Stopnie utlenienia

bg‑gold

Stopień utlenienia

Stopień utlenienia to pojęcie umowne (zapisywane cyfrą rzymską). W przypadku pierwiastka danego związku chemicznego będzie to liczba dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych, jakie przypisalibyśmy atomom tego pierwiastka, gdyby wszystkie wiązania utworzone przez atom były jonowe.

bg‑gold

Reguły obliczania stopni utlenienia

Atomy (cząsteczki) pierwiastków w stanie wolnym mają zawsze stopień utlenienia równy zero.
Suma stopni utlenienia wszystkich atomów, wchodzących w skład cząsteczki, równa jest zero.
Suma stopni utlenienia wszystkich atomów, wchodzących w skład jonu, równa jest ładunkowi jonu.

Przykład 1

Suma stopni utlenienia w jonie ${SO}_{4}^{2 -}$ wynosi‑II, ponieważ:

$4 \cdot (- II) + VI = - II$

Gdzie:

stopień utlenienia siarki wynosi VI;
stopień utlenienia tlenu wynosi -II.

Fluor w związkach ma zawsze stopień utlenienia równy -I.
Tlen w związkach ma na ogół stopień utlenienia równy -II, ale w nadtlenkach (np. $H_{2} O_{2}$ ) stopień ten wynosi -I, w ponadtlenkach (np. ${KO}_{2}$ ) -½, a w cząsteczce fluorku tlenu ( ${OF}_{2}$ ) II.
Wodór w związkach, w większości przypadków, ma stopień utlenienia równy I, ale w wodorkach litowców i berylowców stopień ten wynosi -I.
Litowce w związkach chemicznych mają zawsze stopień utlenienia I, a berylowce II.
Atomy metali w związkach przyjmują dodatnie stopnie utlenienia.
W cząsteczce związku chemicznego dodatni stopień utlenienia ma atom o niższej elektroujemności, a ujemny – atom o wyższej elektroujemności (czyli bardziej elektroujemny).

RpviIZ6ILynrn1

Ilustracja przedstawia schemat stopni utlenienia siarki i glinu. Utlenianie siarki: zapis 16 S ; 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 4 . 3 s 2 3 p 4 wzięto w klamrę i opisano: -6 elektronów, atom oddaje elektrony, maksymalny stopień utlenienia VI; +2 elektrony - atom przyjmuje elektrony, minimalny stopień utlenienia -II. Utlenianie glinu, zapis 13 A l ; 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 1 . 3 s 2 3 p 1 wzięto w klamrę, pod nimi opis: -3 elektrony, atom oddaje elektrony. Stopień utlenienia III (jako metal przyjmuje w związkach chemicznych tylko dodatni stopień utlenienia). — Określenie maksymalnego i minimalnego stopnia utlenienia pierwiastka na podstawie konfiguracji elektronowej atomu tego pierwiastka
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 1

RrEWz9bLt1XAf

Polecenie 2

R580gg6YiB9I6

Określamy pierwiastek, którego dotyczy polecenie.

$H_{3} {PO}_{4}$ , $H_{2} O$ , ${OF}_{2}$ , ${KO}_{2}$ , $H_{2} O_{2}$ , ${BaO}_{2}$

Rozdzielamy powyższe indywidua na:

tlenki, kwasy i ich sole: $H_{3} {PO}_{4}$ , $H_{2} O$ ;
nadtlenki: $H_{2} O_{2}$ , ${BaO}_{2}$ ;
ponadtlenki: ${KO}_{2}$ ;
fluorek tlenu: ${OF}_{2}$ .

Polecenie 3

RTuu3k9ALXIM9

RNBpaSltwiblC

$NaBr$ – zgodnie z regułą o stopniu utlenienia litowców, wiemy, że sód jest na +I stopniu utlenienia. Na podstawie zasady, że w obojętnych suma stopni utlenienia jest równa 0, obliczamy:

$1 + x = 0 \to x = - I$

${Fe}_{2} O_{3}$ – zgodnie z regułą o stopniu utlenienia tlenu w tlenkach, wiemy, że tlen przyjmuje stopień utlenienia -II. Na podstawie zasady, że w obojętnych związkach chemicznych suma stopni utlenienia jest równa 0, obliczamy:

$3 \cdot (- 2) + 2 x = 0$

$- 6 + 2 x = 0 \to x = + III$

${CaI}_{2}$ – zgodnie z regułą o stopniach utlenienia berylowców, wiemy, że atom wapnia ma stopień utlenienia +II. Na podstawie zasady, że w obojętnych związkach chemicznych suma stopni utlenienia jest równa 0, obliczamy:

$2 + 2 x = 0 \to x = - I$

${SO}_{4}^{2 -}$ – zgodnie z regułą o stopniu utlenienia tlenu w nieorganicznych kwasach tlenowych, wiemy, że tlen przyjmuje stopień utlenienia -II. Na podstawie zasady, że suma stopni utlenienia wszystkich atomów w jonie złożonym równa jest jego ładunkowi, obliczamy:

$4 \cdot (- 2) + x = - 2 \to x = + VI$

Wzór	Pierwiastek	Stopień utlenienia
$NaBr$	$Na$	+I
$NaBr$	$Br$	-I
${Fe}_{2} O_{3}$	$Fe$	+III
${Fe}_{2} O_{3}$	$O$	-II
${CaI}_{2}$	$Ca$	+II
${CaI}_{2}$	$I$	-I
${SO}_{4}^{2 -}$	$S$	+VI
${SO}_{4}^{2 -}$	$O$	-II

bg‑gold

Wykorzystanie stopni utlenienia

Znajomość stopni utlenienia jest istotna z punktu widzenia reakcji chemicznych, zachodzących z wymianą elektronów, tzw. reakcji redoks. Zmiany stopnia utlenienia sygnalizują, że nastąpiła wymiana elektronów między atomami. Wśród reakcji redoks wymienić można reakcje spalania, wymiany pojedynczej oraz niektóre reakcje syntezy i analizy.

Czy wiesz, jak ważną rolę może odgrywać określenie stopni utlenienia związków? Zapoznaj się z poniższą grafiką interaktywną, ilustrującą różnice między związkami chromu na różnym stopniu utlenienia. W zależności od stopnia utlenienia, właściwości związków mogą ulegać zmianom. Po analizie schematu rozwiąż ćwiczenia.

Czy wiesz, jak ważną rolę może odgrywać określenie stopni utlenienia związków? Zapoznaj się z opisem grafiki interaktywnej, przedstawiającej różnice między związkami chromu na różnym stopniu utlenienia. W zależności od stopnia utlenienia, właściwości związków mogą ulegać zmianom. Po zapoznaniu się ze schematem rozwiąż ćwiczenia.

RNydCN893tXmJ1

Grafika przedstawiająca "Chrom na różnych stopniach utlenienia. Reakcje, właściwości i zastosowania". Przedstawiono probówki wraz ze wzorami związków oraz opisami reakcji. Probówka z siarczanem(VI) chromu(III) o wzorze C r indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, nawias, S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, zamknięcie nawiasu, indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego. Zawartość probówki jest w kolorze zielonym. Opis: reduktor lub utleniacz w zależności od doboru pozostałych substratów. Od probówki strzałka w prawo, nad strzałką napis: III stopień utlenienia strzałka w prawo III stopień utlenienia. Opis: reakcja pierwsza. Do ciemnozielonego roztworu siarczanu(VI) chromu(III) dodano wodorotlenek sodu. W wyniku reakcji wytrącił się szarobłękitny osad - wodorotlenek chromu(III). Następnie na schemacie jest probówka z wodorotlenkiem chromu(III) o wzorze C r nawias O H zamknięcie nawiasu indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego w postaci osadu. Opis: Posiada właściwości amfoteryczne. Od probówki strzałka w prawo, pod strzałką napis: III stopień utlenienia strzałka w prawo trzeci stopień utlenienia. Opis: reakcja druga. Do wodorotlenku chromu(III) dodano rozwór kwasu solnego, w efekcie czego doszło do zaniku osadu. W reakcji powstał jasnozielony chlorek chromu(III). Kolejny etap: probówka z chlorkiem chromu(III) o wzorze C r C l indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego. Opis: chlorek chromu stosuje się jako zaprawę przed farbowaniem tkanin, do chromowania metodą galwanizacji oraz jako substrat do otrzymywania innych związków chromu. Od probówki z wodorotlenkiem chromu(III) strzałka w prawo do probówki z zielonym roztworem, nad strzałką napis: III stopień utlenienia strzałka w prawo III stopień utlenienia. Opis: reakcja trzecia. Do wodorotlenku chromu(III) dodano rozwór wodorotlenku sodu. W wyniku reakcji otrzymano heksahydroksochromian(III) sodu o ciemnozielonym zabarwieniu. Od probówki z roztworem o ciemnozielonym zabarwieniu biegnie strzałka w górę, przy strzałce jest napis: III stopień utlenienia strzałka VI stopień utlenienia. Opis: reakcja czwarta. W reakcji heksahydroksochromianu(III) sodu z nadtlenkiem wodoru otrzymujemy chromian(III) sodu. Kolejna jest probówka z chromianem(VI) sodu, wzór N a indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, C r O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego. Opis: jest silnym utleniaczem i jest higroskopijny. Chromian sodu, podobnie jak inne sole chromu sześciowartościowego, ma właściwości rakotwórcze. Od probówki biegnie strzałka w lewo, nad strzałką napis: VI stopień utlenienia strzałka w lewo VI stopień utlenienia. Opis: reakcja piąta. Reakcja chromianu(III) sodu z kwasem siarkowym(VI) pozwala na otrzymanie dichromianu(VI) potasu. Ostatni etap: probówka z dichromianem(VI) sodu, wzór N a indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, C r indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O indeks dolny, siedem, koniec indeksu dolnego. Opis: jest związkiem trującym, a jego pył drażni błony śluzowe. Od probówki biegnie strzałka w dół do pierwszej probówki. Przy strzałce jest napis: VI stopień utlenienia strzałka w prawo III stopień utlenienia. Opis: reakcja szósta. Dichromian(VI) sodu reaguje z azotanem(III) potasu w środowisku kwasu siarkowego(VI), dając produkt, jakim jest siarczan(VI) chromu (III). Po lewej stronie grafiki jest strzałka w górę ze zmiana z III stopnia utlenienia chromu na VI stopień.

Grafika interaktywna pt. „Chrom na różnych stopniach utlenienia. Reakcje, właściwości i zastosowania”

Źródło: GroMar sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 1

Chrom na pewnym stopniu utlenienia ma negatywny wpływ na stan naszego zdrowia. Jest dla nas szkodliwy. Podaj, o który stopień utlenienia chodzi i jakie mogą być skutki kontaktu ze związkami chromu właśnie na tym stopniu utlenienia. Jak myślisz, dlaczego warto zdefiniować stopnie utlenienia w związkach?

R1WeM3ztpLaG6

Ćwiczenie 2

Rozpisz stopnie utleniania w heksahydroksochromianie(III) sodu.

ROIpsvN3UxQtU

R1e5wWOOCcwh5

${\overset{I}{Na}}_{3} [\overset{III}{Cr} (\overset{- II}{O} \overset{I}{H})_{6}]$

Polecenie 4

Zapoznaj się z filmem pt. „Jak przewidzieć typowe stopnie utlenienia pierwiastka?”, a następnie rozwiąż ćwiczenia sprawdzające.

RJA8tXFoGTiyk1

Film samouczek pt. „Jak przewidzieć typowe stopnie utlenienia pierwiastka?”
Źródło: reż. GroMar Sp. z o.o., Piotr Dzwoniarek, licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 3

Atom pierwiastka X może przyjmować stopnie utlenienia od wartości 0 do wartości +IV, a atom pierwiastka Y może przyjmować stopnie utlenienia od wartości -IV do wartości +IV. Do jakich grup układu okresowego pierwiastków chemicznych należą pierwiastki X i Y?

RgZh0owyq4OAc

bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Utleniacz, reduktor, reakcja redoks

Stopień utlenienia

Reguły obliczania stopni utlenienia

Wykorzystanie stopni utlenienia

Notatnik