Rendezés az oxidációs szám alapján

Az eljárás három fő részből áll:
1. A reakcióegyenletben szereplő atomok oxidációs számának megállapítása.
2. A felvett és leadott elektronok számának egyenlőségéből az oxidálószer és a redukálószer,
illetve a belőlük képződött anyagok mólarányának meghatározása.
3. A 2. részben meghatározott mólarányokból, mint ismert sztöchiometriai együtthatókból
kiindulva a hiányzó sztöchiometriai együtthatók megállapítása a láncszabállyal.

Az oxidációs szám megállapítása

Az 1. lépés, az oxidációs szám megállapítása látszólag egyszerű probléma. Noha valamennyi tankönyvben szerepel az oxidációs szám definíciója, alkalmazása a vegyület konstitúciós és elektronszerkezeti képletének ismeretét igényli, ezért a gyakorlatban leginkább a következő szabály (hierarchia) alapján történik a vegyületeket alkotó atomok oxidációs számának meghatározása:

Vegyületekben:

a fluor oxidációs száma -1, az alkálifémek oxidációs száma +1, az alkáliföldfémeké +2;

a hidrogén oxidációs száma +1;

az oxigén oxidációs száma -2.

Ennek megfelelően például a CaH₂-ben a Ca oxidációs száma +2, ezért a H oxidációs száma -1; a F₂O-ban a F oxidációs száma -1, ezért az O oxidációs száma +2; a KO₂-ban a K oxidációs száma +1, ezért az O oxidációs száma -0,5; a H₂O₂-ban a H oxidációs száma +1, ezért az O oxidációs száma -1; a NaOH-ban a Na oxidációs száma +1, a H oxidációs száma +1, ezért az O oxidációs száma -2; a KHSO₄-ban a K oxidációs száma +1, a H oxidációs száma +1, az O oxidációs száma -2, ezért a S oxidációs száma +6; a KMnO₄-ban a K oxidációs száma +1, az O oxidációs száma -2, ezért a Mn oxidációs száma +7.

Könnyű belátni, hogy ez a szabály csak azokban az esetekben alkalmazható, ha a vegyületet alkotó atomok között legfeljebb egy olyan van, amely nem tagja a szabályban érintetteknek (F, alkálifém, alkáliföldfém, H, O). Minden más esetben az oxidációs szám megállapításához több-kevesebb szerkezeti (molekula-, ill. halmazszerkezeti) ismeretre van szükség. Például a CuSO₄-ben a S oxidációs számának helyes megállapításához tudnunk kell a Cu oxidációs számát, ehhez viszont tisztában kell lennünk a CuSO₄ halmazszerkezetével, nevezetesen azzal, hogy ez a vegyület egy ionvegyület és Cu²⁺-, valamint SO₄^2--ionokból áll. Az O oxidációs száma -2, az ionos szerkezetből következően a Cu oxidációs száma +2, ezért a S oxidációs száma +6. Molekulaszerkezeti ismeretek szükségesek számos szerves vegyület alkotó atomjai oxidációs számának megállapításához is. Csak így lehet megmondani például azt, hogy a N-atom oxidációs száma a nitro-benzolban +3 és az anilinben -3. De pl. mennyi az alkotó atomok oxidációs száma a piritben (FeS₂), vagy a PH₄I-ban? (Ez utóbbi esetén ne felejtsük el, hogy a P és a H elektronegativitása azonos!) Ezeknek a problémáknak a mélyebb elemzése vezet arra a következtetésre, hogy bizonyos esetekben önkényesen választhatjuk meg egy-egy atom oxidációs számát, s innen már csak egy lépés a nem konvencionális oxidációs számok (vagy nevezzük inkább névleges töltésnek) bevezetése a redoxiegyenletek rendezésébe…

„Redox egyenlet rendezés 2. rész” című cikkünk a #site_linkoldalon jelent meg.