【SPONSORED LINK】

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4|半反応式から化学反応式をつくる】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.

【SPONSORED LINK】

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.

原則と例外

酸化数の求め方については,次の8つの原則と2つの例外を覚えておけば十分です.

[原則と例外] 物質の酸化数に関して,次の8つ原則が成り立つ.

  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\mathrm{O}の酸化数は-2
  3. 化合物中,イオン中の水素\mathrm{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\mathrm{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

酸化数はプラスでも+1+2のように数の前に必ず+が必要です.

酸化数の表記

さて,これまで酸化銅(II)や酸化マンガン(IV)などとローマ数字(IIやIV)がついた化学式を黙って使ってきました.

実は,このIIやIVは酸化数を表しています.

上の[原則と例外]で書いたようにアルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化数は決まっています.しかし,それ以外の金属の多くで,酸化数は変化します.

そのような酸化数が変化する金属は,その酸化数をローマ数字を用いて表すことになっているのです.

例えば,あとで実際に求めますが,酸化マンガン(IV)\mathrm{MnO_2}中のマンガン\mathrm{Mn}の酸化数は+4ですが,過マンガン酸イオン\mathrm{{MnO_4}^-}のマンガン\mathrm{Mn}の酸化数は+7です.

酸化数の例

酸化数は例を用いて慣れるのが,手っ取り早いです.

単体の酸化数の例

単体(一種類の元素のみからなる物質)なら酸化数は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,単体の酸化数は見た瞬間に0と分かります.

化合物,イオンの酸化数の例

酸化数の決まっている元素を2~6から決定し,残りの元素の酸化数は7,8を用いて求めます.

例1(硫酸)

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\mathrm{O}の酸化数は-2,3から化合物中のHの酸化数は+1である.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)\cdot2+x\cdot1+(-2)\cdot4=0よりx=6である.

よって,\mathrm{S}の酸化数は+6である.

例2(二クロム酸カリウム)

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\mathrm{O}の酸化数は-2,5から化合物中の\mathrm{K}の酸化数は+1である.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)\cdot2+x\cdot2+(-2)\cdot7=0よりx=6である.

よって,\mathrm{Cr}の酸化数は+6

なお,「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\mathrm{Cr}がありますね.

「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.

例3(酸化マンガン(IV))

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\mathrm{O}の酸化数は-2である.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\cdot1+(-2)\cdot2=0よりx=4である.

よって,\mathrm{Mn}の酸化数は+4

例4(過マンガン酸イオン)

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\mathrm{O}の酸化数は-2である.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\cdot1+(-2)\cdot4=-1よりx=7である.

よって,\mathrm{Mn}の酸化数は+7

例3,例4から分かるように,同じ元素でも酸化数が異なることはあります.[原則と例外]で書いた以外の酸化数は基本的には計算で求めないと分かりません.

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-1である.なお,元素\mathrm{H}の酸化数は原則通り+1である.
  • 水素化ナトリウム\mathrm{NaH}中の元素\mathrm{H}の酸化数は-1である.なお,元素\mathrm{Na}の酸化数は原則通り+1である.
  • 水素化マグネシウム\mathrm{MgH_2}中の元素\mathrm{H}の酸化数は-1である.なお,元素\mathrm{Mg}の酸化数は原則通り+2である.

酸化数は分かっていれば簡単な計算でも止まりますから,確実に求められるようにして下さい.

最後までお読み頂き,ありがとうございました!

良ければシェアボタンから共有をお願いします!

関連記事と記事一覧

以下,【関連記事】と【記事一覧】です.


記事一覧はこちら


SNSでもご購読できます。

コメント

コメントを残す

*

ページ

トップへ

記事

一覧へ

オススメ

参考書

Twitterを

フォロー