Oksidacijska stanja
Oksidacijsko stanje je formalno orodje za elektronsko knjigovodstvo. Vezne elektrone pripiše bolj elektronegativnemu atomu in vpraša, kakšen naboj bi imel atom v takem ionskem približku. Zelo uporabno je pri redoksu, vendar ni isto kot dejanski atomski naboj.
Osnovna pravila in njihov vrstni red
Prosti element ima oksidacijsko stanje 0, enoatomski ion stanje enako svojemu naboju, fluor pa −1. Kisik je navadno −2, vodik navadno +1 z nekovinami in −1 v kovinskih hidridih.
Vsota oksidacijskih stanj je enaka celotnemu naboju molekule ali iona. Ta končna enačba omogoči izračun neznane vrednosti.
Najpomembnejše izjeme so sistematične
V H₂O₂ ima kisik −1, v superoksidih, kot je KO₂, pa povprečno −1/2. V OF₂ fluor ostane −1, zato mora imeti kisik +2.
Vodik je navadno +1 z nekovinami, v ionskih kovinskih hidridih, kot sta NaH in CaH₂, pa −1. Vrstni red pravil in elektronegativnost pojasnita izjeme.
Kalkulator neznanega stanja
Formalizem ni parcialni naboj
Dodelitev +4 ogljiku v CO₂ ne pomeni, da ogljik dejansko nosi fizični naboj +4e. Kvantno-mehanska elektronska gostota navadno vodi do neceloštevilskih parcialnih nabojev.
Oksidacijsko stanje je namenjeno knjigovodstvu in razvrščanju reakcij, parcialni naboj pa opisuje realno porazdelitev elektronske gostote v določenem modelu ali meritvi.
Povprečna in mešana stanja
V trdnih snoveh lahko obstajajo neenakovredna mesta ali delokaliziran naboj. Magnetit Fe₃O₄ običajno opišemo kot kombinacijo Fe²⁺ in Fe³⁺, s povprečnim oksidacijskim stanjem +8/3.
Ulomek ne pomeni, da mora imeti vsak atom Fe lokalni naboj natančno +2,666…. Gre za formalno povprečje, povezano s sestavo in razporeditvijo stanj.
Sprememba oksidacijskega stanja razkrije redoks
Povečanje oksidacijskega stanja pomeni oksidacijo, zmanjšanje pa redukcijo. V Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu se Zn spremeni 0 → +2 in Cu +2 → 0.
Oksidant se reducira, reducent pa oksidira. Spremljanje sprememb pomaga pravilno določiti reagente in elektronsko bilanco.
Pravila so algoritem, ne seznam za ugibanje
Najzanesljivejši postopek je uporabiti pravila v pravilnem vrstnem redu, zapisati vsoto oksidacijskih stanj in rešiti preprosto enačbo. Enak postopek velja za večatomne ione, kjer mora biti vsota enaka naboju iona in ne nič.
Izjeme kisika in vodika je bolje prepoznati iz kemijskega konteksta kot pomniti kot naključna odstopanja. Fluor ima prednost v OF₂, kovinski hidridi pa obrnejo običajno vrednost vodika.
Rešeni primeri
1. Mn v KMnO₄
Rešitev
K = +1, O = −2. Iz +1 + x + 4(−2)=0 dobimo Mn = +7.
2. S v SO₄²⁻
Rešitev
x + 4(−2)=−2, zato je S = +6.
3. O v OF₂
Rešitev
Fluor je −1, zato O + 2(−1)=0 in O = +2.