Најважније из лекције
Елементарно стање: Сви елементи имају оксидациони број \(0\) (нпр. \(\text{Fe}^0, \text{O}_2^0\)).
Стални бројеви метала: 1. група = \(+1\) (\(\text{Na}, \text{K}\)); 2. група = \(+2\) (\(\text{Mg}, \text{Ca}\)); \(\text{Al} = +3\).
Кључни неметали:
Прелазни метали (\(d\)-блок): Имају променљива позитивна стања; максимални број често одговара броју групе (\(\text{Cr}\) до \(+6\), \(\text{Mn}\) до \(+7\)).
Стални бројеви метала: 1. група = \(+1\) (\(\text{Na}, \text{K}\)); 2. група = \(+2\) (\(\text{Mg}, \text{Ca}\)); \(\text{Al} = +3\).
Кључни неметали:
- \(\text{F}\) је увек \(-1\).
- \(\text{O}\) је најчешће \(-2\); у пероксидима је \(-1\) (\(\text{H}_2\text{O}_2\)), а у \(\text{OF}_2\) је \(+2\).
- \(\text{H}\) је \(+1\) са неметалима (\(\text{HCl}\)), а \(-1\) са металима у хидридима (\(\text{NaH}\)).
Прелазни метали (\(d\)-блок): Имају променљива позитивна стања; максимални број често одговара броју групе (\(\text{Cr}\) до \(+6\), \(\text{Mn}\) до \(+7\)).
Оксидациони број представља формално наелектрисање које би атом имао када би се све везе у једињењу сматрале потпуно јонским.
Сви атоми хемијских елемената у елементарном стању, без обзира на структуру или тип везе, имају оксидациони број 0.
\[ \overset{0}{\text{Na}}, \quad \overset{0}{\text{Fe}}, \quad \overset{0}{\text{O}_2}, \quad \overset{0}{\text{N}_2}, \quad \overset{0}{\text{P}_4}, \quad \overset{0}{\text{S}_8} \]
Поједини метали у свим својим једињењима имају увек исти (сталан) оксидациони број који одговара наелектрисању њихових стабилних јона:
- Алкални метали (1. група): увек \(+1\) (\(\text{Li}, \text{Na}, \text{K}, \text{Rb}, \text{Cs}\))
- Земноалкални метали (2. група): увек \(+2\) (\(\text{Be}, \text{Mg}, \text{Ca}, \text{Sr}, \text{Ba}\))
- Алуминијум (\(\text{Al}\)): увек \(+3\)
У једињењима \(\text{NaCl}\), \(\text{CaO}\) и \(\text{AlCl}_3\) оксидациони бројеви метала су:
\[ \overset{+1}{\text{Na}}\text{Cl}, \quad \overset{+2}{\text{Ca}}\text{O}, \quad \overset{+3}{\text{Al}}\text{Cl}_3 \]
Одреди оксидациони број калијума у \( \text{KCl} \) и магнезијума у \( \text{Mg}_3\text{N}_2 \).
Калијум (\(\text{K}\)) је алкални метал (1. група) и увек има оксидациони број \(+1\).
Магнезијум (\(\text{Mg}\)) је земноалкални метал (2. група) и увек има оксидациони број \(+2\).
Магнезијум (\(\text{Mg}\)) је земноалкални метал (2. група) и увек има оксидациони број \(+2\).
За разлику од метала, неметали и металоиди у једињењима могу имати и позитивне и негативне оксидационе бројеве. Њихов опсег могућих оксидационих стања зависи од електронске конфигурације валентног нивоа.
| Група у ПСЕ | Валентна конфигурација | Опсег оксидационих бројева | Карактеристични примери |
|---|---|---|---|
| 15. група (нпр. \(\text{N}, \text{P}\)) | \(ns^2 np^3\) | \(-3\) до \(+5\) | \(\overset{-3}{\text{N}}\text{H}_3, \ \overset{+2}{\text{N}}\text{O}, \ \overset{+3}{\text{N}}_2\text{O}_3, \ \overset{+4}{\text{N}}\text{O}_2, \ \overset{+5}{\text{H}\text{N}\text{O}_3}\) |
| 16. група (нпр. \(\text{S}\)) | \(ns^2 np^4\) | \(-2\) до \(+6\) | \(\text{H}_2\overset{-2}{\text{S}}, \ \overset{+4}{\text{S}}\text{O}_2, \ \text{H}_2\overset{+6}{\text{S}}\text{O}_4\) |
| 17. група (нпр. \(\text{Cl}, \text{Br}, \text{I}\)) | \(ns^2 np^5\) | \(-1\) до \(+7\) | \(\text{H}\overset{-1}{\text{Cl}}, \ \text{H}\overset{+1}{\text{Cl}}\text{O}, \ \text{H}\overset{+3}{\text{Cl}}\text{O}_2, \ \text{H}\overset{+5}{\text{Cl}}\text{O}_3, \ \text{H}\overset{+7}{\text{Cl}}\text{O}_4\) |
Најнижи негативни оксидациони број неметала одређен је бројем електрона који му недостају до стабилне конфигурације племенитог гаса (октета), док је максимални позитивни број једнак броју валентних електрона.
Који је максимални, а који минимални оксидациони број који може имати сумпор (\(\text{S}\), 16. група)?
Сумпор се налази у 16. групи (\(ns^2 np^4\)). До октета му недостају 2 електрона (минимални број: \(-2\)), а има 6 валентних електрона (максимални број: \(+6\)). Дакле, опсег је од \(-2\) до \(+6\).
Флуор (\(\text{F}\), \(\chi = 4,0\)): Као најелектронегативнији елемент у Периодном систему, флуор у свим својим једињењима има искључиво оксидациони број \(-1\).
Кисеоник (\(\text{O}\), \(\chi = 3,5\)): Други по електронегативности, у једињењима готово увек има негативан оксидациони број:
- У већини оксида и једињења: \(-2\) (нпр. \(\text{H}_2\text{O}, \text{CO}_2\))
- У пероксидима: \(-1\) (нпр. \(\text{H}_2\text{O}_2, \text{Na}_2\text{O}_2, \text{BaO}_2\))
- У једињењу са флуором (\(\text{OF}_2\)): \(+2\) (јер је флуор електронегативнији)
Водоник (\(\text{H}\), \(\chi = 2,1\)): Оксидациони број зависи од електронегативности везаног атома:
- Са неметалима (\(\chi > 2,1\)): оксидациони број је \(+1\) (нпр. \(\text{HCl}, \text{H}_2\text{O}, \text{CH}_4\))
- Са металима у хидридима (\(\chi < 2,1\)): оксидациони број је \(-1\) (нпр. \(\text{NaH}, \text{CaH}_2\))
Одреди оксидационе бројеве водоника у \(\text{NaH}\) и \(\text{NH}_3\).
У \(\text{NaH}\) (натријум-хидрид), водоник је везан за метал (\(\text{Na}\)), па има оксидациони број \(-1\) (\(\overset{+1}{\text{Na}}\overset{-1}{\text{H}}\)).
У \(\text{NH}_3\) (амонијак), водоник је везан за неметал (\(\text{N}\)), па има оксидациони број \(+1\) (\(\overset{-3}{\text{N}}\overset{+1}{\text{H}}_3\)).
У \(\text{NH}_3\) (амонијак), водоник је везан за неметал (\(\text{N}\)), па има оксидациони број \(+1\) (\(\overset{-3}{\text{N}}\overset{+1}{\text{H}}_3\)).
Метали \(d\)-блока у својим једињењима увек имају позитивне оксидационе бројеве и већина се јавља у више различитих оксидационих стања.
За поједине метале \(d\)-блока, максималан оксидациони број одговара броју групе којој елемент припада (укупном броју \(s\) и \(d\) валентних електрона):
| Елемент | Електронска конфигурација | Група | Опсег оксидационих бројева |
|---|---|---|---|
| Хром (\(_{24}\text{Cr}\)) | \([\text{Ar}] \ 3d^5 \ 4s^1\) | 6. група | \(0\) до \(+6\) (нпр. \(+2, +3, +6\)) |
| Манган (\(_{25}\text{Mn}\)) | \([\text{Ar}] \ 3d^5 \ 4s^2\) | 7. група | \(0\) до \(+7\) (нпр. \(+2, +4, +7\)) |
Једињења метала \(d\)-блока и њихови водени раствори често су карактеристично обојени. По боји се често може претпоставити који је јон и које је оксидационо стање метала у узорку (нпр. соли \(\text{Cu}^{2+}\) су плаве, \(\text{Ni}^{2+}\) зелене, а \(\text{MnO}_4^-\) љубичасте).
Који је максимални оксидациони број мангана и у ком се познатом једињењу јавља?
Манган припада 7. групи и има електронску конфигурацију \(3d^5 4s^2\) (7 валентних електрона). Његов максимални оксидациони број је \(+7\), а јавља се у калијум-перманганату (\(\text{K}\overset{+7}{\text{Mn}}\text{O}_4\)) односно перманганатном јону (\(\overset{+7}{\text{Mn}}\text{O}_4^-\)).
Задаци за вежбање
Лаки задатак: Одреди оксидационе бројеве свих атома у следећим супстанцама:
а) \(\text{O}_2\)
б) \(\text{Al}_2\text{O}_3\)
в) \(\text{HF}\)
а) \(\text{O}_2\)
б) \(\text{Al}_2\text{O}_3\)
в) \(\text{HF}\)
а) \(\text{O}_2\): кисеоник је у елементарном стању, оксидациони број је \(0\).
б) \(\text{Al}_2\text{O}_3\): алуминијум увек има \(+3\), а кисеоник у оксидима \(-2\) (\(\overset{+3}{\text{Al}}_2\overset{-2}{\text{O}}_3\)).
в) \(\text{HF}\): флуор увек има \(-1\), а водоник везан за неметал \(+1\) (\(\overset{+1}{\text{H}}\overset{-1}{\text{F}}\)).
б) \(\text{Al}_2\text{O}_3\): алуминијум увек има \(+3\), а кисеоник у оксидима \(-2\) (\(\overset{+3}{\text{Al}}_2\overset{-2}{\text{O}}_3\)).
в) \(\text{HF}\): флуор увек има \(-1\), а водоник везан за неметал \(+1\) (\(\overset{+1}{\text{H}}\overset{-1}{\text{F}}\)).
Средњи задатак: Одреди оксидациони број водоника и кисеоника у следећим једињењима:
а) Калцијум-хидрид (\(\text{CaH}_2\))
б) Баријум-пероксид (\(\text{BaO}_2\))
в) Вода (\(\text{H}_2\text{O}\))
а) Калцијум-хидрид (\(\text{CaH}_2\))
б) Баријум-пероксид (\(\text{BaO}_2\))
в) Вода (\(\text{H}_2\text{O}\))
а) У \(\text{CaH}_2\), калцијум је метал 2. групе (\(+2\)), па водоник има оксидациони број \(-1\) (\(\overset{+2}{\text{Ca}}\overset{-1}{\text{H}}_2\)).
б) У \(\text{BaO}_2\) (пероксид), баријум је метал 2. групе (\(+2\)), па сваки атом кисеоника има оксидациони број \(-1\) (\(\overset{+2}{\text{Ba}}(\overset{-1}{\text{O}})_2\)).
в) У \(\text{H}_2\text{O}\), водоник има \(+1\), а кисеоник \(-2\) (\(\overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-2}{\text{O}}\)).
б) У \(\text{BaO}_2\) (пероксид), баријум је метал 2. групе (\(+2\)), па сваки атом кисеоника има оксидациони број \(-1\) (\(\overset{+2}{\text{Ba}}(\overset{-1}{\text{O}})_2\)).
в) У \(\text{H}_2\text{O}\), водоник има \(+1\), а кисеоник \(-2\) (\(\overset{+1}{\text{H}}_2\overset{-2}{\text{O}}\)).
Тежи задатак: Одреди оксидациони број означеног елемента у следећим честицама:
а) Угљеник (\(\text{C}\)) у карбонатном јону \(\text{CO}_3^{2-}\)
б) Хром (\(\text{Cr}\)) у дихроматном јону \(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}\)
в) Азот (\(\text{N}\)) у амонијум-јону \(\text{NH}_4^+\)
а) Угљеник (\(\text{C}\)) у карбонатном јону \(\text{CO}_3^{2-}\)
б) Хром (\(\text{Cr}\)) у дихроматном јону \(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}\)
в) Азот (\(\text{N}\)) у амонијум-јону \(\text{NH}_4^+\)
Збир оксидационих бројева у полиатомском јону једнак је наелектрисању јона:
а) \(\text{CO}_3^{2-}\): \(x + 3 \cdot (-2) = -2 \implies x - 6 = -2 \implies x = +4\). Оксидациони број угљеника је \(+4\).
б) \(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}\): \(2x + 7 \cdot (-2) = -2 \implies 2x - 14 = -2 \implies 2x = 12 \implies x = +6\). Оксидациони број хрома је \(+6\).
в) \(\text{NH}_4^+\): \(x + 4 \cdot (+1) = +1 \implies x + 4 = +1 \implies x = -3\). Оксидациони број азота је \(-3\).
а) \(\text{CO}_3^{2-}\): \(x + 3 \cdot (-2) = -2 \implies x - 6 = -2 \implies x = +4\). Оксидациони број угљеника је \(+4\).
б) \(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}\): \(2x + 7 \cdot (-2) = -2 \implies 2x - 14 = -2 \implies 2x = 12 \implies x = +6\). Оксидациони број хрома је \(+6\).
в) \(\text{NH}_4^+\): \(x + 4 \cdot (+1) = +1 \implies x + 4 = +1 \implies x = -3\). Оксидациони број азота је \(-3\).
