תמיכה טכנית: 054-2932368

סרגל התקדמות
0% הושלם
0/22 צעדים

درجة التأكسد

درجة التأكسد

لكي نستطيع أن نحدد في تفاعلات التأكسد-الاختزال من مرر الإلكترونات ومن ربحها، وإذا كان تفاعلاً معينًا بالمجمل هو تفاعل تأكسد-اختزال، يجب معرفة درجة تأكسد كل ذرة في كل مركب كيميائي.

ما هي درجة التأكسد (ד”ח)؟

درجة التأكسد هي القيمة الرقمية التي تشير إلى الشحنة النسبية التابعة لذرة معينة في مركب معين.
يتم تحديد الشحنة النسبية بحسب عدد الإلكترونات التي شاركتها/مررتها/ربحتها الذرة.

توجد قواعد تساعدنا على تحديد درجة تأكسد كل ذرة في كل مركب كيميائي.

قواعد تحديد درجة التأكسد

  1. درجة تأكسد كل عنصر كيميائي صفر (0).
  2. في كل مركب متعادل (غير أيوني/غير مشحون)، مجموع درجات تأكسدالتأكسد هو صفر (0).
  3. درجت تأكسد ذرة الفلور في كل مركباته هي 1-.
  4. درجة تأكسد الهيدروجين هي:
    • -1 عندما يكون مرتبطًا بالفلزات (رابط أيوني).
    • 1+ عندما يكون مرتبطًا باللافلزات.
    • 0 كعنصر (بحسب القاعدة رقم 1) وعندما يكون مرتبطًا بالفوسفور لأن كلاهما يمتلك قيمة كهروسالبية متساوية.
  5. تبلغ درجة تأكسد الأكسجين 2- في معظم الحالات.
    في بعض الأحيان، تبلغ درجة تأكسد الأكسجين 1-، مثلاً في مركبات مثل ماء الأكسجين وتُدعى بيروكسيد الهيدروجين، H2O2، أي في المواد التي تحتوي على رابط فردي بين ذرتين من الأكسجين.
    عندما يرتبط الأكسجين بذرة الفلور، تبلغ درجة تأكسده 1+ أو 2+.
  6. في الأيون أحادي الذرة (أيون غير مركّب، يتألف فقط من نوع واحد من الذرات)، تكون شحنة الأيون مساوية لدرجة تأكسده.
  7. تبلغ درجة التأكسد في الأيون أحادي الذرة الفلزي من العمود الأوّل 1+، تبلغ درجة التأكسد في العمود الثاني 2+، وتبلغ درجة التأكسد في العمود الثالث 3+.
  8. تبلغ درجة التأكسد في الأيون أحادي الذرة اللافلزي من العمود السابع 1-، تبلغ درجة التأكسد في العمود السادس 2-، وتبلغ درجة التأكسد في العمود الخامس 3-.
  9. في مجموعة أيونية تكون شحنة الأيون مساوية لمجموع كل درجات التأكسد (مجموع كل الشحنات النسبية) لكل الذرات التي تُكوّن الأيون.
  10. في المادة الجزيئية يجب حساب درجة التأكسد وذلك بحسب قيم الكهروسالبية وعدد الإلكترونات المشتركة. العنصر ذو الكهروسالبية الأعلى يحصل على القيمة السالبة ويكون مقدار القيمة السالبة مساويًا لعدد الإلكترونات التي اشترك بها. يُفضّل البدء بالحساب من العناصر الكيميائية ذات عدد الروابط الأصغر، وبحسب ذلك يتم حساب الذرة المركزية، أي العنصر الذي يُكوّن العدد الأكبر من الروابط.

سنشرح جزءًا من القواعد وننتقل إلى أمثلة:

في البداية، درجة تأكسد  الفلور في مركباته ستكون 1- دائمًا، لأنه العنصر الكيميائي ذو أعلى كهروسالبية وهو يشترك/يربح إلكترونًا واحدًا فقط. لنفس السبب، يكون الأكسجين في معظم روابطه بدرجة 2- وهو ثاني عنصر في قائمة العناصر الكيميائية ذو كهروسالبية مرتفعة، وهو يميل إلى ربح/مشاركة 2 إلكترونات في معظم روابطه.

الهيدروجين يميل إلى مشاركة إلكترونًا واحدًا مع باقي اللافلزات (تعلمناه في فصل المبنى والترابط). لأن قيمة الكهروسالبية لديه منخفضة ، نسبة لباقي اللافلزات، سيكون مشحونًا بشحنة جزئية موجبة. لذلك تبلغ درجة تأكسده عند ارتباطه باللافلزات 1+ عادة. الهيدروجين، ذو قيمة كهروسالبية أكبر من باقي الفلزات، عندما يرتبط بالفلزات يُكوّن معها رابطًا أيونيًا ولذلك يحصل على إلكترون ويتحوّل إلى أيون ذو شحنة 1-. لأن الهيدروجين في هذه المواد الأيونية هو أيون أحادي الذرة، ستكون شحنته مساوية لدرجة تأكسده أي 1- عندما يرتبط بالفلزات.

سنشرح القواعد 9 و10 من خلال تقديم أمثلة لاحقًا.

سنرى الآن كيف تظهر هذه القواعد في أمثلة مختلفة.

اذكروا درجة تأكسد كل الذرات في المادة H2O.

نبدأ بالهيدروجين. إنه يسبق الأكسجين في القواعد. لأنه مرتبط بلا فلز (أكسجين)، تبلغ درجة تأكسده 1+. في هذه الحالة، يمكن أيضًا البدء من الأكسجين لكن يُفضّل اتباع ترتيب القواعد واعتماد طريقة عمل ثابتة.

درجة التأكسد 1+
O 2 H
القيمة الإجمالية (مجموع كل درجات التأكسد) 0

 

ولهذا، تبلغ القيمة الإجمالية لدرجات تأكسد الهيدروجينات 2+.

درجة التأكسد 1+
O 2 H
القيمة الإجمالية (مجموع كل درجات التأكسد) 0 2+

لأن القيمة الإجمالية يجب أن تكون مساوية لـ 0 – لأن الحديث يدور حول مركب متعادل – يمكننا أن نحدد القيمة الإجمالية لدرجات تأكسد الأكسجين بـ2- بحسب:

درجة التأكسد 1+
O 2 H
القيمة الإجمالية (مجموع كل درجات التأكسد) 0 X 2+

2+X=0

ولذلك X=-2

درجة التأكسد 1+
O 2 H
القيمة الإجمالية (مجموع كل درجات التأكسد) 0 X=-2 2+

ومن هنا درجة تأكسد الأكسجين هي 2-.

درجة التأكسد 2- 1+
O 2 H
القيمة الإجمالية (مجموع كل درجات التأكسد) 0 X=-2 2+

يمكن وصف ذلك كما يلي أيضًا:

في المرحلة الأولى نسجّل درجة التأكسد المعروفة للهيدروجين بحسب القاعدة التي تحدد أنه في حالة ارتباط الهيدروجين باللافلزات (ما عدا الفوسفور) تكون درجة تأكسده 1+.

דרגת חמצון H2O שלב 1

بسبب وجود ذرتان من الهيدروجين، سنضاعف القيمة بـ2 (لا تزال درجة تأكسد الهيدروجين 1+). القيمة الإجمالية لدرجات تأكسد الهيدروجين هي 2+.

דרגת חמצון H2O שלב 2

القيمة الإجمالية لكل درجات التأكسد يجب أن تكون مساوية لصفر لأن هذا مجموع درجات تأكسد جزيئات الماء، إذ يدور الحديث حول مادة متعادلة من الناحية الكهربائية. لو دار الحديث حول أيون، لتمت الإشارة إلى شحنة الأيون بجانب الأيون. سنرى هذا لاحقًا.

דרגת חמצון H2O שלב 3

يمكننا الآن حساب مجموع كل درجات تأكسد الأكسجين. نُشير إلى هذه القيمة بـX.

דרגת חמצון H2O שלב 4

2+X=0

ولذلك X=-2

דרגת חמצון H2O שלב 5

الآن، سنقسم مجموع كل درجات تأكسد الأكسجين على عدد ذرات الأكسجين (في هذه الحالة 1)، من أجل معرفة درجة تأكسد الأكسجين.
דרגת חמצון H20 שלב 6

انتبهوا إلى أننا نقوم عادةً بإحاطة درجة التأكسد بدائرة من أجل تمييز درجة التأكسد عن شحنة الأيون. هذا ليس إلزاميًا.

لنراجع عدة أمثلة إضافية.

 

  1. سجّلوا درجات التأكسد لكل الذرّات في مادة H2SO4.
    في هذه الحالة، من المعروف أن درجة تأكسد الهيدروجين (H) المرتبط باللافلزات هي 1+، ودرجة تأكسد الأكسجين هي.-2 ، (O) ذُكرت درجات تأكسد أخرى محتملة للأكسجين في القواعد.
    ولذلك،
    דרגת חמצון H2SO4 שלב 1سنفكّر الآن في مجموع كل درجات التأكسد لكل ذرة في المادة (تظهر الأرقام تحت المادة):
    דרגת חמצון H2SO4 שלב 2يمكننا الآن حساب X بحيث مجموع كل درجات التأكسد يساوي 0.
    8-2+X=0
    ولذلك X=6
    الآن، سنقسم مجموع كل درجات تأكسد الكبريت (S) على عدد ذرات الكبريت (في هذه الحالة 1)، من أجل معرفة درجة تأكسد الكبريت. في هذه الحالة 6=6:1. أي أن درجة تأكسد الكبريت في مادة H2SO4 هي 6+. דרגת חמצון H2SO4 שלב 3
  2. ما هي درجة تأكسد كل الذرات في المادة CH3
    في المرحلة الأولى، سنفحص الهيدروجين (H) الذي تبلغ درجة تأكسده 1+، وهو مرتبط فعليًا بلا فلز.
    من أجل حساب مجموع كل درجات تأكسد الهيدروجين في المادة، يجب مضاعفة درجة التأكسد (1+) ب ـ3 بسبب وجود 3 ذرات هيدروجين. لذلك، مجموع كل درجات تأكسد الهيدروجين في المادة هو 3+.
    سننتقل الآن إلى الفلور. درجة التأكسده هي 1-. كما ذكر، فإن درجة تأكسد الفلور في المركبات ستكون 1- دائمًا، لأنه العنصر الكيميائي ذو الكهروسالبية الأعلى وهو يشترك/يربح إلكترونًا واحدًا فقط. بحسب صيغة المادة، يجب مضاعفته ب – ـ1.
    דרגת-חמצון-CH3Fيمكننا الآن حساب مجموع كل درجات تأكسد الكربون، حيث أن مجموع كل درجات التأكسد لكل الذرات في المادة يساوي 0.
    3-1+X=0
    ولذلك X=-2.
    بحسب صيغة المادة، توجد ذرة كربون واحدة، ولذلك يجب تقسيم مجموع كل درجات تأكسد الكربون على عدد ذرات الكربون في المادة (1): דרגת-חמצון-CH3F1
  3. ما هي درجة تأكسد كل الذرات في أيون PO43-؟
    انتبهوا إلى أن الحديث يدور عن الأيون وليس عن المادة المتعادلة كهربائيًا حيث تبلغ القيمة الإجمالية للشحنات 0. لذلك، سيكون مجموع كل درجات التأكسد في الأيون مساويًا لـ 3- أي مساويًا لشحنة الأيون.
    نبدأ بالأكسجين (O) ذو درجة تأكسد 2-؛ مجموع كل درجات تأكسد الأكسجين في المادة سيكون 8-.
    דרגת חמצון PO43-في هذه الحالة، لأن الحديث يدور حول الأيون وليس حول المادة المتعادلة من الناحية الكهربائية، يكون مجموع كل درجات التأكسد في الأيون مساويًا لـ3-. ولذلك،
    דרגת חמצון PO43- שלב 2سنحسب الآن مجموع إجمالي كل درجات تأكسد الفوسفور (P).דרגת-חמצון-PO43-שלב-3X + (-8) = -3
    ولذلك X=+5.
    דרגת-חמצון-PO43-שלב-4إذا قسمناها بـ1 (يظهر الفوسفور بهذا الأيون مرة واحدة فقط)، سنحصل على درجة تأكسد فوسفور تساوي 5+. דרגת-חמצון-PO43-שלב-5
  4. ما هي درجة تأكسد كل الذرات في المادة Cr2O72-؟

    דרגת-חמצון-Cr2O72-1 مجرى العمل هو على الشكل التالي: نبدأ بالأكسجين (O) ذو درجة تأكسد2-. بسبب وجود 7 ذرات أكسجين، مجموع كل درجات التأكسد في ذرات الأكسجين هو 14-.
    דרגת-חמצון-Cr2O72-2 شحنة الأيون Cr2O72- هي 2-، ولذلك نقارن مجموع درجات التأكسدلـ 2-
    ( X + (-14) = -2 )
    דרגת-חמצון-Cr2O72-3 المجموع الذي نحصل عليه لكل درجات تأكسد (X) الكروم (Cr) هو 12+.
    דרגת-חמצון-Cr2O72-4 يجب الآن تقسيمها على 2، بسبب ظهور الكروم مرتين في هذا الجسيم. ومن هنا درجة تأكسد الكروم هي 6+.

     

  5. حددوا درجة تأكسد الذرات في مادة CuCℓ2.
    דרגת-חמצון-CuCl2-1 مجرى العمل هو على الشكل التالي: نبدأ بالكلور (Cℓ) وهو ذو درجة تأكسد 1- لأنه يون أحادي الذرة من العمود السابع. بسبب وجود 2 ذرات من الكلور، مجموع كل درجات التأكسد في الكلور هو 2-.
    דרגת-חמצון-CuCl2-2 لأننا نتحدث عن مادة غير مشحونة من الناحية الكهربائية (ليس أيونًا)، يبلغ مجموع كل درجات أكسدة الذرات فيها 0.
    ( X + (-2) = 0 )
    דרגת-חמצון-CuCl2-3 المجموع الذي نحصل عليه لكل درجات تأكسد (X) النحاس (Cu) هو 2+.
    דרגת-חמצון-CuCl2-4 يجب الآن تقسيمها على 1، بسبب ظهور النحاس مرة واحدة في هذا الجسيم. من هنا درجة تأكسد النحاس هي 2+.

     

سنراجع أدناه عدة حالات خاصة يظهر فيها الأكسجين بدرجات تأكسد مختلفة.

  1. ما هي درجة تأكسد كل الذرات في المادة H2O2؟
    דרגת-חמצון-H2O2-1 مجرى العمل هو على الشكل التالي: نبدأ بالهيدروجين (H) ذو درجة تأكسد 1+. بسبب وجود 2 ذرات من الهيدروجين، مجموع كل درجات التأكسد في الهيدروجين هو 2+.
    דרגת-חמצון-H2O2-2 لأننا نتحدث عن مادة غير مشحونة من الناحية الكهربائية (ليست أيون)، يبلغ مجموع كل درجات تأكسد الذراتا 0.
    ( X + (+2) = 0 )
    דרגת-חמצון-H2O2-3 المجموع الذي نحصل عليه لكل درجات تأكسد (X) الأكسجين (O) هو 2-.
    דרגת-חמצון-H2O2-4 يجب الآن تقسيمها على 2، بسبب ظهور الأكسجين مرتين في هذه التركيبة. ومن هنا درجة تأكسد الأكسجين هي 1-.

     

  2. ما هي درجة تأكسد كل الذرات في المادة F2O2؟
    דרגת-חמצון-F2O2-1 مجرى العمل هو على الشكل التالي: نبدأ بالفلور وهو ذو درجة تأكسد 1-. بسبب وجود 2 ذرات من الفلور، مجموع كل درجات التأكسد في الفلور هو 2-.
    דרגת-חמצון-F2O2-2 لأننا نتحدث عن مادة غير مشحونة من الناحية الكهربائية (من دون أيون)، يبلغ مجموع كل درجات تأكسد الذرات 0.
    ( X + (-2) = 0 )
    דרגת-חמצון-F2O2-3 المجموع الذي نحصل عليه لكل درجات تأكسد (X) الأكسجين (O) هو 2+.
    דרגת-חמצון-F2O2-4 يجب الآن تقسيمها على 2، بسبب ظهور الأكسجين مرتين في هذه التركيبة. ومن هنا درجة تأكسد الأكسجين هي 1+.

    سنعرض أمامكم عدة حالات خاصة تظهر فيها تركيبة اللافلزات، من دون قواعد مفصّلة (مثل الهيدروجين، الفلور والأكسيجين). في هذه الحالة، يجب العمل بحسب القاعدة 10.

نذكركم أن القاعدة 10 تنص بأنه

يجب حساب درجة التأكسد في المادة الجزيئية بحسب قيم الكهروسالبية وعدد الإلكترونات المشتركة. العنصر الأكثر كهروسالبية يحصل على درجة تأكسد سالبة ويكون مقدار هامساويًا لعدد الإلكترونات التي شاركت بها الذرة. يُفضّل البدء بالحساب من العناصر الكيميائية ذات عدد الروابط الأصغر، وبحسب ذلك يتم تحديد الذرة المركزية، العنصر ذو العدد الأكبر من الروابط.

  1. حددوا درجات تأكسد الذرات في مادة ICℓ.
    مادة ICℓ مكوّنة من ذرة كلور (Cℓ) وذرة يود (I) يرتبطان الأوّل بالثاني برابط تساهمي فردي. تكمن المشكلة في المادة المقترحة في كون كل من الكلور واليود لا يظهران في قائمة القواعد المفصّلة. بعكس الهيدروجين والفلور أو الفلزات ضمن العمود الأوّل وما شابه.
    إذن، كيف نحدد درجة تأكسد اليود والكلور؟
    في هذه المادة، وهي مادة جزيئية، يجب فحص الروابط المختلفة كما يجب معرفة قيمها الكهروسالبية للذرات. سنفهم حالاً لماذا وكيف يتم تحديد قيم درجات تأكسد المواد من خلال قيم الكهروسالبية.
    في البداية، نذكر القيم الكهروسالبية: قيمة الكهروسالبية للكلور 3 وقيمة الكهروسالبية لليود 2.5. لذلك، يمكننا أن نحدد بأن درجة تأكسد الكلور في هذا المثال ستكون ذو شحنة سالبة، أما درجة تأكسد اليود ستكون ذو شحنة موجبة.
    سنفهم الآن كيفية تحديد قيمة (الرقم) درجة التأكسد.
    سنراجع بنية الجزيء من حيث الروابط الموجودة فيه.
    جزيء ICℓ يبدو هكذا:  I—Cℓ. انتبهوا إلى عدم وجود حاجة إلى التشديد على رسم صيغة بنائية صحيحة أو كتابة أزواج الإلكترونات غير الرابطة. المهم في هذه الحالة هو شكل رابط الذرات بالجزيء.
    لأن الرابط بين اليود والكلور هو رابط فردي، أي أن كل من الذرات منح إلكترونًا واحدًا فقط، ستكون درجة تأكسد اليود 1+ ودرجة تأكسد الكلور 1-. ICl
  2. حددوا درجات تأكسد الذرات في مادة SCℓ2.
    يبدو الجزيء هكذا: Cℓ — S — Cℓ. نذكر مجددًا أن هذا ليس الشكل الفراغي الصحيح. لم نرسم الإلكترونات غير الرابطة لأنها ليست مهمة في هذا التمرين. نحن نرى رابطًا فرديًا بين ذرات الكلور وذرات الكبريت.
    قيمة الكهروسالبية لذرة الكلور 3 بينما في الكبريت 2.5. لأن الكلور هو أكثر كهروسالبية، يحصل على القيمة السالبة. سننتقل الآن إلى حساب وتحديد درجة التأكسد.
    في كل رابط S — Cℓ (يوجد 2 منها في الجزيء) يمكن القول:

    رابط S — Cℓ

    الذرة S الذرة Cℓ
    الشحنة النسبية في الرابط/درجة التأكسد النسبية في الرابط 1+ الشحنة النسبية في الرابط/درجة التأكسد النسبية في الرابط 1-

    إنها في رابط واحد فقط. لأن الكبريت يشارك في رابطين فرديين مع ذرتين من الكلور، ستكون قيمته 1+ لكن مضاعف بـ2. ولذلك درجة تأكسد الكبريت هي 2+.
    إذا عملنا بحسب القاعدة 9، وبدأنا بتحديد درجات تأكسد العنصر الذي يُنتج العدد الأصغر من الروابط (في هذه الحالة، يُنتج الكلور رابطًا واحدًا فرديًا فقط بينما يُنتج الكبريت رابطين فرديين)، بعد تحديد درجة تأكسد الكلور، 1-، يمكننا العودة إلى الطريقة الاعتيادية: דרגת-חמצון-SCl2

  3. حددوا درجات تأكسد كل الذرات في المادتين SO وSSe.
    تتألف مادة SSe من ذرتين ذوات رابط مزدوج S ═ Se مشابه لرابط S ═ O. في رابط S ═ O نعرف، بحسب القواعد، بأن درجة تأكسد الاكسجين هي 2-. الأكسجين هو أكثر كهروسالبية من معظم العناصر الكيميائية، ولذلك يملك درجة تأكسد ذات شحنة سالبة. تبلغ قيمة درجة التأكسد 2 لأن الأكسجين يشارك 2 إلكترونات. لذلك يبدو من الأسهل تحديد درجة التأكسد في مادة SO. لكننا نرى في الشرح أمامنا تشابهًا في حساب وتحديد درجة التأكسد في الحالتين ولذلك نعرضها عليكم هنا بالتزامن:
    דרגת-חמצון-SeS-SOطريقة الحساب وتحديد درجة التأكسد في الحالتين تنتجان عن واقع وجود ذرة واحدة أكثر كهروسالبية: في رابط SO هو الأكسجين (O) وفي رابط SSe هو الكبريت (S). يوجد رابط زوجي في المثالين. تبدو الحالة أسهل طبعًا في مثال الرابط SO لأن الأكسجين يظهر في قائمة القواعد في بداية الفصل، ولذلك ليس إلزاميًا العمل بحسب القاعدة 10.

ننتقل الآن إلى أمثلة أكثر تعقيدًا يحتوي فيها الجزيء على ذرة مركزية واحدة مرتبطة بعدة أنواع من الذرات.

  1. حددوا درجة تأكسد كل الذرات في المادة CH3Cℓ.
    من أجل تحديد درجات التأكسد المختلفة، يُفضّل رسم الجزيء والروابط الموجودة فيه.
    نذكر مجددًا بعدم وجود حاجة إلى رسم صيغة بنائية دقيقة ولا حاجة للتشديد على كتابة الإلكترونات غير الرابطة، إلا إذا كان السؤال يطلب رسم صيغة بنائية أو صيغة تمثيل إلكترونية للمادة.
    ستكون للمادة CH3Cℓ الروابط التالية:
    מבנה מולקולה CH3Clبالإضافة إلى رسم الجزيء، علينا الاستعانة طبعًا بقيم الكهروسالبية المُقدمة لنا في جدول الكهروسالبية.
    الهيدروجين (H) قيمته 2.1، الكربون (C) قيمته 2.5 والكلور (Cℓ) قيمته 3.0.
    انتبهوا إلى وجود نوعان من الروابط التساهمية في هذا الجزيء، رابطC — H ورابط C — Cℓ. يجب تحليل كل رابط على حدة.
    في الرابط C — H ، ولأن الكربون هو أكثر كهروسالبية، ستكون درجة تأكسده النسبية، نسبة للهيدروجين، 1-. يحصل على شحنة سالبة لأنه أكثر كهروسالبية وقيمته 1 لأنه يشارك الهيدروجين بإلكترون واحد فقط. هذا الحساب يتكرر طبعًا في كل من الروابط الثلاثة C — H في هذا الجزيء.
    لذلك، حتى الآن، تبلغ درجة تأكسد الكربون 3-.
    سنفحص الآن رابط C — Cℓ. في هذا الرابط، يكون الكربون أقل كهروسالبية والكلور أكثر كهروسالبية. لذلك يحصل الكلور على الشحنة السالبة في درجة التأكسد ويحصل الكربون على الشحنة السالبة. في هذه الحالة أيضًا، ولأن كل ذرّة تُشارك إلكترونًا واحدًا فقط، ستكون درجات التأكسد 1- للكلور و1+ للكربون. يمكن الآن الجمع لتحديد درجة تأكسد الكربون. كما قيل، يرتبط الكربون بأربع روابط: ثلاثة منها هي 1- وواحد منها هو 1+. ومن هنا درجة تأكسد الكربون هي 2- في هذه المادة.
    يمكن رؤية ذلك أيضًا في الوصف التالي:
    דרגות-חמצון-CH3Clإذا جمعنا كل درجات التأكسد من كل روابط ذرة الكربون، نحصل على 2-.
    يمكن طبعًا حساب كل درجات تأكسد الكربون بطرق أخرى. مثلاً، من خلال رسم جدول يُشير إلى كل رابط ومن ثم جمع كل درجات التأكسد الخاصة بالذرة المركزية:

    الرابط C — H C — Cℓ
    الذرة C C
    الشحنة النسبية/درجة التأكسد النسبية 1- 1+
    الذرة H Cℓ
    الشحنة النسبية/درجة التأكسد النسبية 1+ 1-

    سنرى ذلك الآن بحسب الطريقة التي تعلمناها في بداية الدرس:

    חישוב-דרגות-חמצון-CH3Cl سير العمل سيكون على الشكل التالي: نبدأ بالهيدروجين ذو درجة تأكسد 1+ (أيضًا من ضمن فروق قيم الكهروسالبية وأيضًا من قائمة القواعد في بداية الفصل). بسبب وجود 3 ذرات من الهيدروجين، مجموع كل درجات التأكسد في الهيدروجين هو 3+. تبلغ درجة تأكسد الكلور 1-. بسبب وجود ذرة واحدة من الكلور، مجموع كل درجات التأكسد الكلور هو 1-.
    חישוב-דרגות-חמצון-CH3Cl-1 لأننا نتحدث عن مادة غير مشحونة من الناحية الكهربائية (ليس أيون)، يبلغ مجموع كل درجات تأكسده 0.
    ( X + (-1) + 3 = 0 )
    חישוב-דרגות-חמצון-CH3Cl-2 المجموع الذي نحصل عليه لكل درجات تأكسد (X) الكربون هو 2-.
    חישוב-דרגות-חמצון-CH3Cl-3 يجب الآن تقسيمها إلى 1، بسبب ظهور الكربون مرة واحدة في هذا الجسيم. ومن هنا درجة تأكسد الكربون هي 2-.

     

  2. ما هي درجات تأكسد كل الذرات في المادة CSeCℓ2؟
    سنصف في البداية الروابط الموجودة في المادة:
    הקשרים בחומר CSeCl2ونذكر قيم الكهروسالبية في كل الذرات التي تكون المادة: Se هو 2.4، C هو 2.5 وCℓ هو 3.
    سنفحص كل رابط على حدة:
    في الرابط C ═ Se الكربون هو ذو كهروسالبية أكبر ولذلك سيكون ذو شحنة جزئية 2- (يُشارك مع 2 Se إلكترونات) بينما Se هو 2+.
    في كل واحد من الروابط C — Cℓ يكون الكربون أقل كهروسالبية ولذلك يساوي 1+ (يشارك إلكترونًا واحدًا في كلّ واحد من روابطه مع الكلور Cℓ) والكلور هو 1-.
    يمكننا الآن العودة إلى رسم الجزيء من أجل رؤية وتلخيص القيمة الإجمالية لذرة الكربون:
    חישוב דרגות חמצון CSeCl2لذلك، درجة تأكسد الكربون في هذه المادة هي 0 (صفر)
    (+1) + (+1) + (-2) = 0.
    يمكننا طبعًا العمل على الجدول التابع للمثال السابق، لكن من المُفضّل رسم الجزيء ورؤية كيفية ارتباط الذرات ببعضها البعض.
  3. حددوا درجات تأكسد كل الذرات في المادة NFBr2.
    NFBr2-קשריםقيم الكهروسالبية: F – 4, N – 3, Br – 2.8

    الرابط N — F N — Br
    الذرة F Br
    الشحنة النسبية/درجة التأكسد النسبية 1- 1+
    الذرة N N
    الشحنة النسبية/درجة التأكسد النسبية 1+ 1-

    نذكر أن رابط N — Br يظهر في هذا الجزيء مرتين.
    لذلك:
    חישוב-דרגות-חמצון-NFBr2

ماذا يحدث عندما تتساوى ذرتين في قيمة الكهروسالبية؟

في حالة وجود ذرتين مشابهتين كما في الجزيئات التالية:  F2 ،O2 ،H2، وفعليًا في كل العناصر ثنائية الذرة وطبعًا في S8 أو في P4، تبلغ درجة تأكسد العنصر صفر (0). أما شرحها فهو أن القيم الكهروسالبية لهذه العناصر متساوية. لذلك لا تنتج شحنة نسبية ثابتة فيما بينها. على الرغم من مشاركة الإلكترونات، درجة التأكسد هي 0.

يحدث أمر مشابه في مادة NCℓ3

NCl3-קשריםفي مادة ثلاثة روابط من N — Cℓ. في كل من هذه الروابط، تملك الذرتان قيمة كهروسالبية مشابهة ولذلك تبلغ درجة أكسدتهما 0. مجموع درجة تأكسد العنصريَن في هذه المادة يبلغ 0.
3NCl-דרגות-חמצוןيحدث أمر مشابه في مادة PH3.

سنراجع أمثلة إضافية أكثر تعقيدًا ونرى كيفية تحديد درجات التأكسد.

  1. حددوا درجات تأكسد كل الذرات في مادة C2Cℓ2.
    C2Cl2-קשריםيوجد نوعان من الروابط التساهمية في المادة المقترحة: رابط وحيد بين ذرة الكلور وذرة الكربون C — Cℓ ورابط ثلاثي بين ذرّتي كربون C ≡ C.
    الرابط بين ذرتي الكربون (C) لا يُساهم (لا يؤثر) على قيمة درجة تأكسد الكربون لأن هاتين الذرتين ذوات قيمة كهروسلبية مشابهة. لذلك لا توجد شحنة نسبية ثابتة فيما بينها. لهذا يجب مراجعة فقط رابط C — Cℓ.
    الكلور (Cℓ) هو ذو قيمة كهروسالبية 3 بينما قيمة الكربون الكهروسالبية هي 2.5. لذلك في رابطة C — Cℓ تكون درجة تأكسد الكربون 1+. الشحنة موجبة لأن الكربون أقل كهروسالبية ومقدار الشحنة 1 لأنه يشارك الكلور بإلكترون واحد فقط. درجة تأكسد الكلور هي 1-. ولذلك يمكننا ببساطة تنفيذ الحسابات بموجب الطريقة التالية أيضًا: لأن الكلور يُشارك أقل إلكترونات أو يُنتج روابط أقل، لنبدأ به:
    חישוב-דרגות-חמצון-C2Cl2
  2. حددوا درجات تأكسد الذرات في مادة C2N2.
    تبدو الروابط في المادة هكذا:
    C2N2-קשריםقيم الكهروسالبية هي N – 3 ,C – 2.5.
    الرابط C — C لا يساهم/يؤثر على قيمة درجة التأكسد. في رابط C ≡ N النيتروجين (N) هو أكثر كهروسالبية ولذلك تبلغ درجة تأكسده 3- (يشارك النيتروجين 3 إلكترونات مع الكربون)، بينما يكون الكربون 3+.
    سنقدّم طريقة حل إضافية: لأن النيتروجين يشارك 3 إلكترونات فقط في الجزيء مقارنة بالكربون الذي يشارك 4 إلكترونات، سنبدأ به:
    חישוב-דרגות-חמצון-C2N2

في ما يلي حالة أكثر تعقيدًا. لن يشمل امتحان البجروت أسئلة من هذا النوع على الأغلب، لكننا نستطيع أن نُجري كل العمليات الحسابية هنا بفضل المعرفة التي اكتسبناها.

إليكم مادة  CH3CH2CH2COOH. صيغته الجزيئية هي C4H8O2. حددوا درجة تأكسد كل الذرات في المادة.

كما قيل، المرحلة الأولى من الحل هي مراجعة الروابط في الجزيء.
نقدم مثالاً بأن الحساب بحسب الصيغة الجزيئية، من دون المرحلة الأولى من فحص الروابط، سيؤدي إلى نتيجة غير دقيقة.
هكذا سيبدو حساب درجات التأكسد بحسب القواعد 3-4 ذات قيم الكهروسالبية للأكسجين والهيدروجين:

חישוב דרגות חמצון C4H8O2

لكن، كما ذُكر، هذا الحساب غير دقيق. لا تملك كل ذرات الكربون درجة تأكسد متساوية. لقد قمنا فعلًا بحساب القيمة المتوسطة لدرجات تأكسد كل ذرات الكربون في المادة المقترحة.

الآن، سنرسم صيغة بنائية للمادة المقترحة وسنفحص كل ذرة على حدة. سنخصص رقمًا لكل الكربونات (1، 2، 3، 4) كي نستطيع التطرق إلى كل منها بشكل منفصل.

קשרים C4H8O2قيم الكهروسالبية هي: C – 2.5 ،H – 2.1 ،O – 3

الآن سنراجع كل ذرة كربون (C) بحسب القاعدة 9:

  • ذرّة الكربون (C) رقم 1 مرتبطة بذرة الهيدروجين (H) بثلاث روابط فردية.
    ستكون لكل ذرة هيدروجين درجة تأكسد 1+ (القاعدة 3)، بينما، نسبيًا، سيكون مجموع درجة تأكسد الكربون 3-. الرابط الرابع لذرة الكربون (C) رقم 1 هو إلى ذرة الكربون (C) رقم 2. كما ذكر، هذا الرابط لا يؤثر على قيمة درجة التأكسد لأن ذرات الكربون هذه هي ذات قيمة كهروسالبية مشابهة.
  • ذرة الكربون (C) رقم 2 مرتبطة برابطين وحيدين بذرات الكربون رقم 1 ورقم 3 الذين لا يؤثران على قيم درجة التأكسد. ذرة الكربون رقم 2 مرتبطة أيضًا بذرتين ذات درجة تأكسد 1+. لذلك مجموع درجة تأكسد الكربون (C) رقم 2 سيكون 2-.
  • ذرة الكربون (C) رقم 3 مرتبطة برابطين فرديين بذرات الكربون رقم 2 ورقم 4 الذان لا يؤثران على قيم درجة التأكسد. هذه الذرة مرتبطة أيضًا بذرتين ذات درجة تأكسد 1+. لذلك مجموع درجة تأكسد الكربون (C) رقم 3 سيكون 2-.
  • ذرة الكربون (C) رقم 4 مرتبطة برابط فردي بذرة كربون (C) رقم 3. كما ذكر، هذا الرابط لا يؤثر على قيمة درجة التأكسد لأن ذرتي الكربون هما ذات قيمة كهروسالبية مشابهة. ذرة الكربون (C) رقم 4 مرتبط أيضًا برابط مزدوج بذرة الأكسجين وبرابط فردي بذرة أكسجين إضافية. لأن ذرة الأكسجين أكثر كهروسالبية من ذرة الكربون إذن:
    الرابط C ═ O C — O
    الذرة O O
    الشحنة النسبية/درجة التأكسد النسبية 2- 1-
    الذرة C C
    الشحنة النسبية/درجة التأكسد النسبية 2+ 1+

    لذلك، في المجموع، ذرة الكربون (C) رقم 4 ستكون بدرجة تأكسد 3+.

لنتذكر ما قمنا بحسابه: ذرة كربون (C) رقم 1 : درجة تأكسد 3-، ذرة كربون (C) رقم 2 : درجة تأكسد 2-، ذرة كربون (C) رقم 3 : درجة تأكسد 2- وذرة كربون (C) رقم 4 : درجة تأكسد 3+.

انتبهوا إلى وجود درجة تأكسد خاصة بكل ذرة كربون. نذكركم أننا قمنا أيضًا بحساب درجة التأكسد المتوسطة وحصلنا على قيمة 1-.

حسب الرغبة، يمكننا أن نحسب هنا أيضًا معدّل قيمة درجات التأكسد على طريقة حساب المعدّل العادية:

مجموع كل درجات تأكسد ذرات الكربون هي:

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

يجب تقسيم هذا الرقم بـ4 وهو مجموع كل ذرات الكربون في الصيغة. نحصل على 1- وهو متوسط القيمة التي حصلنا عليها في الحساب الأوّلي.

توجد حالات تساوي فيها درجة التأكسد كسرًا وليس رقمًا كاملاً لأنها تنتج عن حساب القيمة المتوسطة.

أسئلة للتمرين الذاتي

يُسمح الاستعانة بالجدول الدوري وجدول الكهروسالبية في كل التمارين

  1. حدّدوا درجة تأكسد العناصر الكيميائية التالية في المركبات المعطاة:
    العنصر تركيبة إجابة
    أ Cr Cr2O3

    ب

    H NaOH
    ت Aℓ

    AℓCℓ3

    ث

    C C2H6
    ج P

    P4

    ح

    Cℓ HCℓO4
    خ N

    N2H4

    د

    N HNO
    ذ P

    PH3

    ر

    N NH2OH
    ر -أ P

    PSCℓ

    ر-ب

    O HOF
    ر-ت S

    SI2

    ر-ث

    I ICℓ
    ذ-ج I

    HIO3

    ذ-ح

    H CaH2
    ر-خ Cℓ

    NaCℓO3

    ر-د

    Cr K2CrO4
    ر-ذ U

    K2U2O7

    ز

    C CHBr3
    ز-أ C

    CBrH3

  2. اذكروا درجة تأكسد العناصر الكيميائية في الأيونات التي تظهر فيها:
العنصر الأيون إجابة
أ Cr

Cr2O32-

ب

S

S4O62-

ت Mn

Mn2O72-

ث

P

H2PO4

ج C

HCO3

ح

Mn

MnO4

خ

Pu

PuO2

د

Au

AuCℓ4+

ذ P

HPO32-

ر

N

N2H5+

  1. في أي من الجسيمات التالية تبلغ درجة تأكسد الكبريت (S)‏ 4+؟
    1. S2O42-
    2. S2O62-
    3. S2O32-
    4. HSO3
  2. أي من الجسيمات يحتوي على عنصر كيميائي ذو درجة تأكسد 1-؟
    1. HSO4
    2. H2O2
    3. CℓO
    4. Fe3+
    5. Ba
  3. في أي من المركبات تبلغ درجة تأكسد اليورانيوم (U)‏ 4+؟
    1. UO2
    2. UO3
    3. UO4
    4. K2U2O7
    5. K2UO4
  4. في أي من المركبات التالية التي تحتوي على هيدروجين نجد درجة تأكسد مختلفة للهيدروجين عن الأخرى؟
    1. H2O
    2. C2H2
    3. NaH
    4. HI
  5. **** ما هي درجة تأكسد ذرة الكربون في كل من المركبات التالية؟ قمنا في البند ث بحساب درجة التأكسد للفوسفور (P) أيضًا.
    قوموا بالحساب لكل ذرة كربون على حدة.

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

للحل اضغط هنا (للمشتركين فقط)