Oksidacijska stanja

Osnovna pravila i njihov redoslijed

Slobodni element ima oksidacijsko stanje 0, jednoatomski ion stanje jednako svojem naboju, a fluor −1. Kisik je obično −2, vodik obično +1 s nemetalima i −1 u metalnim hidridima.

Zbroj oksidacijskih stanja jednak je ukupnom naboju molekule ili iona. Ta završna jednadžba omogućuje izračun nepoznate vrijednosti.

Najvažnije iznimke su sustavne

U H₂O₂ kisik ima −1, a u superoksidima, kao KO₂, prosječno −1/2. U OF₂ fluor ostaje −1, pa kisik mora imati +2.

Vodik je obično +1 s nemetalima, ali u ionskim metalnim hidridima poput NaH i CaH₂ ima −1. Redoslijed pravila i elektronegativnost objašnjavaju iznimke.

Formalizam nije parcijalni naboj

Dodjela +4 ugljiku u CO₂ ne znači da ugljik fizički nosi naboj +4e. Kvantno-mehanička elektronska gustoća obično daje necjelobrojne parcijalne naboje.

Oksidacijsko stanje služi knjigovodstvu i razvrstavanju reakcija, dok parcijalni naboj opisuje stvarnu raspodjelu elektronske gustoće u određenom modelu ili mjerenju.

Prosječna i miješana stanja

U čvrstim tvarima mogu postojati nejednaka mjesta ili delokaliziran naboj. Magnetit Fe₃O₄ obično se opisuje kao kombinacija Fe²⁺ i Fe³⁺, s prosječnim oksidacijskim stanjem +8/3.

Razlomak ne znači da svaki atom Fe mora imati lokalni naboj točno +2,666…. To je formalni prosjek povezan sa sastavom i raspodjelom stanja.

Promjena oksidacijskog stanja otkriva redoks

Porast oksidacijskog stanja znači oksidaciju, a pad redukciju. U Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu Zn se mijenja 0 → +2, a Cu +2 → 0.

Oksidans se reducira, a reducens oksidira. Praćenje promjena pomaže ispravno odrediti reagense i elektronsku bilancu.

Pravila su algoritam, a ne popis za pogađanje

Najpouzdaniji postupak jest primijeniti pravila pravilnim redoslijedom, zapisati zbroj oksidacijskih stanja i riješiti jednostavnu jednadžbu. Isti postupak vrijedi za višeatomne ione, gdje zbroj mora biti jednak naboju iona, a ne nuli.

Iznimke kisika i vodika bolje je prepoznati iz kemijskog konteksta nego pamtiti kao slučajna odstupanja. Fluor ima prednost u OF₂, a metalni hidridi obrću uobičajenu vrijednost vodika.

Riješeni primjeri

1. Mn u KMnO₄

2. S u SO₄²⁻

3. O u OF₂