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.

Zn 0Zn +2Cu +2Cu 0redox

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.