Oxidační stavy
Oxidační stav je formální nástroj pro elektronové účetnictví. Přiřadí vazebné elektrony elektronegativnějšímu atomu a ptá se, jaký náboj by atom měl v takovém iontovém přiblížení. Je velmi užitečný pro redox, ale není totožný se skutečným atomovým nábojem.
Základní pravidla a jejich pořadí
Volný prvek má oxidační stav 0, jednoatomový ion stav rovný svému náboji a fluor −1. Kyslík je obvykle −2, vodík obvykle +1 s nekovy a −1 v hydridových sloučeninách kovů.
Součet oxidačních stavů se rovná celkovému náboji molekuly nebo iontu. Tato závěrečná rovnice umožní dopočítat neznámou hodnotu.
Nejdůležitější výjimky jsou systematické
V H₂O₂ má kyslík −1 a v superoxidech, například KO₂, průměrně −1/2. V OF₂ zůstává fluor −1, takže kyslík musí mít +2.
Vodík je obvykle +1 s nekovy, ale v iontových hydridech kovů, například NaH nebo CaH₂, má −1. Pořadí pravidel a elektronegativita tyto výjimky vysvětlují.
Kalkulátor neznámého stavu
Formalismus není parciální náboj
Přiřazení +4 uhlíku v CO₂ neznamená, že uhlík skutečně nese fyzikální náboj +4e. Kvantově-mechanická elektronová hustota obvykle vede k necelým parciálním nábojům.
Oxidační stav slouží k účetnictví a klasifikaci reakcí, zatímco parciální náboj popisuje reálné rozdělení elektronové hustoty v určitém modelu nebo měření.
Průměrné a smíšené stavy
V pevných látkách mohou existovat nerovnocenná místa nebo delokalizovaný náboj. Magnetit Fe₃O₄ se obvykle popisuje jako směs Fe²⁺ a Fe³⁺, s průměrným oxidačním stavem +8/3.
Zlomek neznamená, že každý atom Fe musí mít lokální náboj přesně +2,666…. Je to formální průměr spojený se složením a rozdělením stavů.
Změna oxidačního stavu odhalí redox
Zvýšení oxidačního stavu znamená oxidaci a snížení redukci. V Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu se Zn mění 0 → +2 a Cu +2 → 0.
Oxidační činidlo je redukováno a redukční činidlo oxidováno. Sledování změn pomáhá správně určit činidla i elektronovou bilanci.
Pravidla jsou algoritmus, ne seznam k hádání
Nejspolehlivější postup je použít pravidla ve správném pořadí, zapsat součet oxidačních stavů a vyřešit jednoduchou rovnici. Stejný postup funguje pro polyatomové ionty, kde se součet musí rovnat náboji iontu, nikoli nule.
Výjimky kyslíku a vodíku je vhodné rozpoznat z chemického kontextu, ne jako náhodné odchylky k memorování. Fluor má přednost v OF₂ a kovové hydridy obracejí obvyklou hodnotu vodíku.
Řešené příklady
1. Mn v KMnO₄
Řešení
K = +1, O = −2. Z +1 + x + 4(−2)=0 vychází Mn = +7.
2. S v SO₄²⁻
Řešení
x + 4(−2)=−2, tedy S = +6.
3. O v OF₂
Řešení
Fluor je −1, takže O + 2(−1)=0 a O = +2.