد التأكسد للبوتاسيوم.
ستلاحظ أن عدد تأكسد البروم قد تغير من -1 إلى صفر، بزيادة مقدارها 1. وقد تغير في الوقت نفسه عدد تأكسد الكلور من صفر إلى -1، أي قل بمقدار 1؛ لذا اختزل الكلور وتأكسد البروم.
عندما تتأكسد الذرة يزيد عدد التأكسد، وعندما تختزل يقل عدد التأكسد. لاحظ أنه ليس هناك تغير في عدد تأكسد البوتاسيوم؛ لأن أيون البوتاسيوم لا يشترك في التفاعل؛ لذا يعد أيونًا متفرجًا.
اسم الصورة المرتبطة:
مخطط_تغير_عدد_التأكسد_في_تفاعل_البروم_والكلور.png
الجدول 3-3
أعداد التأكسد لبعض العناصر
| العنصر | عدد التأكسد |
| ------------ | ----------- |
| الألومنيوم | +3 |
| الباريوم | +2 |
| البروم | -1 |
| الكادميوم | +2 |
| الكالسيوم | +2 |
| السيزيوم | +1 |
| الكلور | -1 |
| الفلور | -1 |
| الهيدروجين | +1 أو -1 |
| اليود | -1 |
| الليثيوم | +1 |
| المغنيسيوم | +2 |
| الأكسجين | -2 |
| البوتاسيوم | +1 |
| الصوديوم | +1 |
| الفضة | +1 |
| الإسترانشيوم | +2 |
اسم الصورة المرتبطة:
الجدول_3-3_أعداد_التأكسد_لبعض_العناصر.png
التقويم 3-1
الخلاصة
- تتضمن تفاعلات الأكسدة والاختزال انتقال الإلكترونات من ذرة إلى أخرى.
- عندما تختزل ذرة أو أيون يقل عدد تأكسدها، وعندما تتأكسد ذرة أو أيون يزداد عدد تأكسدها.
- في تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تتضمن مركبات جزيئية أو أيونات متعددة الذرات بروابط تساهمية، فالذرات الأعلى كهروسالبية تختزل، في حين تتأكسد الذرات ذات الكهروسالبية الأقل.
أسئلة التقويم
- الفكرة الرئيسية: فسر لماذا يجب أن يحدث تفاعلا الأكسدة والاختزال دائمًا معًا؟
- صف دور كل من العوامل المؤكسدة والمختزلة في تفاعلات الأكسدة والاختزال. وكيف يتغير كل منها في التفاعل؟
- اكتب معادلة تفاعل فلز الحديد مع حمض الهيدروبروميك لتكوين بروميد الحديد III وغاز الهيدروجين. ثم حدد التغير الكلي في عدد تأكسد العنصر الذي اختزل والعنصر الذي تأكسد.
- حدد عدد التأكسد للعنصر الذي يظهر باللون الداكن في المركبات الآتية:
a. HNO₃
b. Ca₃N₂
c. Sb₂O₅
d. CuWO₄
- حدد عدد التأكسد للعنصر الذي يظهر باللون الداكن في الأيونات الآتية:
a. IO₄⁻
b. MnO₄⁻
c. B₄O₇²⁻
d. NH₂⁻
- الرسم البياني واستعماله: تعد الفلزات القلوية عوامل مختزلة قوية. ارسم رسمًا بيانيًا توضح فيه كيف تزداد أو تقل قابلية الفلزات القلوية للاختزال كلما اتجهنا أسفل المجموعة ابتداءً من الصوديوم حتى الفرانسيوم.
اسم الصورة المرتبطة:
التقويم_3-1_الأكسدة_والاختزال.png
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.