Stopień utlenienia
Pojęcie stopienia utlenienia zdefiniowaliśmy w rozdziale - reakcje chemiczne, i zgodnie z podaną definicją - stopniem utleniania pierwiastka wchodzącego w skład określonej substancji nazywaliśmy liczbę dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych jakie przypisalibyśmy atomom tego pierwiastka gdyby cząsteczki tej substancji miały budowę jonową.
Jak należy rozumieć podaną definicję?
Rys. 1 Podstawowe stopnie utlenienia pierwiastków bloku s i p
|
Dla wyjaśnienia posłużymy się substancją prostą, która posiadając budowę jonową jest zawsze jonem jednoatomowym. Taką substancją może być dowolny pierwiastek bloku s i p układu okresowego. W przykładzie wykorzystamy pierwiastek 2 grupy, wapń i pierwiastek 17 grupy fluor. Wapń w postaci jonów występuje jako Ca+2, a fluor jako F-. Stopień utlenienia zgodnie z podaną definicją, będzie taki sam jak ładunek jonu. Tak więc stopień utlenienia wapnia wynosi II, a stopień utlenienia fluoru jest równy -I.
Nadmiar elektronów nazywa się ujemnym stopniem utlenienia, natomiast niedomiar elektronów - dodatnim stopniem utlenienia. Podstawowe stopnie utlenienia pierwiastków bloku s i p przedstawiono na rysunku 1.
|
Przypisywanie ładunków w związkach chemicznych odbywa się według następujących reguł:
- suma stopni utlenienia wszystkich atomów wchodzących w skład cząsteczki obojetnej wynosi zero, natomiast wchodzących w skład jonu równa się całkowitej wartości jonu.
- pierwiastkom w stanie wolnym przypisuje się stopień utlenienia O.
- fluor we wszystkich swych połączeniach występuje w stopniu utlenienia -I.
- tlen w swych połączeniach występuje w stopniu utlenienia -II. Wyjątek stanowią nadtlenki, np. BaO2, dla których przyjmuje się stopień utlenienia -I oraz OF2, w którym tlen przyjmuje stopień utlenienia II.
- wodór przyjmuje w swych związkach stopien utlenienia I. Wyjątek stanowią wodorki litowców i berylowców (np.LiH, CaH2), w których jego stopien utlenienia równy jest -I oraz B2H6, AlH3, SiH4.
- stopień utlenienia litowców wynosi I a berylowców II.
|
Z przytoczonych powyżej reguł wynika prosty sposób określania stopnia utlenienia pierwiastków w ich związkach chemicznych.
Przykłady obliczania stopnia utlenienia
Wyznacz stopien utlenienia w a) CO2, b) CO3-2 i c) MnO4-.
Rozwiązanie
a) CO2 - cząsteczka obojętna a więc suma stopni utlenienia w związku wynosi 0.
[stopień utlenienia C] + [2*stopień utlenienia O] = 0
x + 2*(-II) = 0
Stopien utlenienia węgla wynosi więc IV.
b) CO3-2 - jon o ładunku -2, a więc suma stopni utlenienia w jonie wyniesie -2.
[stopień utlenienia C] + [3*stopień utlenienia O] = -2
x + 3*(-II) = -2
Stopien utlenienia węgla wynosi więc IV.
c) MnO4- - jon o całkowitym ładunku -1, a więc suma stopni utlenienia w jonie wyniesie -1.
[stopień utlenienia Mn] + [4*stopień utlenienia O] = -1
x + 4*(-II) = -1
Stopien utlenienia manganu wynosi więc VII.
|
Pojęcie stopnia utlenienia należy z dużą ostrożnością stosować do związków z wiązaniami wielokrotnymi oraz do połączeń, w których występuje więcej niż jeden atom danego pierwiastka np. N2O.
Atomy azotu nie są tutaj równocenne. Podobnie i w anionie czterotionianowym S4O6-2 występują trzy różne atomy siarki.
Stopnia utlenienia nie stosuje się również do związków miedziometalicznych, np. Cu3Al, Au5Zn8, AgZn itp.
|
