Διαφορά μεταξύ αριθμού οξείδωσης και σθένους

Κύρια διαφορά – Αριθμός οξείδωσης έναντι Σθένους

Ο αριθμός οξείδωσης και το σθένος σχετίζονται με τα ηλεκτρόνια σθένους ενός ατόμου. Τα ηλεκτρόνια σθένους είναι τα ηλεκτρόνια που καταλαμβάνουν τα εξωτερικά κελύφη ή τροχιακά ενός ατόμου. Καθώς αυτά τα ηλεκτρόνια έλκονται ασθενώς από τον πυρήνα, μπορούν εύκολα να χαθούν ή να μοιραστούν με άλλα άτομα. Αυτή η απώλεια, κέρδος ή κοινή χρήση ηλεκτρονίων προκαλεί ένα συγκεκριμένο άτομο να έχει αριθμό οξείδωσης και σθένος. Η κύρια διαφορά μεταξύ του αριθμού οξείδωσης και του σθένους είναι ότι ο αριθμός οξείδωσης είναι το φορτίο του κεντρικού ατόμου μιας ένωσης συντονισμού εάν όλοι οι δεσμοί γύρω από αυτό το άτομο ήταν ιοντικοί δεσμοί ενώ το σθένος είναι ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορεί να χάσει, να κερδίσει ένα άτομο ή κοινοποιήστε για να γίνετε σταθεροί.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι ο Αριθμός Οξείδωσης
      – Ορισμός, Υπολογισμός, Αναπαράσταση, Παραδείγματα
2. Τι είναι το Valency
      – Ορισμός, Υπολογισμός, Αναπαράσταση, Παραδείγματα
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του αριθμού οξείδωσης και του σθένους
      – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι:Αρχή Aufbau, Σύνθεση Συντονισμού, Ιωνικοί δεσμοί, Κανόνας Οκτάδας, Αριθμός Οξείδωσης, Ηλεκτρόνια Σθένους, Σθένος

Τι είναι ο Αριθμός Οξείδωσης

Ο αριθμός οξείδωσης είναι το φορτίο του κεντρικού ατόμου μιας ένωσης συντονισμού εάν όλοι οι δεσμοί γύρω από αυτό το άτομο ήταν ιοντικοί δεσμοί. Τα σύμπλοκα συντονισμού αποτελούνται σχεδόν πάντα από άτομα μετάλλων μετάπτωσης στο κέντρο του συμπλέγματος. Αυτό το άτομο μετάλλου περιβάλλεται από χημικές ομάδες που ονομάζονται συνδέτες. Αυτοί οι συνδέτες έχουν μόνα ζεύγη ηλεκτρονίων που μπορούν να μοιραστούν με άτομα μετάλλου για να σχηματίσουν δεσμούς συντονισμού. Μετά το σχηματισμό του δεσμού συντονισμού, είναι παρόμοιος με έναν ομοιοπολικό δεσμό. Αυτό συμβαίνει επειδή τα δύο άτομα στους δεσμούς συντονισμού μοιράζονται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων, ακριβώς όπως ένας ομοιοπολικός δεσμός. Ωστόσο, ο αριθμός οξείδωσης του κεντρικού ατόμου μετάλλου υπολογίζεται λαμβάνοντας υπόψη τους δεσμούς συντονισμού ως ιοντικούς δεσμούς.

Για να σχηματιστούν δεσμοί συντονισμού, το άτομο μετάλλου θα πρέπει να έχει κενά τροχιακά. Τα περισσότερα από τα μέταλλα μετάπτωσης αποτελούνται από κενά d τροχιακά. Επομένως, μπορούν να λειτουργήσουν ως το κεντρικό άτομο μετάλλου των συμπλεγμάτων συντονισμού. Ο αριθμός οξείδωσης του κεντρικού ατόμου αντιπροσωπεύεται από ρωμαϊκούς αριθμούς. Ο ρωμαϊκός αριθμός δίνει το φορτίο του κεντρικού ατόμου και περιλαμβάνεται σε αγκύλες. Για παράδειγμα, εάν ο αριθμός οξείδωσης ενός υποθετικού ατόμου μετάλλου "M" είναι 3, ο αριθμός οξείδωσης δίνεται ως M(III).

Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα για να βρούμε τον αριθμό οξείδωσης. Η δομή ενός ιόντος συντονισμού δίνεται παρακάτω.

Εικόνα 01:trans-[CoCl2(NH3)4]+

Στο παραπάνω ιόν συντονισμού, η συνολική χρέωση είναι +1. Επομένως, το άθροισμα των φορτίων των προσδεμάτων και του κεντρικού ατόμου πρέπει να ισούται με +1. Τυπικά, τα άτομα χλωρίου είναι -1 φορτισμένα και NH₃ είναι ουδέτερα.

+1    =      (Φόρτιση ατόμου κοβαλτίου) + (φόρτιση 2 ατόμων Cl) + (φόρτιση 4 NH₃ )

+1    =      (Φορτίο ατόμου κοβαλτίου) + (-1 x 2) + (0 x 4)

Επομένως,

Χρέωση ατόμου κοβαλτίου     =      (+1) – {(-2) + (0)}

=     (+3)

Εξ ου και ο αριθμός οξείδωσης του Κοβαλτίου   =   Co(III)

Τι είναι το Valency

Το σθένος είναι ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορεί να χάσει, να αποκτήσει ή να μοιραστεί ένα άτομο προκειμένου να σταθεροποιηθεί. Για μέταλλα και αμέταλλα, ο κανόνας της οκτάδας περιγράφει την πιο σταθερή μορφή ενός ατόμου. Λέει ότι, αν ο αριθμός του εξωτερικού κελύφους ενός ατόμου είναι πλήρως γεμάτος με οκτώ ηλεκτρόνια, αυτή η διαμόρφωση είναι σταθερή. Με άλλα λόγια, εάν τα υποτροχιακά s και p είναι πλήρως γεμάτα έχοντας nsnp, είναι σταθερό. Φυσικά, τα άτομα ευγενών αερίων έχουν αυτή τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων. Επομένως, άλλα στοιχεία πρέπει είτε να χάσουν, είτε να κερδίσουν ή να μοιραστούν ηλεκτρόνια για να υπακούσουν στον κανόνα της οκτάδας. Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που εμπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία σταθεροποίησης ονομάζεται σθένος αυτού του ατόμου.

Για παράδειγμα, αν λάβουμε υπόψη το στοιχείο πυρίτιο, η διαμόρφωση ηλεκτρονίων είναι 1s2s2p3s3p. Το πιο εξωτερικό κέλυφος είναι n=3. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτό το κέλυφος είναι 4. Επομένως θα πρέπει να λάβει 4 επιπλέον ηλεκτρόνια για να συμπληρώσει την οκτάδα. Γενικά, το πυρίτιο μπορεί να μοιραστεί 4 ηλεκτρόνια με άλλα στοιχεία για να ολοκληρώσει την οκτάδα.

Το τροχιακό διάγραμμα του πυριτίου,

Μια αναδιάταξη των ηλεκτρονίων συμβαίνει πριν από την κοινή χρήση.

Τότε συμβαίνει η κοινή χρήση ηλεκτρονίων.

Στο παραπάνω τροχιακό διάγραμμα, τα μισά βέλη με κόκκινο χρώμα αντιπροσωπεύουν τα ηλεκτρόνια που μοιράζονται άλλα στοιχεία. Δεδομένου ότι το άτομο πυριτίου θα πρέπει να μοιράζεται 4 ηλεκτρόνια για να σταθεροποιηθεί, το σθένος του πυριτίου είναι 4. 

Αλλά για τα μεταλλικά στοιχεία μετάπτωσης, το σθένος είναι συχνά 2. Αυτό συμβαίνει επειδή τα ηλεκτρόνια γεμίζουν στα τροχιακά σύμφωνα με τα ενεργειακά επίπεδα αυτών των τροχιακών. Για παράδειγμα, σύμφωνα με την αρχή Aufbau , η ενέργεια του τροχιακού 4s είναι χαμηλότερη από εκείνη του τροχιακού 3d. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια γεμίζονται πρώτα στο τροχιακό 4s και μετά στο τροχιακό 3d. Καθώς το σθένος ορίζεται για τα ηλεκτρόνια στο εξώτατο τροχιακό, τα ηλεκτρόνια σε τροχιακό 4s είναι το σθένος αυτού του ατόμου. Αν λάβουμε υπόψη τον Σίδηρο (Fe), η διαμόρφωση ηλεκτρονίων είναι [Ar]3d4s. Επομένως το σθένος του σιδήρου είναι 2 (2 ηλεκτρόνια σε 4 δευτερόλεπτα). Αλλά μερικές φορές, το σθένος του σιδήρου γίνεται 3. Αυτό συμβαίνει επειδή η διαμόρφωση ηλεκτρονίων 3d είναι πιο σταθερή από την 3d. Έτσι, η αφαίρεση ενός ακόμη ηλεκτρονίου μαζί με τα ηλεκτρόνια 4s θα σταθεροποιήσει περισσότερο τον Σίδηρο.

Διαφορά μεταξύ αριθμού οξείδωσης και σθένους

Ορισμός

Αριθμός οξείδωσης: Ο αριθμός οξείδωσης είναι το φορτίο του κεντρικού ατόμου μιας ένωσης συντονισμού εάν όλοι οι δεσμοί γύρω από αυτό το άτομο ήταν ιοντικοί δεσμοί.

Σθένος:  Το σθένος είναι ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορεί να χάσει, να αποκτήσει ή να μοιραστεί ένα άτομο προκειμένου να σταθεροποιηθεί.

Εφαρμογή

Αριθμός οξείδωσης: Ο αριθμός οξείδωσης εφαρμόζεται για σύμπλοκα συντονισμού.

Σθένος:  Το Valency χρησιμοποιείται για οποιοδήποτε στοιχείο.

Υπολογισμός

Αριθμός οξείδωσης: Ο αριθμός οξείδωσης μπορεί να υπολογιστεί λαμβάνοντας υπόψη τους συνδέτες και το συνολικό φορτίο του συμπλέγματος συντονισμού.

Σθένος:  Το σθένος μπορεί να προσδιοριστεί λαμβάνοντας τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων.

Αναπαράσταση

Αριθμός οξείδωσης: Ο αριθμός οξείδωσης δίνεται σε ρωμαϊκούς αριθμούς που βρίσκονται μέσα σε αγκύλες.

Σθένος: Το σθένος δίνεται σε ινδουο-αραβικούς αριθμούς.

Συμπέρασμα

Αν και ο ορισμός του Valency λέει ότι είναι ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που χρησιμοποιούνται στη σύνδεση, τα μεταβατικά στοιχεία μπορεί να έχουν διαφορετικά σθένη. Αυτό συμβαίνει επειδή τα μέταλλα μετάπτωσης μπορούν να σταθεροποιηθούν αφαιρώντας διαφορετικούς αριθμούς ηλεκτρονίων. Επιπλέον, τα κεντρικά άτομα σε σύμπλοκα συντονισμού μπορεί να έχουν διαφορετικούς αριθμούς οξείδωσης ανάλογα με τους συνδέτες που συνδέονται με το άτομο.