Trochę zapuściłam tą stronę, przyznam szczerze że dawno nie miałam okazji niczego dopisać. Na szczęście w jednym z artykułów (Stopień utlenienia, 8.11.2009) pojawiło się pytanie:
Jak można wyznaczyc stopień utlenienia na podstawie wzoru strukturalnego ? Jak np. w podanym przykładzie z tiosiarczkiem [TIOSIARCZANEM – komment by Asia] ? 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. :/
Zamieszczam więc odpowiedź dla każdego zainteresowanego tym tematem. Jeśli sam/a masz wątpliwości lub pytanie – zadawaj je śmiało! Dzięki temu skorzysta wiele osób:-).
Na początku ważna informacja, do której wrócimy na koniec: stopień utlenienia (z definicji) to ładunek jaki miałby atom, gdyby był jonem. Teraz zostawiamy gdybanie (chwilowo zapomnij o tej definicji) i zacznijmy od początku:-).
Każda cząsteczka jaką możesz spotkać, powstała w wyniku połączenia się ze sobą atomów. Wiązania pomiędzy atomami, jak oczywiście wiesz, tworzą elektrony.
Dokładniej – każde wiązanie to para elektronów. Mogą one pochodzić od obu atomów (po jednym od każdego – wiązanie atomowe, spolaryzowane, lub jonowe) lub też jeden atom może dać do wiązania 2 elektrony, zaś drugi tylko z tego korzysta, sam nic nie dając (wiązanie koordynacyjne).
Niezależnie od tego, jakie to wiązanie, zawsze tworzą je elektrony i to nas interesuje:-)
Każdy atom ma swoją „siłę” przyciągania do siebie elektronów – weź teraz tablicę z podanymi wartościami elektroujemności wg skali Paulinga (najczęściej jej używamy).
Im wyższa wartość elektroujemności, tym silniej dany atom przyciąga elektrony. Dla przykładu najbardziej elektroujemny jest fluor (4,0).
Z pewnością pamiętasz, że jeśli łączą się ze sobą atomy tego samego pierwiastka, to powstaje wiązanie kowalencyjne (atomowe). Oba atomy z taką samą siłą przyciągają elektrony tworzące wiązanie.
Wiązanie spolaryzowane mamy wtedy, kiedy łączące się atomy różnią się elektroujemnością w zakresie od 0,4 do 1,7. (elektrony są przesunięte w stronę „silniejszego” atomu i powstaje cząsteczka polarna).
Jeśli różnica pomiędzy elektroujemnościami atomów jest większa niż 1,7 – mówimy że wiązanie ma charakter jonowy. (tutaj silniejszy atom zabiera oba elektrony drugiemu i uzyskuje ładunek ujemny. Ten obrabowany ładuje się dodatnio i powstałe jony przyciągają się na zasadzie +-)
Jeśli chcesz policzyć stopień utlenienia ze wzoru strukturalnego zakładasz, że:
- to jest właśnie ten moment, kedy warto przypomnieć sobie defnicję stopnia utlenienia 😉
- każde wiązanie pomiędzy atomami różniącymi się elektroujemnością (nawet minimalnie) traktujemy jako jonowe (silniejszy atom bierze wszystkie elektrony z wiązania, drugi nie dostaje nic).
- jeśli oba atomy mają taką samą elektroujemność – wtedy dzielą się pół na pół – każdy otrzymuje po jednym elektronie z wiązania (albo po dwa, jeśli wiązanie jest podwójne, itp).
Np. w cząsteczce HClO
_ _
H – O – Cl |
¯ ¯
(wzór na podstawie ktorego określamy stopnie utlenienia musi zawierać także wolne pary elektronowe!)
Mamy takie oto elektroujemności dla atomów:
H 2,1
O 3,5
Cl 3,0
Z tego wynika, że:
- tlen zabiera 2 elektrony atomowi wodoru (tlen jest silniejszy od wodoru). W tej chwili wodór nie ma żadnego e.
- tlen zabiera 2 elektrony z wiązania z chlorem – chlor ma teraz 6 elektronów walencyjnych;
- tlen po zabraniu elektronow od H i Cl uzyskał w sumie 8 elektronów
Teraz porównujemy liczbą elektronów walencyjnych jaki każdy atom normalnie posiada, ze stanem po powyższych operacjach „przekazywania”:
- wodór w stanie „normalnym” ma 1 elektron walencyjny. Teraz nie ma żadnego – uzyskał ładunek +1 czyli jest na +I stopniu utlenienia (wg definicji 🙂
- chlor ma 7 elektronów walencyjnych. W tej chwili posiada ich 6. To oznacza, że uzyskał ładunek +1 (bo od dodatniego jądra zabraliśmy ujemny elektron – jest teraz nadmiar dodatnich ładunków w atomie, brakuje ujemnego). Chlor w tej cząsteczce jest na +I stopniu
- tlen ma 6 elektronów walenyjnych. Obecnie ma ich 8 (swoje 2 pary oraz 2 z wiązania od wodoru i 2 z wiązania z chlorem). Oznacza to że uzyskał ładunek -2 czyli jest na -II stopniu.
Jak widzisz, opis był długi a sama metoda jest dość prosta:-). Jej dużą zaletą jest to, że można z niej korzystać w przypadku bardzo złożonych związków organicznych.
Klucz do rozwązania tkwi w tym, aby mieć elektroujemności atomów i narysować dobrze cząsteczkę ze wszystkimi elektronami walencyjnymi.
A teraz, wracając do przykładu z tiosiarczanem:
Tiosiarczan jest zbudowany tak jak kwas siarkowy (VI). Jedyna różnica pomiędzy tymi cząsteczkami polega na tym, że w miejscu jednego z atomów tlenu z siarczanu (czy kwasu siarkowego (VI) znajduje się siarka. Zastępuje ona atom tlenu, i dzięki temu ma taki sam jak on ładunek.
W praktyce powstałe wiązanie S-S jest niespolaryzowane – to wyraźna różnica pomiędzy tymi dwoma związkami, która wywołuje niestabilność cząsteczki tiosarczanu.
Tutaj nie patrzymy na wiązanie S-S jako takie, gdzie elektrony są rozdzielane po połowie, ale patrzymy na to, jak wygląda wzór kwasu siarkowego (VI) i analogicznie dobieramy stopnie utlenienia.
