4.11: Oksidasyon Numarası

Redoks reaksiyonlarında, reaksiyona giren maddeler arasında elektron transferi gerçekleşir. Elektron transferi, oksidasyon numarası (veya oksidasyon durumu) olarak adlandırılan varsayımsal bir sayı ile tanımlanır. Bir dizi kural kullanılarak atanan bu sayı bir atomun veya elementin etkili yükünü temsil eder.

Oksidasyon Numarası (Oksidasyon Durumu)

İyonik bir bileşik durumunda, reaksiyona giren türler arasında aktarılan elektron sayısına bağlı olarak oksidasyon sayıları atanır. Örneğin, kalsiyum klorür (CaCl₂) oluşumunda, kalsiyum iki değerlik elektronu kaybeder ve iki klor atomunun her biri bir elektron kazanır. CaCl₂ bileşiğinde ise, kalsiyumun oksidasyon durumu +2'dir ve her klor atomunun oksidasyon durumu −1'dir. 

Kovalent bileşikler söz konusu olduğunda, elektronlar kazanılmaz veya kaybolmaz, bunun yerine atomlar arasında paylaşılır. Elektronlar için daha büyük bir çekime sahip olan atom, paylaşılan çifti daha güçlü bir şekilde çeker. Kovalent bileşikleri içeren reaksiyonlar, elektron hareketlerini izlemek için oksidasyon numarası kavramı uygulanarak redoks olarak tanımlanır. Oksidasyon durumları, redoks reaksiyonlarında oksitlenen ve indirgenen maddeleri kolayca tanımlamamıza yardımcı olur. 

Oksidasyon Numarası Belirleme Kuralları

Oksidasyon sayıları pozitif, negatif veya sıfır olabilir. Aşağıdaki kurallara göre atanırlar:

1. Tüm serbest elementler sıfır oksidasyon numarasına sahiptir. Elementler monoatomik, diatomik veya poliatomik olabilir. 
2. Bir bileşikte, grup 1A elementleri (tüm alkali metaller) +1 oksidasyon sayısına sahipken, grup 2A elementleri (tüm alkali toprak metalleri) +2 oksidasyon sayısına sahiptir. 
3. Halojenler genellikle pozitif bir oksidasyon durumuna sahip oldukları oksijenli bileşikleri hariç, −1 oksidasyon sayısına sahip olurlar. 
   Flor en elektronegatif elementtir. Tüm bileşiklerinde −1 oksidasyon durumuna sahiptir.
4. Monoatomik iyonlar için, oksidasyon sayısı iyon üzerindeki yük ile aynıdır. 
5. Oksijen, oksidasyon sayısının −1 olduğu peroksitler hariç, her zaman −2 oksidasyon sayısına sahiptir.
6. Hidrojen, ametallerle +1 ve metallerle −1 oksidasyon durumuna sahiptir.
7. Nötr bir bileşik için oksidasyon sayısının toplamı sıfırdır, bir poliatomik iyon için ise iyon üzerindeki yüke eşittir.

Bu metin bu kaynaktan uyurlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 4.2: Classifying Chemical Reactions.

Metaller ve ametaller arasındaki redoks reaksiyonları tipik olarak iyonik bileşikler oluşturmak için tam bir elektron transferini içerir;dolayısıyla tanımlanmaları kolaydır. Bununla birlikte, kısmi bir elektron transferiyle yalnızca ametalleri içeren redoks reaksiyonları o kadar kolay tanımlanamaz. Redoks reaksiyonları, atomlar arasındaki elektron hareketini gösteren atomların oksidasyon durumlarındaki değişikliklerle karakterize edilir.

Bir bileşikteki bir atomun oksidasyon durumu veya oksidasyon sayısı, her bir heteronükleer bağdaki paylaşılan elektronların tamamen daha fazla elektronegatif atoma aktarılması durumunda sahip olacağı yüktür. Homonükleer bağlar eşit olarak bölünür. Örneğin, gaz halindeki hidrojen klorürde klor daha elektronegatiftir.

Hidrojenin elektronu tamamen klora aktarılırsa, klor eksi bir oksidasyon durumuna karşılık gelen bir eksi yük alır ve hidrojen artı bir oksidasyon durumuna karşılık gelen bir artı yük alır. Oksidasyon durumları atomlara elemental formda ve çoğu iyon ve bileşikte belirli kurallar kullanılarak atanabilir. İlk üç kurala her zaman uyulur.

Kalan kurallar, ilk üç kural karşılanana kadar tek tek uygulanır. Bu kurallar şimdi sülfür dioksit ve kalsiyum karbonatın oluşum reaksiyonlarının redoks reaksiyonları olup olmadığını belirlemek için uygulanacaktır. 1 numaralı kurala göre, serbest durumdaki elementlerin oksidasyon sayısı sıfırdır, bu nedenle elemental sülfür ve oksijene oksidasyon numarası olarak sıfır atanır.

3 numaralı kurala göre, nötr bir bileşikteki yükseltgenme sayılarının toplamı sıfırdır, bu nedenle SO_2'deki kükürt ve oksijenin yükseltgenme sayılarının toplamı sıfır olmalıdır. 6 numaralı kurala göre, her oksijenin yükseltgenme sayısı SO_2'de eksi ikidir. İki oksijen atomunun toplamı eksi-dörttür.

Kükürt oksidasyon sayısı bu nedenle artı dörttür. Kükürtün yükseltgenme sayısı sıfırdan artı-dörde yükselir, dolayısıyla okside olurken, oksijenin yükseltgenme sayısı sıfırdan eksi-ikiye düşerek azalır. Dolayısıyla bu bir redoks reaksiyonudur.

Kalsiyum karbonat durumunda, oksijenin oksidasyon sayısı üç bileşiğin hepsinde eksi-ikidir ve kalsiyum, kalsiyum oksit ve kalsiyum karbonatta artı-ikidir. Kural 3'e göre karbon, karbon dioksit ve kalsiyum karbonatta artı dört olmalıdır. Reaksiyon sırasında atomların yükseltgenme sayılarında bir değişiklik olmadığı için bu bir redoks reaksiyonu değildir.