Stopień utlenienia

w Chemia w liceum | 13 komentarze

Stopień utlenienia to pojęcie proste a jednocześnie często w chemii spotykane. Pozwala nam pośrednio na konstruowanie struktury przestrzennej cząsteczek (wiemy ile wiązań utworzy dany atom), możemy dzięki niemu stwierdzić czy substancja będzie miała własności utleniające lub redukujące.

Stopień utlenienia zapisujemy cyframi arabskimi nad symbolem pierwiastka:   stopnie-utlenienia

 

Co to jest stopień utlenienia?

Naprościej mówiąc – jest to ładunek, jaki miałby atom, gdyby był jonem.

Wyobraź sobie, że atom oddał (lub przyjął) wszystkie elektrony walencyjne, których użył do tworzenia wiązania.

Sprawdzamy ile elektronów oddał bądź przyjął – i w ten sposób wiemy na jakim stopniu utlenienia występuje dany pierwiastek.

Ten sam pierwiastek, w różnych związkach może przyjmować różne stopnie utlenienia. Np: siarka w związkach chemicznych może wystąpić na: -II (przyjmuje 2 elektrony), II (oddaje 2 elektrony), IV (oddaje 4) i VI stopniu (oddaje 6  elektronów walencyjnych).

Niektóre pierwiastki występują tylko na jednym stopniu w związkach, np cynk – zawsze na II.

Ilość stopni utlenienia danego pierwiastka, oraz ich trwałość możemy określić na podstawie budowy elektronowej.

Jak określić stopień utlenienia?

I tu pojawia się nam kilka prostych reguł do zapamiętania:

  1. Wszystkie pierwiastki w stanie wolnym mają stopień utlenienia równy „0″ Mówiąc prosto – każdy pierwiastek ma zawsze zero, np: Wszystkie pierwiastki mają stopień utlenienia równy zero
  2. stopnień utlenienia pierwiastka w postaci jonu prostego równy jest ładunkowi tego jonu.Jony proste składają się z jednego atomu (posiadającego ładunek), np: jon prosty.  Stopnie utlenienia jonów prostych są takie same jak ich ładunki:
  3. suma stopni ultenienia wszystkich pierwiastków w cząsteczce wynosi 0 - jeśli dodamy do siebie stopnie utlenienia wszystkich atomów, powinno wyjść nam 0: np tlenek glinu: tlenek glinuczyli III·2 + (-II)·3 = 6 – 6 = 0
  4. suma stopni utlenienia wszystkich atomów w jonie złożonym jest równa ładunkowi tego jonu: anion diwodorofosforanowy (V) wodór ma I, fosfor V a tlen (-II)            2·I + V + 4·(-II) = 2+5-8 = -1 (ładunek całego jonu)
  5. fluor we wszystkich związkach występuje na -I
  6. tlen w tlenkach i innych związkach: na -II, WYJĄTKI: w nadtlenkach: -I i w ponadtlenkach na -1/2 (oraz na II występuje w fluorku tlenu: OF2) nadtlenek wodoru, tlenek baru i ponadtlenek potasu
  7. wodór w połączeniu z metalami: -I, w połączeniu z niemetalami: I  stopień utlenienia wodoru
  8. metale mają zawsze dodatni stopień utlenienia

Przykłady:

Na jakim stopniu utlenienia jest siarka w podanych związkach?

Obliczanie stopnia utlenienia

Wiemy, że tlen występuje normalnie na -II a wodór w połączeniach z niemetalami (także w kwasach) na I.

W pierwszym wypadku suma st.u. wszystkich atomów powinna dać nam 0 (jest to cząsteczka obojętna). Zapisujemy prościutkie równanie (x – stopień utlenienia siarki):

2·I + x + 4·(-II) = 0

2 + x – 8 = 0

x – 6 = 0

x = 6

Siarka jest w tym związku na (VI) stopniu.

Oczywiście można to szybko policzyć w pamięci, ale kiedy w zadaniu proszą o wyliczenie stopnia – wtedy piszemy równanie. Jeśli proszą tylko o podanie – nie trzeba zapisywać działań.

W drugim wypadku suma wszystkich stopni ma nam dać -1 (ponieważ jest to ładunek całego jonu):

I + x + 3·(-II) = -1

1 + x – 6 = -1

x – 5 = -1

x = 4

Siarka w tym związku jest na IV stopniu.

Szczególne przypadki

tiosiarczan sodu, Na2S2O3

Jest to sól pochodząca od słabego i nietrwałego kwasu tiosiarkowego. Kwas tiosarkowy jest z kolei pochodną kwasu siarkowego (VI).

Jeden atom tlenu w kwasie siarkowym został zastąpiony atomem siarki – i tak powstaje kwas tiosiarkowy:

Budowa elektronowa kwasu siarkowego (VI) i tiosiarkowego

Dlatego jeden atom siarki (ten centralny) wciąż jest na VI stopniu, natomiast drugi – ten, który zastępuje tlen – przyjmuje taki stopień, jaki miał atom tlenu, czyli -II.

Taka budowa kwasu tiosiarkowego powoduje, że cząsteczka jest niestabilna. Dwa atomy siarki tworzą ze sobą wiązanie o charakterze zbliżonym do kowalencyjnego, natomiast wiązanie siarki z tlenem było bardziej spolaryzowane. Ładunek jest teraz inaczej rozmieszczony.

Z uwagi na obecność drugiego atomu S zamiast O kwas ten jest nietrwały i jeśli otrzymamy go w formie cząsteczkowej (np. w reakcji tiosiarczanu z mocnym kwasem) ulega on rozkładowi do wolnej siarki (opalizujące, żółte zmętnienie) oraz So2 (charakterystyczny zapach):

H2S2O3 → S +  SO2↑ + H2O

Tiosiarczany są dobrymi reduktorami, używa się ich m.in. do wykrywana związków o charakterze utleniaczy.

Fe3O4

Ten związek to mieszanina dwóch tlenków: FeO·Fe2O3. Dlatego jeden atom żelaza jest na II stopniu, zaś dwa pozostałe na III.

Możemy także wyznaczyć stopień utlenienia ze wzoru sumarycznego – wówczas żelazo otrzymujemy na 8/3. (Czasami zdarzają się związki, w których stopień utlenienia jest ułamkiem – np w ponadtlenkach tlen jest na -1/2)

Pb3O4 – minia

I tym razem jest to mieszanina tlenków: 2PbO·PbO2. A więc jeden atom ołowiu jest na IV stopniu, a dwa pozostałe na II.

Podoba Ci się ten wpis? Podziel się z innymi na Facebooku i na Google+:

13 Comments

  1. Cześć. Trafiłam na związek z którym mam kłopot. Jak ustalić stopnie utlenienia w Na2S2O3? Mi wychodzi +II dla siarki, ale słyszałam, że jest jakoś inaczej.

  2. Jeden atom siarki ma stopień utlenienia +VI a drugi -II

  3. Hej. Akurat piszeciie o Na2S2O3 a mam to w pracy domowej własnie narysowac. Jak wyglada wzor strukturalny? W razie czego, dzięki za pomoc ;)

  4. Uzupełniłam wpis o odpowiedzi na Wasze pytania. Czekam na kolejne. :)

  5. Jak można wyznaczyc stopień utlenienia na podstawie wzoru strukturalnego ? Jak np. w podanym przykładzie z tiosiarczkiem ? Skąd wiem że siarka jest na VI, tlen na -II. Niby jest wytłumaczone, „Wyobraź sobie, że atom oddał (lub przyjął) wszystkie elektrony walencyjne, których użył do tworzenia wiązania.

    Sprawdzamy ile elektronów oddał bądź przyjął – i w ten sposób wiemy na jakim stopniu utlenienia występuje dany pierwiastek.” ale nie za bardzo rozumiem. :/

    • Odpowiedź na to pytanie znajdziesz TUTAJ

  6. A w jaki sposób moge określic najniższy i najwyższy stopień utlenienia pierwiastka znając tylko jego konfigurację elektronową?

  7. Chciałam zauważyć, że w zdaniu dotyczącym Pb3O4 jest błąd.
    „I tym razem jest to mieszanina tlenków: 2PbO·PbO2. A więc jeden atom ołowiu jest na VI stopniu, a dwa pozostałe na II.”
    Według mnie powinno być ” Jeden atom ołowiu jest na IV stopniu (a nie na VI), a dwa pozostałe na II.

    • Dziękuję – już poprawiłam. Niby mała literówka, a błąd merytoryczny poważny.

  8. mam problem z takimi przykładami, trzeba określić stopień utlenienia C:
    - CH2BrCl, wg odpowiedzi C jest na 0 stopniu utlenienia, dlaczego?
    - CH3CONH2 – odp: na III, czy wobec tego zawsze zakładamy, ze N jest na -III ? wg moich dotychczasowych przykładów N zawsze na -III był ale przecież może mieć też inne stopnie utl, tak?

  9. Asiu, jak nazywasię związek Fe3O4, nie mogę nigdzie znaeźć tej nazwy-)

  10. Znalazłam 2 wzory strukturalne Pb3O4 który jest poprawny, możliwe że oba?

    -O-
    Pb Pb-O
    -O- Pb i drugi I I
    O Pb=O
    -O- I I
    Pb Pb-O
    -O-

Odpowiedz na komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Możesz użyć następujących tagów oraz atrybutów HTML-a: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>