Ο αριθμός οξείδωσης είναι το συμβατικό φορτίο ενός ατόμου σε μια ένωση, υπολογισμένο με την υπόθεση ότι όλοι οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων είναι ιοντικοί. Δείχνει πόσα ηλεκτρόνια ένα άτομο έχει αποβάλει ή έχει έλξει προς το μέρος του. Σε αυτή τη σελίδα θα βρείτε έναν κατανοητό ορισμό, όλους τους κανόνες προσδιορισμού του αριθμού οξείδωσης, έναν πίνακα σταθερών τιμών, έναν βήμα προς βήμα αλγόριθμο και ένα διαδραστικό εργαλείο για να εμπεδώσετε το θέμα.
Τι είναι ο αριθμός οξείδωσης
Ο αριθμός οξείδωσης (Α.Ο.) είναι το συμβατικό φορτίο ενός ατόμου σε ένα μόριο, το οποίο θα είχε αν όλα τα ηλεκτρόνια των κοινών ζευγών μεταφέρονταν πλήρως στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο. Με απλά λόγια, είναι ένας «μετρητής» ηλεκτρονίων: το άτομο που αποβάλλει ηλεκτρόνια αποκτά θετικό αριθμό οξείδωσης, ενώ αυτό που τα έλκει αποκτά αρνητικό.
Ο αριθμός οξείδωσης γράφεται πάντα με το πρόσημο πριν από τον αριθμό και τοποθετείται πάνω από το σύμβολο του στοιχείου: για παράδειγμα, στο νερό H₂O, το υδρογόνο έχει +1 και το οξυγόνο −2. Αυτό τον διακρίνει από το φορτίο του ιόντος (S²⁻, Fe³⁺), όπου το πρόσημο γράφεται μετά τον αριθμό.
Ο αριθμός οξείδωσης μπορεί να είναι θετικός, αρνητικός ή μηδενικός, και για πολλά στοιχεία είναι μεταβλητός — αλλάζει από ένωση σε ένωση. Γι' αυτόν ακριβώς τον λόγο πρέπει να ξέρετε πώς να τον προσδιορίζετε, αντί να τον αποστηθίζετε.
Κανόνες αριθμού οξείδωσης: πίνακας σταθερών τιμών
Για να προσδιορίσετε τον αριθμό οξείδωσης, πρέπει να γνωρίζετε μερικούς βασικούς κανόνες. Ορισμένα στοιχεία έχουν σταθερό αριθμό οξείδωσης σε όλες τις ενώσεις — οι τιμές τους συγκεντρώνονται στον παρακάτω πίνακα. Η τοποθέτηση των αριθμών ξεκινά πάντα από αυτά.
Εκτός από τις σταθερές τιμές, ισχύουν τρεις βασικοί κανόνες:
- σε μια απλή ουσία, ο αριθμός οξείδωσης οποιουδήποτε ατόμου είναι ίσος με 0 (Fe, O₂, H₂, S₈);
- το άθροισμα των αριθμών οξείδωσης όλων των ατόμων σε ένα μόριο είναι 0 — το μόριο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο;
- σε ένα ιόν, το άθροισμα των αριθμών οξείδωσης είναι ίσο με το φορτίο του ιόντος (για παράδειγμα, στο SO₄²⁻ το άθροισμα είναι −2).
| Στοιχείο | Αριθμός οξείδωσης | Εξαιρέσεις |
|---|---|---|
| Απλή ουσία O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | δεν υπάρχουν |
| Φθόριο F | −1 | πάντα −1, δεν υπάρχουν άλλες τιμές |
| Μέταλλα I ομάδας Na, K, Li, Ag | +1 | σταθερός |
| Μέταλλα II ομάδας Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | σταθερός |
| Αλουμίνιο Al | +3 | σταθερός |
| Υδρογόνο H | +1 | −1 στα υδρίδια μετάλλων: NaH, CaH₂ |
| Οξυγόνο O | −2 | −1 στα υπεροξείδια (H₂O₂); +2 στο OF₂ |
Πώς να προσδιορίσετε τον αριθμό οξείδωσης σε μια ένωση
Όταν στον χημικό τύπο υπάρχει ένα στοιχείο με μεταβλητό αριθμό οξείδωσης (θείο, άζωτο, χλώριο, μαγγάνιο, φώσφορος), τον βρίσκουμε μέσω μιας εξίσωσης. Ο αλγόριθμος είναι καθολικός: πρώτα τοποθετούμε ό,τι γνωρίζουμε με βεβαιότητα, μετά ορίζουμε το άγνωστο ως x και λύνουμε την εξίσωση του αθροίσματος. Τα πέντε βήματα βρίσκονται παρακάτω.
0, δεν χρειάζεται περαιτέρω υπολογισμός+1, οξυγόνο −2, φθόριο −1 — σύμφωνα με τον παραπάνω πίνακα0 για το μόριο ή = φορτίο για το ιόν+ ή −Μέγιστος και ελάχιστος αριθμός οξείδωσης
Κάθε στοιχείο έχει έναν μέγιστο και έναν ελάχιστο αριθμό οξείδωσης — τα ακραία όρια μεταξύ των οποίων βρίσκονται όλες οι άλλες τιμές.
- Ο μέγιστος αριθμός οξείδωσης είναι συνήθως ίσος με τον αριθμό της ομάδας στον Περιοδικό Πίνακα (για τα στοιχεία των κύριων υποομάδων). Για παράδειγμα, το θείο στην VI ομάδα → μέγιστος Α.Ο. +6 (H₂SO₄), το άζωτο στην V ομάδα → +5 (HNO₃), το χλώριο στην VII ομάδα → +7 (HClO₄). Εμφανίζεται σε ενώσεις με πιο ηλεκτραρνητικά στοιχεία — συχνότερα με το οξυγόνο.
- Ο ελάχιστος αριθμός οξείδωσης για τα αμέταλλα είναι ίσος με τον αριθμό της ομάδας μείον 8. Για το θείο είναι 6 − 8 = −2 (H₂S), για το άζωτο 5 − 8 = −3 (NH₃). Εμφανίζεται σε ενώσεις με υδρογόνο και μέταλλα.
Υπάρχουν εξαιρέσεις: για παράδειγμα, το φθόριο δεν έχει μέγιστο θετικό Α.Ο. — είναι το πιο ηλεκτραρνητικό και έχει πάντα −1; στο οξυγόνο ο μέγιστος Α.Ο. +2 συναντάται μόνο στο OF₂.
Παραδείγματα προσδιορισμού αριθμού οξείδωσης
Παράδειγμα 1. Θείο στο H₂SO₄
Άσκηση: προσδιορίστε τον αριθμό οξείδωσης του θείου στο θειικό οξύ H₂SO₄.
Βήμα 1. Δεν είναι απλή ουσία — στον τύπο υπάρχουν τρία στοιχεία.
Βήμα 2. Τοποθετούμε τους σταθερούς Α.Ο.: υδρογόνο +1 (2 άτομα), οξυγόνο −2 (4 άτομα).
Βήμα 3. Ο αριθμός οξείδωσης του θείου είναι άγνωστος — τον ορίζουμε ως x.
Βήμα 4. Σχηματίζουμε την εξίσωση (άθροισμα όλων των Α.Ο. στο μόριο = 0):
Βήμα 5. Λύνουμε: \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
Απάντηση: ο αριθμός οξείδωσης του θείου στο H₂SO₄ είναι +6.
Παράδειγμα 2. Μαγγάνιο στο KMnO₄
Άσκηση: προσδιορίστε τον αριθμό οξείδωσης του μαγγανίου στο υπερμαγγανικό κάλιο KMnO₄.
Βήμα 1–2. Σταθεροί Α.Ο.: κάλιο (μέταλλο I ομάδας) +1, οξυγόνο −2 (4 άτομα).
Βήμα 3. Το μαγγάνιο είναι στοιχείο με μεταβλητό Α.Ο., τον ορίζουμε ως x.
Βήμα 4. Εξίσωση αθροίσματος:
Βήμα 5. Λύνουμε: \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
Απάντηση: ο αριθμός οξείδωσης του μαγγανίου είναι +7 — αυτός είναι ο μέγιστος αριθμός οξείδωσής του (το Mn στην VII ομάδα).
Παράδειγμα 3. Προσδιορισμός από τον τύπο του οξειδίου Fe₂O₃
Άσκηση: προσδιορίστε τον αριθμό οξείδωσης του σιδήρου στο οξείδιο Fe₂O₃.
Βήμα 1–2. Το οξυγόνο είναι πάντα −2, τα άτομα οξυγόνου είναι 3, άρα η συνολική συνεισφορά του οξυγόνου είναι: \(3 \cdot (-2) = -6\).
Βήμα 3. Ο αριθμός οξείδωσης του σιδήρου ορίζεται ως x, τα άτομα σιδήρου είναι 2.
Βήμα 4. Εξίσωση: \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
Βήμα 5. Λύνουμε: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
Απάντηση: ο αριθμός οξείδωσης του σιδήρου είναι +3. Επαλήθευση: δύο άτομα με +3 δίνουν +6, τρία άτομα οξυγόνου δίνουν −6, άθροισμα 0 — σωστά.
Συχνά λάθη κατά τον προσδιορισμό του αριθμού οξείδωσης
-
Σύγχυση του αριθμού οξείδωσης με το σθένος.
Το σθένος είναι ο αριθμός των χημικών δεσμών ενός ατόμου, δεν έχει πρόσημο (είναι πάντα θετικός αριθμός: I, II, III). Ο αριθμός οξείδωσης είναι ένα συμβατικό φορτίο με πρόσημο (+ ή −) και μπορεί να είναι μηδενικός. Για παράδειγμα, στο N₂ το σθένος του αζώτου είναι III, ενώ ο αριθμός οξείδωσης είναι 0.
-
Λανθασμένη τοποθέτηση του προσήμου: γράφουν τον αριθμό και μετά το συν ή πλην (2+ αντί για +2).
Στον αριθμό οξείδωσης το πρόσημο τοποθετείται ΠΡΙΝ από τον αριθμό και πάνω από το σύμβολο του στοιχείου: +2, −3, +6. Η γραφή με το πρόσημο μετά τον αριθμό (S²⁻) αναφέρεται στο φορτίο του ιόντος και όχι στον αριθμό οξείδωσης.
-
Θεωρούν ότι το οξυγόνο είναι πάντα −2 και το υδρογόνο πάντα +1.
Αυτό ισχύει σχεδόν πάντα, αλλά υπάρχουν εξαιρέσεις. Το οξυγόνο στα υπεροξείδια (H₂O₂) έχει Α.Ο. −1, ενώ στο OF₂ ακόμη και +2. Το υδρογόνο στα υδρίδια των μετάλλων (NaH, CaH₂) έχει Α.Ο. −1, επειδή το μέταλλο είναι ακόμη πιο ηλεκτροθετικό.
-
Ξεχνούν ότι το άθροισμα των αριθμών οξείδωσης σε ένα μόριο είναι μηδέν.
Το μόριο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, επομένως το άθροισμα (Α.Ο. × αριθμός ατόμων) για όλα τα στοιχεία είναι πάντα = 0. Για ένα ιόν, αυτό το άθροισμα είναι ίσο με το φορτίο του ιόντος. Αυτή είναι η βασική εξίσωση από την οποία βρίσκουμε τον άγνωστο αριθμό οξείδωσης.
-
Δεν πολλαπλασιάζουν τον αριθμό οξείδωσης με τον αριθμό των ατόμων του στοιχείου.
Στην εξίσωση αθροίσματος, κάθε Α.Ο. πρέπει να πολλαπλασιάζεται με τον δείκτη (αριθμό ατόμων). Στο H₂SO₄ το υδρογόνο δεν δίνει +1, αλλά 2·(+1) = +2, το οξυγόνο δεν δίνει −2, αλλά 4·(−2) = −8. Η παράλειψη του δείκτη είναι το πιο συχνό αριθμητικό λάθος.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ αριθμού οξείδωσης και σθένους;
Το σθένος δείχνει τον αριθμό των χημικών δεσμών ενός ατόμου και δεν έχει πρόσημο (συμβολίζεται με λατινικούς αριθμούς: I, II, III). Ο αριθμός οξείδωσης είναι ένα συμβατικό φορτίο ενός ατόμου, έχει πρόσημο (+ ή −) και μπορεί να είναι μηδενικός ή κλασματικός. Για πολλά στοιχεία αυτές οι τιμές συμπίπτουν κατ' απόλυτη τιμή, αλλά όχι πάντα: στο μόριο N₂ το σθένος του αζώτου είναι III, ενώ ο αριθμός οξείδωσης είναι 0.
Πώς να προσδιορίσετε τον μέγιστο αριθμό οξείδωσης ενός στοιχείου;
Ο μέγιστος (μέγιστος θετικός) αριθμός οξείδωσης ενός στοιχείου της κύριας υποομάδας είναι ίσος με τον αριθμό της ομάδας του στον Περιοδικό Πίνακα. Για παράδειγμα, το θείο στην VI ομάδα έχει μέγιστο Α.Ο. +6, το άζωτο στην V ομάδα — +5, το χλώριο στην VII ομάδα — +7. Εμφανίζεται σε ενώσεις με οξυγόνο. Εξαιρέσεις: το οξυγόνο και το φθόριο δεν έχουν μέγιστο θετικό Α.Ο. ίσο με τον αριθμό της ομάδας.
Πώς να προσδιορίσετε τον ελάχιστο αριθμό οξείδωσης;
Για τα αμέταλλα, ο ελάχιστος (ελάχιστος) αριθμός οξείδωσης είναι ίσος με τον αριθμό της ομάδας μείον 8. Για το θείο είναι 6 − 8 = −2 (στο H₂S), για το άζωτο 5 − 8 = −3 (στο NH₃), για το χλώριο 7 − 8 = −1 (στο HCl). Ο ελάχιστος Α.Ο. εμφανίζεται σε ενώσεις με υδρογόνο και μέταλλα. Για τα μέταλλα, ο ελάχιστος αριθμός οξείδωσης είναι 0 (σε απλή ουσία).
Ποιος είναι ο αριθμός οξείδωσης μιας απλής ουσίας;
Σε οποιοδήποτε άτομο σε απλή ουσία, ο αριθμός οξείδωσης είναι ίσος με 0. Αυτό ισχύει και για τα μέταλλα (Fe, Cu, Na) και για τα αμέταλλα (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄). Ο λόγος είναι απλός: τα άτομα του ίδιου στοιχείου έλκουν τα κοινά ηλεκτρόνια με τον ίδιο τρόπο, επομένως το συμβατικό φορτίο είναι μηδέν.
Έχει το οξυγόνο πάντα αριθμό οξείδωσης −2;
Σχεδόν πάντα, αλλά υπάρχουν δύο εξαιρέσεις. Στα υπεροξείδια (H₂O₂, Na₂O₂) ο αριθμός οξείδωσης του οξυγόνου είναι −1, επειδή τα άτομα οξυγόνου είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους. Στην ένωση με το φθόριο OF₂ το οξυγόνο έχει θετικό Α.Ο. +2, καθώς το φθόριο είναι ακόμη πιο ηλεκτραρνητικό.
Μπορεί ο αριθμός οξείδωσης να είναι κλασματικός;
Ναι, αλλά πρόκειται για μια μέση (τυπική) τιμή. Για παράδειγμα, στο Fe₃O₄ ο μέσος αριθμός οξείδωσης του σιδήρου είναι +8/3, επειδή στον τύπο αναμιγνύονται άτομα με Α.Ο. +2 και +3. Στο σχολικό πρόγραμμα τέτοιες περιπτώσεις εξετάζονται σπάνια — συνήθως ο αριθμός οξείδωσης είναι ακέραιος.
