Hapetusluku on atomin teoreettinen varaus yhdisteessä, joka lasketaan olettamalla, että kaikki atomien väliset sidokset ovat ionisidoksia. Se osoittaa, kuinka monta elektronia atomi on luovuttanut tai vastaanottanut. Tältä sivulta löydät selkeän määritelmän, kaikki hapetusluvun määrittämisen säännöt, vakioarvojen taulukon, vaiheittaisen algoritmin ja interaktiivisen harjoitustyökalun aiheen kertaamiseen.
Mitä hapetusluku tarkoittaa
Hapetusluku (HL) on molekyylissä olevan atomin teoreettinen varaus, joka sillä olisi, jos kaikki yhteiset elektroniparit siirtyisivät kokonaan elektronegatiivisemmalle atomille. Yksinkertaisesti sanottuna se on elektronien "laskuri": atomi, joka luovuttaa elektroneja, saa positiivisen hapetusluvun, ja se, joka vetää niitä puoleensa, saa negatiivisen.
Hapetusluku kirjoitetaan aina etumerkillä ennen numeroa ja se merkitään alkuaineen symbolin yläpuolelle: esimerkiksi vedessä H₂O vedyn hapetusluku on +1 ja hapen −2. Tämä erottaa sen ionivarauksesta (S²⁻, Fe³⁺), jossa etumerkki kirjoitetaan numeron jälkeen.
Hapetusluku voi olla positiivinen, negatiivinen tai nolla, ja monilla alkuaineilla se on muuttuva — se vaihtelee yhdisteestä toiseen. Siksi on tärkeää osata määrittää se sen sijaan, että opettelisi lukuja ulkoa.
Hapetusluvun säännöt: vakioarvojen taulukko
Hapetusluvun määrittämiseksi on tiedettävä muutama perussääntö. Joillakin alkuaineilla on vakiohapetusluku kaikissa yhdisteissä — niiden arvot on koottu alla olevaan taulukkoon. Määrittäminen aloitetaan aina näistä.
Vakioarvojen lisäksi pätevät kolme pääsääntöä:
- alkuaineen hapetusluku on aina 0 (Fe, O₂, H₂, S₈);
- molekyylin kaikkien atomien hapetuslukujen summa on 0 — molekyyli on sähköisesti neutraali;
- ionin hapetuslukujen summa on yhtä suuri kuin ionin varaus (esimerkiksi SO₄²⁻-ionissa summa on −2).
| Alkuaine | Hapetusluku | Poikkeukset |
|---|---|---|
| Alkuaine O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | ei poikkeuksia |
| Fluori F | −1 | aina −1, muita arvoja ei ole |
| I ryhmän metallit Na, K, Li, Ag | +1 | vakio |
| II ryhmän metallit Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | vakio |
| Alumiini Al | +3 | vakio |
| Vety H | +1 | −1 metallihydrideissä: NaH, CaH₂ |
| Happi O | −2 | −1 peroksideissa (H₂O₂); +2 yhdisteessä OF₂ |
Kuinka hapetusluku määritetään yhdisteessä
Kun kaavassa on alkuaine, jolla on muuttuva hapetusluku (rikki, typpi, kloori, mangaani, fosfori), se lasketaan yhtälön avulla. Algoritmi on universaali: merkitään ensin kaikki tunnetut arvot, nimetään tuntematon x:ksi ja ratkaistaan summa-yhtälö. Viisi vaihetta alla.
0, laskemista ei tarvita+1, happi −2, fluori −1 — katso taulukko ylhäältä0 molekyylille tai = varaukselle ionille+ tai −Korkein ja alin hapetusluku
Alkuaineella on korkein ja alin hapetusluku — ääriarvot, joiden välissä kaikki muut arvot sijaitsevat.
- Korkein hapetusluku on yleensä yhtä suuri kuin ryhmän numero jaksollisessa järjestelmässä (pääryhmien alkuaineille). Esimerkiksi rikki VI ryhmässä → korkein HL +6 (H₂SO₄), typpi V ryhmässä → +5 (HNO₃), kloori VII ryhmässä → +7 (HClO₄). Se esiintyy yhdisteissä, joissa on elektronegatiivisempia alkuaineita — useimmiten hapen kanssa.
- Alin hapetusluku epämetalleille on ryhmän numero miinus 8. Rikille se on 6 − 8 = −2 (H₂S), typelle 5 − 8 = −3 (NH₃). Se esiintyy yhdisteissä vedyn ja metallien kanssa.
Poikkeuksia on: esimerkiksi fluorilla ei ole korkeaa positiivista HL:ää — se on elektronegatiivisin ja aina −1; hapen korkein HL +2 esiintyy vain yhdisteessä OF₂.
Esimerkkejä hapetusluvun määrittämisestä
Esimerkki 1. Rikki H₂SO₄-yhdisteessä
Tehtävä: määritä rikin hapetusluku rikkihapossa H₂SO₄.
Vaihe 1. Tämä ei ole alkuaine — kaavassa on kolme alkuainetta.
Vaihe 2. Asetetaan vakio-HL:t: vety +1 (2 atomia), happi −2 (4 atomia).
Vaihe 3. Rikin hapetusluku on tuntematon — merkitään se x:ksi.
Vaihe 4. Muodostetaan yhtälö (kaikkien HL:ien summa molekyylissä = 0):
Vaihe 5. Ratkaistaan: \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
Vastaus: rikin hapetusluku H₂SO₄-yhdisteessä on +6.
Esimerkki 2. Mangaani KMnO₄-yhdisteessä
Tehtävä: määritä mangaanin hapetusluku kaliumpermanganaatissa KMnO₄.
Vaihe 1–2. Vakio-HL:t: kalium (I ryhmän metalli) +1, happi −2 (4 atomia).
Vaihe 3. Mangaani on alkuaine, jolla on muuttuva HL, merkitään se x:ksi.
Vaihe 4. Summa-yhtälö:
Vaihe 5. Ratkaistaan: \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
Vastaus: mangaanin hapetusluku on +7 — tämä on sen korkein hapetusluku (Mn on VII ryhmässä).
Esimerkki 3. Määrittäminen oksidin Fe₂O₃ kaavasta
Tehtävä: määritä raudan hapetusluku oksidissa Fe₂O₃.
Vaihe 1–2. Happi on aina −2, happiatomeja on 3, joten hapen kokonaispanos on: \(3 \cdot (-2) = -6\).
Vaihe 3. Raudan hapetusluku merkitään x:ksi, rauta-atomeja on 2.
Vaihe 4. Yhtälö: \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
Vaihe 5. Ratkaistaan: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
Vastaus: raudan hapetusluku on +3. Tarkistus: kaksi atomia, joilla on +3, antavat +6, kolme happiatomia antavat −6, summa on 0 — oikein.
Yleisiä virheitä hapetusluvun määrittämisessä
-
Sekoitetaan hapetusluku ja valenssi.
Valenssi on atomin kemiallisten sidosten määrä, siinä ei ole etumerkkiä (aina positiivinen luku: I, II, III). Hapetusluku on teoreettinen varaus, jossa on etumerkki (+ tai −) ja se voi olla nolla. Esimerkiksi N₂-molekyylissä typen valenssi on III, mutta hapetusluku on 0.
-
Etumerkki asetetaan väärin: kirjoitetaan numero ja sitten plus tai miinus (2+ eikä +2).
Hapetusluvussa etumerkki asetetaan ENNEN numeroa ja alkuaineen symbolin yläpuolelle: +2, −3, +6. Merkintä, jossa etumerkki on numeron jälkeen (S²⁻), viittaa ionivaraukseen, ei hapetuslukuun.
-
Luullaan, että happi on aina −2 ja vety aina +1.
Tämä pätee lähes aina, mutta on poikkeuksia. Peroksidien (H₂O₂) hapen HL on −1, ja yhdisteessä OF₂ jopa +2. Metallihydridien (NaH, CaH₂) vedyn HL on −1, koska metalli on vielä sähköpositiivisempi.
-
Unohdetaan, että molekyylin hapetuslukujen summa on nolla.
Molekyyli on sähköisesti neutraali, joten summa (HL × atomien määrä) kaikille alkuaineille on aina = 0. Ionille tämä summa on yhtä suuri kuin ionin varaus. Tämä on tärkein yhtälö, josta tuntematon hapetusluku ratkaistaan.
-
Ei kerrota hapetuslukua alkuaineen atomien määrällä.
Summa-yhtälössä jokainen HL on kerrottava indeksillä (atomien määrällä). H₂SO₄-yhdisteessä vety ei anna +1, vaan 2·(+1) = +2, happi ei −2, vaan 4·(−2) = −8. Indeksin unohtaminen on yleisin laskuvirhe.
Kysymyksiä ja vastauksia
Miten hapetusluku eroaa valenssista?
Valenssi osoittaa atomin kemiallisten sidosten määrän eikä siinä ole etumerkkiä (se merkitään roomalaisilla numeroilla: I, II, III). Hapetusluku on atomin teoreettinen varaus, siinä on etumerkki (+ tai −) ja se voi olla nolla tai murtoluku. Monilla alkuaineilla nämä arvot vastaavat toisiaan itseisarvoltaan, mutta eivät aina: N₂-molekyylissä typen valenssi on III, mutta hapetusluku on 0.
Kuinka alkuaineen korkein hapetusluku määritetään?
Pääryhmän alkuaineen korkein (maksimi positiivinen) hapetusluku on yhtä suuri kuin sen ryhmän numero jaksollisessa järjestelmässä. Esimerkiksi rikki VI ryhmässä on +6, typpi V ryhmässä +5, kloori VII ryhmässä +7. Se esiintyy yhdisteissä hapen kanssa. Poikkeukset: hapella ja fluorilla ei ole korkeaa positiivista HL:ää, joka vastaisi ryhmän numeroa.
Kuinka alin hapetusluku määritetään?
Epämetalleille alin (minimi) hapetusluku on ryhmän numero miinus 8. Rikille se on 6 − 8 = −2 (H₂S-yhdisteessä), typelle 5 − 8 = −3 (NH₃-yhdisteessä), kloorille 7 − 8 = −1 (HCl-yhdisteessä). Alin HL esiintyy yhdisteissä vedyn ja metallien kanssa. Metalleilla alin hapetusluku on 0 (alkuaineena).
Mikä on alkuaineen hapetusluku?
Millä tahansa atomilla alkuaineena hapetusluku on 0. Tämä koskee sekä metalleja (Fe, Cu, Na) että epämetalleja (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄). Syy on yksinkertainen: saman alkuaineen atomit vetävät yhteisiä elektroneja puoleensa yhtä voimakkaasti, joten teoreettinen varaus on nolla.
Onko hapen hapetusluku aina −2?
Lähes aina, mutta on kaksi poikkeusta. Peroksideissa (H₂O₂, Na₂O₂) hapen hapetusluku on −1, koska happiatomit ovat sitoutuneet toisiinsa. Yhdisteessä fluorin kanssa (OF₂) hapen HL on +2, koska fluori on vielä elektronegatiivisempi.
Voiko hapetusluku olla murtoluku?
Kyllä, mutta se on keskimääräinen (muodollinen) arvo. Esimerkiksi Fe₃O₄-yhdisteessä raudan keskimääräinen hapetusluku on +8/3, koska kaavassa on sekoitus atomeja, joiden HL on +2 ja +3. Koulukemiassa tällaisia tapauksia käsitellään harvoin — yleensä hapetusluku on kokonaisluku.
