Oxidačné stavy
Oxidačný stav je formálny nástroj na elektrónové účtovníctvo. Priradí väzbové elektróny elektronegatívnejšiemu atómu a pýta sa, aký náboj by atóm mal v takom iónovom priblížení. Je veľmi užitočný pre redox, ale nie je totožný so skutočným atómovým nábojom.
Základné pravidlá a ich poradie
Voľný prvok má oxidačný stav 0, jednoatómový ión stav rovný svojmu náboju a fluór −1. Kyslík je obyčajne −2, vodík obyčajne +1 s nekovmi a −1 v hydridoch kovov.
Súčet oxidačných stavov sa rovná celkovému náboju molekuly alebo iónu. Táto záverečná rovnica umožní dopočítať neznámu hodnotu.
Najdôležitejšie výnimky sú systematické
V H₂O₂ má kyslík −1 a v superoxidoch, napríklad KO₂, priemerne −1/2. V OF₂ zostáva fluór −1, takže kyslík musí mať +2.
Vodík je obyčajne +1 s nekovmi, ale v iónových hydridoch kovov, napríklad NaH alebo CaH₂, má −1. Poradie pravidiel a elektronegativita tieto výnimky vysvetľujú.
Kalkulačka neznámeho stavu
Formalizmus nie je parciálny náboj
Priradenie +4 uhlíku v CO₂ neznamená, že uhlík skutočne nesie fyzikálny náboj +4e. Kvantovo-mechanická elektrónová hustota obyčajne vedie k necelým parciálnym nábojom.
Oxidačný stav slúži na účtovníctvo a klasifikáciu reakcií, kým parciálny náboj opisuje reálne rozdelenie elektrónovej hustoty v určitom modeli alebo meraní.
Priemerné a zmiešané stavy
V tuhých látkach môžu existovať nerovnocenné miesta alebo delokalizovaný náboj. Magnetit Fe₃O₄ sa obyčajne opisuje ako zmes Fe²⁺ a Fe³⁺, s priemerným oxidačným stavom +8/3.
Zlomok neznamená, že každý atóm Fe musí mať lokálny náboj presne +2,666…. Ide o formálny priemer spojený so zložením a rozdelením stavov.
Zmena oxidačného stavu odhalí redox
Zvýšenie oxidačného stavu znamená oxidáciu a zníženie redukciu. V Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu sa Zn mení 0 → +2 a Cu +2 → 0.
Oxidačné činidlo sa redukuje a redukčné činidlo oxiduje. Sledovanie zmien pomáha správne určiť činidlá aj elektrónovú bilanciu.
Pravidlá sú algoritmus, nie zoznam na hádanie
Najspoľahlivejší postup je použiť pravidlá v správnom poradí, zapísať súčet oxidačných stavov a vyriešiť jednoduchú rovnicu. Rovnaký postup funguje pre polyatómové ióny, kde sa súčet musí rovnať náboju iónu, nie nule.
Výnimky kyslíka a vodíka je vhodné rozpoznať z chemického kontextu, nie ako náhodné odchýlky na memorovanie. Fluór má prednosť v OF₂ a kovové hydridy obracajú obvyklú hodnotu vodíka.
Vyriešené príklady
1. Mn v KMnO₄
Riešenie
K = +1, O = −2. Z +1 + x + 4(−2)=0 vychádza Mn = +7.
2. S v SO₄²⁻
Riešenie
x + 4(−2)=−2, teda S = +6.
3. O v OF₂
Riešenie
Fluór je −1, takže O + 2(−1)=0 a O = +2.