Αριθμός Οξείδωσης

Ηλεκτραρνητικότητα ενός ατόμου είναι η δύναμη (τάση) με την οποία το άτομο έλκει ηλεκτρόνια μέσα στα μόρια των ενώσεων του με άλλα άτομα.

Έστω, δύο στοιχεία Α και Β που σχηματίζουν ομοιοπολικό δεσμό Α-Β (με παύλα - συμβολίζουμε το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων). Αν θεωρήσουμε ότι το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων ανήκει εξ ολοκλήρου στο ηλεκτραρνητικότερο από τα δύο στοιχεία (ας πούμε στην προκειμένη περίπτωση το Β), τότε φαινομενικά η ένωση έχει τη δομή Α+ Β- Το φαινομενικό αυτό φορτίο των Α και Β ονομάζεται αριθμός οξείδωσης (Α.Ο.). Δηλαδή το Α έχει Α.Ο. = +1 και το Β έχει Α.Ο. = -1 Μετά απ΄ αυτό μπορούμε να δώσουμε τον εξής ορισμό: -Αριθμός οξείδωσης ενός ατόμου σε μια μοριακή (ομοιοπολική) ένωση, ονομάζεται το φαινομενικό φορτίο που θα αποκτήσει το άτομο αν τα κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων αποδοθούν στο ηλεκτραρνητικότερο άτομο (το άτομο που τα έλκει περισσότερο). Αντίστοιχα, αριθμός οξείδωσης ενός ιόντος σε μια ιοντική (ετεροπολική) ένωση είναι το πραγματικό φορτίο του ιόντος. Για την καλύτερη κατανόηση του υπολογισμού του αριθμού οξείδωσης παραθέτουμε δύο πίνακες. Στον πρώτο (πίνακας 5.1) δίνονται οι τιμές ηλεκτραρνητικότητας χαρακτηριστικών στοιχείων. Στο δεύτερο (πίνακας 5.2) επιδεικνύεται με χαρακτηριστικά παραδείγματα ο τρόπος με τον οποίο υπολογίζεται θεωρητικά ο αριθμός οξείδωσης.

ΠΙΝΑΚΑΣ 5.1 Τιμές ηλεκτραρνητικότητας ορισμένων στοιχείων Η 2,1 Li 1 - Be 1,5 - B 2,0 - C 2,5 - N 3,0 - O 3,5 - F 4,0 Na 0,9 - Mg 1,2 - Al 1,5 - Si 1,8 - P 2,1 - S 2,5 - Cl 3,0 K 0,8

ΠΙΝΑΚΑΣ 5.2 Υπολογισμός Α.Ο. με βάση το συντακτικό τύπο της ένωσης

Πρακτικά, για να υπολογίσουμε τον αριθμό οξείδωσης ενός στοιχείου σε μια ένωση ή σε ένα ιόν, ακολουθούμε τους παρακάτω κανόνες. Οι πρακτικοί αυτοί κανόνες προκύπτουν με βάση τον ορισμό του αριθμού οξείδωσης και τις τιμές ηλεκτραρνητικότητας των στοιχείων.

Πρακτικοί κανόνες για τον υπολογισμό του Α.Ο 1. Τα ελεύθερα στοιχεία π.χ. Na, Cl2 έχουν Α.Ο. ίσο με το μηδέν. 2. Ο Α.Ο. των μονοατομικών ιόντων ισούται με το φορτίο των ιόντων. 3. Το φθόριο (F) στις ενώσεις του έχει Α.Ο -1. 4. Το οξυγόνο (Ο) στις ενώσεις του έχει Α.Ο -2, εκτός από το OF2, όπου έχει +2 και τα υπεροξείδια π.χ. Η2Ο2 , όπου έχει -1. 5. Ο Α.Ο. του υδρογόνου (Η) είναι +1, όταν ενώνεται με αμέταλλα π.χ. ΗCl και –1, όταν ενώνεται με μέταλλα π.χ. NaH. 6. Tα μέταλλα στις ενώσεις τους έχουν θετικό Α.Ο. Τα αλκάλια (π.χ. K, Νa) έχουν Α.Ο. = +1 και οι αλκαλικές γαίες (π.χ.Ca, Mg) Α.Ο. = +2. 7. Το άθροισμα των Α.Ο. των ατόμων σε μια ένωση ισούται με το μηδέν, ενώ το άθροισμα των Α.Ο. των ατόμων σε πολυατομικό ιόν ισούται με το φορτίο του ιόντος.

Ο τελευταίος κανόνας είναι ιδιαίτερα χρήσιμος για τον υπολογισμό του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου σε μια ένωση ή σε ένα ιόν. Π.χ. αν θέλουμε να βρούμε τον αριθμό οξείδωσης του C στις ενώσεις: CH4, CH3OH, HCHO, HCOOH, CO2 και C3H8, εφαρμόζουμε διαδοχικά τον τελευταίο κανόνα και έχουμε: CH4: 4+x = 0 ή x = - 4 όπου x ο Α.Ο. του C στο CH4 CH3OH: 4+x-2 = 0 ή x = -2 HCHO: 2+x-2 = 0 ή x = 0 HCOOH: 2+x-4 = 0 ή x = +2 CO2: x-4 = 0 ή x = +4 C3H8: 3x+8 = 0 ή x = -8/3. Παρατηρούμε στο τελευταίο παράδειγμα, με βάση τους πρακτικούς κανόνες ότι ο αριθμός οξείδωσης ενός στοιχείου μπορεί να είναι κλασματικός αριθμός. Αυτό συμβαίνει γιατί δεν έχουν όλα τα άτομα άνθρακα στο μόριο του C3H8 την ίδια τιμή αριθμού οξείδωσης. Η τιμή -8/3 αντιπροσωπεύει το μέσο όρο των τιμών αυτών. Αναλυτικά αν γράψουμε το συντακτικό τύπο του C3H8: [pic] και αριθμήσουμε τα άτομα άνθρακα απ’ αριστερά προς τα δεξιά 1, 2, 3, έχουμε: το 1ο άτομο C έχει: Α.Ο. = -3 το 2ο άτομο C έχει: Α.Ο. = -2 το 3ο άτομο C έχει: Α.Ο. = -3 Μετά την εισαγωγή του αριθμού οξείδωσης, μπορεί να δοθεί ο παρακάτω ορισμός για την οξειδοαναγωγή: Οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης ατόμου ή ιόντος Αναγωγή είναι η ελάττωση του αριθμού οξείδωσης ατόμου ή ιόντος.

Ο ορισμός αυτός καλύπτει όλες τις δυνατές περιπτώσεις που ονομάζουμε σήμερα οξείδωση και αναγωγή. Δηλαδή, κάθε αύξηση του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου αντιστοιχεί σε οξείδωση και αντιστρόφως κάθε φαινόμενο οξείδωσης αντιστοιχεί σε κάποια αύξηση του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου. Με το ίδιο σκεπτικό, κάθε ελάττωση του αριθμού οξείδωσης αντιστοιχεί σε αναγωγή και κάθε αναγωγή αντιστοιχεί σε κάποια ελάττωση του αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου.