Stopień utlenienia

formalna wartość ładunku atomu w związku chemicznym

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 (daw. 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 H
2
[PtCl
6
]
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 z niemetalami jest równy +1, a w związkach z metalami wynosi −1[8][9][10];
  • 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), 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
  1. We wzorach związków stopnie utlenienia wskazywano dawniej za pomocą liczb arabskich umieszczonych nad symbolami pierwiastków[4].

Przypisy

edytuj
  1. Adam Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1981, s. 233–234. ISBN 83-01-02626-X.
  2. Encyklopedia techniki. Chemia, Władysław Gajewski (red.), wyd. 2, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1966, OCLC 864218327.
  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. Neil G. Connelly i inni, Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC Recommendations 2005 (Red Book), International Union of Pure and Applied Chemistry, RSC Publishing, 2005, s. 65–66, 77–80, ISBN 978-0-85404-438-2 (ang.).
  6. oxidation state, [w:] A.D. McNaught, A. Wilkinson, Compendium of Chemical Terminology (Gold Book), S.J. Chalk (akt.), International Union of Pure and Applied Chemistry, wyd. 2, Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997, DOI10.1351/goldbook.O04365, ISBN 0-9678550-9-8 (ang.).
  7. Neil G. Connelly i inni, Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC Recommendations 2005 (Red Book), International Union of Pure and Applied Chemistry, RSC Publishing, 2005, s. 145, ISBN 978-0-85404-438-2 (ang.).
  8. Loretta Jones, Peter Atkins, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2004, s. 122, ISBN 83-01-13810-6, OCLC 749410322.
  9. Jim Clark, Oxidation states (oxidation numbers) [online], www.chemguide.co.uk [dostęp 2023-01-09] (ang.).
  10. Oxidation Numbers [online], Purdue University, College of Science, Chemical Education Division Groups [dostęp 2023-01-09] (ang.).

Linki zewnętrzne

edytuj