-
Wyznaczmy stopnie utlenienia kilku kolejnych przykładów
-
atomów tworzących cząsteczki.
-
Weźmy na przykład tlenek magnezu.
-
MgO
-
Zaznaczę tlen innym kolorem.
-
Jakie są stopnie utlenienia poszczególnych atomów?
-
Zapewne to już wiesz, ale spójrzmy jeszcze raz
-
na układ okresowy pierwiastków - nie zaszkodzi
-
dokładniej się z nim zaznajomić.
-
Mamy więc magnez.
-
Magnez ma dwa elektrony walencyjne.
-
Leży w II grupie układu okresowego.
-
Bardzo lubi oddawać swoje dwa elektrony walencyjne.
-
Tlen, wiemy to już, jest jednym z najbardziej
-
elektroujemnych pierwiastków. Jest tak bardzo elektroujemny, że utlenianie
-
wzięło od niego swoją nazwę.
-
Wiemy, że tlen lubi przyjmować dwa elektrony.
-
Między magnezem a tlenem powstaje takie... małżeństwo :)
-
Magnez chce oddać dwa elektrony, a tlen -
-
przyjąć dwa elektrony.
-
Co się w tej sytuacji dzieje?
-
Magnez straci dwa elektrony.
-
Był obojętny, neutralny.
-
A teraz ma teoretyczny ładunek równy +2.
-
Natomiast tlen przyjmuje ładunek -2,
-
ponieważ przyjął dwa elektrony.
-
W cząsteczce tlenku magnezu
-
stopień utlenienia magnezu wynosi +2,
-
a stopień utlenienia tlenu wynosi -2.
-
Rozważmy teraz bardziej skomplikowany przykład.
-
Weźmy wodorotlenek magnezu Mg(OH)2.
-
Grupa wodorotlenowa to OH,
-
w tlenku magnezu są dwie takie grupy.
-
Mam taką pokusę, żeby powiedzieć tak:
-
Magnez lubi oddawać dwa elektrony,
-
co sprawia, że jego ładunek wynosi +2.
-
Taki jest jego stopień utlenienia.
-
Więc skuszę się na stwierdzenie, że magnez
-
jest tutaj na stopniu utlenienia +2.
-
Zapiszę to.
-
Pamiętaj, spodziewamy się, że
-
skoro jest to cząstka obojętna, to suma wszystkich stopni utlenienia
-
wynosi zero.
-
Sprzwdźmy, czy ta teoria się sprawdza.
-
Weźmy teraz atom tlenu.
-
Instynktownie zapiszę, że stopień utlenienia
-
tlenu wynosi -2.
-
Zapiszę to.
-
Wodór jest związany z tlenem - pamiętaj,
-
w tym przypadku wodór jest połączony z tlenem,
-
a dopiero potem tlen jest połączony z magnezem.
-
Więc wodór jest połączony z tlenem.
-
Gdyby wodór był związany z magnezem, mógłbyś powiedzieć,
-
że to wodór zabiera elektrony od magnezu
-
i jest na ujemnym stopniu utlenienia.
-
Ale kiedy wodór jest połączony z tlenem,
-
oddaje swój elektron.
-
Atom wodoru ma tylko jeden elektron - i go oddaje.
-
Przyjmuje więc stopień utlenienia równy +1.
-
Sprawdźmy.
-
Początkowo możesz powiedzieć:
-
wszystkie stopnie utlenienia...
-
+2 + (-)2 = 0 i do tego jeszcze dodaję +1 = +1.
-
Wychodzi mi całkowity ładunek cząsteczki równy +1!
-
To nie ma sensu!
-
To miała być cząstka obojętna!>
-
Ale pamiętaj, w tym przykładzie
-
masz dwie grupy OH.
-
Czyli dochodzisz do wniosku, że po dodaniu stopni utlenienia
-
w jednej grupie OH,
-
wychodzi (-)2 + (+)1 = (-)1.
-
Więc całkowity ładunek grupy wodorotlenowej
-
wynosi (-)1.
-
A masz dwie takie grupy, prawda?
-
Masz dwie grupy OH.
-
Więc wkład do całkowitego ładunku
-
wynosi (-)1, dla każdej z grup OH.
-
Masz dwie grupy OH,
-
czyli ich wkład wynosi (-)1 + (-)1 = (-)2. W sumie obliczenia dla Mg(OH)2 to: (-)2 + (+)2 = 0.
-
Całkowity ładunek cząsteczki Mg(OH)2 wynosi 0.
-
Czyli metoda działa.
-
Teraz zrobię małą dygresję.
-
Wrócę do robienia przykładów.
-
Ale to będzie takie poboczne przyjrzenie się terminologii.
-
Używam tutaj pojęć: stopień utlenienia, utlenianie
-
czy redukowanie zamiennie w pewnym stopniu.
-
Ale przecież przeanalizowaliśmy tyle przykładów
-
dotyczących autodysocjacji wody. Właściwie - weźmy dwa mole cząsteczek wody.
-
Będą w równowadze z 1 molem jonów H3O+ i z jednym molem jonów OH-.
-
Oczywiście wszystko to w środowisku wodnym.
-
Przyjrzyjmy się cząsteczce wody.
-
Jakie są stopnie utlenienia w cząsteczce wody?
-
Obliczyliśmy to w poprzdnim filmie.
-
Stopień utlenienia tlenu wynosi (-)2, ponieważ
-
tlen przyjmuje dwa elektrony od dwóch wodorów.
-
Każdy atom wodoru oddaje jeden elektron,
-
dlatego każdy atom wodoru jest na stopniu utlenienia +1.
-
Patrzymy na tę cząsteczkę,
-
wszystko się zgadza.
-
Masz dwa wodory na stopniu utlenienia +1.
-
To jest w sumie +2.
-
+2 + (-)2 = 0.
-
Czyli cząsteczka jest obojętna, zgadza się.
-
A tutaj? Jakie są stopnie utlenienia?
-
Jeden z tych wodorów opuścił cząsteczkę wody
-
i przyłączył się do drugiej cząsteczki wody
-
bez zabierania swojego elektronu.
-
Zostawił swój elektron tutaj.
-
Więc ten tlen ciągle ma stopień utlenienia tówny (-)2.
-
A ten wodór - nadal jest na stopniu utlenienia +1.
-
I dlatego liczymy w ten sposób: (-)2 + (+)1.
-
Wychodzi (-)1.
-
Tym razem to się zgadza, bo
-
ładunek jonu OH- wynosi (-)1.
-
Teraz tutaj - ile wynoszą stopnie utlenienia?
-
każdy z atomów wodoru jest na +1 stopniu utlenienia.
-
A atom tlenu jest na stopniu utlenienia (-)2.
-
I kiedy patrzysz na całkowity ładunek
-
tej cząstki, (+)1 od każdego atomu wodoru równa się (+)3.
-
Dodałem te ładunki.
-
Stopień utlenienia tlenu = (-)2.
-
Więc: (+)3 + (-)2 = (+)1.
-
Czyli ładunek całkowity tej cząstki wynosi (+)1.
-
Czas na pytanie: czy któreś stopnie utlenienia
-
utległy tutaj zmianie?
-
Wszystkie atomy wodoru tutaj -
-
w dwóch molach cząsteczek wody
-
lub - po prostu - w dwóch cząsteczkach wody -
-
Mam tu cztery mole atomów (lub cztery atomy) wodoru.
-
Zgadza się?
-
Wszystkie one są na stopniu utlenienia równym (+)1.
-
Po prawej stronie równania też mam cztery atomy wodoru.
-
Każdy z nich jest na (+)1 stopniu utlenienia.
-
Chociaż stopień utlenienia wodoru wynosi tutaj (+)1
-
i chociaż możesz pokazać kierunek tej reakcji,
-
wodór nie został utleniony.
-
Jego stopień utlenienia nie zmienił się.
-
Możliwe, że został utleniony w jakiejś poprzedniej reakcji, w której
-
utworzyła się woda, ale w tej reakcji - wodór nie uległ utlenieniu.
-
Podobnie atomy tlenu - mamy tutaj dwa atomy tlenu.
-
Każdy z nich jest na (-)2 stopniu utlenienia.
-
Tutaj też mamy dwa atomy tlenu.
-
I również każdy na stopniu utlenienia równym (-)2.
-
W wyniku tej reakcji żadne elektrony nie zmieniły
-
swojego położenia, stopnie utlenienia nie uległy zmianie.
-
Czyli tutaj nie zaszła ani reakcji utlenienia ani redukcji.
-
Wytłumaczę to szczegółowo w następnym filmie.
-
Chcę, żeby to było jasne - w tej reakcji NIC nie zostało utlenione
-
ani zredukowane, ponieważ
-
poszczególne stopnie utlenienia przed reakcją i po reakcji są takie same.
-
Czasem będę mówić:
-
magnez jest na stopniu utlenienia równym +2,
-
a tlen na stopniu utlenienia (-)2,
-
czyli magnez jest utleniony.
-
Dwa elektrony zostały mu odebrane.
-
A tlen jest zredukowany,
-
przyjął dwa elektrony.
-
Chcę w ten sposób dać do zrozumienia, że te procesy (utlenianie i redukacja)
-
miały miejsce podczas reakcji tworzenia tlenku magnezu, ale nie zawsze zajmujemy się właśnie tym.
-
Może się zdarzyć, że
-
niekoniecznie musi zajść utlenianie i redukcja.
-
Ale stopień utlenienia magnezu w związkach
-
zawsze wynosi +2.
-
A stopień utlenienia tlenu
-
zazwyczaj wynosi (-)2. >
-
Mam nadzieję, że będziesz wiedział, co mam na myśli, kiedy mówię, że
-
coś jest utlenione.
-
W pewnym sensie to pochodzi od przejścia od obojętnego magnezu
-
do magnezu naładowanego dodatnio - poprzez utratę dwóch elektronów.
-
Takie przejście to utlenienie.
-
Zajmijmy się poważniejszym problemem. Nadtlenek wodoru.
-
Mówiłem to już wielokrotnie, że tlen
-
dąży do uzyskania stopnia utlenienia (-)2.
-
Tutaj jest (-)1.
-
Ci tutaj dążą do stopnia utlenienia (+)1.
-
Wodór może mieć (+)1 lub (-)1.
-
Atomy tutaj (+)2.
-
Myślę, że widzisz zależości.
-
Wszystko zależy od tego, czy lubią oddawać czy przyjmować elektrony.
-
Mógłbyś powiedzieć, że woda normalnie...
-
Możesz się pokusić o napisanie tego.
-
Wodór jest stopniu utlenienia (+)1 w cząsteczce wody.
-
Tlen na stopniu utlenienia (-)2.
-
Kiedy to piszesz, od razu pojawia się pytanie -
-
czy to (H2O2) jest cząsteczka obojętna. Sprawdźmy.
-
Dwa atomy wodoru na stopniu utlenienia (+)1, czyli łącznie (+)2.
-
Dwa atomy tlenu na stopniu utlenienia (-)2,
-
czyli łącznie (-)4.
-
To znaczy, że kończymy z całkowitym ładunkiem
-
(+)2 + (-)4 = (-)2.
-
Ale chyba nie o to chodzi, przecież
-
ta cząsteczka nie ma ładunku!
-
I to jest ta dziwna zagadka.
-
Sytuacja jest dziwna, bo jeśli spojrzysz na
-
strukturę nadtlenku wodoru, zobaczysz, że atomy tlenu
-
łączą się ze sobą nawzajem.
-
Stąd się bierze ten NADtlenek.
-
Do tego każdy atom tlenu jest połączony z atomem wodoru.
-
Czyli w tym przypadku, szczególnie w pierwszym roku nauki chemii,
-
cząsteczki nadtlenków, np. H2O2,
-
są bardzo wyjątkowe.
-
Są oczywiście też inne, ale to jest ten jeden przypadek, w którym
-
atomy tlenu nie są na stopniu utlenienia (-)2.
-
Przyjrzyjmy się temu i spróbujmy określić, na jakim stopniu utlenienia
-
są atomy tlenu w cząsteczce nadtlenku wodoru.
-
W tej sytuacji, w wiązaniu wodór-tlen,
-
tlen przyjmuje elektron a wodór
-
ten elektron traci.
-
Więc tutaj mamy (+)1.
-
To samo tutaj.
-
Z tego wiązania tlen ma cąstkowy ładunek (-)1 [przyp. tłum. na rysunku jest błąd; jest +1, a powinno być -1].
-
Zdobywa elektron.
-
A co z wiązaniem między atomami tlenu?
-
Cóż, nie ma żadnego powodu, żeby tleny
-
zabierały sobie wzajemnie elektrony.
-
Czyli to wiązanie nie ma żadnego wpływu
-
na stopień utlenienia tlenu.
-
Czyli w tym przypadku stopień utlenienia tlenu wynosi (-)1 [przyp. tłum. na rysunku nadal jest błąd].
-
Tak samo dla tego atomu tlenu.
-
Czyli każdy atom wodoru jest na stopniu utlenienia (-)1.
-
A każdy atom tlenu jest na stopniu utlenienia (-)1.
-
Czyli suma stopni utlenienia wynosi 0.
-
2 * (+)1 + 2 * (-)1 = 0
-
Więc to był wyjątek.
-
Dobrze jest go znać.
-
Przeanalizujmy kolejny przykład.
-
Węglan żelaza(III).
-
Pamiętam, jak pierwszy raz
-
pisaliśmy wzór węglanu żelaza(III).
-
Pewnie sobie myślałeś, że bez sensu jest ta nazwa, żelazo(III),
-
skoro są tylko dwa atomy żelaza.
-
Teraz dowiesz się, skąd się ta nazwa wzięła.
-
Spójrzmy na stopnie utlenienia.
-
Tlen.
-
Stopień utlenienia atomów tlenu wynosi (-)2.
-
Węgiel łączy się z tlenem...
-
spójrzmy na układ okresowy.
-
Węgiel łączy się z tlenem.
-
Węgiel może jednak łączyć się inaczej.
-
Węgiel czasami lubi oddawać swoje elektrony.
-
A czasami lubi brać cudze elektrony.
-
Kiedy węgiel łączy się z tlenem, tlen jest
-
takim przyciągaczem elektronów.
-
Więc kiedy musimy powiedzieć, kto bierze elektrony,
-
to na pewno będzie tlen.
-
Zgadza się?
-
Więc węgiel oddaje swoje elektrony.
-
Ale ILE elektronów może oddać węgiel?
-
Policzmy.
-
Węgiel ma 1, 2, 3, 4 - cztery elektrony walencyjne.
-
Czyli może co nawyżej oddać cztery elektrony.
-
Wróćmy do węglanu.
-
Węgiel może oddać co najwyżej swoje
-
cztery elektrony walencyjne.
-
Jaki będzie stopień utlenienia atomu węgla
-
w cząsteczce węglanu?
-
W cząstce CO3 ?
-
Będzie równy (+)4, ponieważ
-
oddał cztery elektrony.
-
Kiedy węgiel łączy się z tlenem, oddaje mu cztery elektrony.
-
Tlenowi potrzeba więcej!
-
Każdy tlen chce być na stopniu utlenienia (-)2.
-
Przemyślmy to.
-
Mamy (+)4 + 3 * (-)2.
-
Tak?
-
Mamy 3 atomy tlenu.
-
Czyli w sumie: 4 - 6 = (-)2.
-
Czyli możemy przypuszczać, że ładunek reszty węglanowej
-
(cząstki CO3) wynosi (-)2.
-
Skoro całkowity ładunek CO3 wynosi (-)2,
-
to taki jest też wkład tej cząstki w całkowity stopień utlenienia całej cząsteczki.
-
Mamy trzy reszty węglanowe.
-
Każda z nich wnosi ładunek (-)2.
-
Czyli w sumie to jest (-)6.
-
Skoro wkład węglanu to (-)6, a cząsteczka jest obojętna, to nasze 2 atomy żelaza
-
muszą dostarczyć ładunek taki, żeby
-
suma ładunków cząstkowych wynosiła 0. Czyli od żelaza musi przyjść +6.
-
Wtedy suma stopni utlenienia wyniesie 0.
-
Jeśli dwa atomy żelaza mają dostarczyć +6,
-
to pojedynczy atom żelaza
-
musi być na stopniu utlenienia +6/2 = +3.
-
Albo - w naszym teoretycznym świecie - dzieje się tak, że
-
od każdego atomu żelaza muszą być dostarczone trzy elektrony
-
dla grup węglanowych.
-
Dlaczego więc mówimy o węglanie żelaza(III)?
-
Myślę, że teraz już wiesz.
-
Dlatego, że żelazo jest w tym związku na stopniu utlenienia +3.
-
Żelazo - tak jak większość metali,
-
szczególnie metali przejściowych - może przyjmować różne stopnie utlenienia.
-
Jeśli masz węglan żelaza(III), to od razu wiesz,
-
że w tym związku żelazo jest na stopniu utlenienia +3.
-
Lub że cząstkowy ładunek żelaza w tej cząsteczce
-
wynosi +3.
-
Zróbmy inny przykład.
-
ten jest interesujący.
-
Kwas octowy.
-
Wydaje mi się, że to jest pierwszy raz, kiedy pokazuję ci
-
wzór kwasu octowego.
-
Nie chcę się tutaj zagłębiać w chemię organiczną.
-
Ale spróbujmy określić, jakie różne ładunki
-
lub stopnie utlenienia są w cząsteczce kwasu octowego.
-
Możesz też zobaczyć zapisane to w ten sposób.
-
To też jest OK.
-
Atomy tlenu, każdy z nich, chcą być na stopniu utlenienia (-)2.
-
Wodory - każdy na (+)1.
-
To na czym stoimy?
-
Te tleny dają łącznie (-)4.
-
A wodory dają: tutaj jest (+)3,
-
a tu jeszcze (+)1.
-
Dodajesz to wszystko do siebie i... masz 0.
-
O!
-
Czyli węgiel nie ma stopnia utlenienia! ;)
-
Albo ma stopień utlenienia równy 0.
-
Wychodzi nam zero, jeśli rozważymy tylko wodory
-
i tleny.
-
Sprawdźmy, jak to jest w rzeczywistości - przyjrzyjmy się wzorowi strukturalnemu.
-
Kiedy węgiel łączy się z wodorem, to
-
kto bierze elektrony?
-
Kiedy węgiel łączy się z wodorem.
-
Elektroujemność - przesuwasz się w prawą stronę, więc
-
węgiel jest bardziej elektroujemny.
-
Lubi trzymać elektrony przy sobie albo je zawłaszczać -
-
bardziej niż wodór.
-
Więc wodór straci swoje elekrony w naszym
-
teoretycznym świecie stopni utleniania.
-
To jest w zasadzie wiązanie kowalencyjne, ale przyjęliśmy, że
-
kiedy rozważamy stopnie utlenienia,
-
wyobrażamy sobie, że to wiązanie jest jonowe.
-
Więc w tym przypadku wodory
-
tracą elektrony.
-
Każdy z tych wodorów będzie na stopniu utlenienia (+)1.
-
To jest spójne z tym, co wiemy.
-
Ale tutaj jest coś innego.
-
Kiedy robiliśmy to ćwiczenie, tutaj, z miejsca
-
napisałem, że wodory są na stopniu utlenienia (+)1.
-
Zrobiłem tak, ponieważ w tej cząsteczce wszystkie inne
-
atomy to węgiel i tlen, które są bardziej elektroujemne
-
od wodoru.
-
Czyli atomy wodoru będzie na stopniu utlenienia (+)1.
-
Gdybym miał w tym miejscu metale alkaliczne,
-
nie byłbym taki pewny siebie.
-
Wtedy zacząłbym się zastanawiać, czy może wodór
-
nie przyjmowałby elektronów od tych metali.
-
Ale nieważne.
-
Te wszystkie atomy oddają elektrony atomowi węgla.
-
Czyli tylko od tych trzech atomów wodoru ten atom węgla będzie na
-
stopniu utlenienia (-)3.
-
Te atomy tracą elektrony.
-
Ten atom dostaje trzy elektrony, więc jego ładunek
-
obniża się o trzy.
-
Wiązanie węgiel-węgiel.
-
Nie ma powodu, dla którego atomy węgla miałyby sobie
-
zabierać elektrony.
-
Wszystkie atomy węgla są równe!
-
Czyli tutaj nie ma przenoszenia elektronów.
-
Czyli ten atom węgla zostaje na stopniu utlenienia (-)3.
-
A co po tej stronie cząsteczki?
-
Wiemy, że ten atom węgla jest na sotpniu utlenienia (+)1.
-
Oddaje swój elektron atomowi tlenu.
-
Ten atom tlenu, jak większość atomów tlenu,
-
chciałby przyjąć dwa elektrony.
-
Jeden od atomu węgla i jeden od atomu wodoru.
-
I teraz jego stopień utlenienia wynosi (-)2.
-
Ten atom tlenu również chce przyjąć dwa elektrony.
-
W tym przypadku oba elektrony będą pochodziły
-
od tego pomarańczowego atomu węgla.
-
Czyli ten atom tlenu jest na (-)2 stopniu utlenienia.
-
Jaki jest stopień utlenienia tego atomu węgla?
-
Stracił dwa elektrony na rzecz tego tlenu i jeszcze jeden
-
na rzecz tego tlenu.
-
Pamiętaj, ten atom tlenu dostał jeden elektron od atomu węgla
-
i jeden elektron od atomu wodoru.
-
Więc stracił jeden elektron tutaj, a dwa tutaj,
-
czyli w sumie stracił trzy elektrony.
-
Czyli w naszej rzeczywistości ma cząśtkowy ładunek równy (+)3.
-
Okazuje się, że średni stopień utlenienia
-
atomów węgla w cząsteczce kwasu octowego wynosi 0.
-
Bo średnia arytmetyczna z (-)3 i (+)3 wynosi 0.
-
I to dlatego powiedziałem, że możliwe, że atomy węgla są na zerowym stopniu utlenienia.
-
Ale jeśli zapiszesz poszczególne stopnie utlenienia,
-
zielony węgiel ma (-)3.
-
A węgiel pomarańczowy
-
ma (+)3.
-
Kiedy masz już to rozpisane, a wydaje mi się, że teraz
-
to już nie jest tak mocno skomplikowane, spokojnie sobie z tym poradzisz.
-
Wydaje mi się, że masz już podstawy.
-
W następnym filmie zaczniemy rozważać
-
reakcje utleniania i redukacji.