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More on Oxidation States

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    我們來看看其他
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    組分原子或分子的氧化態
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    那麽假設有氧化鎂(MgO)
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    氧化鎂MgO
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    我用不同的顏色表示氧
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    那麽它們的氧化態是什麽？
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    你可能已經知道了
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    但還是來看看元素周期表吧
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    因爲再熟悉一下也無傷大雅
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    呐 鎂(Mg)
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    鎂有兩個價電子
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    它是第二主族元素
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    它很樂意抛棄這兩個電子
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    而氧(O) 地球人都知道
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    它是電負度最強的原子之一
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    它電負度太強了
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    以致於“氧化”都是以氧命名的
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    然後我們知道氧喜歡得到兩個電子
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    所以這簡直是天作之合
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    這玩意兒想丟掉兩個電子
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    而這玩意兒想得到兩個
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    那麽接下來會怎麽樣？
  • 0:54 - 0:57
    鎂會失去兩個電子
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    它本來是中性的
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    那麽假設它會帶上2單位正電荷
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    然後 氧就帶上2單位負電荷了
  • 1:07 - 1:09
    因爲它拿走那兩個電子了
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    所以在氧化鎂分子裏
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    鎂的氧化態是+2
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    而氧的氧化態是-2
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    我們現在來做難一點的
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    假設是氫氧化鎂 Mg(OH)2
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    氫氧根是(OH)2
  • 1:41 - 1:45
    這裡氫氧根有兩個
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    好啦 我的思路還是… 嗯
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    鎂很樂意失去它的電子 兩個電子
  • 1:53 - 1:55
    這樣它就會帶上正電
  • 1:55 - 1:57
    這種假設下它的價態是正的
  • 1:57 - 1:59
    那麽我的思路是
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    嘿 鎂是+2
  • 2:01 - 2:02
    我先寫下來
  • 2:02 - 2:06
    記住啦 如果這是個電中和合物
  • 2:06 - 2:08
    爲了使一切和諧
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    全部價態加起來要等於0
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    那我們來看看行不行
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    呐 氧
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    我武斷認爲它的氧化態
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    應該是-2
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    那我寫下來吧
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    是-2
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    而氫 如果它和氧成鍵…
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    記住 這情況下 氫會先和氧
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    成鍵
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    然後一起和鎂成鍵
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    所以氫和氧成鍵
  • 2:35 - 2:38
    氫 如果它和鎂成鍵
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    你可能會覺得 噢
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    可能氫會拿走那兩個電子
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    然後它就變成負價的了
  • 2:43 - 2:46
    不過氫和氧成鍵的時候
  • 2:46 - 2:48
    它是放棄電子那個
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    它只有一個電子可以放棄
  • 2:51 - 2:54
    所以它是+1價
  • 2:54 - 2:56
    嗯… 開始你可能會說 好了
  • 2:56 - 2:58
    我把氧化態都加起來
  • 2:58 - 3:01
    +2-2就是0 還有+1
  • 3:01 - 3:04
    我就得到氧化態是+1
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    Sal 這沒道理啊
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    這是個電中和合物啊
  • 3:06 - 3:08
    你要留意的是 噢 錯了
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    你可是有兩個氫氧根的啊
  • 3:10 - 3:12
    那你應該先算出
  • 3:12 - 3:17
    氫氧根的總氧化態
  • 3:17 - 3:20
    那是-2+1
  • 3:20 - 3:23
    所以整個氫氧根
  • 3:23 - 3:26
    總共是-1價
  • 3:26 - 3:28
    然而你有兩個 對吧？
  • 3:28 - 3:30
    你這有兩個氫氧根
  • 3:30 - 3:35
    所以每個氫氧根對整個化合物的
  • 3:35 - 3:37
    氧化態的貢獻是-1
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    而這有兩個
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    所以這是-2 再加上鎂的+2
  • 3:43 - 3:45
    全部加起來是0
  • 3:45 - 3:47
    搞定了
  • 3:47 - 3:49
    接下來 我想順便做點別的
  • 3:49 - 3:51
    我想重新回到某些問題上
  • 3:51 - 3:53
    不過我想順便講講
  • 3:53 - 3:54
    一些術語
  • 3:55 - 3:57
    因爲我已經某程度上用了“氧化態”、
  • 3:57 - 4:01
    “被氧化” 或者“被還原”
  • 4:01 - 4:04
    然而 我們講了那麽多
  • 4:04 - 4:07
    水解離的問題…
  • 4:07 - 4:10
    那 2份水
  • 4:10 - 4:12
    反應處於平衡
  • 4:12 - 4:20
    生成1份的H3O+和OH-
  • 4:20 - 4:22
    很明顯 這些都在溶液裏
  • 4:22 - 4:24
    現在 先看水分子
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    這裡水的各個氧化態是多少？
  • 4:26 - 4:29
    呐 上集我們做過這個了
  • 4:29 - 4:31
    氧的氧化態是-2
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    因爲它從兩個氫那裏勾搭了兩個電子
  • 4:34 - 4:37
    每個氫都貢獻了1個電子
  • 4:37 - 4:39
    所以氫的氧化態是+1
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    那麽我們來看這個分子
  • 4:41 - 4:42
    都加起來
  • 4:42 - 4:44
    因爲有兩個+1的氫
  • 4:44 - 4:45
    所以是+2
  • 4:45 - 4:48
    +2加上氧的-2 等於0
  • 4:48 - 4:50
    水是中和合物
  • 4:50 - 4:52
    那這邊 氧化態又是多少？
  • 4:52 - 4:56
    也就是其中一個氫離開了它的水分子
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    然後粘上了另一個水分子
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    但它沒帶走電子
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    所以它把電子留這裡了
  • 5:04 - 5:09
    那麽這個氧的氧化態還是-2
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    而這個氫還是+1
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    所以你要用-2+1
  • 5:15 - 5:16
    就得到-1
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    這次就沒問題
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    因爲氫氧根的確是帶負電的
  • 5:20 - 5:23
    那這個的價態怎麽樣？
  • 5:23 - 5:28
    每個氫都是+1
  • 5:28 - 5:31
    然後這個氧是-2
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    那麽如果你看整個離子的電荷
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    3個氫分別是+1 那就是+3
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    只是加起來了
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    還有-2
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    所以就是+3-2 所以整個離子是
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    +1價的 而事實正是如此
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    現在 我想問你們
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    有哪個原子的氧化態變了嗎？
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    這兒全部的氫…
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    或者說這兩份水的
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    或者是兩個水分子的
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    那我就有4個氫了
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    對吧？ 而它們的氧化態都是+1
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    等式右邊 有4個氫
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    全部的氧化態都是+1
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    那麽它們都是+1價 這個反應裏…
  • 6:14 - 6:16
    無論是哪個反應方向
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    氫都沒有被氧化
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    它的氧化態沒有變
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    可能氫在前面形成水的反應裏
  • 6:26 - 6:28
    被氧化了
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    不過這個反應裏 它沒有
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    同理 氧…
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    有兩個氧分子 是原子 這兒
  • 6:35 - 6:38
    每個都是-2價
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    這裡有兩個氧原子
  • 6:40 - 6:41
    每個都是-2價
  • 6:41 - 6:44
    對於這個反應 至少
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    從氧化態看 沒有電子轉手
  • 6:48 - 6:52
    所以這不是一個氧化還原反應
  • 6:52 - 6:54
    我會在下集裏詳細地講
  • 6:54 - 6:56
    不過我要講清楚
  • 6:56 - 6:58
    這兒沒東西被氧化或還原
  • 6:58 - 7:03
    因爲它們的氧化態保持不變
  • 7:03 - 7:08
    因爲有時我會說 嘿 看
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    鎂的氧化態是+2
  • 7:10 - 7:13
    而氧的氧化態是-2
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    鎂被氧化了
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    它失去了兩個電子
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    而氧被還原
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    它得到了兩個電子
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    那麽我指的是某個生成它的反應
  • 7:23 - 7:25
    但是也不總是這樣的
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    你可以假設一個
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    不必發生的反應
  • 7:28 - 7:30
    但是鎂的氧化態
  • 7:30 - 7:31
    一定是+2
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    而氧的氧化態
  • 7:34 - 7:37
    或者說氧化態 是-2
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    不過我相信我說鎂被氧化時
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    你懂我的意思
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    其實就是 鎂通過失去兩個電子
  • 7:43 - 7:46
    從一個中性的鎂
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    變成了一個帶正電的鎂
  • 7:47 - 7:49
    所以它被氧化了
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    接下來 我們來做些難題
  • 7:52 - 7:54
    過氧化氫(H2O2)
  • 7:54 - 7:56
    我已經說過幾次了
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    氧是趨向於變成-2價的
  • 8:01 - 8:03
    這個是-1
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    我想你看出特點了 這些元素都是+1
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    氫是+1或-1
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    這些都是+2
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    我想你明白這規律了
  • 8:12 - 8:14
    這就是你希望得到或失去電子
  • 8:14 - 8:16
    你會說 呐
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    水的氧通常是-2價的
  • 8:20 - 8:21
    所以這應該…
  • 8:21 - 8:22
    好啦
  • 8:22 - 8:25
    氫是+1 因爲它和水成鍵
  • 8:25 - 8:28
    而氧是-2
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    如果你這樣想 馬上就會碰到難題了
  • 8:31 - 8:33
    這是個中性分子…
  • 8:33 - 8:35
    嗯 兩個氫就是+2
  • 8:35 - 8:37
    兩個-2的氧
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    是-4
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    所以整個氧的氧化態
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    最終是-4
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    肯定不是這樣的
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    因爲這個不帶電
  • 8:44 - 8:46
    這兒就有難題了
  • 8:46 - 8:47
    而有難題是因爲…
  • 8:47 - 8:50
    如果你仔細觀察過氧化氫的結構
  • 8:50 - 8:54
    氧之間是成鍵的
  • 8:54 - 8:55
    這就是“過氧”
  • 8:55 - 9:00
    而每個氧又和氫成鍵
  • 9:00 - 9:02
    所以這時
  • 9:02 - 9:04
    特別是第一年的化學課上
  • 9:04 - 9:07
    過氧根 尤其是過氧化氫
  • 9:07 - 9:09
    趨向於當個特例
  • 9:09 - 9:11
    也有別的 但這個是個特例
  • 9:11 - 9:15
    這時氧的氧化態的確不是-2
  • 9:15 - 9:17
    我們來看這個並算算
  • 9:17 - 9:19
    過氧化氫的氧的
  • 9:19 - 9:20
    氧化態是多少
  • 9:20 - 9:23
    這時 在氫氧鍵中
  • 9:23 - 9:25
    氧會吸電子
  • 9:25 - 9:28
    而氫會失去電子
  • 9:28 - 9:29
    那麽氫是+1
  • 9:29 - 9:30
    另一邊也同理
  • 9:30 - 9:33
    氧 至少在這個鍵上 得到+1價
  • 9:33 - 9:34
    因爲它會得到一個電子
  • 9:34 - 9:37
    那氧之間的鍵呢？
  • 9:37 - 9:40
    嗯… 沒理由一個氧會
  • 9:40 - 9:41
    吸走另一個氧的電子
  • 9:41 - 9:44
    所以這不會對它的氧化態的值
  • 9:44 - 9:45
    有任何影響
  • 9:45 - 9:48
    因此這情況下 這個氧的氧化態是-1
  • 9:48 - 9:53
    這個氧也是-1
  • 9:53 - 9:59
    所以每個氫的氧化態是+1
  • 9:59 - 10:03
    我們說過氧離子中氧的氧化態是-1
  • 10:03 - 10:06
    所以總的值是0
  • 10:06 - 10:09
    2乘+1 加上2乘-1 等於0
  • 10:09 - 10:11
    這是個特例
  • 10:11 - 10:13
    不過熟悉它很重要
  • 10:13 - 10:14
    我們再做一個
  • 10:14 - 10:16
    碳酸鐵(Ⅲ)
  • 10:16 - 10:18
    現在第一次…
  • 10:18 - 10:20
    我記得我們第一次遇到碳酸鐵(Ⅲ)
  • 10:20 - 10:21
    你可能會想 呃
  • 10:21 - 10:23
    爲什麽這叫碳酸鐵(Ⅲ)
  • 10:23 - 10:25
    而這兒只有兩個鐵分子
  • 10:25 - 10:26
    兩個鐵原子？
  • 10:26 - 10:28
    你馬上就會學到了
  • 10:28 - 10:29
    我們來看看氧化態
  • 10:29 - 10:31
    氧的
  • 10:31 - 10:36
    氧的氧化態 一般是-2
  • 10:36 - 10:38
    是-2
  • 10:38 - 10:41
    現在 如果碳(C)連在氧(O)上…
  • 10:41 - 10:43
    我們看元素周期表吧
  • 10:43 - 10:46
    碳和氧成鍵
  • 10:46 - 10:49
    碳怎麽變都行
  • 10:49 - 10:51
    碳 有時它喜歡貢獻電子
  • 10:51 - 10:53
    有時它希望得到電子
  • 10:53 - 10:55
    而碳和氧成鍵是
  • 10:55 - 10:58
    這裡可是個電子狂
  • 10:58 - 11:01
    如果一定要說誰奪走了電子
  • 11:01 - 11:03
    答案會是氧
  • 11:03 - 11:04
    對吧？
  • 11:04 - 11:07
    所以碳會貢獻它的電子
  • 11:07 - 11:10
    不過碳能拿出幾個電子呢？
  • 11:10 - 11:11
    嗯 看看
  • 11:11 - 11:15
    它有1 2 3 4個價電子
  • 11:15 - 11:16
    所以它真正最多能
  • 11:16 - 11:19
    貢獻4個價電子
  • 11:19 - 11:21
    回到碳酸根
  • 11:21 - 11:26
    所以碳最多能
  • 11:26 - 11:29
    貢獻4個價電子
  • 11:29 - 11:32
    那麽碳酸根的總的氧化態
  • 11:32 - 11:34
    是多少？
  • 11:34 - 11:36
    CO3的
  • 11:36 - 11:39
    所以這是+4價
  • 11:39 - 11:40
    因爲它只有4個了
  • 11:40 - 11:43
    如果它和氧成鍵 它就會貢獻全部
  • 11:43 - 11:44
    氧是個超級電子狂
  • 11:44 - 11:46
    每個氧是-2
  • 11:46 - 11:49
    我們來想想
  • 11:49 - 11:54
    我有+4 加【譯者注：口誤】 3乘-2
  • 11:54 - 11:55
    對吧？
  • 11:55 - 11:57
    我有3個氧原子
  • 11:57 - 12:00
    所以是4-6等於-2
  • 12:00 - 12:03
    所以我們可以把整個碳酸根
  • 12:03 - 12:06
    看作是-2價的
  • 12:06 - 12:11
    那麽 如果整個碳酸根是-2
  • 12:11 - 12:14
    它對整個分子的氧化態的
  • 12:14 - 12:17
    貢獻是…
  • 12:17 - 12:19
    這個碳酸根
  • 12:19 - 12:21
    我們有3個碳酸根
  • 12:21 - 12:23
    每個的貢獻是-2
  • 12:23 - 12:25
    所以這有-6的貢獻值
  • 12:25 - 12:28
    如果這是-6 並且這是個中性分子
  • 12:28 - 12:32
    那麽我們兩個鐵就必須要
  • 12:32 - 12:35
    貢獻+6價
  • 12:35 - 12:37
    因爲全部加起來是0
  • 12:37 - 12:40
    如果兩個鐵加起來
  • 12:40 - 12:43
    貢獻了+6價
  • 12:43 - 12:46
    那麽每個鐵就是+3價
  • 12:46 - 12:50
    或者 在我們的推理裏 如果這成立
  • 12:50 - 12:53
    至少每個鐵會有3個電子
  • 12:53 - 12:55
    樂意和碳酸根待一起
  • 12:55 - 12:58
    那爲什麽這叫碳酸鐵(Ⅲ)咧？
  • 12:58 - 13:00
    我想現在你就懂了
  • 13:00 - 13:05
    因爲這是鐵價態爲3的情況
  • 13:05 - 13:06
    鐵… 很多金屬
  • 13:06 - 13:08
    特別是過渡金屬
  • 13:08 - 13:10
    能有幾種價態
  • 13:10 - 13:11
    如果你有碳酸鐵(Ⅲ)
  • 13:11 - 13:13
    實際上就表示
  • 13:13 - 13:14
    它的價態是3
  • 13:14 - 13:18
    或者說分子裏鐵的氧化態
  • 13:18 - 13:20
    會是+3
  • 13:20 - 13:22
    現在 我們再做一個
  • 13:22 - 13:23
    這很有趣
  • 13:23 - 13:24
    醋酸(乙酸)
  • 13:24 - 13:26
    我想這是第一次
  • 13:26 - 13:30
    我秀出醋酸的結構式
  • 13:30 - 13:33
    我不會講太多有機化學的內容
  • 13:33 - 13:38
    不過我們會看到不同的價態
  • 13:38 - 13:39
    或者說氧化態
  • 13:39 - 13:42
    [少一句]
  • 13:42 - 13:43
    有時候你會看到這個形式
  • 13:43 - 13:45
    你會覺得OK
  • 13:45 - 13:48
    氧 每個氧會是-2
  • 13:48 - 13:51
    [少一句]
  • 13:51 - 13:53
    每個氫會是+1
  • 13:53 - 13:57
    [少一句]
  • 13:57 - 13:58
    目前的情況如何？
  • 13:58 - 14:02
    這些氧一共就是-4
  • 14:02 - 14:03
    至於氫
  • 14:03 - 14:09
    這裡是+3 然後這還有+1
  • 14:09 - 14:12
    你把它們都加起來就是0 你會想 噢
  • 14:12 - 14:15
    所以碳就沒氧化態咯
  • 14:15 - 14:17
    它們的氧化態一定是0
  • 14:17 - 14:20
    因爲只看氫和氧
  • 14:20 - 14:23
    我們已經是0了
  • 14:23 - 14:26
    那麽我們來看是否確實如此
  • 14:26 - 14:29
    所以如果碳和氫成鍵
  • 14:29 - 14:30
    誰更吸電子？
  • 14:30 - 14:35
    碳氫鍵
  • 14:35 - 14:37
    越往右邊 電負度越強
  • 14:37 - 14:39
    碳的電負度更強
  • 14:39 - 14:43
    比起氫 碳更喜歡保留電子
  • 14:43 - 14:44
    或者說貪圖電子
  • 14:44 - 14:45
    所以在氧化還原角度看
  • 14:45 - 14:47
    氫失電子
  • 14:47 - 14:51
    它是個共價鍵 不過當然
  • 14:51 - 14:52
    我們知道討論氧化態的時候
  • 14:52 - 14:53
    就假裝是電價鍵
  • 14:53 - 14:57
    所以這時 你的氫將會
  • 14:57 - 14:58
    失電子
  • 14:58 - 15:00
    所以它們的氧化態分別是+1
  • 15:00 - 15:03
    這和我們目前知道的一致
  • 15:03 - 15:05
    不過其實這是另一回事
  • 15:05 - 15:07
    我做這裡這練習的時候
  • 15:07 - 15:08
    我第一時間假設氫
  • 15:08 - 15:11
    氧化態爲+1
  • 15:11 - 15:12
    我這樣是因爲 噢
  • 15:12 - 15:14
    分子裏的剩下的只有碳和氧
  • 15:14 - 15:16
    它們的電負度都更大
  • 15:16 - 15:18
    所以氫會變成它的+1價
  • 15:18 - 15:20
    如果這裡是
  • 15:20 - 15:22
    鹼金屬 或者鹼土金屬
  • 15:22 - 15:23
    我就不會那麽肯定了
  • 15:23 - 15:25
    我會說 氫可能會奪走它們的電子
  • 15:25 - 15:26
    好啦
  • 15:26 - 15:30
    所以這些都會給碳一個電子
  • 15:30 - 15:32
    因此光從氫身上
  • 15:32 - 15:39
    碳就得到-3價了
  • 15:39 - 15:41
    這些失電子
  • 15:41 - 15:43
    而這家夥得到了3電子
  • 15:43 - 15:45
    所以它的價態減少3
  • 15:45 - 15:47
    碳碳鍵 嗯 沒理由
  • 15:47 - 15:50
    一個碳可以從另一個碳上奪走電子
  • 15:50 - 15:51
    碳碳生而平等
  • 15:51 - 15:54
    所以沒有電子轉移
  • 15:54 - 15:56
    所以這碳被氧化了3價
  • 15:56 - 15:57
    現在這邊又怎麽樣呢？
  • 15:58 - 16:00
    已知這氫的氧化態
  • 16:00 - 16:03
    會是+1
  • 16:03 - 16:05
    它會把電子給這個氧
  • 16:05 - 16:08
    而這個氧 就跟大部分氧一樣
  • 16:08 - 16:10
    需要吸兩個電子
  • 16:10 - 16:13
    一個來自碳 一個來自氫
  • 16:13 - 16:16
    所以氧的氧化態是-2
  • 16:16 - 16:19
    這個氧也需要吸走兩個電子
  • 16:19 - 16:21
    這情況下 它們兩個都會
  • 16:21 - 16:22
    來自這個橙色的碳
  • 16:22 - 16:24
    那麽它的氧化態就是-2
  • 16:25 - 16:27
    所以這個碳的氧化態是多少？
  • 16:27 - 16:30
    它給了兩個電子這兒家夥
  • 16:30 - 16:35
    然後有給了1個電子下面這個氧
  • 16:35 - 16:38
    提醒一下 這家夥得到一個碳的電子
  • 16:38 - 16:39
    和一個氫的
  • 16:39 - 16:42
    這裡沒了1個 那裏沒了兩個
  • 16:42 - 16:43
    它失去了3個電子
  • 16:43 - 16:48
    所以事實上 它是+3價的
  • 16:48 - 16:52
    因此結果是醋酸的碳的
  • 16:52 - 16:55
    平均氧化態是0
  • 16:55 - 16:57
    因爲如果你取-3和+3的平均值
  • 16:57 - 16:58
    會得到0
  • 16:58 - 17:01
    這就是爲什麽我說 噢可能它們是0
  • 17:01 - 17:03
    但如果你真的寫出它們的氧化態
  • 17:03 - 17:07
    這個綠色的碳 氧化態-3
  • 17:07 - 17:10
    而這個橙色的C 橙色碳
  • 17:10 - 17:13
    氧化態是+3
  • 17:13 - 17:14
    如果你懂了這個例子
  • 17:14 - 17:16
    我並不覺得這太複雜
  • 17:16 - 17:22
    你會變成氧化態迷的
  • 17:22 - 17:24
    那麽我想你都準備好了
  • 17:24 - 17:25
    下集 我們會開始研究
  • 17:25 - 17:28
    氧化還原反應
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Video Language:
English
Duration:
17:29
David Chiu added a translation

Chinese, Traditional subtitles

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