Oksüdatsiooniaste on aatomi tinglik laeng ühendis, mis on arvutatud eeldusel, et kõik aatomitevahelised sidemed on ioonsed. See näitab, mitu elektroni on aatom loovutanud või enda poole tõmmanud. Sellel lehel on selge definitsioon, kõik oksüdatsiooniastme määramise reeglid, püsivate väärtuste tabel, samm-sammuline algoritm ja interaktiivne treening, mille abil saad teema kohe kinnistada.
Mis on oksüdatsiooniaste
Oksüdatsiooniaste (OA) on aatomi tinglik laeng molekulis, mis tal oleks juhul, kui kõik ühised elektronpaarid oleksid täielikult üle läinud elektronegatiivsemale aatomile. Lihtsamalt öeldes on see elektronide „loendur“: aatom, mis loovutab elektrone, saab positiivse oksüdatsiooniastme, ja see, mis neid tõmbab, negatiivse.
Oksüdatsiooniastet kirjutatakse alati märgiga enne numbrit ja see märgitakse elemendi sümboli kohale: näiteks vees H₂O on vesinikul +1, hapnikul −2. See eristab seda iooni laengust (S²⁻, Fe³⁺), kus märk kirjutatakse pärast numbrit.
Oksüdatsiooniaste võib olla positiivne, negatiivne või null ja paljudel elementidel on see muutuv – see varieerub ühendist ühendisse. Just seetõttu tuleb seda osata määrata, mitte lihtsalt pähe õppida.
Oksüdatsiooniastme reeglid: püsivate väärtuste tabel
Oksüdatsiooniastme määramiseks tuleb teada mõnda kindlat reeglit. Osadel elementidel on igas ühendis püsiv oksüdatsiooniaste – nende väärtused on toodud allolevas tabelis. Just nendest alustatakse määramist.
Lisaks püsivatele väärtustele kehtivad kolm peamist reeglit:
- lihtaine puhul on iga aatomi oksüdatsiooniaste 0 (Fe, O₂, H₂, S₈);
- molekuli kõigi aatomite oksüdatsiooniastmete summa on 0 – molekul on elektroneutraalne;
- iooni puhul on oksüdatsiooniastmete summa võrdne iooni laenguga (näiteks SO₄²⁻ puhul on summa −2).
| Element | Oksüdatsiooniaste | Erandid |
|---|---|---|
| Lihtaine O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | erandeid pole |
| Fluor F | −1 | alati −1, muid väärtusi pole |
| I rühma metallid Na, K, Li, Ag | +1 | püsiv |
| II rühma metallid Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | püsiv |
| Alumiinium Al | +3 | püsiv |
| Vesinik H | +1 | −1 metallide hüdriidides: NaH, CaH₂ |
| Hapnik O | −2 | −1 peroksiidides (H₂O₂); +2 ühendis OF₂ |
Kuidas määrata oksüdatsiooniastet ühendis
Kui valemis on muutuva oksüdatsiooniastmega element (väävel, lämmastik, kloor, mangaan, fosfor), leitakse see võrrandi abil. Algoritm on universaalne: kõigepealt märgime kõik teadaolevad väärtused, seejärel tähistame tundmatu x-iga ja lahendame summa võrrandi. Viis sammu on toodud allpool.
0, edasi pole vaja arvutada+1, hapnik −2, fluor −1 — vastavalt tabelile ülal0 molekuli puhul või = iooni laenguga+ või −Kõrgeim ja madalaim oksüdatsiooniaste
Elemendil on kõrgeim ja madalaim oksüdatsiooniaste – äärmuslikud väärtused, mille vahele jäävad kõik ülejäänud.
- Kõrgeim oksüdatsiooniaste on tavaliselt võrdne rühma numbriga perioodilisustabelis (peaalagruppide elementide puhul). Näiteks väävel VI rühmas → kõrgeim OA +6 (H₂SO₄), lämmastik V rühmas → +5 (HNO₃), kloor VII rühmas → +7 (HClO₄). See avaldub ühendites elektronegatiivsemate elementidega – kõige sagedamini hapnikuga.
- Madalaim oksüdatsiooniaste mittemetallide puhul on võrdne rühma number miinus 8. Väävli puhul on see 6 − 8 = −2 (H₂S), lämmastiku puhul 5 − 8 = −3 (NH₃). See avaldub ühendites vesiniku ja metallidega.
Erandid on olemas: näiteks fluoril ei ole kõrgeimat positiivset OA-d – ta on kõige elektronegatiivsem ja alati −1; hapniku kõrgeim OA +2 esineb ainult ühendis OF₂.
Oksüdatsiooniastme määramise näited
Näide 1. Väävel ühendis H₂SO₄
Ülesanne: määrata väävli oksüdatsiooniaste väävelhappes H₂SO₄.
1. samm. See ei ole lihtaine – valemis on kolm elementi.
2. samm. Märgime püsivad OA-d: vesinik +1 (2 aatomit), hapnik −2 (4 aatomit).
3. samm. Väävli oksüdatsiooniaste on teadmata – tähistame selle x-iga.
4. samm. Koostame võrrandi (kõigi OA-de summa molekulis = 0):
5. samm. Lahendame: \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
Vastus: väävli oksüdatsiooniaste ühendis H₂SO₄ on +6.
Näide 2. Mangaan ühendis KMnO₄
Ülesanne: määrata mangaani oksüdatsiooniaste kaaliumpermanganaadis KMnO₄.
1.–2. samm. Püsivad OA-d: kaalium (I rühma metall) +1, hapnik −2 (4 aatomit).
3. samm. Mangaan on muutuva OA-ga element, tähistame x-iga.
4. samm. Summa võrrand:
5. samm. Lahendame: \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
Vastus: mangaani oksüdatsiooniaste on +7 – see on tema kõrgeim oksüdatsiooniaste (Mn VII rühmas).
Näide 3. Määramine oksiidi valemi Fe₂O₃ järgi
Ülesanne: määrata raua oksüdatsiooniaste oksiidis Fe₂O₃.
1.–2. samm. Hapnik on alati −2, hapniku aatomeid on 3, seega hapniku panus kokku: \(3 \cdot (-2) = -6\).
3. samm. Raua oksüdatsiooniaste tähistame x-iga, raua aatomeid on 2.
4. samm. Võrrand: \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
5. samm. Lahendame: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
Vastus: raua oksüdatsiooniaste on +3. Kontroll: kaks aatomit väärtusega +3 annavad +6, kolm hapniku aatomit annavad −6, summa on 0 – õige.
Sagedased vead oksüdatsiooniastme määramisel
-
Oksüdatsiooniastme ja valentsi segiajamine.
Valents on aatomi keemiliste sidemete arv, sellel pole märki (alati positiivne arv: I, II, III). Oksüdatsiooniaste on tinglik laeng märgiga (+ või −) ja võib olla null. Näiteks molekulis N₂ on lämmastiku valents III, aga oksüdatsiooniaste 0.
-
Vale märgi kasutamine: kirjutatakse number ja siis pluss või miinus (2+ asemel +2).
Oksüdatsiooniastme märk kirjutatakse ENNE numbrit ja elemendi sümboli kohale: +2, −3, +6. Kirje märgiga pärast numbrit (S²⁻) käib iooni laengu, mitte oksüdatsiooniastme kohta.
-
Arvamus, et hapnik on alati −2 ja vesinik alati +1.
See kehtib peaaegu alati, kuid on erandeid. Hapnikul on peroksiidides (H₂O₂) OA −1 ja ühendis OF₂ isegi +2. Vesinikul on metallide hüdriidides (NaH, CaH₂) OA −1, sest metall on veelgi elektropositiivsem.
-
Unustatakse, et molekuli oksüdatsiooniastmete summa on null.
Molekul on elektroneutraalne, seetõttu on summa (OA × aatomite arv) kõigi elementide kohta alati = 0. Iooni puhul on see summa võrdne iooni laenguga. See on peamine võrrand, millest leitakse tundmatu oksüdatsiooniaste.
-
Oksüdatsiooniastme mittekorrutamine aatomite arvuga.
Summa võrrandis tuleb iga OA korrutada indeksiga (aatomite arvuga). Ühendis H₂SO₄ ei anna vesinik +1, vaid 2·(+1) = +2, hapnik ei anna −2, vaid 4·(−2) = −8. Indeksi vahelejätmine on kõige sagedasem arvutusviga.
Küsimused ja vastused
Mille poolest erineb oksüdatsiooniaste valentsist?
Valents näitab aatomi keemiliste sidemete arvu ja sellel pole märki (seda tähistatakse rooma numbritega: I, II, III). Oksüdatsiooniaste on aatomi tinglik laeng, sellel on märk (+ või −) ja see võib olla null või murdarvuline. Paljudel elementidel need väärtused mooduli poolest kattuvad, kuid mitte alati: molekulis N₂ on lämmastiku valents III, aga oksüdatsiooniaste 0.
Kuidas määrata elemendi kõrgeimat oksüdatsiooniastet?
Peaalagrupi elemendi kõrgeim (maksimaalne positiivne) oksüdatsiooniaste on võrdne tema rühma numbriga perioodilisustabelis. Näiteks väävel VI rühmas on OA +6, lämmastik V rühmas +5, kloor VII rühmas +7. See avaldub ühendites hapnikuga. Erandid: hapnikul ja fluoril ei ole rühma numbriga võrdset kõrgeimat positiivset OA-d.
Kuidas määrata madalaimat oksüdatsiooniastet?
Mittemetallide puhul on madalaim (minimaalne) oksüdatsiooniaste rühma number miinus 8. Väävli puhul on see 6 − 8 = −2 (H₂S-is), lämmastiku puhul 5 − 8 = −3 (NH₃-s), kloori puhul 7 − 8 = −1 (HCl-is). Madalaim OA avaldub ühendites vesiniku ja metallidega. Metallide madalaim oksüdatsiooniaste on 0 (lihtaines).
Milline on lihtaine oksüdatsiooniaste?
Iga aatomi oksüdatsiooniaste lihtaines on 0. See kehtib nii metallide (Fe, Cu, Na) kui ka mittemetallide (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄) kohta. Põhjus on lihtne: ühe elemendi aatomid tõmbavad ühiseid elektrone võrdselt, seetõttu on tinglik laeng null.
Kas hapniku oksüdatsiooniaste on alati −2?
Peaaegu alati, kuid on kaks erandit. Peroksiidides (H₂O₂, Na₂O₂) on hapniku oksüdatsiooniaste −1, sest hapniku aatomid on omavahel seotud. Ühendis fluoriga OF₂ on hapnikul positiivne OA +2, kuna fluor on veelgi elektronegatiivsem.
Kas oksüdatsiooniaste võib olla murdarvuline?
Jah, kuid see on keskmine (formaalne) suurus. Näiteks ühendis Fe₃O₄ on raua keskmine oksüdatsiooniaste +8/3, sest valemis on segamini +2 ja +3 OA-ga aatomid. Kooliprogrammis käsitletakse selliseid juhtumeid harva – tavaliselt on oksüdatsiooniaste täisarvuline.
