Stopnie utlenienia
Zobacz jak możemy Ci pomóc
Bilans elektronowy to pewniak na każdej maturze! Podstawą do ustalenia współczynników metodą bilansu elektronowego jest ustalenie stopni utlenienia pierwiastków. Dobrze wiecie, albo niedługo się dowiecie, że na maturze jest bardzo mało czasu i nie możemy go zmarnować na zastanawianie się nad stopniem utlenienia. Poniższy tekst pozwoli Ci nauczyć się jak szybko ustalać stopnie utlenienia.
#0 Co to jest stopień utlenienia?
To świetne pytanie, ponieważ masa ludzi ustala stopień utlenienia nie wiedząc co to w ogóle jest. Czytając definicję dowiemy się, że „jest to jest liczba ładunków elementarnych, które miałby dany atom, gdyby wszystkie wiązania w danej substancji były jonowe, stopień utlenienia nie jest ładunkiem faktycznym, lecz ma charakter wirtualny”(def. M. Pazdro „Chemia podręcznik do kształcenia rozszerzonego w liceach cz.I chemia ogólna” 2009r).
Czyli mówiąc prościej, jeśli dany atom w związku ma wyższą elektroujemność i przyjmuje elektron, to będzie miał stopień utlenienia ujemny (bo przyjął ujemnie naładowany elektron). Natomiast pierwiastek o wyższej elektroujemności oddaje proton, zatem będzie miał dodatni stopień utlenienia.
Jak ustalić stopień utlenienia? Czy muszę uczyć się stopni utlenienia na pamięć?
Poznamy 9 prostych reguł, które pozwolą na szybkie i poprawne określanie stopnie utlenienia
#1 Kiedy stopień utlenienia jest równy zero?
Pierwiastki w stanie wolnym występują na zerowym stopniu utlenienia.
Pierwiastki wolne nie tworzą wiązań, dlatego nie gromadzi się na nich ładunek, natomiast w cząsteczkach homojądrowych oba pierwiastki mają taką samą elektroujemność (tworząc wiązania idealnie niespolaryzowane), więc nie da się ustalić który oddaje, a który przyjmuje ładunek – elektron.
#2 Fluor na -I
Fluor jest pierwiastkiem o najwyższej elektroujemności, więc chętnie przyjmuje elektrony, a do tego ma 7 elektronów walencyjnych więc do oktetu brakuje mu tylko jednego. Wynika z tego, że fluor w związkach chemicznych zawsze będzie na -I stopniu utlenienia.
#3 Czy tlen zawsze na -II?
Jeśli chodzi o stopnie utlenienia tlenu, to jest aż 5 możliwości:
- 0 w cząsteczce homojądrowej O2 co było już omówione w #1
- -II w tlenkach, kwasach i solach i to jest najczęstszy stopień utlenienia, ale trzeba pamiętać, że nie jedyny
- -I w nadtlenkach
- -1/2 w ponadtlenkach
- Oraz +II w związku OF2
#4 Co z wodorem?
Tutaj są tylko 3 opcje:
- 0 w cząsteczce H2, co również było już omówione w #1
- -I w wodorkach metali
- I w wodorkach niemetali, w kwasach i związkach organicznych i to jest najczęstszy stopień utlenienia wodoru.
#5 Metale w związkach występują zawsze w postaci kationów
I tu nie ma co więcej dodawać, po prostu metale w związkach będą miały zawsze dodatni stopień utlenienia zgodnie z ich wartościowością
#6 Jaki stopień utlenienia mają litowce i berylowce w związkach?
Kolejna bardzo prosta reguła:
- Litowce – czyli metale grupy 1 w związkach chemicznych mają zawsze +I stopień utlenienia
- Berylowce – czyli metale grupy 2 w związkach chemicznych mają zawsze +II stopień utlenienia
#7 Suma stopni utlenienia w związku chemicznym wynosi 0
To najważniejsza reguła, która musi być stosowana przy ustalaniu stopni utlenienia. Jeśli masz do określenia stopnie utlenienia np. w takim związku chemicznym jak MgSO4, to zacznij od zastosowania powyższych 6 reguł, które już omówiliśmy.
- Jest to sól, więc tlen będzie na -II stopniu utlenienie zgodnie z #3
- Magnez jest metalem należącym do grupy berylowców (2 grupa układu okresowego pierwiastków) więc jest na II stopniu utlenienia zgodnie z #6
- I teraz dopiero stosujemy #7. Suma musi wynosić 0, a zatem oznaczmy przez x wartościowość siarki i układamy równanie: 2+x+4*(-2)=0 szybciutko możemy obliczyć, że x=6.
Jest też inny (być może prostszy dla niektórych sposób), skoro MgSO4 to siarczan(VI) magnezu, to już w nazwie mamy zawarty stopień utlenienia siarki, ale mimo to warto przeliczyć, czy suma wynosi 0.
#8 Stopnie utlenienia pierwiastków w jonach
Przeraża Cię określenie stopni utlenienia w jonie S2-, albo NH4+? To nic trudnego! Trzeba być tylko uważnym, żeby nie zgubić ładunku (czyli tego zapisu na górze po prawej). Jeśli mamy zapis S i S2-, to to są dwie zupełnie różne struktury. S to symbol siarki zatem zgodnie z #1 taki pierwiastek ma stopień utlenienia równy 0, natomiast S2- to anion dwu ujemny, czyli atom siarki przyjął 2 elektrony, zatem jego stopień utlenienia wynosi tyle ile wartość ładunku, czyli -II. Jeśli chodzi o jon NH4+, to należy zastosować regułę #4 z której wynika, że wodór jest na +I stopniu utlenienia, natomiast suma wynosi 1, ponieważ ładunek jonu jest 1+, układamy zatem równanie, gdzie x będzie stopniem utlenienia azotu: x+4*1=1 i obliczamy, że x=-3, więc azot jest na -III stopniu utlenienia.
#9 Stopnie utlenienia w związkach organicznych
To już ostatnia reguła, według której będziemy ustalać stopnie utlenienia. Tym razem przyda się znajomość wzorów półstrukturalnych związków organicznych, ponieważ będziemy dzielić wzór związku na części w taki sposób, aby w każdej z nich był jeden atom węgla, np.:
W każdej takiej części suma stopni utlenienia będzie wynosiła 0, nie zapomnijcie zastosować #3 i #4 do atomów wodoru i tlenu.
Ponumerujmy atomy węgla od lewej strony i określmy po kolei ich stopnie utlenienia
- Trzy atomy wodoru są na I stopniu utlenienia, więc x+3*1=0, zatem x=-3. Ten atom węgla jest na -III stopniu utlenienia
- Dwa atomy wodoru na I stopniu i atom tlenu na -II stopniu, więc x+2*1+(-2)=0, zatem x=0. Ten atom węgla jest na 0 stopniu utlenienia
- Trzy atomy wodoru są na I stopniu utlenienie, więc x+3*1=0, zatem x=-3. Ten atom węgla jest na -III stopniu utlenienia
To już wszystkie reguły według których określamy stopnie utlenienia. Warto je dobrze znać, żeby zaoszczędzić czas na maturze.
Artykuł przygotowała Marta Czarnecka
Zachęcamy Cię również do zapoznania się z naszymi innymi artykułami z naszego bloga!
Biologia – najczęściej popełniane błędy na maturze
Chemia – najczęściej popełniane błędy na maturze
