Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Electrochemistry · ⁨אלקטרוכימיה⁩

A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · Topic 6 · ⁨נושא 6⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
6:34

אלקטרוכימיה וחמצון-חיזור

שני חתיכות ברזל. האחת מחלידה בשקט על גדר. השנייה יושבת בתוך סוללה, ודוחפת אלקטרונים דרך הטלפון שלך. הם נראים כמו…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

6.1

Oxidation number · ⁨מספר חמצון⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. calculate oxidation numbers of elements in compounds and ions
  2. use changes in oxidation numbers to help balance chemical equations
  3. explain and use the terms redox, oxidation, reduction and disproportionation in terms of electron transfer and changes in oxidation number
  4. explain and use the terms oxidising agent and reducing agent
  5. use a Roman numeral to indicate the magnitude of the oxidation number of an element
עברית
  1. חשב מספרי חמצון של אלמנטים בתרכובות וביונים
  2. השתמש בשינויים במספרי חמצון כדי לעזור לאיזון משוואות כימיות
  3. הסבר ושתמש במונחים חמצון-חזור, חמצון, חזור ודיספרופורציאציה בהתייחס להעברת אלקטרונים ולשינויים במספר חמצון
  4. הסבר ושתמש במונחים חומר מחמצן וחומר מחנך
  5. השתמש במספר רומאי כדי לציין את גודל מספר החמצון של יסוד

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

The oxidation number 氧化数 (also called the oxidation state) shows how many electrons 电子 an atom has lost or gained compared with the free element. You work it out using simple rules:

  • an uncombined element has an oxidation number of $0$.
  • a simple ion has an oxidation number equal to its charge (so $\text{Mg}^{2+}$ is $+2$).
  • Group 1 is always $+1$, Group 2 is always $+2$.
  • hydrogen is $+1$ (but $-1$ in metal hydrides).
  • oxygen is $-2$ (but $-1$ in peroxides).
  • fluorine is always $-1$.
  • the oxidation numbers in a neutral compound add up to $0$; in an ion they add up to the charge.

A Roman numeral shows the size of the oxidation number of an element, for example iron(II) means $+2$ and manganese(VII) in $\text{KMnO}_4$ means $+7$.

Worked example. Find the oxidation number of sulfur in the sulfate ion, $\text{SO}_4^{2-}$.

Each oxygen is $-2$, so the four oxygens give $4 \times (-2) = -8$. In an ion the numbers add up to the charge, here $-2$. If sulfur is $x$:

$$x + (-8) = -2 \quad\Rightarrow\quad x = +6.$$

Worked example. Find the oxidation number of nitrogen in the nitrate ion, $\text{NO}_3^-$.

$$x + 3 \times (-2) = -1 \quad\Rightarrow\quad x - 6 = -1 \quad\Rightarrow\quad x = +5.$$
עברית

מספר החמצון (הנקרא גם מצב חמצון) מראה כמה אלקטרונים אטום איבד או רכש בהשוואה ליסוד החופשי. מחשבים אותו באמצעות כללים פשוטים:

  • ליסוד שאינו מחובר יש מספר חמצון של $0$.
  • ליון פשוט יש מספר חמצון השווה למטענו (לכן ⟨$\text{Mg}^{2+}$⟩ הוא ⟨$+2$⟩).
  • קבוצה 1 היא תמיד $+1$, קבוצה 2 היא תמיד $+2$.
  • למימן יש $+1$ (אבל $-1$ בהידרידים מתכתיים).
  • לחמצן תמיד ⟨$-2$⟩ (אולם ⟨$-1$⟩ בפראוקסידים).
  • לפלורין תמיד יש $-1$.
  • מספרי החמצון בתרכובת ניטרלית מתכנסים ל$0$; ביון הם מתכנסים למטען.

מספר רומאי מציין את גודל מספר החמצון של יסוד, לדוגמה ברזל(II) פירושו $+2$ ומנגן(VII) ב-$\text{KMnO}_4$ פירושו $+7$.

חישוב מספר החמצון של מנגן ב-KMnO4: אשלגן הוא +1, ארבעת האטומים של חמצן תורמים -8, ובגלל שהם סכוםם אפס, למנגן חייב להיות +7
הקצאת מספר חמצון: קבעו את האטומים הידועים (K = +1, O = −2 כל אחד), ואז השתמשו ב"הסכום שווה לאפס" כדי למצוא את המجهול (Mn = +7)

דוגמה מופת. מצאו את מספר החמצון של גופרית ביון הסולפט, $\text{SO}_4^{2-}$.

כל חמצן הוא $-2$, ולכן ארבעת האטומים של חמצן תורמים $4 \times (-2) = -8$. באיון הסכום שווה למטען, כאן $-2$. אם גופרית היא $x$:

$$x + (-8) = -2 \quad\Rightarrow\quad x = +6.$$

דוגמה מופתרת. מצאו את מספר החמצון של חנקן באיון הניטרט, $\text{NO}_3^-$.

$$x + 3 \times (-2) = -1 \quad\Rightarrow\quad x - 6 = -1 \quad\Rightarrow\quad x = +5.$$
Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ מספר חמצון
electron/ɪˈlektrɒn/ אלקטרון
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ חמצון
6.1

Redox in terms of electrons · ⁨תגובות חמצון-חידוש במונחים של אלקטרונים⁩

English

A redox 氧化还原 reaction is one where electrons move from one species to another.

  • oxidation 氧化 is the loss of electrons. The oxidation number goes up.
  • reduction 还原 is the gain of electrons. The oxidation number goes down.

A useful memory aid is OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain.

Oxidation and reduction always happen together, because the electrons lost by one species are gained by another. This electron transfer 电子转移 is why we call it a redox reaction.

עברית
מספר סוללות AA
סוללה משתמשת בתגובות חמצון-חידוש כדי להזרים אלקטרונים במעגל.

תגובת חמצון-חידוש היא תגובה בה אלקטרונים עוברים ממינים אחד למינים אחר.

  • חמצון הוא אובדן של אלקטרונים. מספר החמצון עולה.
  • חידוש הוא קיבלה של אלקטרונים. מספר החמצון יורד.

כלל זיכרון שימושי הוא OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain (חמצון הוא אובדן, חידוש הוא קבלה).

חמצון וחידוש מתרחשים תמיד יחד, כי האלקטרונים שאבד מינים אחד נקבלים על ידי מינים אחר. העברת אלקטרונים זו היא הסיבה לקריאה בתגובת חמצון-חידוש.

אבץ מאבד שני אלקטרונים והופך ל-Zn2+ בעוד שיוני נחושת מקבלים אותם והופכים לנחושת, עם חץ המראה את העברת האלקטרונים
חמצון-חידוש הוא העברת אלקטרונים: המחזר המפחית מאבד אלקטרונים (מתחמצ, מספר עולה); המחזר המחמצ מקבל אותם (מתחודש, מספר יורד)
Explore · ⁨חקור⁩

Redox is electron transfer · ⁨תגובת ערך-חמצון היא העברת אלקטרונים⁩

Step through it: the metal loses (is oxidised) and the non-metal gains (is reduced) — oxidation number rises for one, falls for the other. · ⁨צעד אחר צעד: המתכת מאבדת (מתחמצת) והאל-מתכת מקבלת (מוחזרת) — מספר החמצון עולה עבור האחד ויורד עבור השני.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
redox/rɪˈdɒks/ חמצון-חיזור
reduction/rɪˈdʌkʃn/ חיזור
electron transfer/ɪˈlektrɒn ˈtrænsfɜː/ העברת אלקטרונים
6.1

Using oxidation numbers to balance equations · ⁨שימוש במספרי חמצון לאיזון משוואות⁩

English

Changes in oxidation number help you balance a redox equation:

  1. find the element whose oxidation number rises (it is oxidised) and the one whose number falls (it is reduced).
  2. the total rise must equal the total fall, because every electron lost is gained somewhere.
  3. choose the ratio of the two species so the rise and fall match, then balance the rest of the equation.

Worked example. Balance the reaction of manganate(VII) with iron(II) in acid: $\text{MnO}_4^- + \text{Fe}^{2+} + \text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + \text{Fe}^{3+} + \text{H}_2\text{O}$.

Manganese falls from $+7$ to $+2$ (a fall of $5$); iron rises from $+2$ to $+3$ (a rise of $1$). To make the total fall equal the total rise, take $5$ iron ions for every $1$ manganate ion. Then balance oxygen with water ($4\,\text{H}_2\text{O}$) and hydrogen with $\text{H}^+$ ($8\,\text{H}^+$):

$$\text{MnO}_4^- + 5\text{Fe}^{2+} + 8\text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 5\text{Fe}^{3+} + 4\text{H}_2\text{O}.$$
עברית

שינויים במספר חמצון עוזרים לאזן משוואת חמצון-חידוש:

  1. מצאו את היסוד שבו מספר החמצון עולה (הוא מתחמצ) ואת היסוד שבו מספרו יורד (הוא מתחודש).
  2. העלייה הכוללת חייבת להיות שווה לירידה הכוללת, מכיוון שכל אלקטרון שנאבד מתקבל איפהשהו.
  3. בחר את היחס בין שני המינים כך שהעלייה והירידה יתאימו, ואז איזן את שאר המשוואה.
ברזל עולה מ+2 ל+3 בשינוי של אחד ומנגן יורד מ+7 ל+2 בשינוי של חמישה, לכן חמישה ברזלים מאזנים יון פרמנגנט אחד
איזון משוואת תגובת חמצון-חיזור: הסכום הכולל של עליית מספר החמצון חייב להיות שווה לסכום הכולל של הירידה, מה שקובע את היחס

דוגמה מפורטת. איזן את התגובה בין פרמנגנאט(VII) לבין ברזל(II) בסביבה חומצית: $\text{MnO}_4^- + \text{Fe}^{2+} + \text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + \text{Fe}^{3+} + \text{H}_2\text{O}$.

מנגן יורד מ$+7$ ל$+2$ (ירידה של $5$); ברזל עולה מ$+2$ ל$+3$ (עליה של $1$). כדי שהירידה הכוללת תהיה שווה לעליה הכוללת, קחו $5$ יוני ברזל לכל $1$ יוני מנגנטי. לאחר מכן איזנו חמצן עם מים ($4\,\text{H}_2\text{O}$) והידרוגן עם $\text{H}^+$ ($8\,\text{H}^+$):

$$\text{MnO}_4^- + 5\text{Fe}^{2+} + 8\text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 5\text{Fe}^{3+} + 4\text{H}_2\text{O}.$$
6.1

Disproportionation · ⁨חמצון-חיזור פנימי (דיספרופורציונציה)⁩

English

Disproportionation 歧化 is a special redox reaction in which the same element is both oxidised and reduced at the same time. For example, when chlorine reacts with cold water, some chlorine atoms are reduced (to $\text{Cl}^-$) and others are oxidised (to $\text{ClO}^-$).

עברית

דיספרופורציונציה היא סוג מיוחד של תגובת חמצון-חיזור שבו אותו אלמנט גם מתחמצן וגם מתחזר בו-זמנית. לדוגמה, כאשר כלור מגיב עם מים קרים, חלק מאטומי הכלור מחוזרים (ל-$\text{Cl}^-$) וחלקם מתחמצנים (ל-$\text{ClO}^-$).

קו מספר חמצון המראה כלור ב-0 העולה ל-⟦+1⟧ ב-ClO⁻ ויורדת ל-⟦-1⟧ ב-Cl⁻
חמצון-חיזור עצמי: כלור ($0$) גם חומצה לClO$^-$ ($+1$) וגם מופחתת לCl$^-$ ($-1$) בו-זמנית
Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
disproportionation/ˌdɪsprəˈpɔːʃəneɪʃn/ דיספרופורציונציה
oxidising agent/ˈɒksɪdaɪzɪŋ ˈeɪdʒənt/ גורם מחמצן
reducing agent/rɪˈdjuːsɪŋ ˈeɪdʒənt/ גורם מחזר
6.1

Oxidising and reducing agents · ⁨גורמים מחמצנים ומחזרים⁩

English
  • an oxidising agent 氧化剂 takes electrons away from another species. In doing so, it is itself reduced.
  • a reducing agent 还原剂 gives electrons to another species. In doing so, it is itself oxidised.

So in any redox reaction, the oxidising agent causes the oxidation of the other species, while the reducing agent causes the reduction.

עברית
חלודה על פני ברזל
חלודה היא חמצון של ברזל על ידי חמצן.
  • גורם מחמץ לוקח אלקטרונים ממין אחר. במהלך פעולתו הוא עצמו מתחזר.
  • גורם מחזר נותן אלקטרונים למין אחר. במהלך פעולתו הוא עצמו מתחמצן.

לכן בתגובת חמצון-חיזור כלשהי, הגורם המחמץ גורם לחמצון המין האחר, בעוד שהגורם המחזר גורם לחיזור.

6.1

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Apply the oxidation-number rules in order: O is $-2$ except in peroxides ($-1$); H is $+1$ except in metal hydrides ($-1$).
  • In a redox equation the total increase equals the total decrease in oxidation number — use this to fix the ratio, then balance O with $\text{H}_2\text{O}$ and H with $\text{H}^+$.
  • An oxidising agent is itself reduced; name both what is oxidised/reduced and the agent for full marks.
  • Disproportionation is the same element both oxidised and reduced — show both oxidation-number changes.
עברית
  • יש ליישם את חוקי מספר החמצון בסדר: O הוא $-2$ אלא בפרוקסידים ($-1$); H הוא $+1$ אלא בהידרידים מתכתיים ($-1$).
  • במשוואת חמצון-חיזור העלייה הכוללת שווה לירידה הכוללת במספר החמצון — השתמש בכך כדי לקבוע את היחס, ולאחר מכן איזן O עם $\text{H}_2\text{O}$ ו-H עם $\text{H}^+$.
  • גורם מחמץ עצמו מתחזר; ציין גם מה מתחמצן/מתחזר וגם את הגורם עבור ניקוד מלא.
  • דיספרופורציונציה היא אותה אלמנט גם מתחמצן וגם מתחזר — הצג את שתי השינויים במספר החמצון.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP