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.