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形式氧化態(tài)的計算

有兩種方法可以計算化合物中某原子的氧化態(tài)。第一種方法適用于容易畫出路易斯結(jié)構(gòu)的分子，通常情況下為有機分子；而第二種方法不需要路易斯結(jié)構(gòu)，也不必為分子，適用于較簡單的化合物。

需要注意的是，一個原子的氧化態(tài)并不等于這個原子的實際電荷。尤其對于高氧化態(tài)的原子而言，其生成高價陽離子的電離能可能要比化學(xué)反應(yīng)中實際的能量高出很多。原子之間氧化態(tài)的分配純粹是形式上的。這種方法有助于理解化學(xué)反應(yīng)的機理。

從路易斯結(jié)構(gòu)計算

當(dāng)一個分子的路易斯結(jié)構(gòu)可以被畫出來時，很明顯氧化態(tài)可通過比較中性原子的價電子數(shù)和路易斯結(jié)構(gòu)中該原子所擁有的電子數(shù)來計算。為了計算，異核化學(xué)鍵的成鍵電子歸屬于電負(fù)性較強的原子；同核化學(xué)鍵的成鍵電子在兩個原子間平等分配；而孤對電子則歸屬于其相應(yīng)含有孤對電子的原子。

例如，對于乙酸：

由于碳電負(fù)性高于氫，因此甲基中的碳原子可以從三個氫原子“得到”6個價電子。同理，由于是同核化學(xué)鍵，因而這個碳原子在 C-C 鍵中獲得1個價電子。加上前面的6個則總共有7個價電子。中性碳原子有4個價電子（碳位于第4族），因此甲基碳的氧化態(tài)為 4 - 7 = -3（C），當(dāng)然這是在假設(shè)所有鍵都是離子鍵的前提下得出的。

使用相同的規(guī)則可以得出，羧基中碳原子的氧化態(tài)為+3。具體過程為：C-C 鍵中碳原子分得一個價電子；C=O 鍵和 C-O 鍵中，由于氧電負(fù)性大于碳，因此所有的成鍵電子都?xì)w屬于氧。中性碳原子的4個價電子減去1個價電子即得到+3氧化態(tài)。而所有氧原子的氧化態(tài)則為-2（6-[(4+4)+2]），所有氫原子的氧化態(tài)都為+1。

氧化態(tài)可被用于氧化還原反應(yīng)方程式的配平，因為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移是相等的。例如：在托倫試劑（銀氨溶液）氧化乙醛為乙酸的反應(yīng)中，羰基碳原子的氧化態(tài)由+1變?yōu)?3，而銀原子的氧化態(tài)則由+1變?yōu)?。因此配平時需要2mol的銀離子：

不用路易斯結(jié)構(gòu)計算

中性分子中各原子氧化態(tài)的代數(shù)和必須為零，而離子中各原子氧化態(tài)的代數(shù)和與離子電荷相等。

一些元素具有特定的氧化態(tài)。

以上兩點可用來計算較簡單的化合物中各原子的氧化態(tài)。相應(yīng)的規(guī)則有：

氟在其所有的化合物中都呈現(xiàn)-1氧化態(tài)，因為其電負(fù)性在所有元素中是最強的。

當(dāng)氟以外的鹵素與氧、氮、或其他氟以外的鹵素時，其氧化態(tài)為-1。例如，在溴化氯（或氯化溴）（BrCl）中，氯的氧化態(tài)為-1。然而，一氟化氯（ClF）中的氯的氧化態(tài)，根據(jù)上一條規(guī)則，由于氟電負(fù)性在所有元素中是最強的，因此氟要優(yōu)先決定，則的氧化態(tài)為+1。

除非與更加電正性的元素如鈉、硼和鋁相連，氫總是呈現(xiàn)+1氧化態(tài)。呈-1氧化態(tài)的例子有NaH、LiAlH4和NaBH4等。

氧一般為-2氧化態(tài)，除了過氧化物中為-1，超氧化物中為-1/2，臭氧化物中為-1/3，OF2中為+2，O2F2中為+1。

堿金屬幾乎任何時候都為+1氧化態(tài)，例外是堿化物。

堿土金屬在多數(shù)情況下都為+2氧化態(tài)。

例如：根據(jù)以上規(guī)則，在 Cr(OH)3 中，氧為-2氧化態(tài)，氫為+1，因此三個氫氧根的氧化態(tài)和為-3。因而Cr的氧化態(tài)為+3。

具有多氧化態(tài)的元素

大多數(shù)都具有可變的氧化態(tài)，例如碳可有九種：

–4:CH4

–3:C2H6

–2:CH3F

–1:C2H2

 0:CH2F2

+1: C2H2F4

+2:CHF3

+3:C2F6

+4:CF4

氧有八種氧化態(tài)：

-2 多數(shù)氧化物中，如ZnO，CO2，H2O

-1 所有過氧化物中

-1/2超氧化物中，如KO2

-1/3臭氧化物中，如 NH4O3

0 單質(zhì)氧氣中 O2

+1/2二氧基鹽中，如 O2PtF6

+1O2F2中

+2OF2中

分?jǐn)?shù)氧化態(tài)

從路易斯結(jié)構(gòu)求得的形式氧化態(tài)總是整數(shù)，但不從路易斯結(jié)構(gòu)求時，為了表示化合物中幾個原子的平均氧化態(tài)，有可能得到某原子的分?jǐn)?shù)氧化態(tài)。例如 KO2 中，兩個氧原子的氧化態(tài)則分別為0和-1，而氧原子的平均氧化態(tài)為分?jǐn)?shù)（-1/2）。在有些情況中，由于共振，幾個原子可能是等同的。這種情況下一個路易斯結(jié)構(gòu)式無法表示其真實結(jié)構(gòu)，必須要用多個結(jié)構(gòu)來表示。

氧化數(shù)

氧化態(tài)和氧化數(shù)常常不加區(qū)分地使用，但在配位化學(xué)中，兩者是有區(qū)別的。計算氧化數(shù)時，不考慮電負(fù)性差異，認(rèn)為成配位鍵的電子為配體占有。此外，氧化數(shù)用羅馬數(shù)字表示，但氧化態(tài)用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。

歷史

1938年，W. M. Latimer 首先引入了氧化態(tài)的概念。氧化則是由拉瓦錫提出的：他認(rèn)為氧化是元素與氧化合的過程，產(chǎn)物是任何含氧的鹽類。

參見

氧化數(shù)

化合價

電化學(xué)

氧化還原反應(yīng)

元素氧化態(tài)列表

混合價態(tài)化合物

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