Oksidacijski broj je uvjetni naboj atoma u spoju, izračunat pod pretpostavkom da su sve veze između atoma ionske. Pokazuje koliko je atoma otpustilo ili privuklo elektrona. Na ovoj stranici pronaći ćeš jasnu definiciju, sva pravila za određivanje oksidacijskog broja, tablicu stalnih vrijednosti, korak-po-korak algoritam i interaktivni simulator na kojem možeš odmah utvrditi gradivo.
Što je oksidacijski broj
Oksidacijski broj (OB) je uvjetni naboj atoma u molekuli koji bi atom imao kada bi svi elektroni zajedničkih parova u potpunosti prešli na elektronegativniji atom. Jednostavnije rečeno, to je „brojač” elektrona: atom koji otpušta elektrone dobiva pozitivan oksidacijski broj, a onaj koji ih privlači — negativan.
Oksidacijski broj uvijek zapisujemo sa znakom ispred broja i stavljamo ga iznad simbola elementa: na primjer, u vodi H₂O vodik ima +1, a kisik −2. To ga razlikuje od naboja iona (S²⁻, Fe³⁺), gdje se znak piše iza broja.
Oksidacijski broj može biti pozitivan, negativan ili nula, a kod mnogih elemenata je promjenjiv — mijenja se od spoja do spoja. Upravo zato ga treba znati odrediti, a ne samo napamet naučiti.
Pravila za oksidacijski broj: tablica stalnih vrijednosti
Kako bi odredio oksidacijski broj, moraš znati nekoliko čvrstih pravila. Neki elementi imaju stalan oksidacijski broj u svim spojevima — njihove vrijednosti su navedene u tablici ispod. Od njih se započinje određivanje.
Osim stalnih vrijednosti, vrijede tri glavna pravila:
- u elementarnoj tvari oksidacijski broj svakog atoma jednak je 0 (Fe, O₂, H₂, S₈);
- zbroj oksidacijskih brojeva svih atoma u molekuli jednak je 0 — molekula je elektroneutralna;
- u ionu zbroj oksidacijskih brojeva jednak je naboju iona (na primjer, u SO₄²⁻ zbroj je −2).
| Element | Oksidacijski broj | Iznimke |
|---|---|---|
| Elementarna tvar O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | nema iznimaka |
| Fluor F | −1 | uvijek −1, nema drugih vrijednosti |
| Metali I. skupine Na, K, Li, Ag | +1 | stalan |
| Metali II. skupine Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | stalan |
| Aluminij Al | +3 | stalan |
| Vodik H | +1 | −1 u metalnim hidridima: NaH, CaH₂ |
| Kisik O | −2 | −1 u peroksidima (H₂O₂); +2 u OF₂ |
Kako odrediti oksidacijski broj u spoju
Kada se u formuli nalazi element s promjenjivim oksidacijskim brojem (sumpor, dušik, klor, mangan, fosfor), on se pronalazi pomoću jednadžbe. Algoritam je univerzalan: prvo postavimo sve što znamo sa sigurnošću, zatim nepoznanicu označimo s x i riješimo jednadžbu zbroja. Pet koraka nalazi se ispod.
0, dalje ne treba računati+1, kisik −2, fluor −1 — prema tablici iznad0 za molekulu ili = naboju za ion+ ili −Najviši i najniži oksidacijski broj
Element ima najviši i najniži oksidacijski broj — krajnje vrijednosti između kojih se nalaze sve ostale.
- Najviši oksidacijski broj obično je jednak broju skupine u Periodnom sustavu (za elemente glavnih skupina). Na primjer, sumpor u VI. skupini → najviši OB +6 (H₂SO₄), dušik u V. skupini → +5 (HNO₃), klor u VII. skupini → +7 (HClO₄). On se očituje u spojevima s elektronegativnijim elementima — najčešće s kisikom.
- Najniži oksidacijski broj za nemetale jednak je broju skupine minus 8. Za sumpor je to 6 − 8 = −2 (H₂S), za dušik 5 − 8 = −3 (NH₃). On se očituje u spojevima s vodikom i metalima.
Postoje iznimke: na primjer, fluor nema najviši pozitivni OB — on je najelektronegativniji i uvijek je −1; kod kisika najviši OB +2 pojavljuje se samo u OF₂.
Primjeri određivanja oksidacijskog broja
Primjer 1. Sumpor u H₂SO₄
Zadatak: odrediti oksidacijski broj sumpora u sumpornoj kiselini H₂SO₄.
1. korak. To nije elementarna tvar — u formuli su tri elementa.
2. korak. Postavljamo stalne OB: vodik +1 (2 atoma), kisik −2 (4 atoma).
3. korak. Oksidacijski broj sumpora je nepoznat — označimo ga s x.
4. korak. Sastavljamo jednadžbu (zbroj svih OB u molekuli = 0):
5. korak. Rješavamo: \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
Odgovor: oksidacijski broj sumpora u H₂SO₄ iznosi +6.
Primjer 2. Mangan u KMnO₄
Zadatak: odrediti oksidacijski broj mangana u kalijevu permanganatu KMnO₄.
1.–2. korak. Stalne OB: kalij (metal I. skupine) +1, kisik −2 (4 atoma).
3. korak. Mangan je element s promjenjivim OB, označimo ga s x.
4. korak. Jednadžba zbroja:
5. korak. Rješavamo: \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
Odgovor: oksidacijski broj mangana iznosi +7 — to je njegov najviši oksidacijski broj (Mn je u VII. skupini).
Primjer 3. Određivanje iz formule oksida Fe₂O₃
Zadatak: odrediti oksidacijski broj željeza u oksidu Fe₂O₃.
1.–2. korak. Kisik je uvijek −2, atoma kisika ima 3, dakle ukupan doprinos kisika je: \(3 \cdot (-2) = -6\).
3. korak. Oksidacijski broj željeza označimo s x, atoma željeza ima 2.
4. korak. Jednadžba: \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
5. korak. Rješavamo: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
Odgovor: oksidacijski broj željeza iznosi +3. Provjera: dva atoma po +3 daju +6, tri atoma kisika daju −6, zbroj je 0 — točno.
Česte pogreške pri određivanju oksidacijskog broja
-
Miješanje oksidacijskog broja s valentnošću.
Valentnost je broj kemijskih veza atoma, ona nema predznak (uvijek je pozitivan broj: I, II, III). Oksidacijski broj je uvjetni naboj sa znakom (+ ili −) i može biti nula. Na primjer, u N₂ valentnost dušika je III, a oksidacijski broj je 0.
-
Pogrešno postavljanje znaka: pišu broj, a zatim plus ili minus (2+ umjesto +2).
Kod oksidacijskog broja znak se stavlja ISPRED broja i iznad simbola elementa: +2, −3, +6. Zapis sa znakom iza broja (S²⁻) odnosi se na naboj iona, a ne na oksidacijski broj.
-
Smatranje da je kisik uvijek −2, a vodik uvijek +1.
To funkcionira gotovo uvijek, ali postoje iznimke. Kisik u peroksidima (H₂O₂) ima OB −1, a u OF₂ čak +2. Vodik u metalnim hidridima (NaH, CaH₂) ima OB −1, jer je metal još elektropozitivniji.
-
Zaboravljanje da je zbroj oksidacijskih brojeva u molekuli jednak nuli.
Molekula je elektroneutralna, stoga je zbroj (OB × broj atoma) za sve elemente uvijek = 0. Za ion je taj zbroj jednak naboju iona. To je glavna jednadžba iz koje se pronalazi nepoznati oksidacijski broj.
-
Ne množenje oksidacijskog broja s brojem atoma elementa.
U jednadžbi zbroja svaki OB treba pomnožiti s indeksom (brojem atoma). U H₂SO₄ vodik ne daje +1, već 2·(+1) = +2, kisik ne −2, već 4·(−2) = −8. Izostavljanje indeksa najčešća je aritmetička pogreška.
Pitanja i odgovori
Po čemu se oksidacijski broj razlikuje od valentnosti?
Valentnost pokazuje broj kemijskih veza atoma i nema predznak (označava se rimskim brojevima: I, II, III). Oksidacijski broj je uvjetni naboj atoma, ima predznak (+ ili −) i može biti nula ili razlomak. Kod mnogih elemenata te se vrijednosti podudaraju po apsolutnoj vrijednosti, ali ne uvijek: u molekuli N₂ valentnost dušika je III, a oksidacijski broj je 0.
Kako odrediti najviši oksidacijski broj elementa?
Najviši (maksimalni pozitivni) oksidacijski broj elementa glavne skupine jednak je broju njegove skupine u Periodnom sustavu. Na primjer, sumpor u VI. skupini ima najviši OB +6, dušik u V. skupini +5, klor u VII. skupini +7. On se očituje u spojevima s kisikom. Iznimke: kod kisika i fluora ne postoji najviši pozitivni OB jednak broju skupine.
Kako odrediti najniži oksidacijski broj?
Za nemetale najniži (minimalni) oksidacijski broj jednak je broju skupine minus 8. Za sumpor je to 6 − 8 = −2 (u H₂S), za dušik 5 − 8 = −3 (u NH₃), za klor 7 − 8 = −1 (u HCl). Najniži OB očituje se u spojevima s vodikom i metalima. Kod metala najniži oksidacijski broj je 0 (u elementarnoj tvari).
Koji je oksidacijski broj elementarne tvari?
Kod svakog atoma u elementarnoj tvari oksidacijski broj jednak je 0. To se odnosi i na metale (Fe, Cu, Na) i na nemetale (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄). Razlog je jednostavan: atomi istog elementa jednako privlače zajedničke elektrone, stoga je uvjetni naboj jednak nuli.
Ima li kisik uvijek oksidacijski broj −2?
Gotovo uvijek, ali postoje dvije iznimke. U peroksidima (H₂O₂, Na₂O₂) oksidacijski broj kisika je −1, jer su atomi kisika povezani jedan s drugim. U spoju s fluorom OF₂ kisik ima pozitivan OB +2, jer je fluor još elektronegativniji.
Može li oksidacijski broj biti razlomak?
Da, ali to je srednja (formalna) vrijednost. Na primjer, u Fe₃O₄ srednji oksidacijski broj željeza je +8/3, jer su u formuli pomiješani atomi s OB +2 i +3. U školskom programu takvi se slučajevi rijetko obrađuju — obično je oksidacijski broj cijeli broj.
