Stopień utlenienia (liczba utlenienia) – formalna wartość ładunku
atomu
w
związku chemicznym
przy założeniu, że wszystkie
wiązania chemiczne
w danej cząsteczce mają charakter
wiązań jonowych
. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce obojętnej oraz dla
wolnych pierwiastków
wynosi 0, a w jonach ma wartość ładunku jonu[1][2].
Podczas
utleniania
atomy oddają elektrony, a ich stopień utlenienia staje się bardziej dodatni, natomiast podczas
redukcji
atomy przyjmują elektrony, a ich stopień utlenienia staje się bardziej ujemny[3].
Sposób ustalania
Stopień utlenienia oblicza się jako bilans wszystkich elektronów przekazanych i przyjętych przez wybrany atom w ramach danej cząsteczki. W praktyce oblicza się formalny ładunek na atomie przy założeniu, że każde wiązanie jest jonowe, czyli że dla każdej pary związanych atomów, elektrony tworzące wiązanie należą w całości do atomu bardziej elektroujemnego.
Stopień utlenienia nie jest jednoznaczny z
wartościowością
. Np. w H2[PtCl6] wartościowość atomu
platyny
wynosi 6 (bo łączy się z sześcioma atomami chloru poprzez wiązania pojedyncze), zaś jego stopień utlenienia wynosi tylko +4, gdyż w anionie PtCl62- platyna oddaje formalnie sześć elektronów atomom chloru, więc uwzględniając sumaryczny ładunek -2 otrzymuje się stopień utlenienia +4.
Stopień utlenienia można także wyznaczać dla grup atomów, przy czym reguły postępowania są takie same, ale nie rozpatruje się wiązań występujących wewnątrz danego ugrupowania, lecz tylko między nim a resztą
cząsteczki
.
Powyższe reguły pozwalają na ustalenie formalnego stopnia utlenienia, natomiast ustalenie jego rzeczywistej wartości nie zawsze jest sprawą prostą. W praktyce, aby być pewnym stopnia utlenienia określonego atomu w konkretnym związku chemicznym trzeba dokładnie poznać jego strukturę elektronową, np. za pomocą
rentgenografii strukturalnej
.
Podstawowe reguły do obliczania stopnia utlenienia
- stopień utlenienia pierwiastków w stanie wolnym wynosi zero, niezależnie od tego, czy substancja występuje w postaci pojedynczych atomów, czy w postaci cząsteczek, np. Fe0, N20, O0, O20, O30;
- suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce obojętnej równa jest zero, a w jonie złożonym równa jest jego ładunkowi;
- stopień utlenienia pierwiastka w jonie prostym jest równy ładunkowi jonu, np. Pb2+ → (+2), Ag+ → (+1), Pb4+ → (+4), Cl– → (–1),
- stopień utlenienia
fluoru
we wszystkich związkach wynosi –1;
- stopień utlenienia
wodoru
w związkach jest równy +1, z wyjątkiem
wodorków
metali, w których wynosi on –1, np.
NaH
;
- stopień utlenienia
tlenu
w związkach wynosi –2, z wyjątkiem
fluorków
tlenu, w których wynosi +2 (
OF2
) lub +1 (O2F2) oraz związków zawierających wiązania tlen-tlen, np. w
nadtlenkach
(st. utl. -1),
ponadtlenkach
(st. utl. −½) i
ozonkach
(st. utl. -⅓);
-
metale
zazwyczaj przyjmują dodatnie stopnie utlenienia;
- pierwiastki pierwszych dwóch
grup głównych
występują wyłącznie na jednym stopniu utlenienia, i tak dla grupy 1 (
litowce
) na +1, grupy 2 (
berylowce
) na +2.
Terminologia
W nazwach związków chemicznych (np.
tlenków
) stopień utlenienia podaje się cyframi rzymskimi w nawiasie, przy czym zwykle podaje się go tylko przy nazwie atomu, który osiąga maksymalny w danej
cząsteczce
dodatni stopień utlenienia, np. tlenek siarki(IV). Można też używać cyfr arabskich połączonych ze znakiem, np. tlenek siarki(+4). Najpierw znak, potem wartość, ponieważ zapis (4+) oznaczałby czterododatni jon. W równaniach reakcji chemicznych (zwłaszcza
redoks
) stopień utlenienia pisze się centralnie nad symbolem atomu mianowaną liczbą arabską o rozmiarze takim jak w indeksie górnym.
Przypisy
Zobacz też
Linki zewnętrzne