If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah
Aktuální čas:0:00Celková doba trvání:11:11

Transkript

V tomto videu budeme určovat oxidační čísla u uhlíku v různých molekulách. V jednom z předchozích videí jsme si již oxidační stav zadefinovali. Také jsme si ukázali, jak jej zjistit. Zkusíme si teď společně určit oxidační číslo uhlíku v methanu. Můžeme se na to dívat pohledem obecné chemie. Z té totiž víme, že vodík má obvykle oxidační číslo +1. Zde máme vodíky čtyři, tedy celkově +4. Jelikož je molekula neutrální, musí mít dohromady nulu. Hned tedy víme, že oxidační číslo uhlíku musí být −4. Máme tu totiž jen jeden uhlík. Pojďme si to ale ještě ověřit pomocí elektronového strukturního vzorce. Když zjišťujeme oxidační číslo pomocí elektronových vzorců, zajímají nás především vazebné elektrony. Víme, že každá vazba se skládá ze dvou elektronů. Do každé vazby tedy potřebujeme dva vazebné elektrony. Máme určit oxidační číslo uhlíku, začneme proto s počtem valenčních elektronů u volného atomu. Je to počet valenčních elektronů, které by uhlík měl mít. Víme, že toto číslo se rovná 4 valenčním elektronům. Od tohoto čísla teď odečteme počet valenčních elektronů vázaného atomu, tedy takový počet elektronů, který má uhlík na našem náčrtku. Je třeba se teď na tyto kovalentní vazby dívat jako na iontové. Tedy že elektronegativnější prvek si přitáhnul všechny elektrony k sobě. Jak je to zde s rozdílem elektronegativit mezi uhlíkem a vodíkem? Který z nich má vyšší hodnotu elektronegativity? Lehce zjistíme, že elektronegativnějším prvkem je uhlík, proto si oba elektrony přitáhne ve stylu "vítěz bere vše". Uhlík si nasyslí tyto vazebné elektrony. To samé platí i pro tuto další vazbu mezi uhlíkem a vodíkem. Uhlík je elektronegativnější a všechny elektrony si přitáhne. Takto se uhlík obklopil osmi elektrony. Ještě si je přepočítám, jedna, dva, tři, čtyři, pět, šest, sedm, osm. Odečteme 4 minus 8 a opravdu nám vyjde −4. Oxidační číslo uhlíku je v tomto případě opravdu −4. Pojďme se podívat na další molekulu. Máme tu ethen, také zvaný ethylen se vzorcem C₂H₄. Jaké oxidační číslo má uhlík v této molekule? Začneme zase s vodíky, které mají plus jedna. Máme jich čtyři, tedy dohromady plus 4. Dohromady tedy na uhlíky připadá −4, jelikož celá molekula musí mít 0. Tentokrát tu však máme hned dva uhlíky, proto výsledek musíme vydělit dvěma. Tím nám vyjde oxidační číslo rovné −2 na každém z uhlíků. Pojďme si to zase ověřit pomocí znázornění vazebných elektronů. Vypočítáme si zase oxidační číslo kyslíku pomocí našeho vzorečku. Zakreslíme si tedy vazebné elektrony a vybereme si uhlík, se kterým začneme. Pojďme začít s tímto uhlíkem napravo. Zajímá nás rozdíl elektronegativit a již víme, že uhlík v tomto souboji vyhrává nad vodíkem. Uhlík si tedy všechny elektrony ukořistí. To samé i tady. Uhlík je elektronegativnější, proto si ukradne i tyto elektrony. Nyní tu máme tuto dvojnou vazbu mezi uhlíky obsahující 4 elektrony. Když porovnáme elektronegativitu uhlíku a uhlíku, mají jí samozřejmě stejnou. Tedy tyto 4 elektrony musí být rozděleny rovnoměrně mezi oba uhlíky, jelikož oba uhlíky mají stejnou hodnotu elektronegativity. Tyto 4 elektrony tedy rozdělím na 2 elektrony pro každý z uhlíků. Volný atom uhlíku má 4 elektrony, proto sem do vzorce píši 4. Oxidační číslo je rovno počtu valečních elektronů, které by atom měl mít, minus počet valenčních elektronů kolem uhlíku, které má na náčrtku. Po tom, co jsme elektrony rozdělili na základě elektronegativity, už to můžeme říct. Máme tu jeden, dva, tři, čtyři, pět, šest. Tedy oxidační číslo uhlíku je 4 minus 6, tedy −2. Výsledek se shoduje s předchozím výpočtem. Nezapomeňme, že oba uhlíky by měly mít stejné oxidační číslo, −2, tedy to samé by nám mělo vyjít i pro uhlík nalevo, Když si tam v rychlosti zakreslíme elektrony, vidíme, že výpočet je stejný, tedy že 4 minus 6 nám opravdu dá zase −2. Každý z uhlíků má tedy oxidační číslo rovné −2. Pojďme se podívat na další molekulu, tentokrát na formaldehyd se vzorcem CH₂O. O kyslíku víme, že má většinou oxidační číslo rovné −2. V naší molekule máme právě jeden atom kyslíku, tedy za kyslík počítáme −2. Vodík má zas obvykle oxidační číslo +1, máme tu dva, tedy dohromady +2. Když dáme tato dvě čísla dohromady, vyjde nám 0. Uhlík v této molekule tak musí mít oxidační číslo rovné 0. Pojďme na elektronový strukturní vzorec. Pro zjednodušení výpočtu si všechny vazebné elektrony zakreslíme do náčrtku. Zajímáme se o rozdíly v elektronegativitách. Víme, že uhlík je elektronegativnější než vodík, proto si přitáhne tyto elektrony. To samé nastane u této vazby, uhlík si vezme tyto elektrony. Teď ale potřebujeme srovnat uhlík s kyslíkem, přičemž kyslík je elektronegativnější. Proto si kyslík přitáhne všechny 4 elektrony, které se účastní této dvojné vazby. Když se bavíme o oxidačních stavech, vídíme, že vítěz opravdu bere vše. Jen proto, že je elektronegativnější, může si kyslík vzít veškeré elektrony. Uhlík má teď kolem sebe 4 elektrony, tedy jeden, druhý, třetí a čtvrtý, a volný atom uhlíku má mít 4 valenční elektrony. Tedy má mít 4 a zde opravdu má 4. 4 minus 4 nám dává oxidační stav uhlíku ve formaldehydu rovný 0. Uhlík má oxidační číslo 0, což jsme zjistili hned dvěma způsoby. Zamysleme se nyní nad kyslíkem. Říkali jsme, že kyslík má obvykle oxidační číslo −2. Pojďme si to ale prozkoumat blíže u tohoto kyslíku. Kolik valenčních elektronů má volný atom kyslíku? Dle jeho pozice v periodické tabulce prvků by měl mít 6 valenčních elektronů. Kolik elektronů má na našem náčtrtku, ve kterém jsme zohlednili elektronegativity? Vidíme jeden, druhý, třetí, čtvrtý, pátý, šestý, sedmý a osmý. Lehce pak dopočítáme oxidační číslo, které je 6 minus 8, tedy −2. Jak je to s vodíkem? Vodík by měl mít jeden valenční elektron, ale ve skutečnosti nemá žádný, jelikož mu ho uhlík s vyšší hodnotou elektronegativity sebral. Tedy 1 minus 0 nám dá očekávané oxidační číslo 1. To samé platí i pro tento vodík. Vzoreček je tedy uplatnitelný na různé prvky. Pojďme se podívat na další příklad. Bude nás zajímat kyselina mravenčí se vzorcem CH₂O₂. Kyslík má oxidační číslo −2 a máme tu dva, tedy dohromady za kyslíky −4. Vodík by měl mít +1 a jelikož mám dva, tak dohromady za vodíky +2. Celá molekula musí mít nulový náboj. Proto si lehce dopočítáme oxidační číslo uhlíku v této molekule jako rovno +2. Pojďme si nyní zakreslit valenční elektrony. Pomocí toho náčtrtku teď zjistíme oxidační číslo uhlíku. Zaměřme se nyní na elektronegativity. Uhlík je elektronegativnější než vodík, proto získá tyto dva elektrony z vazby. Tady je však kyslík elektronegativnější než uhlík, proto je získá nyní on. To samé se stane zde, elektronegativnější kyslík si přitáhne i tyto dva elektrony. Jaké je tedy oxidační číslo uhlíku v kyselině mravenčí? Uhlík by měl mít 4 valenční elektrony. Od tohoto čísla odečítáme počet elektronů z pohledu elektronegativity. Jelikož předstíráme, že všechny vazby jsou iontové, v tomto případě má uhlík pouze 2. Tedy 4 minus 2 nám dá oxidační číslo uhlíku rovno 2, což jsme již jednou vypočítali. V každé molekule, kterou jsme zatím zkoumali, měl uhlík jiné oxidační číslo. Uhlík je v tomto zajímavý, dokáže mít různá oxidační čísla. Na závěr si prozkoumáme molekulu oxidu uhličitého. Kyslík by v tomto případě měl mít oxidační číslo −2 a jelikož máme dva, tak dohromady −4. Uhlík tak musí mít oxidační číslo +4. Podíváme se i na elektronový strukturní vzorec a vyznačíme v něm vazebné elektrony. Zamyslíme se nad elektronegativitou. Kyslík je elektronegativnější než uhlík, proto si kyslík ukradne... Každý z kyslíku si přitáhne elektrony z těchto vazeb. Radši si to tady překreslím. Chci, aby byly vidět kyslíky se všemi elektrony kolem nich. V této dvojné vazbě jsou tedy 4 elektrony a všechny se posunou ke kyslíku nalevo. To samé nastane i v případě kyslíku napravo. Kyslík má tyto volné elektronové páry a také je elektronegativnější než uhlík. Proto si všechny elektrony ukradne a uhlíku nezbyde žádný. Teď už si jen dopočítáme oxidační číslo uhlíku. Uhlík by měl mít 4 valenční elektrony a zde nemá kolem sebe žádný. Tedy 4 minus 0 nám dá oxidační číslo 4, jak jsme již jednou vypočítali. Můžeme si to ověřit ještě pro oba kyslíky, ty by měly mít 6 valenčních elektronů. Na našem obrázku mají jeden, dva, tři, čtyři, pět, šest, sedm, osm. Tedy 6 minus 8 nám opravdu dá oxidační číslo kyslíku rovno −2. Pojďme se nyní vrátit na začátek. Podívejme se na všechny tyto oxidační stavy uhlíku. Nejprve jsme tu měli oxidační číslo rovné −4. Dále tu bylo −2, pak 0 a potom +2. Na závěr jsme tu měli oxidační číslo rovné +4. Pro uhlík tedy existuje široká škála možných oxidačních čísel. Od minus čtyř do plus čtyř, když se tedy bavíme o čtyřvazném uhlíku. Uhlík také může mít oxidační stavy mezi těmi, co jsme si tu ukazovali, může mít třeba +3. Možné to je, ačkoli jsme si to v tomto videu neukázali.