Oksidēšanās pakāpe ir atoma nosacītais lādiņš savienojumā, kas aprēķināts, pieņemot, ka visas saites starp atomiem ir jonu saites. Tā parāda, cik elektronus atoms ir atdevis vai pievilcis sev. Šajā lapā atradīsi saprotamu definīciju, visus oksidēšanās pakāpes noteikšanas noteikumus, pastāvīgo vērtību tabulu, soli pa solim izstrādātu algoritmu un interaktīvu trenažieri, kurā varēsi uzreiz nostiprināt tēmu.
Kas ir oksidēšanās pakāpe
Oksidēšanās pakāpe (OP) ir atoma nosacītais lādiņš molekulā, kāds tam būtu, ja visi kopīgo elektronu pāri pilnībā pārietu pie elektronegatīvākā atoma. Vienkāršāk sakot, tas ir elektronu „skaitītājs”: atoms, kas atdod elektronus, iegūst pozitīvu oksidēšanās pakāpi, bet tas, kas tos pievelk, — negatīvu.
Oksidēšanās pakāpi vienmēr raksta ar zīmi pirms skaitļa un liek virs elementa simbola: piemēram, ūdenī H₂O ūdeņradim ir +1, skābeklim −2. Tas to atšķir no jona lādiņa (S²⁻, Fe³⁺), kur zīmi raksta pēc skaitļa.
Oksidēšanās pakāpe var būt pozitīva, negatīva vai nulle, un daudziem elementiem tā ir mainīga — tā mainās no savienojuma uz savienojumu. Tieši tāpēc ir jāprot to noteikt, nevis tikai iegaumēt.
Oksidēšanās pakāpes noteikumi: pastāvīgo vērtību tabula
Lai noteiktu oksidēšanās pakāpi, jāzina daži stingri noteikumi. Daļai elementu ir pastāvīga oksidēšanās pakāpe jebkuros savienojumos — to vērtības ir apkopotas zemāk esošajā tabulā. Tieši ar tām sākas noteikšana.
Papildus pastāvīgajām vērtībām darbojas trīs galvenie noteikumi:
- vienkāršā vielā jebkura atoma oksidēšanās pakāpe ir vienāda ar 0 (Fe, O₂, H₂, S₈);
- summa no visu atomu oksidēšanās pakāpēm molekulā ir 0 — molekula ir elektroneitrāla;
- jonā oksidēšanās pakāpju summa ir vienāda ar jona lādiņu (piemēram, SO₄²⁻ summa ir −2).
| Elements | Oksidēšanās pakāpe | Izņēmumi |
|---|---|---|
| Vienkārša viela O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | izņēmumu nav |
| Fluors F | −1 | vienmēr −1, citu vērtību nav |
| I grupas metāli Na, K, Li, Ag | +1 | pastāvīga |
| II grupas metāli Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | pastāvīga |
| Alumīnijs Al | +3 | pastāvīga |
| Ūdeņradis H | +1 | −1 metālu hidrīdos: NaH, CaH₂ |
| Skābeklis O | −2 | −1 peroksīdos (H₂O₂); +2 savienojumā OF₂ |
Kā noteikt oksidēšanās pakāpi savienojumā
Kad formulā ir elements ar mainīgu oksidēšanās pakāpi (sērs, slāpeklis, hlors, mangāns, fosfors), to atrod ar vienādojuma palīdzību. Algoritms ir universāls: vispirms izvietojam visu, ko zinām droši, pēc tam nezināmo apzīmējam ar x un atrisinām summas vienādojumu. Pieci soļi — zemāk.
0, tālāk rēķināt nevajag+1, skābeklis −2, fluors −1 — saskaņā ar tabulu augstāk0 molekulai vai = lādiņam jonam+ vai −Augstākā un zemākā oksidēšanās pakāpe
Elementam ir augstākā un zemākā oksidēšanās pakāpe — galējās vērtības, starp kurām atrodas visas pārējās.
- Augstākā oksidēšanās pakāpe parasti ir vienāda ar grupas numuru Periodiskajā tabulā (galveno apakšgrupu elementiem). Piemēram, sērs VI grupā → augstākā OP +6 (H₂SO₄), slāpeklis V grupā → +5 (HNO₃), hlors VII grupā → +7 (HClO₄). Tā izpaužas savienojumos ar elektronegatīvākiem elementiem — visbiežāk ar skābekli.
- Zemākā oksidēšanās pakāpe nemetāliem ir vienāda ar grupas numurs mīnus 8. Sēram tas ir 6 − 8 = −2 (H₂S), slāpeklim 5 − 8 = −3 (NH₃). Tā izpaužas savienojumos ar ūdeņradi un metāliem.
Ir izņēmumi: piemēram, fluoram augstākās pozitīvās OP nav — tas ir visselektronegatīvākais un vienmēr ir −1; skābeklim augstākā OP +2 sastopama tikai OF₂.
Oksidēšanās pakāpes noteikšanas piemēri
1. piemērs. Sērs H₂SO₄
Uzdevums: noteikt sēra oksidēšanās pakāpi sērskābē H₂SO₄.
1. solis. Tā nav vienkārša viela — formulā ir trīs elementi.
2. solis. Izvietojam pastāvīgās OP: ūdeņradis +1 (2 atomi), skābeklis −2 (4 atomi).
3. solis. Sēra oksidēšanās pakāpe nav zināma — apzīmēsim to ar x.
4. solis. Sastādām vienādojumu (visu OP summa molekulā = 0):
5. solis. Atrisinām: \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
Atbilde: sēra oksidēšanās pakāpe H₂SO₄ ir +6.
2. piemērs. Mangāns KMnO₄
Uzdevums: noteikt mangāna oksidēšanās pakāpi kālija permanganātā KMnO₄.
1.–2. solis. Pastāvīgās OP: kālijs (I grupas metāls) +1, skābeklis −2 (4 atomi).
3. solis. Mangāns — elements ar mainīgu OP, apzīmēsim ar x.
4. solis. Summas vienādojums:
5. solis. Atrisinām: \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
Atbilde: mangāna oksidēšanās pakāpe ir +7 — tā ir tā augstākā oksidēšanās pakāpe (Mn VII grupā).
3. piemērs. Noteikšana pēc oksīda formulas Fe₂O₃
Uzdevums: noteikt dzelzs oksidēšanās pakāpi oksīdā Fe₂O₃.
1.–2. solis. Skābeklis vienmēr ir −2, skābekļa atomu ir 3, tātad skābekļa kopējais ieguldījums: \(3 \cdot (-2) = -6\).
3. solis. Dzelzs oksidēšanās pakāpi apzīmēsim ar x, dzelzs atomu ir 2.
4. solis. Vienādojums: \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
5. solis. Atrisinām: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
Atbilde: dzelzs oksidēšanās pakāpe ir +3. Pārbaude: divi atomi pa +3 dod +6, trīs skābekļa atomi dod −6, summa 0 — pareizi.
Biežākās kļūdas oksidēšanās pakāpes noteikšanā
-
Jauc oksidēšanās pakāpi ar valenci.
Valence ir atoma ķīmisko saišu skaits, tai nav zīmes (vienmēr pozitīvs skaitlis: I, II, III). Oksidēšanās pakāpe ir nosacīts lādiņš ar zīmi (+ vai −) un var būt nulle. Piemēram, N₂ slāpekļa valence ir III, bet oksidēšanās pakāpe — 0.
-
Nepareizi liek zīmi: raksta skaitli un tad plusu vai mīnusu (2+ vietā +2).
Oksidēšanās pakāpei zīmi liek PIRMS skaitļa un virs elementa simbola: +2, −3, +6. Pieraksts ar zīmi pēc skaitļa (S²⁻) attiecas uz jona lādiņu, nevis uz oksidēšanās pakāpi.
-
Uzskata, ka skābeklis vienmēr ir −2, bet ūdeņradis vienmēr +1.
Tas darbojas gandrīz vienmēr, bet ir izņēmumi. Skābeklim peroksīdos (H₂O₂) OP ir −1, bet OF₂ pat +2. Ūdeņradim metālu hidrīdos (NaH, CaH₂) OP ir −1, jo metāls ir vēl elektronegatīvāks.
-
Aizmirst, ka oksidēšanās pakāpju summa molekulā ir nulle.
Molekula ir elektroneitrāla, tāpēc summa (OP × atomu skaits) visiem elementiem vienmēr = 0. Jonam šī summa ir vienāda ar jona lādiņu. Tas ir galvenais vienādojums, no kura atrod nezināmo oksidēšanās pakāpi.
-
Nepareizina oksidēšanās pakāpi ar elementa atomu skaitu.
Summas vienādojumā katra OP jāpareizina ar indeksu (atomu skaitu). H₂SO₄ ūdeņradis dod nevis +1, bet 2·(+1) = +2, skābeklis nevis −2, bet 4·(−2) = −8. Indeksa izlaišana ir visbiežākā aritmētiskā kļūda.
Jautājumi un atbildes
Ar ko oksidēšanās pakāpe atšķiras no valences?
Valence parāda atoma ķīmisko saišu skaitu un tai nav zīmes (to apzīmē ar romiešu cipariem: I, II, III). Oksidēšanās pakāpe ir atoma nosacītais lādiņš, tam ir zīme (+ vai −) un tas var būt nulle vai daļskaitlis. Daudziem elementiem šīs vērtības pēc moduļa sakrīt, bet ne vienmēr: molekulā N₂ slāpekļa valence ir III, bet oksidēšanās pakāpe — 0.
Kā noteikt elementa augstāko oksidēšanās pakāpi?
Galvenās apakšgrupas elementa augstākā (maksimālā pozitīvā) oksidēšanās pakāpe ir vienāda ar tā grupas numuru Periodiskajā tabulā. Piemēram, sērs VI grupā ir ar augstāko OP +6, slāpeklis V grupā — +5, hlors VII grupā — +7. Tā izpaužas savienojumos ar skābekli. Izņēmumi: skābeklim un fluoram augstākās pozitīvās OP, kas vienāda ar grupas numuru, nav.
Kā noteikt zemāko oksidēšanās pakāpi?
Nemetāliem zemākā (minimālā) oksidēšanās pakāpe ir vienāda ar grupas numurs mīnus 8. Sēram tas ir 6 − 8 = −2 (H₂S), slāpeklim 5 − 8 = −3 (NH₃), hloram 7 − 8 = −1 (HCl). Zemākā OP izpaužas savienojumos ar ūdeņradi un metāliem. Metāliem zemākā oksidēšanās pakāpe ir 0 (vienkāršā vielā).
Kāda ir oksidēšanās pakāpe vienkāršai vielai?
Jebkuram atomam vienkāršā vielā oksidēšanās pakāpe ir 0. Tas attiecas gan uz metāliem (Fe, Cu, Na), gan nemetāliem (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄). Iemesls ir vienkāršs: viena elementa atomi vienādi pievelk kopīgos elektronus, tāpēc nosacītais lādiņš ir nulle.
Vai skābeklim vienmēr ir oksidēšanās pakāpe −2?
Gandrīz vienmēr, bet ir divi izņēmumi. Peroksīdos (H₂O₂, Na₂O₂) skābekļa oksidēšanās pakāpe ir −1, jo skābekļa atomi ir saistīti viens ar otru. Savienojumā ar fluoru OF₂ skābeklim ir pozitīva OP +2, jo fluors ir vēl elektronegatīvāks.
Vai oksidēšanās pakāpe var būt daļskaitlis?
Jā, bet tā ir vidējā (formālā) vērtība. Piemēram, Fe₃O₄ dzelzs vidējā oksidēšanās pakāpe ir +8/3, jo formulā ir sajaukti atomi ar OP +2 un +3. Skolas kursā šādi gadījumi tiek aplūkoti reti — parasti oksidēšanās pakāpe ir vesels skaitlis.
