عدد اکسایش
عدد اکسایش بار فرضی است که یک اتم در مولکول میگیرد با فرض اینکه تمام پیوندهای آن را به صورت یونی بشکنیم. بعبارت دیگر، عدد اکسایش هر اتم در یک ترکیب برابر تعداد الکترونهای والانس اتم در حالت آزاد منهای تعداد الکترونهای اتم در مولکول با فرض شکستن یونی پیوندها است.
شکستن یونی پیوندها یا هترولیز پیوندها به معنی دادن کلیهی الکترونهای پیوندی بین دو اتم به اتم با الکترونگاتیویتهی بیشتر است که در بخش بارقراردادی نیز بدان اشاره شده بود. در تعیین عدد اکسایش در صورت یکسان بودن دو اتم تشکیل دهنده پیوند الکترونهای پیوندی به صورت مساوی بین دو اتم تقسیم می شوند. اعداد اکسایش را با اعداد رومی به همراه علامتشان نمایش میدهیم به استثنای صفر که آن را به صورت عدد فارسی نمایش میدهیم.
دانستن مجموعه نکات زیر در تعیین اعداد اکسایش اتمها در ترکیبات مفید واقع میشود.
نکتهی 1: مجموع اعداد اکسایش همهی اتمها در یک مولکول برابر بار مولکول است.
نکتهی 2: عدد اکسایش یونهای تک اتمی برابر بار یون است. بعنوان مثال عدد اکسایش آهن در Fe دو مثبت و Fe سه مثبت به ترتیب برابر مثبت دو و مثبت سه است.
نکتهی 3: عدد اکسایش عناصر به حالت آزاد برابر صفر است. به عنوان مثال عدد اکسایش سدیم در سدیم فلزی یا فسفر در فسفر سفید (P4) صفر است.
نکتهی 4: عدد اکسایش نافلزات اصلی میتواند از شمارهی گروه منهای هشت تا شمارهی گروه تغییر کند. بعنوان مثال عدد اکسایش اتم نیتروژن که متعلق به گروه پنج اصلی است، می تواند از منفی سه تا مثبت پنج تغییر کند.
نکتهی 5: عدد اکسایش نافلزات نمیتواند خارج این بازه قرار داشته باشد. همچنین لزومی ندارد یک عنصر برای هر عدد اکسایش داخلی این بازه حتماً یک ترکیب تشکیل دهد.
نکتهی 6: با توجه به اینکه فلوئور الکترونگاتیوترین عنصر است، عدد اکسایش فلوئور در ترکیب با سایر عناصر همواره منفی یک است.
نکتهی 7: با توجه به اینکه الکترونگاتیویتهی هیدروژن بین نافلزات و فلزات است، هیدروژن در ترکیب با نافلزات عدد اکسایش مثبت یک و در ترکیب با فلزات عدد اکسایش منفی یک دارد.
نکتهی 8: با توجه به اینکه بعد از فلوئور اکسیژن الکترونگاتیوترین عنصر است، عدد اکسایش اکسیژن در همهی ترکیباتش با عناصر دیگر به استثنای فلوئور منفی است. اعداد اکسایش متداول اکسیژن منفی دو ( مثلا در اکسیدها و اکسی اسیدها) و به مقدار کمتر منفی یک ( مثلا در پراکسیدها یا ترکیباتی شامل پل اکسیژن-اکسیژن یا-O-O- ) میباشد. اکسیژن ممکن است عدد اکسایشی به جز منفی دو و منفی یک نیز داشته باشد. مثلا عدد اکسایش اکسیژن در OF2 برابر مثبت دو، در O2F2 برابر مثبت یک و در HOF برابر صفر است.
نکتهی 9: عدد اکسایش فلزات قلیایی در ترکیباتشان همواره مثبت یک و عدد اکسایش فلزات قلیایی خاکی در ترکیباتشان همواره مثبت دو میباشد. مثلا عدد اکسایش پتاسیم در اکسید پتاسیم (K2O)، پراکسید پتاسیم (K2O2)،سوپراکسید پتاسیم (KO2) و اوزونید پتاسیم (KO3) برابر مثبت یک است و عدد اکسایش اکسیژن است که در این ترکیبات در حال تغییر است.
نکتهی 10: عدد اکسایش عناصر گروه IIIA میتواند مثبت یک و مثبت سه باشد که اهمیت عدد اکسایش مثبت یک از بالا به پایین در گروه افزایش مییابد. بور و آلومینیوم در ترکیب با نافلزات فقط عدد اکسایش مثبت سه مثلا در ترکیبات BF3,AlCl3,AlN,… دارند، اما گالیم، ایندیم و تالیم در ترکیب با نافلزات هم عدد اکسایش مثبت یک مثلا در ترکیبات GaI,InBr,Tl2SO4,TlCl,.. و هم عدد اکسایش مثبت سه مثلا در ترکیبات GaF3,InF3,Tl2O3,TlI4-,… دارند.
نکتهی 11: عدد اکسایش فلزات گروه IVA یعنی قلع و سرب در ترکیباتشان مثبت دو ( مثلا PbS, PbO, SnCl2,… ) و مثبت چهار (مثلا PbO2, SnCl4,SnO2,… ) است که اهمیت عدد اکسایش پایینتر یعنی مثبت دو در عنصر سرب مهمتر است.
نکتهی 12: از روی اعداد اکسایش متداول برخی عناصر مثل اکسیژن و هیدروژن میتوان عدد اکسایش عناصر دیگر را با توجه به اینکه مجموع اعداد اکسایش بایستی برابر بار ترکیب باشد، بهدست آورد. مثلا برای تعیین عدد اکسایش فسفر در اسید فسفریک (H3PO4) عدد اکسایش اتمهای هیدروژن را مثبت یک ( چون در ترکیب با نافلزات است) و عدد اکسایش اتمهای اکسیژن را منفی دو ( چون عدد اکسایش متداول اکسیژن منفی دو است) در نظر می گیریم و سپس از روی این نکته که مجموع اعداد اکسایش بایستی برابر بار ترکیب، در اینجا صفر، باشد، عدد اکسایش فسفر را برابر مثبت پنج بدست می آوریم.
نکتهی 13: بدست آورن عدد اکسایش بالاتر از عدد اکسایش مجاز برای یک عنصر با فرض عدد اکسایش منفی دو برای همهی اکسیژنهای یک ترکیب ، نشاندهندهی این است که تعدادی اکسیژن با عدد اکسایش منفی یک داریم. بعنوان مثال در H2SO5 در صورتیکه عدد اکسایش همهی اکسیژنها را منفی دو فرض کنیم، عدد اکسایش گوگرد را برابر مثبت هشت بدست می آوریم که غیر قابل قبول است ( گوگرد متعلق به گروه شش اصلی است و حداکثر عدد اکسایش آن مثبت شش است). این مطلب از آنجا ناشی می شود که در H2SO5 عدد اکسایش همهی اکسیژنها منفی دو نیست و دو اکسیژن با عدد اکسایش برابر منفی یک در این ترکیب داریم.
نکتهی 14: عدد اکسایش فلزات واسطهی خارجی معمولا در بازه از صفر تا مجموع الکترونهای ns و (n-1)d تغییر می کند.
فلزات واسطه اعداد اکسایش متنوعی دارند و تنوع اعداد اکسایش برای عناصر میانی سری عناصر واسطه بیشترین است. عناصر ابتدایی سری به علت کمی تعداد الکترونهای والانس تنوع اعداد اکسایش پایینی دارند در حالی که عناصر انتهای سری به علت افزایش بار موثر هسته و کاهش تمایل برای از دست دادن الکترون تنوع عدد اکسایش کمی دارند.