Stopień utlenienia

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

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 wyższy, natomiast podczas redukcji atomy przyjmują elektrony, a ich stopień utlenienia staje się niższy[3].

Terminologia[edytuj]

Stopień utlenienia we wzorach i nazwach związków podaje się za pomocą tzw. liczb utlenienia (dawn. liczb Stocka) stosując cyfry rzymskie oraz 0[a]. Dla ujemnych stopni utlenienia przed liczbą stawia się znak „minus”, dla stopni dodatnich nie stawia się żadnego znaku, niecałkowite stopnie utlenienia podaje się stosując ułamki cyfr arabskich. W nazwach związków stopień utlenienia podaje się w nawiasie bezpośrednio (bez spacji) po nazwie atomu lub jonu, którego dotyczy. We wzorach chemicznych podaje się go w indeksie górnym bezpośrednio za symbolem pierwiastka, np.[5][4]:

  • tlenek diołowiu(II) ołowiu(IV), PbII2PbIVO4
  • heksacyjanożelazian(II) potasu, K4[FeII(CN)6]

Poza nazwami i wzorami można stosować zarówno liczby arabskie poprzedzone znakiem + lub −[6], jak i liczby rzymskie (tj. wyrażać stopień utlenienia za pomocą liczb utlenienia)[7]

Sposób ustalania[edytuj]

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 PtCl2−6 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[edytuj]

  • 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 +1I (O2F2) oraz związków zawierających wiązania tlen-tlen, np. w nadtlenkach (st. utl. −1), ponadtlenkach (st. utl. −½), ozonkach (st. utl. −⅓) i solach dioksygenylowych (st. utl. +½);
  • metale zazwyczaj przyjmują dodatnie stopnie utlenienia;
  • pierwiastki pierwszych dwóch grup głównych występują niemal wyłącznie na jednym stopniu utlenienia, i tak dla grupy 1 (litowce) na +1, grupy 2 (berylowce) na +2.

Zobacz też[edytuj]

Uwagi

  1. We wzorach związków stopnie utlenienia wskazywano dawniej za pomocą liczb arabskich umieszczonych nad symbolami pierwiastków[4].

Przypisy

  1. Adam Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1981, s. 233-234. ISBN 83-01-02626-X.
  2. Encyklopedia techniki CHEMIA. Warszawa: WNT, 1965.
  3. Włodzimierz Trzebiatowski: Chemia nieorganiczna. Wyd. VIII. Warszawa: PWN, 1978, s. 165.
  4. a b Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 369-371. ISBN 83-01-13654-5.
  5. Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC Recommendations 2005 („Red Book”). The Royal Society of Chemistry, 2005, s. 65-66; 77-80.
  6. publikacja w otwartym dostępie – możesz ją przeczytać oxidation state [w:] A.D. McNaught, A. Wilkinson: IUPAC. Compendium of Chemical Terminology (Gold Book). Wyd. 2. Oksford: Blackwell Scientific Publications, 1997. Wersja internetowa: M. Nic, J. Jirat, B. Kosata: oxidation state (ang.), aktualizowana przez A. Jenkins. DOI: 10.1351/goldbook.O04365
  7. Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC Recommendations 2005 („Red Book”). The Royal Society of Chemistry, 2005, s. 145.

Linki zewnętrzne[edytuj]