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酸化還元反応5|酸化数8つの原則と2つの例外

酸化還元反応の基本4 ―半反応式から反応式をつくる―」の続きです.

前回の記事までで大体のことは説明し終えたのですが,「酸化数」については全く触れてこなかったので,ここで説明しておきます.

「酸化数」は元素が酸化されたのか,還元されたのかということをみるための指標です.

この記事では酸化数の求め方について書きます.

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酸化数の基本

大雑把に言えば,「酸化数」とは「物質に含まれる各元素が,どれだけ酸化しているかを表した数」です.

もう少し正確に言うと,「物質に含まれる各元素の周囲の電子が,単体の時と比べてどれくらい増減しているか」ということですが,単に「各元素がどれくらい酸化しているかの指標」と思っておけばほとんど問題はありません.

酸化数は各物質を構成する各元素について決定でき,反応前より反応後の方が酸化数が大きければ元素は酸化された,小さければ元素は還元されたとみることができます.

酸化数の求め方については,次の原則を確実に覚えておけば十分です.

  1. 単体中の元素の酸化数は0
  2. 化合物中,イオン中の酸素Oの酸化数は-2
  3. 化合物中,イオン中の水素Hの酸化数は+1
  4. 化合物中,イオン中のハロゲンの酸化数は-1
  5. 化合物中,イオン中のアルカリ金属の酸化数は+1
  6. 化合物中,イオン中のアルカリ土類金属の酸化数は+1
  7. 化合物中のすべての元素の酸化数を足すと0
  8. n価のイオン中のすべての元素の酸化数を足すとn

ただし,次の例外がある.

  1. 過酸化水素\mathrm{H_2O_2}中の酸素Oの酸化数は-1
  2. 陽性の強い金属(主にアルカリ金属,アルカリ土類金属)の水素化物中の水素の酸化数は-1

これらが例外になる根拠はありますが,少し面倒ですし特に応用が利くものでもないのでここでは割愛します.

注意点は,酸化数はプラスでも+1,+2のように数の前に"+"が必ず必要です.

酸化数の例

単体の酸化数の例

1から単体なら必ずその単体に含まれる元素の酸化数は0なので

  • 塩素\mathrm{Cl_2}中の元素\mathrm{Cl}の酸化数は0.
  • 酸素\mathrm{O_2}中の元素\mathrm{O}の酸化数は0.
  • 水素\mathrm{H_2}中の元素\mathrm{H}の酸化数は0.
  • アルミニウム\mathrm{Al}中の元素\mathrm{Al}の酸化数は0.

です.このように,ハロゲンだろうが,酸素,水素,金属だろうが単体(一種類の元素のみからなる物質)なら,必ず酸化数は0です.

化合物,イオンの酸化数の例

2~6は次のように7,8を考えるための基礎です.

  • 硫酸\mathrm{H_2SO_4}中の元素\mathrm{S}の酸化数をxとする.2から化合物中のOの酸化数は-2,3から化合物中のHの酸化数は+1,7から化合物中の全ての元素の酸化数を足すと0となるので,(+1) \cdot 2 + x + (-2) \cdot 4=0よりx=6である.よって,\mathrm{S}の酸化数は+6.
  • 酸化マンガン(IV)\mathrm{MnO_2}中の元素\mathrm{Mn}の酸化数をxとする.2から化合物中のOの酸化数は-2,7から化合物中の全ての元素の酸化数を足すと0となるので,x + (-2) \cdot 2=0よりx=4である.よって,\mathrm{Cr}の酸化数は+4.
  • 二クロム酸カリウム\mathrm{K_2Cr_2O_7}中の元素\mathrm{Cr}の酸化数をxとする.2から化合物中のOの酸化数は-2,5から化合物中のKの酸化数は+1,7から化合物中の全ての元素の酸化数を足すと0となるので,(+1) \cdot 2 + 2x + (-2) \cdot 7=0よりx=6である.よって,\mathrm{Cr}の酸化数は+6.
  • 過マンガン酸イオン\mathrm{{MnO_4}^-}中の元素\mathrm{Mn}の酸化数をxとする.2から化合物中のOの酸化数は-2,8からイオン中の全ての元素の酸化数を足すとそのイオンの価数と等しくなるので,x + (-2) \cdot 4=-1よりx=7である.よって,\mathrm{Cr}の酸化数は+7.

なお,よく質問されますが,「二クロム酸カリウム」の初めの「二」は,カタカナの「ニ」ではなく漢数字の「二」です.つまり,「二クロム」は「2つのクロム」です.実際,化学式中にクロムCrがありますしね.

なお,「ニクロム」は電気コンロなどに使われる抵抗の大きい熱源です.

酸化数の例外

次は例外なので,見た瞬間に答えが出ます.

  • 過酸化水素\mathrm{H_2O_2}中の元素\mathrm{O}の酸化数は見た瞬間に-1.なお,元素\mathrm{H}の酸化数は原則通り+1.
  • 水素化ナトリウム\mathrm{NaH}中の元素\mathrm{H}の酸化数は見た瞬間に-1.なお,元素\mathrm{Na}の酸化数は原則通り+1.
  • 水素化マグネシウム\mathrm{MgH_2}中の元素\mathrm{H}の酸化数は見た瞬間に-1.なお,元素\mathrm{Mg}の酸化数は原則通り+2.

酸化数の計算は分かれば中学1年生の1学期で習う方程式で解けますから,全く難しいことはありません.確実に解けるようにして下さい.

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