Stări de oxidare
Starea de oxidare este un concept formal de contabilizare a electronilor, indispensabil pentru reacțiile redox și pentru descrierea compușilor. Ea nu este echivalentă cu sarcina atomică reală și trebuie atribuită după reguli ordonate, cu excepțiile lor explicite.
Regulile de bază și ordinea lor
Starea de oxidare este un instrument formal de numărare: electronii unei legături sunt atribuiți atomului mai electronegativ. Un element liber are 0, un ion monoatomic are starea egală cu sarcina, F este −1 în compușii obișnuiți, O este de obicei −2, iar H este de obicei +1 cu nemetalele și −1 în hidruri metalice. Suma stărilor este sarcina totală.
Exemple lucrate
Același algoritm se aplică moleculelor, ionilor și solidelor mixte.
Permanganat de potasiu
În KMnO₄, K este +1 și fiecare O este −2. Neutralitatea cere +1 + x −8 = 0, deci Mn = +7.
Ion sulfat
În SO₄²⁻, x + 4(−2) = −2, astfel S = +6.
Ion amoniu
În NH₄⁺, H este +1. x +4(+1)=+1, deci N = −3.
Magnetit
În Fe₃O₄, oxigenul contribuie −8; cei trei atomi Fe trebuie să însumeze +8, deci media este +8/3. Descrierea clasică implică atât Fe²⁺, cât și Fe³⁺.
Stare de oxidare, sarcină formală și sarcină parțială
Starea de oxidare atribuie complet electronii către partenerul mai electronegativ. Sarcina formală împarte electronii legăturii egal, iar sarcina parțială provine din densitatea electronică reală și este în general neîntreagă.
Stări fracționare și mixte
O valoare medie fracționară nu înseamnă neapărat că fiecare atom poartă acea valoare microscopică. Solidele pot conține situri inequivalente, valență mixtă sau electroni delocalizați. Formalismul rămâne util pentru bilanț, dar nu trebuie confundat cu o măsurare directă a sarcinii.
Schimbarea stării identifică reacțiile redox
O creștere a stării de oxidare este oxidare, iar o scădere este reducere. În Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu, Zn trece 0→+2 și este agent reducător; Cu trece +2→0, deci Cu²⁺ este agent oxidant. Agentul oxidant se reduce, iar agentul reducător se oxidează.
Pentru un oxoanion obișnuit în care fiecare O este −2, introduceți numărul de atomi O și sarcina totală. Rezultatul este starea formală a atomului central. Nu folosiți această scurtătură pentru peroxizi, superoxizi sau OF₂.
Excepții și interpretare riguroasă
Regulile au o ordine și trebuie înlocuite când chimia legăturii o cere.
Peroxizi, superoxizi și OF₂
În H₂O₂, oxigenul este −1; în KO₂ media pentru O este −1/2; în OF₂ fluorul rămâne −1, deci O devine +2. Aceste cazuri arată de ce „O este mereu −2” este fals.
Hidruri metalice
H este de obicei +1 cu nemetalele, dar în NaH sau CaH₂ este −1 deoarece metalul este partenerul mai electropozitiv.
Stare medie și situri locale
O medie precum +8/3 în Fe₃O₄ poate reprezenta mai multe situri cu stări întregi diferite. În materiale delocalizate, nici această imagine locală nu trebuie luată prea literal.
Compuși de coordonare și covalență
Starea de oxidare este atribuire formală bazată pe electronegativitate. O legătură metal–ligand poate fi puternic covalentă chiar dacă bilanțul de oxidare folosește valori întregi; starea nu este o sarcină Coulomb măsurată.
Exerciții rezolvate
Verificați mai întâi excepțiile, apoi aplicați condiția de sumă.
Cromat
Cromat
Soluție: În CrO₄²⁻: x−8=−2, deci Cr = +6.
Hidrură de sodiu
Hidrură de sodiu
Soluție: Na este +1 într-un compus ionic neutru; H trebuie să fie −1.
De la +2 la +5
De la +2 la +5
Soluție: O specie care trece de la +2 la +5 își mărește starea de oxidare și este oxidată; a cedat formal trei electroni pe atomul urmărit.