Przeczytaj

bg‑azure

Co to jest stopień utlenienia i jakie są typowe stopnie utlenienia?

Stopień utlenieniastopień utlenieniaStopień utlenienia – pojęcie formalne, najprościej ujmując, to ładunek elementarny, jaki posiadałby dany atom, gdyby wszystkie wiązania w indywiduum chemicznym uznać za jonowe.

Aby obliczyć formalny stopień utlenienia atomu pierwiastka chemicznego w jonach złożonych i cząsteczkach związków nieorganicznych, należy przede wszystkim poznać typowe stopnie utlenienia dla atomów różnych pierwiastków. Ułatwia to określanie stopni utlenienia atomów innych pierwiastków występujących na wielu różnych stopniach utlenienia w związkach chemicznych.

bg‑gray1

Typowe stopnie utlenienia

Stopień utlenienia atomu tlenu wynosi $- II$ .

Z wyjątkiem nadtlenków, gdzie przyjmuje $- I$ stopień utlenienia (na przykład $H_{2} O_{2}$ ); ponadtlenków, gdzie przyjmuje $- \frac{1}{2}$ stopnia utlenienia (na przykład ${KO}_{2}$ ), oraz fluorku tlenu, gdzie przyjmuje $+ II$ stopień utlenienia (na przykład $O_{2} F_{2}$ ). W ostatnim przypadku dodatni stopień utlenienia wynika z większej elektroujemności fluoru względem tlenu.

Stopień utlenienia atomu wodoru wynosi $+ I$ .

Z wyjątkiem wodorków metali, gdzie przyjmuje $- I$ stopień utlenienia (na przykład $NaH)$ .

Stopień utlenienia litowców w związkach chemicznych wynosi $+ I$ .
Stopień utlenienia berylowców w związkach chemicznych wynosi $+ II$ .
Stopień utlenienia borowców w związkach chemicznych wynosi $+ III$ .
Stopień utlenienia fluoru we wszystkich związkach chemicznych wynosi $- I$ .

bg‑azure

Obliczanie stopni utlenienia w cząsteczkach związków nieorganicznych

Podczas obliczania stopni utlenienia w związku chemicznym należy pamiętać, że suma stopni utlenienia poszczególnych elementów wynosi $0$ . W oparciu o poznane już typowe stopnie utlenienia atomów pierwiastków można obliczyć nieznany stopień utlenienia atomu pozostałego pierwiastka, jak przedstawiono w poniższych przykładach.

R10lNVKuXkVJc

{Cl}_{2} O

Stopień utlenienia atomu tlenu wynosi

-II

, a suma stopni utlenienia atomów w cząsteczce wynosi

0

. Oznaczając więc nieznany stopień utlenienia atomu chloru jako "

x

" oraz wiedząc, że w cząsteczce są dwa atomy chloru, można ułożyć równanie:

\overset{x}{{Cl}_{2}} \overset{- II}{O}

2 \cdot x + (1 \cdot (- II)) = 0

2 x - 2 = 0

x = 1

Stopień utlenienia atomu chloru w tlenku chloru(

I

) wynosi

+ I

{Mn}_{2} O_{7}

\overset{x}{{Mn}_{2}} \overset{- II}{O_{7}}

2 x + (7 \cdot (- II)) = 0

2 x - 14 = 0

2 x = 14

x = 7

Stopień utlenienia atomu manganu w tlenku manganu(

VII

) wynosi

+ VII

H_{2} {Cr}_{2} O_{7}

{\overset{I}{H}}_{2} {\overset{x}{Cr}}_{2} {\overset{- II}{O}}_{7}

2 \cdot I + 2 \cdot x + (7 \cdot (- II)) = 0

2 x = 12

x = 6

Stopień utlenienia atomu chromu w kwasie dichromowym(

VI

) (kwasie nadchromowym) wynosi

+ VI

Fe {(OH)}_{3}

\overset{x}{Fe (} \overset{- II}{O} \overset{I}{H})_{3}

x + (- II + I) \cdot 3 = 0

x = 3

Stopień utlenienia atomu żelaza w wodorotlenku żelaza(

III

) wynosi

+ III

{Na}_{2} {CO}_{3}

{\overset{I}{Na}}_{2} \overset{x}{C} {\overset{- II}{O}}_{3}

2 \cdot I + x + (3 \cdot (- II)) = 0

x - 4 = 0

x = 4

Stopień utlenienia atomu węgla w węglanie sodu wynosi

+ IV

{KH}_{2} {PO}_{4}

\overset{I}{K} {\overset{I}{H}}_{2} \overset{x}{P} \overset{- II}{O_{4}}

I + 2 \cdot I + x + (4 \cdot (- II)) = 0

x - 5 = 0

x = 5

Stopień utlenienia atomu fosforu w diwodoroortofosforanie(

V

) potasu wynosi

+ V

{Ba}_{3} {({AsO}_{4})}_{2}

{\overset{II}{Ba}}_{3} (\overset{x}{As} \overset{- II}{O_{4}})_{2}

3 \cdot II + (x + (4 \cdot (- II))) \cdot 2 = 0

6 + 2 x - 16 = 0

2 x - 10 = 0

x = 5

Stopień utlenienia atomu arsenu w arsenianie(

V

) baru wynosi

+ V

bg‑azure

Obliczanie stopni utlenienia w jonach złożonych

Obliczanie stopni utlenienia atomów w jonach złożonych jest analogiczne jak w przypadku związków chemicznych. Jedyną różnicą jest to, że suma stopni utlenienia atomów w jonie złożonym jest równa ładunkowi całego jonu. W oparciu o typowe, znane stopnie utlenienia można obliczyć nieznany stopień utlenienia atomu pierwiastka w dowolnym jonie, jak przedstawiono w poniższych przykładach.

RH6bTzT7PfYkA

{NO}_{3}^{-}

\overset{x}{N} {\overset{- II}{O}}_{3}^{-}

x + (3 \cdot (- II)) = - 1

x = - 1 + 6

x = 5

Stopień utlenienia atomu azotu w anionie azotanowym(

V

) wynosi

+ V

{ClO}_{4}^{-}

\overset{x}{Cl} {\overset{- II}{O}}_{4}^{-}

x + (4 \cdot (- II)) = - 1

x = - 1 + 8

x = 7

Stopień utlenienia atomu chloru w anionie chloranowym(

VII

) wynosi

+ VII

{SO}_{4}^{2 -}

\overset{x}{S} {\overset{- II}{O}}_{4}^{2 -}

x + (4 \cdot (- II)) = - 2

x = - 2 + 8

x = 6

Stopień utlenienia atomu siarki w anionie siarczanowym(

VI

) wynosi

+ VI

{NH}_{4}^{+}

\overset{x}{N} {\overset{I}{H}}_{4}^{+}

x + (4 \cdot I) = 1

x = 1 - 4

x = - 3

Stopień utlenienia atomu azotu w kationie amonu wynosi

- III

{Cr}_{2} {O_{7}}^{2 -}

{\overset{x}{Cr}}_{2} {\overset{- II}{O}}_{7}^{2 -}

2 \cdot x + (7 \cdot (- II)) = - 2

2 x = - 2 + 14

x = 6

Stopień utlenienia atomu chromu w anionie dichromianowym(

VI

) wynosi

+ VI

{IO}_{3}^{-}

\overset{x}{I} {\overset{- II}{O}}_{3}^{-}

x + (3 \cdot (- II)) = - 1

x = - 1 + 6

x = 5

Stopień utlenienia atomu jodu w anionie jodanowym(

V

) wynosi

+ V

{SiO}_{3}^{2 -}

\overset{x}{Si} {\overset{- II}{O}}_{3}^{2 -}

x + (3 \cdot (- II)) = - 2

x = - 2 + 6

x = 4

Stopień utlenienia atomu krzemu w anionie metakrzemianowym wynosi

+ IV

bg‑azure

Przypadki szczególne

W niektórych związkach chemicznych i jonach złożonych nie jest możliwe obliczenie stopni utlenienia za pomocą prostego równania z jedną niewiadomą, ponieważ atomy jednego pierwiastka chemicznego występują w nich na minimum dwóch różnych stopniach utlenienia. Z taką sytuacją można się spotkać w przypadku tlenków złożonych, takich jak ${Fe}_{3} O_{4}$ oraz ${Pb}_{3} O_{4}$ .

Przykład 1

{Fe}_{3} O_{4}

Jeżeli przyjmiemy, że atom tlenu w związkach przyjmuje stopień utlenienia $- II$ , to możemy zapisać:

\overset{x}{{Fe}_{3}} \overset{- II}{O_{4}}

Jeżeli by uznać, że atomy żelaza występują na tym samym stopniu utlenienia, to po rozwiązaniu równania:

3 x + (4 \cdot (- II)) = 0

$x = \frac{8}{3}$ , co nie jest możliwe z chemicznego punktu widzenia, ponieważ poszczególne atomy żelaza nie tworzą takiej samej ilości wiązań z atomami tlenu, a więc nie mają tego samego stopnia utlenienia. Można wówczas przypuszczać, że tlenek ${Fe}_{3} O_{4}$ jest tlenkiem złożonym. Po sprawdzeniu w źródłach okazuje się, że ten tlenek jest złożony z tlenków $FeO$ oraz ${Fe}_{2} O_{3}$ , w których atomy żelaza występują odpowiednio na $+ II$ i $+ III$ stopniu utlenienia. Dlatego tlenek ten nazywa się tlenkiem żelaza( $II, III$ ), a jego wzór można zapisać również jako $FeO \cdot {Fe}_{2} O_{3}$ .

Przykład 2

{Pb}_{3} O_{4}

Analogiczna sytuacja występuje w przypadku tlenku ${Pb}_{3} O_{4}$ .

\overset{x}{{Pb}_{3}} \overset{- II}{O_{4}}

Po rozwiązaniu równania:

3 x + (4 \cdot (- II)) = 0

$x$ również wynosi $\frac{8}{3}$ . Można wówczas przypuszczać, że tlenek ${Pb}_{3} O_{4}$ jest tlenkiem złożonym. Po sprawdzeniu w źródłach okazuje się, że ten tlenek jest złożony z tlenków: $PbO$ oraz ${PbO}_{2}$ , w których atom ołowiu występuje odpowieniu na $+ II$ i $+ IV$ stopniu utlenienia.

Jego nazwa to zatem tlenek ołowiu( $II, IV$ ) a inny możliwy wzór chemiczny to $2 PbO \cdot {PbO}_{2}$ .

Słownik

stopień utlenienia

ładunek, jaki zgromadziłby się na atomie danego pierwiastka wchodzącego w skład związku chemicznego, przy założeniu, że wszystkie wiązania chemiczne w związku mają charakter wiązań jonowych

jon złożony

grupa atomów obdarzona ładunkiem elektrycznym, na przykład jon siarczanowy( $IV$ ) ${SO}_{3}^{2 -}$ , jon amonu ${NH}_{4}^{+}$

Wprowadzenie

Film samouczek

Co to jest stopień utlenienia i jakie są typowe stopnie utlenienia?

Typowe stopnie utlenienia

Obliczanie stopni utlenienia w cząsteczkach związków nieorganicznych

Obliczanie stopni utlenienia w jonach złożonych

Przypadki szczególne

Słownik