氧化数

当发生氧化或还原时，原子的氧化数会发生变化。因此，要识别电子的得失（氧化和还原），我们必须了解氧化数或氧化态。

什么是氧化数？

氧化数：它是出现在化学结合物或分子中元素的数字。它表示一个原子在与其他原子反应形成分子或其他化学物质时失去、获得或共享的电子数量。因此，氧化态的数值等于原子失去或获得的电子数。它也称为氧化态。

我们可以说，这是原子在与其他原子形成离子键后获得的电荷。如果电子失去，该电荷为正；如果电子获得，该电荷为负，并且等于与中性原子相比，原子失去或获得的电子数量。

让我们通过以下示例来理解它；

让我们找出氧化镁（MgO）分子中镁（Mg）的氧化数，该分子含有一个镁原子和一个氧原子。氧化镁的形成如下所示；

2Mg + O₂ → 2MgO

氧的原子序数是 8。其电子构型是 2, 6，所以它需要 2 个电子来完成其最外层电子层，因此它倾向于获得两个电子，所以它的化合价是 2。获得两个电子后，它变成 O^2-，因为一个电子带有 -1 电荷。它从镁中获取两个电子，镁在失去两个电子后获得 2⁺ 电荷。

因此，每当氧与元素形成氧化物时，该氧化物中的氧将带有 -2 电荷。所以，-2 的氧化数表明氧获得了电子，而镁失去了两个电子，因此发生了氧的还原和镁的氧化。

氧化镁是电中性的。所以，由于氧的电荷是 -2，镁的电荷必须是 + 2。因此，镁的氧化数是 + 2，因为它失去了两个电子。所以，氧化数在化学反应中会发生变化。如果氧化数增加，则发生氧化（电子损失）；如果氧化数减少，则表明发生还原（电子获得）。

因此，在一个中性分子中，如果你知道一个原子的电荷，那么该分子中的另一个原子将具有相等且相反的电荷，如下所示；

Mg + O₂ → Mg⁺²O^-2

在此反应中，Mg 变为 Mg2+。带正电的离子表明它已失去电子。因此，Mg 在此反应中被氧化，其Mg 的氧化数为 +2。在此反应中，中性的 O₂ 变为 O ^-2。带负电的离子表明它已获得电子。因此，此处发生氧的还原。

此外，氧化数可以是正数或负数，如下所述；

• 位于第 1、2、3 族的电正性金属的原子倾向于失去特定数量的电子以达到稳定状态。因此，它们总是具有正氧化数。
• 当不同原子之间形成化学键时，电负性更强的原子从电负性较弱的原子那里获得电子，因此具有负氧化数或状态。捐献或失去电子的原子具有正氧化数或状态。

具有恒定氧化态的原子或离子

i) 某些原子和离子具有恒定的氧化态。例如，中性原子或分子的净电荷为零。因此，它们的氧化态或氧化数为零 (0)。例如，钠、铁和镁等中性原子的氧化态为零。同样，水、氨、氯、氧等中性分子的氧化数为零。

ii) 同极分子（由相同原子组成）中的原子也具有零氧化态。例如，氧分子（O₂）中氧原子的氧化数为零。

iii) 带电离子的氧化态等于这些离子的净电荷。例如；

• 碱金属离子，如钠离子 (Na⁺) 总是具有等于 +1 的恒定氧化数。
• 碱土金属离子总是具有 +2 的氧化数。
• 硼族金属离子具有恒定的 +3 氧化数。

计算分子或离子中原子的氧化数

计算高锰酸根离子 (MnO₄) 在高锰酸钾 (KMnO₄) 中的氧化数；

高锰酸钾 (KMnO₄) 的氧化数 = 其所含不同原子（K+Mn+4O）的氧化数之和 = 0，因为它是一个中性分子。

设高锰酸根离子的氧化数为 X

在此分子中，钾离子 (K⁺) 的氧化态为 +1，所以我们有；

K 的氧化数 + MnO₄ 的氧化数 = 0

1 + X = 0

X = -1

让我们看看如何计算分子中只出现一次的原子氧化数；

i) 计算 KCl 中氯的氧化数？

KCl 是一个中性分子，所以该分子的净电荷为 0，因为钾的氧化态 + 氯的氧化态 = 0

设 Cl 的氧化态 = x

K 的氧化态 = +1

所以，我们有 +1 + x = 0

X = -1

因此，KCl 中氯的氧化态为 -1。

ii) 计算高锰酸根离子 MnO₄^- 中锰的氧化数

此离子的电荷为 -1。

氧的氧化数 = -2

设 Mn 的氧化态 = x

现在，我们有 x + (4x-2) = -1

X - 8 = -1

X = -1 + 8

= + 7

iii) 让我们找出 Ni (CO) ₄ 中镍 (Ni) 的氧化数

i) Ni (CO) ₄

该分子的净电荷为零。

CO 也是一个中性分子，所以它也带有 0 电荷。

设镍的电荷为 x。

所以，我们有；

X + (4x0) = 0

X = 0

因此，该分子中镍的氧化态为 0。

iv) K₂Cr₂O₇ 公式中 Cr₂ 的氧化态？

设 Cr₂ 的氧化态为 Y。

现在，让我们写出该分子中不同原子的氧化态。

K₂=+2; Cr₂=2xY; O₇= (-2x7)

由于它是中性分子，因此其净电荷为 0。

所以，我们有以下方程；

2 + 2Y - 14 = 0

2Y = 14 - 2

2Y =12

Y = +6

因此，在该分子中，铬的氧化态或氧化数为 6

氧化数的特征

• 它可以是正数或负数，并分配给一个原子。
• 它表示氧化和还原的程度。
• 单原子离子（由一个原子组成）的氧化数与其离子上的电荷相同，例如 Na⁺
• 氧化物中氧的氧化数总是 -2。例如，在 MgO 和 CaO 中，它是 -2。
• 氟在所有分子中总是具有 -1 的氧化数或状态。
• 在中性分子中，当我们加和所有原子的氧化数时，结果将为零。
• 在多原子离子中，所有原子的氧化数之和等于该离子的净电荷。
• 它表示原子在形成化合物时失去或获得的电子数量。
• 原子在其纯净的或元素的形态下的氧化数为零。在纯净的元素形态下，原子不与其他元素的原子结合。例如，Cu、Cl₂、O₂、He 等。
• 氢的氧化数可以是 +1 或 -1。当它与非金属结合时，其氧化数为 +1，例如 HCl。而当它与金属结合时，其氧化数为 -1，例如氢化钠。