4.11
Oksidasyon Numarası
Redoks reaksiyonlarında, reaksiyona giren maddeler arasında elektron transferi gerçekleşir. Elektron transferi, oksidasyon numarası (veya oksidasyon d…
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.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is an oxidation number and how does it relate to electron transfer?
An oxidation number is a hypothetical charge assigned to an atom in a compound that represents the effective charge if shared electrons in heteronuclear bonds were completely transferred to the more electronegative atom. Oxidation numbers track electron movement in oxidation reduction reactions electron transfer reactions, helping identify which atoms are oxidized or reduced during chemical reactions.
Q2: How do you assign oxidation numbers to elements in their free state?
According to the first rule for assigning oxidation numbers, all free elements have an oxidation number of zero, regardless of whether they are monoatomic, diatomic, or polyatomic. This applies to elemental forms like O₂, S₈, or individual atoms before they form compounds.
Q3: What are the key differences between oxidation numbers in ionic and covalent compounds?
In ionic compounds, oxidation numbers are assigned based on the number of electrons transferred between reacting species. In covalent compounds, electrons are shared rather than transferred, so oxidation numbers are assigned hypothetically by assuming complete transfer to the more electronegative atom. Both allow identification of redox reactions.
Q4: Why is oxygen typically assigned an oxidation number of −2?
Oxygen has an oxidation number of −2 in most compounds because it is highly electronegative and typically gains two electrons when bonding. The exception is in peroxides, where oxygen has an oxidation number of −1 due to the O-O bond structure.
Q5: How can you determine if a reaction is a redox reaction using oxidation numbers?
A reaction is a redox reaction if the oxidation numbers of atoms change during the reaction. If oxidation numbers remain unchanged, it is not a redox reaction. For example, in the formation of SO₂, sulfur's oxidation number increases from zero to +4 while oxygen decreases from zero to −2, indicating electron transfer and confirming it as a redox reaction.
Q6: What is the relationship between oxidation numbers and the charge of polyatomic ions?
For polyatomic ions, the sum of oxidation numbers equals the charge on the ion. For neutral compounds, the sum of oxidation numbers equals zero. This rule helps determine unknown oxidation numbers when other atoms' oxidation states are known in complex compounds.
Q7: How does electronegativity influence the assignment of oxidation numbers in covalent bonds?
In covalent bonds, the more electronegative atom is assigned the electrons in the bond when calculating oxidation numbers. For example, in hydrogen chloride, chlorine is more electronegative, so it receives hydrogen's electron, giving chlorine an oxidation number of −1 and hydrogen +1, even though the bond is covalent.