Recipes
はじめに
酸化数は入試超頻出事項の１つ。このページではその酸化数について、定義からルール、求め方などについて例題を交えながら１つ１つ丁寧に解説していく。是非この機会に酸化数をマスターしてテストで出てきても困らないようにしておこう！
酸化数とは
酸化数とは、物質の持つ電子が基準よりも多いか少ないかを表した値である。
酸化された物質は、マイナスの電荷をもつ電子e–を失うためプラスに帯電する。電子e–を１つ失うと酸化数＋１、２つ失うと酸化数＋２となる。
対して、還元された物質は、マイナスの電荷をもつ電子e–を得るため、マイナスに帯電する。電子e–を１つ得ると酸化数−１、２つ得ると酸化数−２となる。
様々な原子の酸化数
原子の酸化数をどのように決定するのかについて具体的に説明していこう。全て電気陰性度を使って説明するので電気陰性度についてよく復習してから見ることをオススメする。（参考：電気陰性度とは？周期表での傾向から極性との関係、求め方、希ガスの値まで！）
単体の酸化数
単体の酸化数は０である。
単体の場合、２つの原子の電気陰性度に差がないため共有電子対は真ん中に存在する。従って、原子は電子e–を得ることも失うこともないため、酸化数は０となる。
化合物の酸化数
化合物全体の酸化数は０である。
化合物は異なる原子同士が結合してできており、原子の電気陰性度には当然差がある。今回の化合物HClでは、共有電子対が電気陰性度の大きいClの方に引きつけられており、Clは電子e–を得ていると考えることができる。
しかし、化合物全体で電子e–の総数は変化していないため、化合物全体の酸化数は０となる。
単原子イオンの酸化数
単原子イオンの酸化数はそのイオンの電荷と等しくなる。
これは酸化数の定義が「電子e–が基準より多いか少ないかを表した値」であることを考えると当然だね。
多原子イオンの酸化数
多原子イオンの酸化数については単原子イオンの酸化数と同様の考え方をすればいい。
構成する原子の酸化数の総和がイオンの価数と一致する。
水素H原子の酸化数
水素H原子は、他の非金属元素と比べると電気陰性度が小さいため、共有電子対が結合している相手の方に引きつけられ、酸化数は＋１となる。
ただし、金属元素と比べると電気陰性度が大きいため、金属の水素化物の場合は共有電子対が水素H原子の方に引きつけられて酸化数は−１となる。
酸素O原子の酸化数
酸素O原子は電気陰性度が大きく、２組の共有電子対を自分の方に引きつけるため、酸化数は−２となる。
ただし、過酸化水素H2O2のような過酸化物（-O-O-構造をもつ）の場合、（片方の電子対しか引きつけないため）酸化数は−１となるので注意しよう。
アルカリ金属・二族元素の酸化数
アルカリ金属（水素以外の一族元素）や二族元素は電気陰性度が小さく、共有電子対が結合している相手の方に引きつけられているため、酸化数はそれぞれ＋１、＋２となる。
ハロゲンの酸化数
ハロゲンは電気陰性度が大きく、共有電子対を自身の方に引きつけるため、酸化数は−１となる。
酸化数の求め方・ルール
ここからは、実際の入試や定期テストでよく見られる「化合物中のある元素の酸化数を求める問題」の解き方を説明していこう。
| RULE1 | 単体の原子の酸化数は０ |
| RULE2 | 化合物全体の酸化数は０ |
| RULE3 | イオン全体の酸化数は、その電荷に等しい |
1~3のうちどれか１つを必ず使う
| RULE1 | アルカリ金属 +1 2族元素 +2 ハロゲン -1 |
| RULE2 | 水素H原子 +1 |
| RULE3 | 酸素O原子 -2 |
| RULE4 | ハロゲン（ハロゲン化物中） -1 硫黄S原子（硫化物中） -2 |
状況に応じて１の方から優先的に使う
酸化数は上のルールに基づいて決定していく。ここでは、二酸化炭素CO2を例に説明していこう。
まず、CO2は化合物なので、ベースのルールのRULE2よりCO2全体の酸化数は０である。
次に、プラスのルールのRULE3より、O原子の酸化数を−２とする。（今回はOが２つあるので(−２)×2になる）
以上より、化合物全体の酸化数が０、O原子の酸化数の合計が−４なので、C原子の酸化数は「＋４」となる。
例題
問題
次の化合物中で、カッコ内の原子の酸化数を求めなさい。
（１）H2O（O）
（２）CO2（C）
（３）NaHCO3（C）
（４）H2SO4（S）
（５）SO42-（S）
解答・解説
- （１）H2O（O）
-
先ほどまとめた優先順位を確認しよう。
１.アルカリ金属＝＋１、二族元素＝＋２、ハロゲン＝ー１
２.水素原子＝＋１
３.酸素原子＝ー２
４.硫黄原子＝−２まず、H原子の酸化数が決まるね。
＋１が２コで＋２だ。
でもって、「酸化数決定のルール１」より分子全体の酸化数は０だから、Oの酸化数は−２となる。
注意「酸化数決定のルール２」で酸素の酸化数を「ー２」と書いたが、最初から「酸素の酸化数はー２だ！」と決めつけてはいけない。（H2Oの場合はそれでもよかったが。）
例えばH2O2。
こいつのOの酸化数を求めたいとしよう。
優先順位より、まずはHの酸化数を「＋１」と決める。
そうすると、Hは２コあるから合わせて「＋２」だね。次にOの酸化数を求める。
ここでルール通り「ー２」にしてしまうと、「ー２」が２つで「ー４」となり、分子全体の酸化数が「０」にならない。よってここでは優先度が高いHにOが負けて、O１つの酸化数が「ー１」となる。
- （２）CO2（C）
-
先ほどまとめた優先順位を確認しよう。
１.アルカリ金属＝＋１、二族元素＝＋２、ハロゲン＝ー１
２.水素原子＝＋１
３.酸素原子＝ー２
４.硫黄原子＝−２まず、優先順位よりOの酸化数が「ー２」。
今回は２コあるから合わせて「ー４」だね。
それで、分子全体の酸化数が「０」であることを考慮して、
Cの酸化数は「＋４」となる。
- （３）NaHCO3（C）
-
先ほどまとめた優先順位を確認しよう。
１.アルカリ金属＝＋１、二族元素＝＋２、ハロゲン＝ー１
２.水素原子＝＋１
３.酸素原子＝ー２
４.硫黄原子＝−２まず、優先順位よりアルカリ金属であるNaの酸化数が「＋１」と決まる。
次に優先順位の高いHの酸化数が「＋１」。
Oの酸化数が「ー２」。（３コあることに注意）
最後に、化合物全体の酸化数が「０」になることを考慮して、Cの酸化数が「＋４」と決まる。
- （４）H2SO4（S）
-
先ほどまとめた優先順位を確認しよう。
１.アルカリ金属＝＋１、二族元素＝＋２、ハロゲン＝ー１
２.水素原子＝＋１
３.酸素原子＝ー２
４.硫黄原子＝−２優先順位より、まずHの酸化数が「＋１」と決まる。
毎度のことながら、２コあることに注意ね。
次に、Oの酸化数が「ー２」。
でもって、化合物全体の酸化数が「０」であることを考慮すると、Sの酸化数は「＋６」となる。
- （５）SO42-（S）
-
先ほどまとめた優先順位を確認しよう。
１.アルカリ金属＝＋１、二族元素＝＋２、ハロゲン＝ー１
２.水素原子＝＋１
３.酸素原子＝ー２
４.硫黄原子＝−２優先順位より、まずOの酸化数が「ー２」と決まる。
「酸化数決定のルール１」より、イオンの電荷である「ー２」がイオン全体の酸化数になるはずなので、Sの酸化数は「＋６」だ。
演習問題（酸化数の求め方）
関連：そもそも、酸化・還元って？
酸化・還元の３つの定義を全て説明できる高校生は意外と少ない。ここを押さえていないと後々苦労するので必ず確認しておこう。
関連：問題集、作りました。
化学のグルメオリジナル問題集「理論化学ドリルシリーズ」の販売を開始しました！
モル計算や濃度計算、気体計算など多くの人が苦手とする分野の計算解法が詰まった問題集になっています。詳細は【公式】理論化学ドリルシリーズにて！
コメントは受け付けていません。