Oxunartala
Oxunarstig eða oxunartala er skilgreind sem summa neikvæðra og jákvæðra hleðslna í frumeind, sem að óbeint gefur til kynna fjölda rafeinda sem að hún hefur tekið eða gefið af sér. Oxunartala er hentugt nálgunarhugtak þegar unnið er með flókin rafefnafræðileg ferli sem að auðveldar fyrir að fylgjast með rafeindum og hjálpar til við að tryggja að þær hafi varðveist. Þetta er sérstaklega nytsamlegt í framsetningu á flóknum hálfhvörfum í oxun-afoxunarhvörfum.
Frumeindir eru skilgreindar með oxunartölu núll, sem að þýðir að þær eru raffræðilega hlutlausar. Jákvæðar róteindir í kjarnanum halda jafnvægi við neikvæða rafeindaskýið sem að umlykur þær, þar sem sami fjöldi er af báðum. Ef að frumeind gefur af sér rafeind, hefur hún fleiri róteindir en rafeindir og verður jákvætt hlaðin. Þessi jón er sögð hafa oxunartölu +1. Aftur á móti ef að frumeindin tekur við rafeind, verður hún neikvætt hlaðin og fær því oxunartöluna −1. Af þessu má sjá að ef frumeind, eða jón, gefur af sér rafeind við efnahvörf eykst oxunarstig þess um eitt, en ef hún tekur við rafeind minnkar oxunarstig hennar um eitt.
Framsetning
breytaOxunartölur eru táknaðar í efnaheitum með rómverskum tölustöfum innan sviga strax á eftir nafni frumefnisins. Til dæmis, járnjón, með oxunarstigið +3 er táknað sem járn(III). Mangan með oxunarstig +7, og finnst í manganoxíði, er gefið nafnið mangan(VII)oxíð. Ástæðan fyrir því að oxunartölur eru hafðar með nafninu er eingöngui til að skilja á milli mismunandi efnasambanda með sama frumefni. Jákvæð eða neikvæð hleðsla jónarinnar er ekki skilgreind því hún skiptir ekki máli í þessu sambandi.
Í efnaformúlum er oxunartala jóna skrifuð í hávísi eftir merki frumefnisins. Til dæmis, súrefni(-II) er skrifað sem O2-. Oxunartölur hlutlausra frumeinda eru ekki táknaðar. Eftirfarandi formúla lýsir því þegar frumefnið I2 tekur til sín tvær rafeindir til að fá oxunartöluna -1:
- I2 + 2e- → 2I-
Reglur um oxunartölur
breytaStundum er ekki strax augljóst frá sameindarformúlu einni saman hvað oxunartala jóna og frumeinda er í þeirri formúlu. Til dæmis, í Cr(OH)3 eru engar oxunartölur til staðar en samt er augljóst að jónatenging á sér stað.
Til eru þónokkrar reglur sem að hægt er að nota til að komast fyrir um oxunartölu sameindar eða jónar:
- Oxunartala (hlutlausra) frumeinda og sameinda frumefnis er núll.
- Oxunartala einatóma jónar samsvarar hleðslu þeirrar jónar.
- Í hlutlausum sameindum er samanlögð oxunartala allra frumeinda og jóna núll.
- Summa oxunartalna fjölatóma jónar verður að jafngilda hleðslu þeirrar jónar.
- Flúor hefur alltaf oxunartöluna -1 í efnasamböndum.
- Súrefni hefur oxunartöluna -2 í efnasamböndum, nema (i) þegar flúor er líka til staðar, í því tilfelli hefur oxunartala flúorsins forgang; (ii) í súrefni-súrefnistengjum, þar á meðal peroxíði og súperoxíð, þar sem önnur súrefnisfrumeindin vinnur á móti hleðslu hinnar.
- Jónir í flokki 1 í lotukerfinu hafa oxunartölu +1 í efnasamböndum.
- Jónir í flokki 2 í lotukerfinu hafa oxunartölu +2 í efnasamböndum.
- Halógen, fyrir utan flúor, hafa yfirleitt oxunartölu -1 í efnasamböndum. Þessi regla getur verið brotin í viðurvist súrefnis, stundum niturs og annarra halógena, þar sem oxunartölur geta verið jákvæðar.
- Vetni hefur alltaf oxunartöluna +1 í efnasamböndum með rafeindadrægnari frumefnunum kolefni, súrefni, flúor, brennisteinn, klór, selen, bróm og joð. Með öllum öðrum frumefnum hefur það oxunartöluna -1.
Svo haldið sé áfram með fyrra dæmið, Cr(OH)3. Í þessu tilfelli hefur súrefnið oxunartölu -2 (ekkert flúor og engin O-O bönd til staðar), og vetnið hefur +1 (bundið við súrefni). Samanlagt hefur þá hýdroxíðþrenningin hleðslu upp á 3 * ( -2 + 1 ) = -3. Sökum þess að efnasambandið er hlutlaust, hlýtur því Cr að hafa hleðsluna +3.
Oxunar-afoxunarhvarfareglur
breytaÞegar unnið er með oxunar-afoxunarhvörf, skilgreina eftirtaldar reglur oxunartöluna:
- Sú frumeind sem hefur hærri rafeindadrægni af ólíkum frumeindum, sem að deila með sér rafeind, er talin sem sú sem tekur að sér rafeindina.
- Eins frumeindir sem að deila með sér einni rafeind eru taldar skipta henni jafnt á milli sín.
Oxunartölur frumefna
breytaFlest frumefni hafa fleiri en eina mögulega oxunartölu. Kolefni, til dæmis, hefur níu:
| Oxunarstig | Sameind |
|---|---|
| -4 | CH4 |
| -3 | C2H6 |
| -2 | CH3F |
| -1 | C2H2 |
| 0 | CH2F2 |
| +1 | C2H2F4 |
| +2 | CHF3 |
| +3 | C2F6 |
| +4 | CF4 |