- คำนวณ เลขออกซิเดชัน ของธาตุในสารประกอบและไอออน
- ใช้การเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันเพื่อช่วยจัดรูปสมการเคมี
- อธิบายและใช้ศัพท์ redox, oxidation, reduction และ disproportionation ในแง่ของการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน
- อธิบายและใช้ศัพท์ ตัวออกซิไดซ์ และ ตัวรีดิวซ์
- ใช้เลขโรมันเพื่อบ่งบอกขนาดของเลขออกซิเดชันของธาตุหนึ่ง
อิเล็กโทรเคมี
Chemistry A-Level · หัวข้อ 6
6:34
อิเล็กโทรเคมีและรีดักชัน-ออกซิเดชัน
เหล็กสองชิ้น หนึ่งตัวกำลังเป็นสนิมบนรั้ว อีกตัวอยู่ในแบตเตอรี่ ผลักดันอิเล็กตรอนผ่านโทรศัพท์ของคุณ ดูเหมือนจะเป็น…
การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ
6.1
เลขออกซิเดชัน
หลักสูตร
แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International
เลขออกซิเดชัน (หรือสถานะออกซิเดชัน) แสดงว่าอะตอมหนึ่งสูญเสียหรือได้รับ อิเล็กตรอน จำนวนกี่ตัวเมื่อเทียบกับธาตุอิสระ คุณสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎพื้นฐานดังนี้:
- ธาตุที่ไม่มีการผสมผสานมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ $0$
- ไอออน đơnมีเลขออกซิเดชันเท่ากับประจุของมัน (ดังนั้น $\text{Mg}^{2+}$ จึงเป็น $+2$)
- กลุ่มที่ 1 มีเลขออกซิเดชันเป็น $+1$ เสมอ, กลุ่มที่ 2 เป็น $+2$ เสมอ
- ไฮโดรเจนมีเลขออกซิเดชันเป็น $+1$ (แต่เป็น $-1$ ในไฮดไรด์โลหะ)
- ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเป็น $-2$ (แต่เป็น $-1$ ในเพอร์ออกไซด์)
- ฟลูออรีนมีเลขออกซิเดชันเป็น $-1$ เสมอ
- ผลรวมของเลขออกซิเดชันในสารประกอบที่เป็นกลางเท่ากับ $0$; ในไอออนผลรวมจะเท่ากับประจุ
เลขโรมันแสดงขนาดของเลขออกซิเดชันของธาตุ เช่น เหล็ก(II) หมายถึง $+2$ และแมงกานีส(VII) ใน $\text{KMnO}_4$ มีค่า $+7$
ตัวอย่างฝึกปฏิบัติ จงหาเลขออกซิเดชันของซัลเฟอร์ในไอออนซัลเฟต $\text{SO}_4^{2-}$
ออกซิเจนแต่ละตัวมีค่า $-2$ ดังนั้นออกซิเจนสี่ตัวจึงรวมได้ $4 \times (-2) = -8$ ในกรณีของไอออน เลขทั้งหมดจะรวมกันได้เท่ากับประจุ ใน اینجاคือ $-2$ หากซัลเฟอร์มีค่า $x$:
$$x + (-8) = -2 \quad\Rightarrow\quad x = +6.$$
ตัวอย่างฝึกปฏิบัติ จงหาเลขออกซิเดชันของไนโตรเจนในไอออนไนเตรต $\text{NO}_3^-$
$$x + 3 \times (-2) = -1 \quad\Rightarrow\quad x - 6 = -1 \quad\Rightarrow\quad x = +5.$$
คำศัพท์
ฝึกฝน
| English | ไทย |
|---|---|
| oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ | เลขออกซิเดชัน |
| electron/ɪˈlektrɒn/ | อิเล็กตรอน |
| oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ | การออกซิเดชัน |
6.1
ปฏิกิริยารีดอกซ์ในเชิงอิเล็กตรอน
ปฏิกิริยา รีดอกซ์ คือปฏิกิริยาที่มีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากสปีชีส์หนึ่งไปยังอีกสปีชีส์หนึ่ง
- ออกซิเดชัน คือการ สูญเสีย อิเล็กตรอน เลขออกซิเดชันจะ เพิ่มขึ้น
- รีดักชัน คือการ ได้รับ อิเล็กตรอน เลขออกซิเดชันจะ ลดลง
เทคนิคจำที่ใช้งานได้คือ OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain (ออกซิเดชันคือการสูญเสีย, รีดักชันคือการได้รับ)
ออกซิเดชันและรีดักชันเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ เนื่องจากอิเล็กตรอนที่สปีชีส์หนึ่งสูญเสีย จะถูกสปีชีส์อื่นรับเข้า การ แลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน นี้เองที่เป็นเหตุผลที่เราเรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์
สำรวจ
รีดอกซ์คือการถ่ายโอนอิเล็กตรอน
พิจารณาทีละขั้นตอน: โลหะสูญเสีย (เกิดออกซิเดชัน) และสารไม่มีโลหะรับ (เกิดรีดักชัน) — เลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้นสำหรับตัวหนึ่ง และลดลงสำหรับอีกตัวหนึ่ง
คำศัพท์
ฝึกฝน
| English | ไทย |
|---|---|
| redox/rɪˈdɒks/ | รีด็อกซ์ |
| reduction/rɪˈdʌkʃn/ | การลดรูป (reduction) |
| electron transfer/ɪˈlektrɒn ˈtrænsfɜː/ | การถ่ายโอนอิเล็กตรอน |
6.1
การใช้เลขออกซิเดชันในการตั้งสมการให้สมดุล
การเปลี่ยนแปลงของเลขออกซิเดชันช่วยในการตั้งสมการรีดอกซ์ให้สมดุล:
- หาธาตุwhoseเลขออกซิเดชัน เพิ่มขึ้น (เกิดออกซิเดชัน) และธาตุwhoseเลขออกซิเดชัน ลดลง (เกิดรีดักชัน)
- ผลรวมของการเพิ่มขึ้นต้องเท่ากับผลรวมของการลดลง เนื่องจากอิเล็กตรอนที่สูญเสียทุกตัวจะถูกรับที่ไหนสักแห่ง
- เลือกอัตราส่วนของสปีชีส์ทั้งสองเพื่อให้ผลรวมของการเพิ่มและลดลงเท่ากัน จากนั้นตั้งสมการส่วนที่เหลือให้สมดุล
ตัวอย่างฝึกปฏิบัติ จงตั้งสมการปฏิกิริยาของเพอร์แมงกาเนต(VII) กับเหล็ก(II) ในสารละลายกรด: $\text{MnO}_4^- + \text{Fe}^{2+} + \text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + \text{Fe}^{3+} + \text{H}_2\text{O}$
แมงกานีสลดลงจาก $+7$ เป็น $+2$ (ลดลง $5$); เหล็กเพิ่มขึ้นจาก $+2$ เป็น $+3$ (เพิ่มขึ้น $1$) เพื่อให้ผลรวมของการลดลงเท่ากับผลรวมของการเพิ่มขึ้น ให้ใช้ $5$ ไอออนเหล็กสำหรับ $1$ ไอออนเพอร์แมงกาเนต จากนั้นตั้งสมดุลออกซิเจนด้วยน้ำ ($4\,\text{H}_2\text{O}$) และไฮโดรเจนด้วย $\text{H}^+$ ($8\,\text{H}^+$):
$$\text{MnO}_4^- + 5\text{Fe}^{2+} + 8\text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 5\text{Fe}^{3+} + 4\text{H}_2\text{O}.$$
6.1
การเกิดปฏิกิริยาสองทาง
การเกิดปฏิกิริยาสองทาง เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์พิเศษที่ ธาตุเดียวกัน เกิดทั้งออกซิเดชันและรีดักชันในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อคลอรีนทำปฏิกิริยากับน้ำเย็น คลอรีนบางอะตอมเกิดการรีดักชัน (ไปเป็น $\text{Cl}^-$) และอีกบางอะตอมเกิดการออกซิเดชัน (ไปเป็น $\text{ClO}^-$)
คำศัพท์
ฝึกฝน
| English | ไทย |
|---|---|
| disproportionation/ˌdɪsprəˈpɔːʃəneɪʃn/ | การเกิดปฏิกิริยาแบบดีสโปรoportชันเนชัน |
| oxidising agent/ˈɒksɪdaɪzɪŋ ˈeɪdʒənt/ | สารออกซิไดซ์ |
| reducing agent/rɪˈdjuːsɪŋ ˈeɪdʒənt/ | สารลด |
6.1
ตัวออกซิไดเซอร์และตัวลด
- ตัวออกซิไดเซอร์ ดึงอิเล็กตรอนออกจากสปีชีส์อื่น ทำเช่นนี้ตัวมันเองจะเกิดการรีดักชัน
- ตัวลด มอบอิเล็กตรอนให้กับสปีชีส์อื่น ทำเช่นนี้ตัวมันเองจะเกิดการออกซิเดชัน
ดังนั้น在任何ปฏิกิริยารีดอกซ์ ตัวออกซิไดเซอร์จะทำให้สปีชีส์อื่นเกิดออกซิเดชัน ในขณะที่ตัวลดจะทำให้เกิดรีดักชัน
6.1
ข้อแนะนำสำหรับการสอบ
- ใช้กฎเลขออกซิเดชันตามลำดับ: O มีค่า $-2$ ยกเว้น ในپرออกไซด์ ($-1$); H มีค่า $+1$ ยกเว้น ในไฮไรด์โลหะ ($-1$)
- ในสมการรีดอกซ์ ผลรวมของการ เพิ่มขึ้น ต้องเท่ากับผลรวมของการ ลดลง ของเลขออกซิเดชัน — ใช้สิ่งนี้ในการกำหนดอัตราส่วน จากนั้นตั้งสมดุล O ด้วย $\text{H}_2\text{O}$ และ H ด้วย $\text{H}^+$
- ตัวออกซิไดเซอร์จะเกิดการรีดักชัน; ระบุสิ่งที่เกิดออกซิเดชัน/รีดักชัน และ ตัวทำปฏิกิริยาเพื่อรับคะแนนเต็ม
- การเกิดปฏิกิริยาสองทาง คือธาตุเดียวกันที่เกิดทั้งออกซิเดชันและรีดักชัน — แสดงการเปลี่ยนแปลงของเลขออกซิเดชันทั้งสอง
บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้
ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที