🔢

Ιόντα & Αριθμός Οξείδωσης

Ονοματολογία ιόντων (πίνακες 2.3–2.4), κανόνες Α.Ο., συνήθεις τιμές Α.Ο.

Πώς ο σίδηρος φτιάχνει δύο διαφορετικές σκουριές;

Η γνωστή κοκκινοκαφέ σκουριά περιέχει $Fe_2O_3$ , ενώ υπάρχει και ένα μαύρο οξείδιο, το $FeO$ . Ίδια στοιχεία, διαφορετική αναλογία, διαφορετικό χρώμα. Για να ξέρεις ποιον τύπο γράφεις και πώς τον ονομάζεις, χρειάζεσαι έναν αριθμό που λέει σε ποια «κατάσταση» βρίσκεται κάθε άτομο: τον αριθμό οξείδωσης.

Η γλώσσα της Χημείας: τα ιόντα

Για να γράφουμε και να ονομάζουμε ενώσεις, πρέπει να γνωρίζουμε τα κυριότερα ιόντα.

Μονοατομικά ανιόντα (να απομνημονευθούν):

$F^-$ φθοριούχο ή φθορίδιο · $Cl^-$ χλωριούχο ή χλωρίδιο · $Br^-$ βρωμιούχο ή βρωμίδιο · $I^-$ ιωδιούχο ή ιωδίδιο
$O^{2-}$ οξυγονούχο ή οξείδιο · $S^{2-}$ θειούχο ή σουλφίδιο
$N^{3-}$ αζωτούχο ή νιτρίδιο · $P^{3-}$ φωσφορούχο ή φωσφίδιο · $H^-$ υδρογονούχο ή υδρίδιο

Τα μονοατομικά κατιόντα παίρνουν το όνομα του μετάλλου: $Na^+$ ιόν νατρίου, $Ca^{2+}$ ιόν ασβεστίου. Αν το μέταλλο έχει περισσότερους Α.Ο., τον γράφουμε με λατινικό αριθμό: $Fe^{2+}$ σίδηρος (II), $Fe^{3+}$ σίδηρος (III).

Πολυατομικά ιόντα

Να απομνημονευθούν:

$NO_3^-$ νιτρικό · $CO_3^{2-}$ ανθρακικό · $SO_4^{2-}$ θειικό · $PO_4^{3-}$ φωσφορικό · $OH^-$ υδροξείδιο · $NH_4^+$ αμμώνιο
$CN^-$ κυάνιο (κυανίδιο) · $HCO_3^-$ όξινο ανθρακικό · $ClO_3^-$ χλωρικό · $MnO_4^-$ υπερμαγγανικό · $Cr_2O_7^{2-}$ διχρωμικό

Για αναγνώριση (δεν απαιτείται απομνημόνευση): $ClO_4^-$ υπερχλωρικό, $ClO_2^-$ χλωριώδες, $ClO^-$ υποχλωριώδες, $HSO_4^-$ όξινο θειικό, $HPO_4^{2-}$ όξινο φωσφορικό, $H_2PO_4^-$ δισόξινο φωσφορικό, $CrO_4^{2-}$ χρωμικό. Ανάλογα με του $Cl$ ιόντα σχηματίζουν το $Br$ και το $I$ (π.χ. $BrO_3^-$ βρωμικό).

Το μόνο θετικό πολυατομικό ιόν της λίστας είναι το αμμώνιο $NH_4^+$ .

Κόλπο μνήμης

Τα τέσσερα «-ικά» που πρέπει να ξέρεις, με τα φορτία τους: Νιτρικό $-1$ , Ανθρακικό και Θειικό $-2$ , Φωσφορικό $-3$ — δηλαδή «Ν1, ΑΘ2, Φ3». Και τα οξυγόνα: μόνο το νιτρικό και το ανθρακικό έχουν 3 ( $NO_3^-$ , $CO_3^{2-}$ ), τα άλλα δύο έχουν 4 ( $SO_4^{2-}$ , $PO_4^{3-}$ ).

Αριθμός οξείδωσης (Α.Ο.)

Ο αριθμός οξείδωσης είναι μια συμβατική έννοια που διευκολύνει τη γραφή των χημικών τύπων.

Σε μια ιοντική ένωση, Α.Ο. ενός ιόντος είναι το πραγματικό φορτίο του.
Σε μια ομοιοπολική ένωση, Α.Ο. ενός ατόμου είναι το φαινομενικό φορτίο που θα αποκτούσε, αν τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδίδονταν στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο.

Πρακτικοί κανόνες:

Κάθε στοιχείο σε ελεύθερη κατάσταση έχει Α.Ο. $0$ ( $Fe$ , $O_2$ , $Cl_2$ ).
Το $H$ έχει $+1$ , εκτός από τα υδρίδια μετάλλων ( $NaH$ , $CaH_2$ ) όπου έχει $-1$ .
Το $F$ έχει πάντα $-1$ .
Το $O$ έχει $-2$ , εκτός από τα υπεροξείδια ( $H_2O_2$ : $-1$ ) και το $OF_2$ ( $+2$ ).
Τα αλκάλια ( $Na$ , $K$ ) έχουν πάντα $+1$ και οι αλκαλικές γαίες ( $Ca$ , $Ba$ ) πάντα $+2$ .
Σε μια ένωση, το άθροισμα των Α.Ο. όλων των ατόμων είναι $0$ .
Σε ένα πολυατομικό ιόν, το άθροισμα ισούται με το φορτίο του ιόντος.

$\Sigma(\text{Α.Ο.})_{\text{ένωση}} = 0 \qquad \Sigma(\text{Α.Ο.})_{\text{ιόν}} = \text{φορτίο ιόντος}$

Συνήθεις τιμές Α.Ο. (πίνακας 2.5)

Να απομνημονευθούν:

$K$ , $Na$ , $Ag$ : $+1$ · $Ba$ , $Ca$ , $Mg$ , $Zn$ : $+2$ · $Al$ : $+3$ · $Fe$ : $+2$ , $+3$
$F$ : $-1$ · $H$ : $+1$ · $O$ : $-2$ · $Cl$ , $Br$ , $I$ : $-1$ (στις ενώσεις τους με μέταλλα ή $H$ )

Για αναγνώριση: $Cu$ , $Hg$ : $+1$ , $+2$ · $Pb$ , $Sn$ : $+2$ , $+4$ · $Mn$ : $+2$ , $+4$ , $+7$ · $Cr$ : $+3$ , $+6$ · $S$ : $-2$ ( $+4$ , $+6$ ) · $N$ , $P$ : $-3$ ( $+3$ , $+5$ ) · $C$ , $Si$ : $-4$ , $+4$ · αλογόνα και $+1$ , $+3$ , $+5$ , $+7$ στις οξυγονούχες ενώσεις τους.

Ήξερες ότι;

Το άζωτο είναι ο «πρωταθλητής» των αριθμών οξείδωσης: εμφανίζεται με όλους τους ακέραιους Α.Ο. από $-3$ έως $+5$ — από την αμμωνία $NH_3$ ( $-3$ ) και το άζωτο του αέρα $N_2$ ( $0$ ) μέχρι το νιτρικό οξύ $HNO_3$ ( $+5$ ).

Ζύγισε τα φορτία μιας ένωσης: βάλε τους γνωστούς Α.Ο. στη μια πλευρά και δες ότι ο άγνωστος Α.Ο. παίρνει ακριβώς την τιμή που μηδενίζει το άθροισμα — κάθε Α.Ο. λύνεται σαν [εξίσωση](kses://theory/alyk-exisoseis-1ou).

Μέθοδος: εύρεση άγνωστου Α.Ο.

Γράψε τους «σίγουρους» Α.Ο. (αλκάλια, αλκαλικές γαίες, $Al$ , $F$ , $H$ , $O$ ).
Βάλε $x$ για το άγνωστο άτομο και πολλαπλασίασε κάθε Α.Ο. με τον δείκτη του.
Γράψε $\Sigma = 0$ (ένωση) ή $\Sigma = \text{φορτίο}$ (ιόν) και λύσε ως προς $x$ .
Αν η ένωση «σπάει» σε γνωστά ιόντα (π.χ. $Fe_2(SO_4)_3$ ), χρησιμοποίησε κατευθείαν το φορτίο του ιόντος.

Άσκηση: Να βρεθούν οι Α.Ο.: (α) του $S$ στο $H_2SO_4$ , (β) του $P$ στο $PO_4^{3-}$ , (γ) του $Cr$ στο $K_2Cr_2O_7$ , (δ) του $C$ στο $CO_3^{2-}$ .

Λύση:

(α) $2(+1) + x + 4(-2) = 0 \Rightarrow x = +6$

(β) $x + 4(-2) = -3 \Rightarrow x = +5$

(γ) $2(+1) + 2x + 7(-2) = 0 \Rightarrow 2x = +12 \Rightarrow x = +6$

(δ) $x + 3(-2) = -2 \Rightarrow x = +4$

Άσκηση: Να βρεθούν οι Α.Ο.: (α) του $Mn$ στο $KMnO_4$ , (β) του $N$ στο $NH_4^+$ και στο $NO_3^-$ , (γ) του $H$ στο $NaH$ , (δ) του $O$ στο $H_2O_2$ .

Λύση:

(α) $+1 + x + 4(-2) = 0 \Rightarrow x = +7$

(β) $NH_4^+$ : $x + 4(+1) = +1 \Rightarrow x = -3$ · $NO_3^-$ : $x + 3(-2) = -1 \Rightarrow x = +5$

(γ) Υδρίδιο μετάλλου: $Na = +1$ , άρα $H = -1$

(δ) Υπεροξείδιο: $2(+1) + 2x = 0 \Rightarrow x = -1$

Άσκηση τύπου διαγωνίσματος:

Ζητούμενα: (α) ο Α.Ο. του $Cl$ στα $Cl_2$ , $HClO$ , $HClO_3$ , $HClO_4$ , (β) το όνομα και ο Α.Ο. του κεντρικού ατόμου στα ιόντα $Cr_2O_7^{2-}$ και $MnO_4^-$ , (γ) ο Α.Ο. του $Fe$ στα $FeO$ και $Fe_2O_3$ .

Λύση:

(α) $Cl_2$ : $0$ (ελεύθερο στοιχείο) · $HClO$ : $+1 + x - 2 = 0 \Rightarrow x = +1$ · $HClO_3$ : $+1 + x - 6 = 0 \Rightarrow x = +5$ · $HClO_4$ : $+1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7$

(β) $Cr_2O_7^{2-}$ (διχρωμικό): $2x - 14 = -2 \Rightarrow x = +6$ · $MnO_4^-$ (υπερμαγγανικό): $x - 8 = -1 \Rightarrow x = +7$

(γ) $FeO$ : $x - 2 = 0 \Rightarrow +2$ · $Fe_2O_3$ : $2x - 6 = 0 \Rightarrow +3$

Απάντηση: $0, +1, +5, +7$ · $+6$ και $+7$ · $+2$ και $+3$ .

Γρήγορος έλεγχος

Ποιος είναι ο Α.Ο. του $N$ στο $HNO_3$ ;

Γρήγορος έλεγχος

Πώς ονομάζεται το ιόν $HCO_3^-$ ;

Γρήγορος έλεγχος

Ποιος είναι ο Α.Ο. του $Fe$ στο $Fe_2(SO_4)_3$ ;

Γρήγορος έλεγχος

Ποιος είναι ο Α.Ο. του $H$ στο $CaH_2$ ;

Πρόκληση

ένας κλασματικός αριθμός οξείδωσης. Ο μαγνητίτης, το μαγνητικό ορυκτό του σιδήρου, έχει τύπο $Fe_3O_4$ . (α) Υπολόγισε τον Α.Ο. του $Fe$ με τους κανόνες. (β) Πώς εξηγείται το αποτέλεσμα, αφού ο σίδηρος έχει Α.Ο. $+2$ ή $+3$ ;

Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση

(α) $3x + 4(-2) = 0 \Rightarrow x = +\dfrac{8}{3} \approx +2{,}67$ .

(β) Ο αριθμός είναι μέσος όρος. Αν σε κάθε $Fe_3O_4$ υπάρχουν $a$ άτομα $Fe$ με $+2$ και $(3 - a)$ με $+3$ : $2a + 3(3 - a) = 8 \Rightarrow a = 1$ . Δηλαδή ένα $Fe^{2+}$ και δύο $Fe^{3+}$ : ο μαγνητίτης συμπεριφέρεται σαν $FeO \cdot Fe_2O_3$ . Έλεγχος: $FeO + Fe_2O_3$ δίνουν $Fe_3O_4$ ✓

Απάντηση: (α) $+8/3$ , (β) είναι μέσος όρος για 1 άτομο $Fe$ με $+2$ και 2 άτομα με $+3$ .

Συνηθισμένα λάθη

Άθροισμα $0$ σε ιόν. Σε πολυατομικό ιόν το άθροισμα ισούται με το φορτίο ( $SO_4^{2-}$ : $x - 8 = -2$ ).
Ξεχασμένοι δείκτες. Στο $Cr_2O_7^{2-}$ είναι $2x$ , όχι $x$ · ο Α.Ο. κάθε ατόμου $Cr$ είναι $+6$ .
Τυφλό $H = +1$ , $O = -2$ . Έλεγξε για υδρίδια μετάλλων ( $H = -1$ ) και υπεροξείδια ( $O = -1$ ).
Μπέρδεμα ονομάτων. Ανθρακικό $CO_3^{2-}$ ≠ όξινο ανθρακικό $HCO_3^-$ · θειικό $SO_4^{2-}$ ≠ θειούχο $S^{2-}$ · χλωρικό $ClO_3^-$ ≠ χλωριούχο $Cl^-$ .

Σύνοψη — τι κρατάμε

Απομνημόνευση: μονοατομικά ανιόντα ( $F^-, Cl^-, Br^-, I^-, O^{2-}, S^{2-}, N^{3-}, P^{3-}, H^-$ ) και $NO_3^-, CO_3^{2-}, SO_4^{2-}, PO_4^{3-}, OH^-, NH_4^+, CN^-, HCO_3^-, ClO_3^-, MnO_4^-, Cr_2O_7^{2-}$ .
Α.Ο.: πραγματικό φορτίο (ιοντικές) ή φαινομενικό φορτίο (ομοιοπολικές, ζεύγη στο ηλεκτραρνητικότερο).
Κανόνες: στοιχείο $0$ , $F = -1$ , $H = +1$ (υδρίδια $-1$ ), $O = -2$ (υπεροξείδια $-1$ ), αλκάλια $+1$ , αλκαλικές γαίες $+2$ .
$\Sigma(\text{Α.Ο.}) = 0$ σε ένωση, $=$ φορτίο σε ιόν.
Σταθεροί Α.Ο.: $K, Na, Ag$ $+1$ · $Ba, Ca, Mg, Zn$ $+2$ · $Al$ $+3$ · $Fe$ $+2/+3$ .

Η γλώσσα της Χημείας: τα ιόντα

Για να γράφουμε και να ονομάζουμε ενώσεις, πρέπει να γνωρίζουμε τα κυριότερα ιόντα.

Μονοατομικά ανιόντα (να απομνημονευθούν):

F^-

φθοριούχο ή φθορίδιο ·

Cl^-

χλωριούχο ή χλωρίδιο ·

Br^-

βρωμιούχο ή βρωμίδιο ·

I^-

ιωδιούχο ή ιωδίδιο

O^{2-}

οξυγονούχο ή οξείδιο ·

S^{2-}

θειούχο ή σουλφίδιο

N^{3-}

αζωτούχο ή νιτρίδιο ·

P^{3-}

φωσφορούχο ή φωσφίδιο ·

H^-

υδρογονούχο ή υδρίδιο

Τα μονοατομικά κατιόντα παίρνουν το όνομα του μετάλλου:

Na^+

ιόν νατρίου,

Ca^{2+}

ιόν ασβεστίου. Αν το μέταλλο έχει περισσότερους Α.Ο., τον γράφουμε με λατινικό αριθμό:

Fe^{2+}

σίδηρος (II),

Fe^{3+}

σίδηρος (III).