Jak określić najwyższy i najniższy stopień utlenienia pierwiastka, mając jedynie jego konfigurację elektronową?
Wykonamy razem krok po kroku określanie stopni utlenienia dla atomów siarki.
Krok 1 -Określ pierwiastek
jeśli chcesz, lub tego potrzebujesz, zsumuj wszystkie elektrony tego pierwiastka. W ten sposób określisz jego liczbę atomową i możesz znaleźć w układzie jego symbol i nazwę. Może Ci to pomóc w dalszych rozważaniach.
Naszym pierwiastkiem jest siarka, ma ona 16 elektronów, w tym 6 walencyjnych.
Krok 2 – zapisz klatkowo konfigurację elektronów walencyjnych
Dla atomów siarki wygląda ona tak: 3s23p4
Krok 3 – Określenie maksymalnego i minimalnego stopnia utlenienia
jeśli pierwiastek jest metalem – wówczas może jedynie oddawać elektrony. Jeśli jest niemetalem – może zarówno oddawać, jak i przyjmować. Określ co to za pierwiastek i zastanów się, czy będzie przyjmował, czy oddawał elektrony.
Siarka jest niemetalem, a więc może albo przyjąć albo oddać elektrony.
Ile?
Praktycznie wszystkie pierwiastki (z wyjątkiem helu, wodoru, litu i kilku innych wyjątków) dążą do tego, aby mieć ostatnią powłokę zapełnioną kompletem 8 elektronów. Mogą w tym celu albo oddawać swoje elektrony i uzyskać „ósemkę” na poprzedniej powłoce, albo pobierać elektrony i w ten sposób dopełnić powłokę walencyjną do 8.
Łatwo domyślić się, że jeśli pierwiastek ma na walencyjnej powłoce 3 elektrony, to łatwiej mu będzie ODDAĆ 3 niż przyjąć 5. Wygrywa zawsze takie zachowanie, które wymaga mniejszego nakładu energii. (taki stan ogromnego lenistwa…)
Jaki jest maksymalny i minimalny stopień utlenienia?
Z konfiguracji widzimy, że w skrajnym wypadku siarka przyjmie co najwyżej 2 elektrony, aby móc osiągnąć ósemkę.
Jeśli przyjmie 2 elektrony (czyli 2 ładunki ujemne), wówczas uzyska stopień utlenienia równy -II
W skrajnym wypadku siarka może oddać wszystkie swoje walencyjne elektrony, czyli 6. Ponieważ odda 6 ładunków ujemnych, a w jądrze wciąż znajdują się dodatnie protony, to cały atom uzyska ładunek 6+. W efekcie siarka uzyskuje stopnień utlenienia równy VI
Krok 4 -Określenie pośrednich stopni utlenienia
Atom może czasem oddać tylko część elektronów, albo tylko kilka przyjąć, jednak nie jest to ilość przypadkowa. Zawsze jest uzasadnienie, dlaczego akurat tyle elektronów się przyłącza lub odłącza. I zawsze chodzi o to, aby atom miał mozliwie najmniejsza energię. Inaczej mówiąc, był możliwie najbardziej stabilny.
Pierwiastek dąży do takiego rozmieszczenia elektronów, które zagwarantuje mu stabilność: czyli albo wszystkie elektrony są sparowane, lub każdy orbital zajmowany jest przez tylko 1 elektron. Przykłady stabilnych konfiguracji znajdują się poniżej:
Inne, mniej trwałe formy mogą się zdarzyć, kiedy atom nie może osiągnąć żadnej z powyższych konfiguracji, ale jednak chce być możliwie najbardziej stabilny. Wygląda np tak:
Ze wszystkich powyższych przykładów najlepszą opcją dla siarki będzie uzyskanie takiej konfiguracji:
Aby ja uzyskać musiała oddać 4 elektrony (wszystkie z podpowłoki p). W efekcie siarka jest na IV stopniu utlenienia.
Posumowanie
Możliwie najwyższy stopnień utlenienia siarki: VI
Najniższy: -II
Pośrednie: IV
W zasadzie jest to szybka i prosta metoda określania stopni utlenienia pierwiastka, a zajęła tak wiele przestrzeni gdyż chciałam możliwie najdokładniej i najjaśniej wytłumaczyć „procedurę”.