عدد اکسایش، بار قراردادی یک اتم در یک ترکیب است که با فرض یونی بودن تمام پیوندها محاسبه میشود. این عدد نشان میدهد که یک اتم چند الکترون از دست داده یا جذب کرده است. در این صفحه، تعریفی ساده، تمام قواعد تعیین عدد اکسایش، جدول مقادیر ثابت، الگوریتم گامبهگام و یک تمرینکننده تعاملی برای تثبیت یادگیری ارائه شده است.
عدد اکسایش چیست
عدد اکسایش (СО) بار قراردادی یک اتم در مولکول است که اگر تمام الکترونهای پیوندی به اتم الکترونگاتیوتر منتقل میشدند، آن اتم داشت. به زبان ساده، این یک «شمارنده» الکترون است: اتمی که الکترون از دست میدهد، عدد اکسایش مثبت و اتمی که الکترون جذب میکند، عدد اکسایش منفی میگیرد.
عدد اکسایش همیشه با علامت قبل از عدد و بالای نماد عنصر نوشته میشود: برای مثال در آب H₂O، هیدروژن +1 و اکسیژن −2 است. این موضوع آن را از بار یون (S²⁻, Fe³⁺) که علامت بعد از عدد نوشته میشود، متمایز میکند.
عدد اکسایش میتواند مثبت، منفی یا صفر باشد و برای بسیاری از عناصر متغیر است و از ترکیبی به ترکیب دیگر تغییر میکند. به همین دلیل است که باید بتوانید آن را تعیین کنید، نه اینکه فقط حفظ کنید.
قواعد عدد اکسایش: جدول مقادیر ثابت
برای تعیین عدد اکسایش، باید چند قاعده ثابت را بدانید. برخی عناصر در تمام ترکیبات عدد اکسایش ثابت دارند که مقادیر آنها در جدول زیر آمده است. تعیین عدد اکسایش از اینها شروع میشود.
علاوه بر مقادیر ثابت، سه قاعده اصلی وجود دارد:
- در ماده ساده، عدد اکسایش هر اتم برابر با 0 است (Fe, O₂, H₂, S₈)؛
- مجموع اعداد اکسایش تمام اتمها در یک مولکول برابر با 0 است؛ زیرا مولکول از نظر الکتریکی خنثی است؛
- در یک یون، مجموع اعداد اکسایش برابر با بار یون است (مثلاً در SO₄²⁻ مجموع برابر با −2 است).
| عنصر | عدد اکسایش | استثناها |
|---|---|---|
| ماده ساده O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | استثنایی ندارد |
| فلوئور F | −1 | همیشه −1، مقدار دیگری ندارد |
| فلزات گروه I Na, K, Li, Ag | +1 | ثابت |
| فلزات گروه II Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | ثابت |
| آلومینیوم Al | +3 | ثابت |
| هیدروژن H | +1 | −1 در هیدرید فلزات: NaH, CaH₂ |
| اکسیژن O | −2 | −1 در پراکسیدها (H₂O₂); +2 در OF₂ |
چگونه عدد اکسایش را در یک ترکیب تعیین کنیم
وقتی در فرمول عنصری با عدد اکسایش متغیر (گوگرد، نیتروژن، کلر، منگنز، فسفر) وجود دارد، آن را از طریق معادله پیدا میکنیم. الگوریتم جهانی است: ابتدا تمام مواردی که با اطمینان میدانیم را قرار میدهیم، سپس مجهول را x مینامیم و معادله مجموع را حل میکنیم. پنج گام در زیر آمده است.
0 هستند، نیازی به محاسبه نیست+1، اکسیژن −2، فلوئور −1 — طبق جدول بالا0 برای مولکول یا = بار یون برای یون+ یا − را فراموش نکنیدبالاترین و پایینترین عدد اکسایش
هر عنصر دارای بالاترین و پایینترین عدد اکسایش است — مقادیر حدی که تمام مقادیر دیگر بین آنها قرار دارند.
- بالاترین عدد اکسایش معمولاً برابر با شماره گروه در جدول تناوبی است (برای عناصر گروههای اصلی). برای مثال، گوگرد در گروه VI → بالاترین عدد اکسایش +6 (H₂SO₄)، نیتروژن در گروه V → +5 (HNO₃)، کلر در گروه VII → +7 (HClO₄). این عدد در ترکیبات با عناصر الکترونگاتیوتر — اغلب با اکسیژن — ظاهر میشود.
- پایینترین عدد اکسایش برای نافلزات برابر با شماره گروه منهای 8 است. برای گوگرد 6 − 8 = −2 (H₂S)، برای نیتروژن 5 − 8 = −3 (NH₃). این عدد در ترکیبات با هیدروژن و فلزات ظاهر میشود.
استثناهایی وجود دارد: برای مثال، فلوئور بالاترین عدد اکسایش مثبت ندارد — او الکترونگاتیوترین است و همیشه −1 است؛ برای اکسیژن بالاترین عدد اکسایش +2 فقط در OF₂ دیده میشود.
مثالهای تعیین عدد اکسایش
مثال 1. گوگرد در H₂SO₄
مسئله: تعیین عدد اکسایش گوگرد در سولفوریک اسید H₂SO₄.
گام 1. این یک ماده ساده نیست — در فرمول سه عنصر وجود دارد.
گام 2. اعداد اکسایش ثابت را قرار میدهیم: هیدروژن +1 (2 اتم)، اکسیژن −2 (4 اتم).
گام 3. عدد اکسایش گوگرد مجهول است — آن را x مینامیم.
گام 4. معادله را تشکیل میدهیم (مجموع تمام اعداد اکسایش در مولکول = 0):
گام 5. حل میکنیم: \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
پاسخ: عدد اکسایش گوگرد در H₂SO₄ برابر با +6 است.
مثال 2. منگنز در KMnO₄
مسئله: تعیین عدد اکسایش منگنز در پتاسیم پرمنگنات KMnO₄.
گام 1–2. اعداد اکسایش ثابت: پتاسیم (فلز گروه I) +1، اکسیژن −2 (4 اتم).
گام 3. منگنز عنصری با عدد اکسایش متغیر است، آن را x مینامیم.
گام 4. معادله مجموع:
گام 5. حل میکنیم: \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
پاسخ: عدد اکسایش منگنز برابر با +7 است — این بالاترین عدد اکسایش آن است (Mn در گروه VII).
مثال 3. تعیین از روی فرمول اکسید Fe₂O₃
مسئله: تعیین عدد اکسایش آهن در اکسید Fe₂O₃.
گام 1–2. اکسیژن همیشه −2 است، تعداد اتمهای اکسیژن 3 است، پس سهم کل اکسیژن: \(3 \cdot (-2) = -6\).
گام 3. عدد اکسایش آهن را x مینامیم، تعداد اتمهای آهن 2 است.
گام 4. معادله: \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
گام 5. حل میکنیم: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
پاسخ: عدد اکسایش آهن برابر با +3 است. بررسی: دو اتم با +3 برابر +6 میدهد، سه اتم اکسیژن −6 میدهد، مجموع 0 — درست است.
خطاهای رایج در تعیین عدد اکسایش
-
اشتباه گرفتن عدد اکسایش با ظرفیت.
ظرفیت تعداد پیوندهای شیمیایی اتم است و علامت ندارد (همیشه عدد مثبت: I, II, III). عدد اکسایش بار قراردادی با علامت (+ یا −) است و میتواند صفر باشد. برای مثال، در N₂ ظرفیت نیتروژن III است، اما عدد اکسایش 0 است.
-
قرار دادن اشتباه علامت: نوشتن عدد و سپس مثبت یا منفی (2+ به جای +2).
در عدد اکسایش، علامت قبل از عدد و بالای نماد عنصر قرار میگیرد: +2, −3, +6. نوشتن علامت بعد از عدد (S²⁻) مربوط به بار یون است، نه عدد اکسایش.
-
تصور اینکه اکسیژن همیشه −2 و هیدروژن همیشه +1 است.
این تقریباً همیشه درست است، اما استثناهایی وجود دارد. اکسیژن در پراکسیدها (H₂O₂) عدد اکسایش −1 دارد و در OF₂ حتی +2. هیدروژن در هیدرید فلزات (NaH, CaH₂) عدد اکسایش −1 دارد، زیرا فلز الکتروپوزیتیوتر است.
-
فراموش کردن اینکه مجموع اعداد اکسایش در مولکول برابر با صفر است.
مولکول از نظر الکتریکی خنثی است، بنابراین مجموع (عدد اکسایش × تعداد اتمها) برای تمام عناصر همیشه = 0 است. برای یون، این مجموع برابر با بار یون است. این معادله اصلی است که از آن عدد اکسایش مجهول پیدا میشود.
-
ضرب نکردن عدد اکسایش در تعداد اتمهای عنصر.
در معادله مجموع، هر عدد اکسایش باید در اندیس (تعداد اتمها) ضرب شود. در H₂SO₄ هیدروژن +1 نمیدهد، بلکه 2·(+1) = +2 میدهد، اکسیژن −2 نمیدهد، بلکه 4·(−2) = −8 میدهد. نادیده گرفتن اندیس، رایجترین خطای محاسباتی است.
پرسش و پاسخ
تفاوت عدد اکسایش با ظرفیت چیست؟
ظرفیت تعداد پیوندهای شیمیایی اتم را نشان میدهد و علامت ندارد (با اعداد رومی I, II, III نشان داده میشود). عدد اکسایش بار قراردادی اتم است، علامت (+ یا −) دارد و میتواند صفر یا کسری باشد. برای بسیاری از عناصر این مقادیر از نظر قدر مطلق یکسان هستند، اما نه همیشه: در مولکول N₂ ظرفیت نیتروژن III است، اما عدد اکسایش 0 است.
چگونه بالاترین عدد اکسایش عنصر را تعیین کنیم؟
بالاترین (حداکثر مثبت) عدد اکسایش عنصر گروه اصلی برابر با شماره گروه آن در جدول تناوبی است. برای مثال، گوگرد در گروه VI بالاترین عدد اکسایش +6، نیتروژن در گروه V +5، کلر در گروه VII +7 دارد. این عدد در ترکیبات با اکسیژن ظاهر میشود. استثناها: اکسیژن و فلوئور بالاترین عدد اکسایش مثبت برابر با شماره گروه ندارند.
چگونه پایینترین عدد اکسایش را تعیین کنیم؟
برای نافلزات، پایینترین (حداقل) عدد اکسایش برابر با شماره گروه منهای 8 است. برای گوگرد 6 − 8 = −2 (در H₂S)، برای نیتروژن 5 − 8 = −3 (در NH₃)، برای کلر 7 − 8 = −1 (در HCl). پایینترین عدد اکسایش در ترکیبات با هیدروژن و فلزات ظاهر میشود. برای فلزات، پایینترین عدد اکسایش 0 است (در ماده ساده).
عدد اکسایش ماده ساده چقدر است؟
برای هر اتم در ماده ساده، عدد اکسایش برابر با 0 است. این هم برای فلزات (Fe, Cu, Na) و هم برای نافلزات (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄) صدق میکند. دلیل ساده است: اتمهای یک عنصر الکترونهای مشترک را به یک اندازه جذب میکنند، بنابراین بار قراردادی صفر است.
آیا اکسیژن همیشه عدد اکسایش −2 دارد؟
تقریباً همیشه، اما دو استثنا وجود دارد. در پراکسیدها (H₂O₂, Na₂O₂) عدد اکسایش اکسیژن −1 است، زیرا اتمهای اکسیژن به یکدیگر متصل هستند. در ترکیب با فلوئور OF₂، اکسیژن عدد اکسایش مثبت +2 دارد، زیرا فلوئور الکترونگاتیوتر است.
آیا عدد اکسایش میتواند کسری باشد؟
بله، اما این یک مقدار میانگین (فرمال) است. برای مثال، در Fe₃O₄ میانگین عدد اکسایش آهن +8/3 است، زیرا در فرمول اتمهایی با عدد اکسایش +2 و +3 مخلوط شدهاند. در دوره مدرسه این موارد به ندرت بررسی میشوند — معمولاً عدد اکسایش عدد صحیح است.
