Τι είναι ο αριθμός οξείδωσης και πώς σχετίζεται με τα ηλεκτρόνια σθένους;

Αριθμός οξείδωσης και ηλεκτρόνια σθένους:μια στενή σχέση

Αριθμός οξείδωσης είναι ένα υποθετικό φορτίο που θα είχε ένα άτομο εάν όλοι οι δεσμοί ήταν ιοντικοί. Μας βοηθά να κατανοήσουμε πώς τα ηλεκτρόνια μοιράζονται ή μεταφέρονται σε ένα μόριο ή ιόν.

ηλεκτρόνια σθένους είναι τα εξώτατα ηλεκτρόνια ενός ατόμου, τα οποία εμπλέκονται στη χημική σύνδεση. Σχετίζονται άμεσα με τον αριθμό οξείδωσης με τους ακόλουθους τρόπους:

1. Προσδιορισμός αριθμού οξείδωσης:

* Ομάδα 1 &2: Τα άτομα σε αυτές τις ομάδες (μέταλλα αλκαλικών και αλκαλικών γαιών) τείνουν να χάσουν τα μονά ή δύο ηλεκτρόνια σθένους για να σχηματίσουν έναν αριθμό οξείδωσης +1 ή +2, αντίστοιχα.

* Ομάδα 17 (αλογόνα): Αυτά τα άτομα τείνουν να κερδίζουν ένα ηλεκτρόνιο για να ολοκληρώσουν το οκτάδες τους, με αποτέλεσμα τον αριθμό οξείδωσης -1.

* Ομάδα 16 (οικογένεια οξυγόνου): Το οξυγόνο κερδίζει τυπικά δύο ηλεκτρόνια, οδηγώντας σε αριθμό οξείδωσης -2.

* Μεταβατικά μέταλλα: Αυτά τα στοιχεία έχουν συχνά πολλαπλές καταστάσεις οξείδωσης, ανάλογα με το μόριο ή το ιόν που αποτελούν μέρος του. Τα ηλεκτρόνια σθένους τους συμμετέχουν σε διαφορετικές ρυθμίσεις συγκόλλησης.

2. Πρόβλεψη συμπεριφοράς συγκόλλησης:

* Τα άτομα με μεγάλη διαφορά στην ηλεκτροαρνητικότητα (τάση να προσελκύουν ηλεκτρόνια) τείνουν να σχηματίζουν ιοντικούς δεσμούς. Το άτομο με υψηλότερη ηλεκτροαρνητικότητα κερδίζει ηλεκτρόνια, καθιστώντας αρνητικά φορτισμένο, ενώ το άλλο άτομο χάνει ηλεκτρόνια, γίνεται θετικά φορτισμένο. Οι αριθμοί οξείδωσης που προκύπτουν αντικατοπτρίζουν αυτόν τον διαχωρισμό φορτίου.

* Τα άτομα με παρόμοια ηλεκτροαρνητικότητα σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς, κοινόχρηστα ηλεκτρόνια. Οι αριθμοί οξείδωσης τους μπορεί να μην αντιπροσωπεύουν απαραιτήτως πραγματικές χρεώσεις, αλλά να υποδεικνύουν την κατανομή ηλεκτρονίων στο μόριο.

3. Κατανόηση αντιδράσεων οξειδοαναγωγής:

* Οξείδωση: Ένα άτομο χάνει ηλεκτρόνια και ο αριθμός οξείδωσης αυξάνεται.

* Μείωση: Ένα ατόμο κερδίζει ηλεκτρόνια και ο αριθμός οξείδωσης μειώνεται.

* Η μεταβολή του αριθμού οξείδωσης κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης αντικατοπτρίζει τη μεταφορά ηλεκτρονίων, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η ενέργεια ανταλλάσσεται σε χημικές αντιδράσεις.

Συνοπτικά:

* Τα ηλεκτρόνια σθένους είναι τα ηλεκτρόνια που εμπλέκονται στη χημική σύνδεση, τα οποία τελικά καθορίζουν την κατάσταση οξείδωσης ενός ατόμου.

* Ο αριθμός οξείδωσης, ένα υποθετικό φορτίο, αντικατοπτρίζει την κατανομή των ηλεκτρονίων και το δυναμικό μεταφοράς ηλεκτρονίων σε ένα μόριο ή ιόν.

* Η κατανόηση της σχέσης μεταξύ των ηλεκτρονίων σθένους και του αριθμού οξείδωσης μας βοηθά να προβλέψουμε τη συμπεριφορά των ατόμων σε χημικές αντιδράσεις.

Παράδειγμα:

Στο μόριο νερού (H₂O), το οξυγόνο έχει υψηλότερη ηλεκτροαρνητικότητα από το υδρογόνο. Το οξυγόνο "τραβά" τα κοινά ηλεκτρόνια πιο κοντά στον εαυτό του, με αποτέλεσμα ένα ελαφρώς αρνητικό φορτίο και έναν αριθμό οξείδωσης. Τα άτομα υδρογόνου έχουν ένα ελαφρώς θετικό φορτίο και έναν αριθμό οξείδωσης +1. Αυτό αντικατοπτρίζει την ανομοιογενή κοινή χρήση ηλεκτρονίων σθένους στον ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ οξυγόνου και υδρογόνου.