Oxunarstig
Oxunarstig gera kleift að fylgjast með breytingum í rafeindabókhaldi við efnahvarf. Tengirafeindum er formlega úthlutað til rafneikvæðara atómsins. Aðferðin er öflug í redox-efnafræði en oxunarstig má ekki rugla saman við formlega hleðslu eða raunverulega hleðsludreifingu.
Grunnreglur og röð þeirra
Frumefni í hreinu formi hefur oxunarstig 0. Fyrir eineindajón er oxunarstigið jafnt jónahleðslunni. Summa oxunarstiga er 0 í hlutlausu efnasambandi og jafngildir heildarhleðslu fjölfrumeindajónar.
Flúor er −1 í efnasamböndum. Súrefni er venjulega −2 en −1 í peroxíðum, að meðaltali −1/2 í súperoxíðum og getur verið jákvætt gagnvart flúor. Vetni er venjulega +1 með málmleysingjum en −1 í málmhýdríðum.
Útreiknuð dæmi
KMnO₄
K = +1 og O = −2. Fyrir hlutlaust efnasamband fæst +1 + x + 4(−2) = 0, þannig að Mn = +7.
SO₄²⁻
Fjögur O-atóm gefa samtals −8. Heildarhleðsla súlfats er −2, svo x − 8 = −2 og S = +6.
NH₄⁺
Vetni er +1. Fyrir ammóníum gildir x + 4(+1) = +1, þannig að oxunarstig köfnunarefnis er −3.
Fe₃O₄
Súrefnið gefur samtals −8 og þrjú Fe-atóm verða því að gefa +8. Meðaltalið er +8/3, en kristalbyggingin inniheldur bæði Fe²⁺ og Fe³⁺ staði.
Formleg hleðsla, oxunarstig og hlutahleðsla eru ólík hugtök
Formleg hleðsla skiptir tengirafeindum jafnt. Oxunarstig úthlutar þeim rafneikvæðara atóminu. Hlutahleðsla lýsir raunverulegri samfelldri rafeindadreifingu og þarf ekki að vera heiltala.
Brotgildi og blönduð oxunarstig
Brotgildi er oft meðaltal. Í súperoxíðinu KO₂ er K +1, þannig að tvö O-atóm bera samanlagt −1 og meðaltalið er −1/2. Þetta þýðir ekki endilega að hvert súrefnisatóm hafi staðbundna klassíska hleðslu −1/2.
Í föstum efnum eins og Fe₃O₄ getur óheilt meðaltal endurspeglað ólíka kristalstaði með mismunandi heiltöluoxunarstig. Byggingargögn og litrófsgreining sýna hversu staðbundin hleðslan er.
Breyting oxunarstigs sýnir redox
Þegar oxunarstig hækkar er atómið oxað í formlegu bókhaldi; þegar það lækkar er það afoxað. Stærð breytingarinnar hjálpar til við að jafna rafeindaflutning í mörgum redox-hvörfum.
Aðferðin segir þó ekki frá hvarfgangi eða hraða. Rétt jöfnuð redox-jafna lýsir rafeindabókhaldi en ekki endilega einstökum skrefum efnahvarfsins.
Mikilvægar undantekningar og nákvæmni
Meðaloxunarstig og staðbundnir staðir
Meðaltalið +8/3 fyrir Fe í Fe₃O₄ felur ólíka Fe²⁺- og Fe³⁺-staði. Þegar staðbundin efnafræði skiptir máli þarf að sameina oxunarstig við byggingar- eða litrófsgögn.
Oxunarstig í samhæfingar- og samgildri efnafræði
Í samhæfingarfléttu fæst oxunarstig málms úr formlegum hleðslum bindla og heildarhleðslu fléttunnar. Samgild málm–bindil-tenging gerir bókhaldið ekki ónothæft, en gildið er áfram formlegt.
Endurtekinn úthlutunarreikningur
Byrjaðu á heildarhleðslu, festu öruggar reglur eins og alkalímálma, flúor og venjulegt O/H, leystu óþekkta gildið algebrulega og athugaðu síðan sérstaklega peroxíð, súperoxíð og hýdríð.
Oxunarstig og tengiskautun geta bent sömu leið án þess að vera sami hlutur
Hátt jákvætt oxunarstig fylgir oft rafeindasnauðu atómi, en raunveruleg rafhleðsla er sjaldnast jöfn oxunarstiginu. Skammtamekanísk rafeindaþéttleiki dreifist samfellt yfir tengin.
Æfingar
Krómatsjón
Finndu oxunarstig Cr í CrO₄²⁻.
Lausn
O = −2 og samtals −8. x − 8 = −2, því er Cr = +6.
Hýdríð
Hvert er oxunarstig H í NaH?
Lausn
Na = +1 og því er H = −1. Málmhýdríð eru mikilvæg undantekning frá venjulegu H = +1 reglunni.
Stefna redox
Oxunarstig atóms breytist úr +2 í +5. Er það oxað eða afoxað?
Lausn
Það er oxað, því oxunarstigið hækkar um 3; í rafeindabókhaldi jafngildir það tapi þriggja rafeinda.