דרגת חמצון


דרגת חמצון

דרגת חמצון

כדי לקבוע בתהליכי חמצון-חיזור מי מסר אלקטרונים ומי קיבל אלקטרונים, ובכלל אם תהליך מסוים הוא תהליך חמצון-חיזור, יש לדעת מהי דרגת החמצון של כל אטום בכל הרכב כימי.

מהי דרגת חמצון (ד"ח)?

דרגת חמצון היא ערך מספרי המבטא את המטען היחסי שיש לאטום מסוים בהרכב כלשהו.
המטען היחסי נקבע לפי מספר האלקטרונים שהאטום שיתף/מסר/קיבל.

ישנם כללים שבעזרתם נוכל לקבוע מהי דרגת החמצון של כל אטום בכל הרכב כימי.

כללים לקביעת דרגת חמצון:

  1. לכל יסוד דרגת חמצון אפס (0).
  2. בכל תרכובת ניטרלית (שאינה יון/לא טעונה) סכום דרגות החמצון הוא אפס (0).
  3. דרגת החמצון של אטום הפלואור בכל התרכובות שלו היא 1-.
  4. דרגת החמצון של מימן היא:
    • 1- כשהוא קשור למתכות (קשר יוני).
    • 1+ כשהוא קשור לאל-מתכות.
    • 0 כיסוד (לפי כלל מספר 1) וכשהוא קשור לזרחן כי לשניהם ערך אלקטרושליליות זהה.
  5. לחמצן, ברוב המקרים, דרגת חמצון 2-.
    לעתים, דרגת החמצון של החמצן היא 1- למשל, בתרכובות כמו מי חמצן, הקרויה גם מימן על-חמצני, H2O2, כלומר בחומרים שבהם קשר יחיד בין שני אטומי החמצן.
    כשחמצן נקשר לאטום פלואור דרגת החמצון שלו היא 1+ או 2+.
  6. ביון חד-אטומי (יון לא מורכב הבנוי רק מסוג אחד של אטומים) מטען היון שווה לדרגת החמצון שלו.
  7. ביון חד-אטומי מתכתי מהטור הראשון דרגת החמצון היא 1+, מהטור השני דרגת החמצון היא 2+, ומהטור השלישי דרגת החמצון היא 3+.
  8. ביון חד-אטומי אל-מתכתי מהטור השביעי דרגת החמצון היא 1-, מהטור השישי דרגת החמצון היא 2-, מהטור החמישי דרגת החמצון היא 3-.
  9. ביון מורכב מטען היון שווה לסכום כל דרגות החמצון (סכום כל המטענים היחסיים) של כל מרכיבי היון.
  10. בחומר מולקולרי יש לחשב את דרגת החמצון על-פי ערכי האלקטרושליליות ומספר האלקטרונים המשותפים. היסוד היותר אלקטרושלילי יקבל את הערך השלילי וגודל הערך השלילי יהיה שווה למספר האלקטרונים ששותפו. רצוי להתחיל את החישוב מהיסודות שיוצרים מספר קשרים קטן יותר, ועל-פיהם לחשב את היסוד המרכזי, כלומר את זה שיוצר יותר קשרים.

נסביר חלק מהקביעות ונעבור לדוגמאות:

ראשית, דרגת החמצון של הפלואור בתרכובות היא תמיד 1- כי הוא היסוד הכי אלקטרושלילי והוא משתף/מקבל רק אלקטרון אחד. מאותה הסיבה, החמצן ברוב הקשרים שלו יהיה 2- שכן הוא היסוד השני ברשימת היסודות הכי אלקטרושליליים, והוא נוטה, ברוב הקשרים שלו, לקבל/לשתף 2 אלקטרונים.

המימן נוטה לשתף אלקטרון אחד עם שאר האל-מתכות (למדנו בפרק מבנה וקישור). כיוון שערך האלקטרושליליות שלו קטן, יחסית לכלל האל-מתכות, הוא יהיה טעון במטען יחסי חיובי. לכן דרגת החמצון שלו כשהוא קשור לאל-מתכות היא, בדרך כלל, 1+. כשהמימן, שערך האלקטרושליליות שלו גבוה מכלל המתכות, קשור למתכות הוא יוצר עמן קשר יוני ולכן מקבל אלקטרון והופך ליון שמטענו 1-. כיוון שהמימן בחומרים יוניים אלה הוא יון חד-אטומי, מטענו כשהוא קשור למתכות יהיה זהה לדרגת החמצון שלו 1-.

את כללים 9 ו-10 נסביר תוך מתן דוגמאות בהמשך.

כעת נראה איך הכללים באים לידי ביטוי בדוגמאות שונות.

ציינו את ערך דרגת החמצון לכל אחד מהאטומים בחומר H2O.

נתחיל מהמימן. הוא קודם לחמצן בכללים. כיוון שהוא מחובר לאל-מתכת (חמצן) דרגת החמצון שלו היא 1+. במקרה זה, ניתן גם להתחיל מהחמצן אולם עדיף לעבוד לפי סדר הכללים ולסגל שיטת עבודה קבועה.

דרגת חמצון 1+
O 2 H
הערך הכולל (סך כל דרגות החמצון) 0

 

ולכן, הערך הכולל של דרגות החמצון של המימנים הוא 2+.

דרגת חמצון 1+
O 2 H
הערך הכולל (סך כל דרגות החמצון) 0 2+

כיוון שהערך הכולל צריך להיות שווה ל-0 – כי מדובר בתרכובת ניטרלית – נוכל לקבוע שהערך הכולל של דרגות החמצון של החמצן יהיה 2- על-פי:

דרגת חמצון 1+
O 2 H
הערך הכולל (סך כל דרגות החמצון) 0 X 2+

2+X=0

ולכן X=-2

דרגת חמצון 1+
O 2 H
הערך הכולל (סך כל דרגות החמצון) 0 X=-2 2+

ומכאן דרגת החמצון של החמצן היא 2-.

דרגת חמצון 2- 1+
O 2 H
הערך הכולל (סך כל דרגות החמצון) 0 X=-2 2+

נוכל לתאר זאת גם כך:

בשלב הראשון נרשום את דרגת החמצון הידועה של המימן לפי הכלל שקובע, שאם מימן מחובר לאל-מתכות (למעט זרחן), דרגת החמצון שלו היא 1+.

דרגת חמצון H2O שלב 1

כיוון שיש שני מימנים, נכפול את הערך ב- 2  (עדיין, דרגת החמצון של המימן היא 1+). הערך הכולל של דרגות החמצון של המימן הוא 2+.

דרגת חמצון H2O שלב 2

הערך הכולל של כל דרגות החמצון צריך להיות שווה לאפס כי זה סכום דרגות החמצון של מולקולת המים, כיוון שמדובר בחומר ניטרלי מבחינה חשמלית. אם היה מדובר ביון, היה מסומן ליד היון מטען היון. נראה זאת בהמשך.

דרגת חמצון H2O שלב 3

כעת נוכל לחשב את סך כל דרגות החמצון של החמצן. נסמן ערך זה ב-X.

דרגת חמצון H2O שלב 4

2+X=0

ולכן X=-2

דרגת חמצון H2O שלב 5

כעת, נחלק את סך כל דרגות החמצון של החמצן למספר אטומי החמצן (במקרה זה 1), כדי לדעת מהי דרגת החמצון של החמצן.
דרגת חמצון H20 שלב 6

 

שימו לב שאנו נוהגים להקיף את דרגת החמצון בעיגול כדי להבדיל את הסימון של דרגת החמצון מסימון מטען של יון. אין חובה לעשות זאת.

נתבונן בכמה דוגמאות נוספות.

 

  1. רשמו את דרגות החמצון לכל אחד מהאטומים בחומר H2SO4.
    במקרה זה ידועות דרגות החמצון של המימן (H) שקשור לאל-מתכות, 1+, ושל החמצן.-2 ,(O)   דרגות חמצון אפשריות אחרות של החמצן הוזכרו בכללים.
    ולכן,
    דרגת חמצון H2SO4 שלב 1כעת נחשב את סך כל דרגות החמצון של כל מרכיב בחומר (המספרים המופיעים מתחת לחומר):
    דרגת חמצון H2SO4 שלב 2עכשיו נוכל לחשב את X, שכן, סך כל דרגות החמצון שווה ל-0.
    2-8+X=0
    ולכן X=6
    כעת, נחלק את סך כל דרגות החמצון של הגופרית (S) למספר אטומי הגופרית (במקרה זה 1), כדי לדעת מהי דרגת החמצון של הגופרית. במקרה זה 6=6:1. כלומר דרגת החמצון של הגופרית בחומר H2SO4 היא 6+.
    דרגת חמצון H2SO4 שלב 3
  2. מהן דרגות החמצון של כל האטומים בחומר CH3F?
    בשלב הראשון נבחן את המימן (H) שדרגת החמצון שלו היא 1+, שכן הוא קשור לאל-מתכת.
    כדי לחשב את סך כל דרגות החמצון של המימן בחומר, יש לכפול את דרגת החמצון (1+) ב-3 כי ישנם 3 אטומי מימן. לכן סך כל דרגות החמצון של המימן בחומר הוא 3+.
    כעת ניגש לפלואור. דרגת החמצון שלו היא 1-. כאמור, דרגת החמצון של הפלואור בתרכובות תמיד 1-, כי הוא היסוד הכי אלקטרושלילי והוא משתף/מקבל רק אלקטרון אחד. על-פי נוסחת החומר יש לכפול אותו ב-1.
    דרגת-חמצון-CH3Fעכשיו נוכל לחשב את סך כל דרגות החמצון של הפחמן, שכן, סך כל דרגות החמצון של כל מרכיבי החומר שווה ל-0.
    3-1+X=0
    ולכן, X=-2.
    על-פי נוסחת החומר יש אטום פחמן אחד, ולכן יש לחלק סך כל דרגות החמצון של הפחמן למספר האטומים של הפחמן בחומר (1):
    דרגת-חמצון-CH3F1
  3. מהי דרגת החמצון של כל האטומים ביון PO43-?
    נשים לב שמדובר ביון ולא בחומר ניטרלי שבו הערך הכולל של המטענים שווה ל- 0. לכן, סכום כל דרגות החמצון ביון יהיה שווה ל-3- כלומר שווה למטען היון.
    נתחיל בחמצן (O) שדרגת החמצון שלו היא 2-; סך כל דרגות החמצון של החמצן בחומר יהיה 8- .
    דרגת חמצון PO43-במקרה זה, כיוון שמדובר ביון ולא בחומר ניטלרי מבחינה חשמלית, סכום כל דרגות החמצון ביון יהיה שווה ל-3-. ולכן,
    דרגת חמצון PO43- שלב 2כעת, נחשב מה סך כל סך כל דרגות החמצון של הזרחן (P).דרגת-חמצון-PO43-שלב-3X + (-8) = -3
    ולכן X=+5.
    דרגת-חמצון-PO43-שלב-4אם נחלק ב-1 (הזרחן מופיע בהרכב זה רק פעם אחת), נקבל שדרגת החמצון של הזרחן היא 5+.
    דרגת-חמצון-PO43-שלב-5
  4. מהי דרגת החמצון של כל האטומים בחומר Cr2O72-?

    דרגת-חמצון-Cr2O72-1 מהלך העבודה הוא כדלהלן: מתחילים עם החמצן (O) שהוא בעל דרגת חמצון 2-. כיוון שיש 7 חמצנים, סך כל דרגות החמצון של החמצנים הוא 14-.
    דרגת-חמצון-Cr2O72-2 מטענו של היון Cr2O72- הוא 2-, ולכן משווים את סכום דרגות החמצון ל- 2-
    ( X + (-14) = -2 )
    דרגת-חמצון-Cr2O72-3 ומקבלים שסך כל דרגות החמצון (X) של הכרום (Cr) הוא 12+.
    דרגת-חמצון-Cr2O72-4 כעת יש לחלק ב-2, כי הכרום מופיע פעמיים בהרכב הנתון. מתקבלת דרגת החמצון של הכרום שהיא 6+.

     

  5. קבעו את דרגת החמצון לאטומים בחומר CuCℓ2.
    דרגת-חמצון-CuCl2-1 מהלך העבודה הוא כדלהלן: מתחילים עם הכלור (Cℓ) שהוא בעל דרגת חמצון 1- כי זהו יון חד-אטומי מהטור השביעי. כיוון שיש 2 אטומי כלור, סך כל דרגות החמצון של הכלור הוא 2-.
    דרגת-חמצון-CuCl2-2 כיוון שמדובר בחומר ניטרלי מבחינה חשמלית (אינו יון) סכום כל דרגות החמצון שלו הוא 0.
    ( X + (-2) = 0 )
    דרגת-חמצון-CuCl2-3 מקבלים שסך כל דרגות החמצון (X) של הנחושת (Cu) הוא 2+.
    דרגת-חמצון-CuCl2-4 כעת יש לחלק ב-1 כי הנחושת מופיעה פעם אחת בהרכב הנתון. מתקבלת דרגת החמצון של הנחושת שהיא 2+.

     

נבחן להלן כמה מקרים מיוחדים שבהם מופיע החמצן בדרגות חמצון שונות.

  1. מהי דרגת החמצון של כל האטומים בחומר H2O2?
    דרגת-חמצון-H2O2-1 מהלך העבודה הוא כדלהלן: מתחילים עם המימן (H) שהוא בעל דרגת חמצון 1+. כיוון שיש 2 אטומי מימן, סך כל דרגות החמצון של המימן הוא 2-.
    דרגת-חמצון-H2O2-2 כיוון שמדובר בחומר ניטרלי מבחינה חשמלית (לא יון), סכום כל דרגות החמצון שלו הוא 0.
    ( X + (+2) = 0 )
    דרגת-חמצון-H2O2-3 מקבלים שסך כל דרגות החמצון (X) של החמצן (O) הוא 2-.
    דרגת-חמצון-H2O2-4 כעת יש לחלק ב-2 כי החמצן מופיע פעמיים בהרכב הנתון. מתקבלת דרגת החמצון של החמצן שהיא 1-.

     

  2. מהי דרגת החמצון של כל האטומים בחומר F2O2?
    דרגת-חמצון-F2O2-1 מהלך העבודה הוא כדלהלן: מתחילים עם הפלואור שהוא בעל דרגת חמצון 1-. כיוון שיש 2 אטומי פלואור, סך כל דרגות החמצון של הפלואור הוא 2-.
    דרגת-חמצון-F2O2-2 כיוון שמדובר בחומר ניטרלי מבחינה חשמלית (לא יון), סכום כל דרגות החמצון שלו הוא 0.
    ( X + (-2) = 0 )
    דרגת-חמצון-F2O2-3 מקבלים שסך כל דרגות החמצון (X) של החמצן (O) הוא 2+.
    דרגת-חמצון-F2O2-4 כעת יש לחלק ב-2 כי החמצן מופיע פעמיים בהרכב הנתון. מתקבלת דרגת החמצון של החמצן שהיא 1+.

    נציג להלן מספר מקרים מיוחדים שבהם מופיע הרכב של אל-מתכות, שלא נתונים לגביו כללים מפורשים (כמו המימן, הפלואור והחמצן). במקרה זה, יש לעבוד לפי כלל 10.

להזכירכם, כלל 10 קובע ש

בחומר מולקולרי, יש לחשב את דרגת החמצון על-פי ערכי האלקטרושליליות ומספר האלקטרונים המשותפים. היסוד היותר אלקטרושלילי יקבל את הערך השלילי, וגודל הערך השלילי יהיה שווה למספר האלקטרונים ששותפו. רצוי להתחיל את החישוב מהיסודות שיוצרים מספר קשרים קטן יותר, ועל-פיהם לחשב את היסוד המרכזי שיוצר יותר קשרים.

  1. קבעו מהן דרגות החמצון של האטומים בחומר ICℓ.
    החומר ICℓ בנוי מאטום כלור (Cℓ) ואטום יוד (I) שקשורים אחד לשני בקשר קוולנטי יחיד. הבעיה בחומר הנתון היא שגם הכלור וגם היוד אינם מופיעים ברשימת הכללים באופן מפורש. זאת בניגוד למימן, לפלואור או למתכות מהטור הראשון וכו'.
    אז איך נקבע מהי דרגת החמצון של היוד והכלור?
    בחומר זה שהוא חומר מולקולרי יש לבחון את הקשרים השונים וצריך לדעת מהם ערכי האלקטרושליליות שלהם. מיד נבין מדוע ואיך על-פי ערכי האלקטרושליליות נקבעים ערכי דרגות החמצון של החומרים.
    ראשית נציין את ערכי האלקטרושליליות: לכלור ערך של 3 וליוד ערך של 2.5. לכן, נוכל לקבוע שלכלור בדוגמה זו תהיה דרגת חמצון בעלת סימן שלילי, וליוד דרגת חמצון בעלת סימן חיובי.
    כעת נבין איך קובעים את גודל הערך (המספר) של דרגת החמצון.
    נבחן את מבנה המולקולה מבחינת הקשרים שבה.
    מולקולת  ICℓ נראית כך:  I—Cℓ. שימו לב שאין צורך להקפיד על ציור מבנה נכון או על כתיבת זוגות האלקטרונים הלא קושרים. במקרה זה מה שחשוב הוא צורת הקשר של האטומים במולקולה.
    כיוון שהקשר בין היוד לכלור הוא קשר יחיד, כלומר שכל אחד מהאטומים שיתף רק אלקטרון אחד, דרגת החמצון של היוד תהיה 1+ ושל הכלור תהיה 1-.
    ICl
  2. קבעו מהן דרגות החמצון של האטומים בחומר SCℓ2.
    המולקולה נראית כך: Cℓ — S — Cℓ. שוב נציין שזו אינה צורתו הנכונה של המבנה. לא ציירנו את האלקטרונים הלא קושרים משום שהם אינם חשובים בתרגיל זה. אנו רואים שבין אטומי הכלור לאטום הגופרית יש קשר יחיד.
    לאטום הכלור ערך אלקטרושליליות של 3 ואילו לגופרית ערך של 2.5. כיוון שהכלור יותר אלקטרושלילי הוא יקבל את הערך השלילי. כעת נעבור לחישוב ולקביעת דרגת החמצון.
    בכל קשר S — Cℓ (יש 2 כאלו במולקולה) ניתן לומר:

    הקשר S — Cℓ

    האטום S האטום Cℓ
    המטען היחסי בקשר/דרגת החמצון היחסית בקשר 1+ המטען היחסי בקשר/דרגת החמצון היחסית בקשר 1-

    זה רק בקשר אחד. כיוון שהגופרית משתתפת בשני קשרים יחידים עם שני אטומי כלור, יהיה לה ערך של 1+, אבל כפול 2. לכן, דרגת החמצון של הגופרית היא 2+.
    אם נעבוד על-פי כלל 9 ונתחיל את קביעת דרגות החמצון מהיסוד שיוצר מספר קשרים קטן יותר (במקרה זה, הכלור יוצר רק קשר יחיד אחד והגופרית יוצרת 2 קשרים יחידים), אחרי קביעת דרגת החמצון של הכלור, 1-, נוכל לחזור לדרך הרגילה:
    דרגת-חמצון-SCl2

  3. קבעו מהן דרגות החמצון לכל האטומים בחומרים SO ו-SSe.
    החומר SSe מורכב משני אטומים שביניהם קשר כפול S ═ Se בדומה לקשר S ═ O. בקשר S ═ O אנו יודעים, לפי הכללים, שהחמצן הוא בעל דרגת חמצון 2-. החמצן יותר אלקטרושלילי מרוב היסודות, ולכן הוא בעל דרגת חמצון בעלת סימן שלילי. ערך דרגת החמצון הוא 2 כי החמצן משתף 2 אלקטרונים. לכן בחומר SO קביעת דרגת החמצון נראית יותר קלה. אבל בהסבר שלפנינו נראה שהחישוב וקביעת דרגת החמצון בשניהם זהים ולכן הדגמנו זאת כאן במקביל:
    דרגת-חמצון-SeS-SOבשני המקרים שיטת החישוב וקביעת דרגת החמצון נובעות מהעובדה שיש אטום אחד יותר אלקטרושלילי: בקשר SO זה החמצן (O) ובקשר SSe זו הגופרית (S). בשתי הדוגמאות יש קשר כפול. כמובן שבדוגמת הקשר SO המקרה נראה יותר קל, כי החמצן מופיע ברשימת הכללים בתחילת הפרק, ולכן לא חייבים לעבוד על-פי כלל 10.

נעבור עכשיו לדוגמאות יותר מורכבות שבהן המולקולה מכילה אטום מרכזי אחד שקשור לכמה סוגי אטומים.

  1. קבעו מהי דרגת החמצון של כל האטומים בחומר CH3Cℓ.
    כדי לקבוע את דרגות החמצון השונות, כדאי לשרטט את המולקולה ואת הקשרים שבה.
    נציין שוב שאין צורך לצייר מבנה מדויק ואין צורך להקפיד על כתיבת האלקטרונים הלא קושרים, אלא אם מבקשים בשאלה לצייר נוסחת מבנה או נוסחת ייצוג אלקטרונית של החומר.
    החומר CH3Cℓ יהיה בעל הקשרים הבאים:
    מבנה מולקולה CH3Clבנוסף לשרטוט עלינו להיעזר, כמובן, בערכי האלקטרושליליות שנתונים עבורנו בטבלת האלקטרושליליות.
    המימן (H) הוא בעל ערך 2.1, הפחמן (C) הוא בעל ערך 2.5 והכלור (Cℓ) הוא בעל ערך 3.0.
    נשים לב שיש במולקולה זו שני סוגי קשרים קוולנטיים, הקשר C — H והקשר C — Cℓ. צריך לנתח כל קשר לבד.
    בקשר C — H כיוון שהפחמן יותר אלקטרושלילי, דרגת החמצון היחסית שלו, יחסית למימן, תהיה 1-. הסימן השלילי ניתן לו כי הוא יותר אלקטרושלילי, והערך 1 כי הוא שיתף עם המימן רק אלקטרון אחד. חישוב זה חוזר על עצמו, כמובן, בכל אחד משלושת הקשרים  C — H שיש במולקולה זו.
    לכן עד כאן יש לפחמן דרגת חמצון 3-.
    עכשיו נבדוק את הקשר C — Cℓ. בקשר הזה הפחמן פחות אלקטרושלילי והכלור יותר אלקטרושלילי. לכן, הכלור יקבל את הסימן השלילי בדרגת החמצון והפחמן את הסימן החיובי. גם במקרה זה, כיוון שכל אחד מהאטומים משתף רק אלקטרון אחד, דרגות החמצון יהיו 1- לכלור ו-1+ לפחמן. כעת, ניתן לסכם את דרגת החמצון של הפחמן. כאמור, הפחמן קשור בארבעה קשרים: שלושה מהם 1- ואחד מהם הוא 1+. לכן, דרגת החמצון של הפחמן היא 2- בחומר זה.
    ניתן לראות זאת גם בתיאור הבא:
    דרגות-חמצון-CH3Clאם נסכם את  כל דרגות החמצון מכל הקשרים של אטום הפחמן, נקבל 2-.
    כמובן שניתן לחשב את דרגות החמצון של הפחמן בעוד דרכים. למשל, לבנות טבלה המתייחסת לכל אחד מהקשרים ואז לסכם את דרגות החמצון של האטום המרכזי:

    הקשר C — H C — Cℓ
    האטום C C
    המטען היחסי/דרגת החמצון היחסית 1- 1+
    האטום H Cℓ
    המטען היחסי/דרגת החמצון היחסית 1+ 1-

    וכעת נראה זאת בדרך שכבר למדנו בתחילת השיעור:

    חישוב-דרגות-חמצון-CH3Cl מהלך העבודה יהיה כדלהלן: מתחילים עם המימן שהוא בעל דרגת חמצון של 1+ (גם מתוך הפרשי ערכי האלקטרושליליות וגם מרשימת הכללים בתחילת הפרק). כיוון שיש 3 אטומי מימן, סך כל דרגות החמצון של המימן הוא 3+. הכלור הוא בדרגת חמצון 1-. כיוון שיש אטום כלור אחד, סך כל דרגות החמצון של הכלור 1-.
    חישוב-דרגות-חמצון-CH3Cl-1 כיוון שמדובר בחומר ניטרלי מבחינה חשמלית (לא יון), סכום כל דרגות החמצון שלו הוא 0.
    ( X + (-1) + 3 = 0 )
    חישוב-דרגות-חמצון-CH3Cl-2 מקבלים שסך כל דרגות החמצון (X) של הפחמן הוא 2-.
    חישוב-דרגות-חמצון-CH3Cl-3 כעת יש לחלק ב- 1 כי הפחמן מופיע פעם אחת בהרכב הנתון. מתקבלת דרגת החמצון של הפחמן שהיא 2-.

     

  2. מהן דרגות החמצון של כל האטומים בחומר CSeCℓ2?
    ראשית נתאר את הקשרים בחומר:
    הקשרים בחומר CSeCl2ונציין את ערכי האלקטרושליליות של כל המרכיבים בחומר: Se הוא 2.4, C הוא 2.5 ו-Cℓ הוא 3.
    נבחן כל קשר בנפרד:
    בקשר  C ═ Se הפחמן יותר אלקטרושלילי ולכן הוא יהיה בעל ערך חלקי של 2- (משתף עם ה- 2 Se אלקטרונים) ואילו ה-Se הוא 2+.
    בכל אחד מהקשרים C — Cℓ הפחמן פחות אלקטרושלילי ולכן הוא 1+ (משתף אלקטרון אחד בכל אחד מהקשרים עם הכלור Cℓ) והכלור הוא 1-.
    כעת נוכל לחזור לציור של המולקולה, לראות ולסכם את הערך הכולל של אטום הפחמן:
    חישוב דרגות חמצון CSeCl2לכן, דרגת החמצון של הפחמן בחומר זה היא 0 (אפס)
    (+1) + (+1) + (-2) = 0.
    כמובן שניתן לעבוד עם הטבלה מהדוגמה הקודמת, אבל רצוי מאד לצייר את המולקולה ולראות איך האטומים קשורים זה לזה.
  3. קבעו את דרגות החמצון של כל האטומים בחומר NFBr2.
    NFBr2-קשריםערכי אלקטרו שליליות: F – 4, N – 3, Br – 2.8

    הקשר N — F N — Br
    האטום F Br
    המטען היחסי/דרגת החמצון היחסית 1- 1+
    האטום N N
    המטען היחסי/דרגת החמצון היחסית 1+ 1-

    נציין שהקשר N — Br מופיע במולקולה זו פעמיים.
    לכן:
    חישוב-דרגות-חמצון-NFBr2

מה קורה כשלשני אטומים יש ערך זהה של אלקטרושליליות?

במקרים שבהם ישנם שני אטומים זהים כמו במולקולות הבאות:  F2 , O2 , H2 , ולמעשה, בכל היסודות הדו-אטומיים, וכמובן ב-S8  או ב-P4, דרגת החמצון של היסוד היא אפס (0). ההסבר לכך הוא שערכי האלקטרושליליות של יסודות אלו זהה. לכן לא נוצר מטען יחסי קבוע ביניהם. אף שיש שיתוף אלקטרונים דרגת החמצון היא 0.

דבר דומה קורה בחומר NCℓ3

NCl3-קשריםבחומר שלושה קשרים של N — Cℓ. בכל אחד מקשרים אלו, לשני האטומים, ערך אלקטרושליליות זהה ולכן דרגת החמצון של שניהם היא 0. בסך-הכל דרגת החמצון של שני היסודות בחומר זה היא 0.
3NCl-דרגות-חמצוןדבר דומה קורה בחומר PH3.

נתבונן בדוגמאות נוספות מורכבות יותר ונראה כיצד לקבוע את דרגות החמצון.

  1. קבעו מהן דרגות החמצון של כל האטומים בחומר C2Cℓ2.
    C2Cl2-קשריםבחומר הנתון שני סוגי קשרים קוולנטיים: קשר יחיד בין אטום הכלור לאטום הפחמן C — Cℓ וקשר משולש בין שני אטומי פחמן C ≡ C.
    הקשר בין שני אטומי הפחמן (C), אינו תורם (אינו משפיע) על ערך דרגת החמצון של הפחמן כי אלו שני אטומים בעלי ערך אלקטרושליליות זהה. לכן אין מטען יחסי קבוע ביניהם. על-כן, יש לבחון רק את הקשר C — Cℓ.
    הכלור (Cℓ) הוא בעל ערך אלקטרושליליות של 3 ואילו ערך האלקטרושליליות של הפחמן 2.5. לכן בקשר C — Cℓ דרגת החמצון של הפחמן תהיה 1+. הסימן חיובי כי הפחמן פחות אלקטרושלילי והערך 1 כי הוא משתף עם הכלור רק אלקטרון אחד. דרגת החמצון של הכלור תהיה 1-. לכן, בסך-הכל, נוכל לערוך את החישוב גם באופן הבא: כיוון שהכלור משתף פחות אלקטרונים או יוצר פחות קשרים, נתחיל ממנו:
    חישוב-דרגות-חמצון-C2Cl2
  2. קבעו מהן דרגות החמצון של האטומים בחומר C2N2.
    הקשרים בחומר נראים כך:
    C2N2-קשריםערכי האלקטרושליליות הם N – 3 ,C – 2.5.
    הקשר C — C אינו תורם/משפיע על ערך דרגת החמצון. בקשר  C ≡ N החנקן (N) יותר אלקטרושלילי ולכן יהיה בדרגת חמצון 3- (החנקן משתף 3 אלקטרונים עם הפחמן), ואילו הפחמן יהיה 3+.
    נציג גם דרך פתרון נוספת: כיוון שהחנקן משתף רק 3 אלקטרונים במולקולה לעומת הפחמן שמשתף 4 אלקטרונים, נתחיל ממנו:
    חישוב-דרגות-חמצון-C2N2

נראה להלן מקרה מורכב יותר. סביר להניח כי לא יהיו שאלות כאלו במבחן הבגרות אך עם הידע שצברנו עד כה נוכל לבצע גם כאן את כל החישובים.

נתון החומר  CH3CH2CH2COOH. הנוסחה המולקולרית שלו היא C4H8O2. חשבו את דרגת החמצון של כל האטומים בחומר.

כאמור, השלב הראשון בפתרון הוא בחינת הקשרים במולקולה.
נדגים כי החישוב על-פי הנוסחה המולקולרית, ללא השלב הראשון של בחינת הקשרים, מוביל לתוצאה לא מדויקת.
כך ייראה חישוב דרגות החמצון על-פי כללים 3 ו-4 עם ערכי האלקטרושליליות של החמצן והמימן:

חישוב דרגות חמצון C4H8O2

אבל, כאמור, החישוב אינו מדויק. לא לכל אטומי הפחמן יש דרגת חמצון זהה. מה שחישבנו היה בעצם הערך הממוצע של דרגות החמצון של כל אטומי הפחמן בחומר הנתון.

כעת, נצייר את נוסחת המבנה של החומר הנתון ונבחן כל אטום בנפרד. נמספר את הפחמנים (1,2,3,4) כדי שנוכל להתייחס לכל אחד מהם בנפרד.

קשרים C4H8O2ערכי האלקטרושליליות הם: C – 2.5, H – 2.1 , O – 3

כעת, נבחן כל אטום פחמן (C) על-פי כלל 9:

  • אטום פחמן (C) מספר 1 קשור בשלושה קשרים יחידים לאטום מימן (H).
    כל אטום מימן יהיה בעל דרגת חמצון של 1+ (כלל 3), ואילו הפחמן, יחסית אליהם, יהיה בסך-הכל 3-. הקשר הרביעי של אטום פחמן (C) מספר 1 הוא לאטום פחמן (C) מספר 2. קשר זה, כאמור, אינו משפיע על ערכה של דרגת החמצון כי אטומי פחמן אלו הם בעלי ערך אלקטרושליליות זהה.
  • אטום פחמן (C) מספר 2 קשור בשני קשרים יחידים לאטומי פחמן מספר 1 ומספר 3 שאינם משפיעים על ערכה של דרגת החמצון. אטום פחמן מספר 2 קשור גם לשני אטומי מימן שהם בעלי דרגת חמצון של 1+. לכן אטום פחמן (C) מספר 2 יהיה בסך-הכל בעל דרגת חמצון של 2-.
  • אטום פחמן (C) מספר 3 קשור בשני קשרים יחידים לאטומי פחמן מספר 2 ומספר 4 שאינם משפיעים על ערכה של דרגת החמצון. אטום זה קשור גם לשני אטומי מימן שהם בעלי דרגת חמצון של 1+. לכן אטום פחמן (C) מספר 3 יהיה בסך-הכל בעל דרגת חמצון של 2-.
  • אטום פחמן (C) מספר 4 קשור בקשר יחיד לאטום פחמן (C) מספר 3. קשר זה, כאמור, אינו משפיע על ערכה של דרגת החמצון כי שני האטומים הם בעלי ערך אלקטרושליליות זהה. אטום פחמן (C) מספר 4 קשור גם בקשר כפול לאטום חמצן ובקשר יחיד לאטום חמצן נוסף. כיוון שאטום החמצן יותר אלקטרושלילי מאטום הפחמן אז:
    הקשר C ═ O C — O
    האטום O O
    המטען היחסי/דרגת החמצון היחסית 2- 1-
    האטום C C
    המטען היחסי/דרגת החמצון היחסית 2+ 1+

    ולכן, בסך-הכל, אטום פחמן (C) מספר 4 יהיה בדרגת חמצון של 3+.

בואו ניזכר במה שחישבנו: אטום פחמן (C) מספר 1 : דרגת חמצון 3-, אטום פחמן (C) מספר 2 : דרגת חמצון 2-, אטום פחמן (C) מספר 3 : דרגת חמצון 2- ואטום פחמן (C) מספר 4 : דרגת חמצון 3+.

שימו לב שלכל אטום פחמן יש דרגת חמצון משלו. להזכירכם, חישבנו גם את דרגת החמצון הממוצעת וקיבלו בחישוב שהערך הוא 1-.

אם נרצה, נוכל גם כאן לחשב את הערך הממוצע של דרגות החמצון כמו שעושים ממוצע רגיל:

סך כל דרגות החמצון של אטומי הפחמן יהיה:

( – 3 ) + ( -2 ) + ( -2 ) + ( +3)  = -4

יש לחלק מספר זה ב-4 שהוא סך כל אטומי הפחמן בנוסחה. נקבל 1- שהוא הערך הממוצע שהתקבל בחישוב הראשוני.

יש מקרים שבהם דרגת החמצון יכולה להיות שבר ולא מספר שלם כי היא מתקבלת מחישוב ערך ממוצע .

שאלות לתרגול עצמי

בכל התרגילים מותר להיעזר בטבלה המחזורית ובטבלת אלקטרושליליות

  1. ציינו את דרגת החמצון של היסודות הבאים בתרכובות הנתונות:
    היסוד התרכובת תשובה
    א Cr Cr2O3

    ב

    H NaOH
    ג Aℓ

    AℓCℓ3

    ד

    C C2H6
    ה P

    P4

    ו

    Cℓ HCℓO4
    ז N

    N2H4

    ח

    N HNO
    ט P

    PH3

    י

    N NH2OH
    יא P

    PSCℓ

    יב

    O HOF
    יג S

    SI2

    יד

    I ICℓ
    טו I

    HIO3

    טז

    H CaH2
    יז Cℓ

    NaCℓO3

    יח

    Cr K2CrO4
    יט U

    K2U2O7

    כ

    C CHBr3
    כא C

    CBrH3

  2. ציינו את דרגת החמצון של היסודות ביונים שבהם הם מופיעים:
היסוד היון תשובה
א Cr

Cr2O32-

ב

S

S4O62-

ג Mn

Mn2O72-

ד

P

H2PO4

ה C

HCO3

ו

Mn

MnO4

ז

Pu

PuO2

ח

Au

AuCℓ4+

ט P

HPO32-

י

N

N2H5+

  1. באיזה מן החלקיקים הבאים דרגת החמצון של הגופרית (S) היא 4+?
    1. S2O42-
    2. S2O62-
    3. S2O32-
    4. HSO3
  2. איזה מן החלקיקים מכיל יסוד בדרגת חמצון 1-?
    1. HSO4
    2. H2O2
    3. CℓO
    4. Fe3+
    5. Ba
  3. באיזו מן התרכובות דרגת החמצון של אורניום (U) היא 4+?
    1. UO2
    2. UO3
    3. UO4
    4. K2U2O7
    5. K2UO4
  4. באיזו מבין התרכובות הבאות המכילות מימן, נמצא המימן בדרגת חמצון שונה מהאחרות?
    1. H2O
    2. C2H2
    3. NaH
    4. HI
  5. **** מהי דרגת החמצון של אטום הפחמן בכל אחת מהתרכובות הבאות? בסעיף ד חשבו את דרגת החמצון גם עבור הזרחן (P).
    חשבו עבור כל אטום פחמן בנפרד.

    1. CH3COOH
    2. CH3CH2OCH3
    3. CH3CH2OH
    4. CH3CH2COPH2

לפתרון לחץ כאן. למנויים בלבד