Оксидациона стања

Оксидациона стања омогућавају праћење промена у електронском књиговодству током реакције. Електрони у вези се формално додељују електронегативнијем атому. Овај поступак је моћан за редокс анализу, али оксидациони број није директно измерена електрична наелектрисаност атома.

Основна правила и њихов редослед

Елемент у слободном стању има оксидациони број 0. За једноатомски јон он је једнак набоју јона. Збир оксидационих бројева је 0 у неутралном једињењу, а у вишеатомском јону једнак укупном набоју.

Флуор је −1. Кисеоник је обично −2, али −1 у пероксидима, просечно −1/2 у супероксидима и може бити позитиван када је везан за флуор. Водоник је обично +1 са неметалима, а −1 у металним хидридима.

Правила имају приоритет и изузетке. O–O веза мења формалну доделу за кисеоник.

Решени примери

KMnO₄

K = +1, O = −2. За неутрално једињење +1 + x + 4(−2) = 0, па је Mn = +7.

SO₄²⁻

Четири O дају −8. Пошто је набој сулфата −2, x − 8 = −2 и S = +6.

NH₄⁺

H = +1. За амонијум x + 4(+1) = +1, па је N = −3.

Fe₃O₄

Кисеоник доприноси −8, па три Fe атома морају дати +8. Просечно стање је +8/3, док кристал садржи и Fe²⁺ и Fe³⁺ места.

Формални набој, оксидационо стање и парцијални набој нису исто

Формални набој дели електроне везе једнако. Оксидационо стање их додељује електронегативнијем атому. Парцијални набој описује стварну континуалну расподелу електронске густине и не мора бити цео број.

Разломљена и мешовита оксидациона стања

Разломљена вредност је често просек. У KO₂ је K +1, па два O заједно дају −1 и просечно −1/2. То не значи нужно да сваки атом O има локални класични набој тачно −1/2.

У чврстим материјама попут Fe₃O₄ нецео просек може прикривати различита целобројна стања на различитим местима у решетки. Структурна и спектроскопска мерења откривају степен локализације.

Промена оксидационог стања открива редокс

Када оксидациони број расте, атом се оксидује; када опада, атом се редукује. Величина промене служи за праћење и балансирање електрона у многим редокс једначинама.

Ова метода не одређује механизам или брзину реакције. Исправно избалансирана редокс једначина описује електронско књиговодство, а не нужно елементарне кораке реакционог пута.

Важни изузеци и нијансе

Изузеци следе везивање и електронегативност. Само правило „O = −2“ даје грешке код пероксида, супероксида и флуорида.

Просечно оксидационо стање и локална места

Просек +8/3 за Fe у Fe₃O₄ прикрива различита Fe²⁺ и Fe³⁺ места. Када је локална хемија важна, оксидационо стање треба повезати са структурним или спектроскопским подацима.

Оксидационо стање у координационој и ковалентној хемији

У координационом комплексу стање метала се добија из формалних набоја лиганада и укупног набоја комплекса. Ковалентни карактер метал–лиганд везе не укида корисност књиговодства, али вредност остаје формална.

Поновљив алгоритам доделе

Почните од укупног набоја, примените сигурна правила за алкалне метале, флуор и уобичајени O/H, решите непознату алгебарски и затим обавезно проверите пероксиде, супероксиде и хидриде.

Оксидационо стање и поларност везе могу показивати исти смер без идентичности

Висок позитиван оксидациони број често прати електронски сиромашан атом, али стварни набој ретко има исту бројчану вредност. Квантномеханичка електронска густина је континуирано распоређена кроз везу.

Задаци

Хромат

Одредите оксидационо стање Cr у CrO₄²⁻.

Решење

O = −2, укупно −8. x − 8 = −2, па је Cr = +6.

Хидрид

Које је оксидационо стање H у NaH?

Решење

Na = +1, па је H = −1. Метални хидриди су важан изузетак од уобичајеног H = +1.

Смер редокса

Оксидациони број атома иде од +2 до +5. Да ли се атом оксидује или редукује?

Решење

Атом се оксидује, јер оксидациони број расте за 3, што у формалном електронском књиговодству одговара губитку три електрона.