Քիմիայում առավել հաճախ օգտագործվում է օքսիդացման աստիճան հասկացությունը: Որպեսզի հասկանանք այդ հասկացության իմաստը, համեմատենք լիցքերի առաջացումը նատրիումի քլորիդում` NaCI:
Նատրիումի քլորիդն առաջանալիս տեղի է ունենում էլեկտրոնի անցում նատրիումի ատոմից քլորի ատոմին, և առաջանում են լիցքավորված մասնիկներ` Na+ևCl− , որոնք էլեկտրաստատիկ ձգողության ուժերով ձգում են միմյանց՝ առաջացնելով իոնային բյուրեղավանդակ:
Բյուրեղավանդակում Na+ևCl− իոնների թվի հարաբերությունը կազմում է 1:1, որի պատճառով նատրիումի քլորիդ նյութի համար ընդունված է NaCI բանաձևը, չնայած պինդ վիճակում այդպիսի մոլեկուլ գոյություն չունի:
Բոլոր իոնային միացությունները գրառում են այնպիսի քիմիական բանաձևերով, ինչպիսիք ընդունված են մոլեկուլային միացությունների համար:
Իոնային միացություններում տարրի վալենտականությունը հավասար է իոնի լիցքին:
Էլեկտրաբացասականությամբ միմյանցից տարբերվող ոչ մետաղների ատոմների միջև կովալենտային կապ առաջանալիս կապող վալենտային էլեկտրոնները մեծ մասամբ շեղվում են մի ատոմից դեպի մյուսը:
Մոլեկուլն առաջանալիս տեղի է ունենում ընդհանուր էլեկտրոնային զույգի շեղում դեպի էլեկտրաբացասական տարրի ատոմը, որի հետևանքով ատոմները ձեռք են բերում մասնակի դրական, կամ մասնակի բացասական լիցք:
Քիմիական միացություններում ատոմների նման վիճակը բնութագրելու համար ընդունված է այդ լիցքերը հաշվել ոչ թե մասնակի, այլ ամբողջական:
Որպեսզի պայմանական լիցքը չշփոթեն իոնի լիցքի հետ, այն անվանել են օքսիդացման աստիճան:
Տարրի օքսիդացման աստիճանը պայմանական այն լիցքն է, որը քիմիական միացության մոլեկուլում վերագրվում է ատոմին` ենթադրելով, թե միացությունը կազմված է միայն իոններից:
Օքսիդացման աստիճանը նշանակվում է արաբական թվանշանով, դրվում է քիմիական նշանի վերևում, ընդ որում սկզբից գրվում է նշանը (+ կամ –), ապա՝ լիցքի թվային արժեքը:
Օրինակ
Քլորաջրածնի մոլեկուլում ջրածին տարրի օքսիդացման աստիճանը +1 է, իսկ քլորինը` –1, որն էլ գրառվում է այսպես՝ H+1Cl−1:
Օքսիդացման աստիճանի մեծությունը որոշվում է միացության մոլեկուլում դեպի տվյալ ատոմը կամ տվյալ ատոմից շեղված էլեկտրոնների թվով:
Ուշադրություն
Օքսիդացման աստիճանը կարող է ունենալ դրական, բացասական և զրոյական արժեքներ:
Եթե քլորաջրածնի մոլեկուլում տեղի ունենար ընդհանուր էլեկտրոնային զույգի լրիվ տեղաշարժ դեպի քլորի ատոմը, ապա ջրածնի ատոմը կլիցքավորվեր +1 լիցքով, իսկ քլորի ատոմը` –1 լիցքով:
Դրանք պայմանական լիցքեր են և անվանվում են օքսիդացման աստիճան:
Երբեմն օքսիդացման աստիճանը թվապես համընկնում է տվյալ միացության մոլեկուլում տարրի ատոմի վալենտականությանը:
Օրինակ
Ածխածնի (IV) օքսիդի մոլեկուլում CO2 բաղադրիչ քիմիական տարրերի` ածխածնի(C) և թթվածնի(O) ատոմների և’ վալենտականությունները, և’ օքսիդացման աստիճանները (բացարձակ արժեքով) համապատասխանաբար հավասար են՝ 4 և 2
Սակայն միշտ չէ, որ նշված մեծությունները համընկնում են: Պարզ նյութերի, օրգանական միացությունների մոլեկուլներում հիմնականում չեն համընկնում: Ազոտի N2 մոլեկուլում ազոտի ատոմի վալենտականությունը 3 է (N≡N), մինչդեռ օքսիդացման աստիճանը՝ զրո:
Միացությունում ավելի մեծ էլեկտրաբացասականությամբ քիմիական տարրի ատոմի օքսիդացման աստիճանը բացասական է, իսկ կապեր առաջացնող մյուս տարրերի ատոմներինը՝ դրական:
Օքսիդացման աստիճանը, ինչպես և վալենտականությունը կարող են լինել հաստատուն և փոփոխական:
Փոփոխական օքսիդացման աստիճանները միացություններում որոշվում են ըստ բանաձևի:
Տարրերի օքսիդացման աստիճանները որոշելիս անհրաժեշտ է պահպանել հետևյալ սկզբունքները.
- Պարզ նյութերի մոլեկուլներում տարրերի ատոմների օքսիդացման աստիճանները միշտ հավասար են 0.
- Այս պնդումը, ընդհանուր առմամբ, ճիշտ է տարրերի համար իրենց տարրական ձևով: Օրինակ, ( O_2 ), ( H_2 ), ( Cl_2 ) և ( Zn )-ում թթվածնի, ջրածնի, քլորի և ցինկի օքսիդացման վիճակները, համապատասխանաբար, բոլորը 0 են:
- Ոչմետաղներով առաջացած միացություններում ջրածնի օքսիդացման աստիճանը հիմնականում +1 է, ակտիվ մետաղներով առաջացած միացություններում՝ հիդրիդներում՝ −1։։
-Այս պնդումը մասամբ ճիշտ է։ Ոչ մետաղներով ձևավորված շատ միացություններում ջրածինը ունի +1 օքսիդացման աստիճան (բացառությունները ներառում են մետաղների հիդրիդներ, ինչպիսիք են ( NaH ), որտեղ ջրածինը ունի -1 օքսիդացման աստիճան): Այնուամենայնիվ, ակտիվ մետաղների հիդրիդներում, ինչպիսիք են (LiH), ջրածինը իսկապես ունի -1 օքսիդացման աստիճան: - Միացություններում թթվածինը սովորաբար ցուցադրում է օքսիդացման վիճակ, որը հավասար է -2-ի, պերօքսիդներում -1:
-Այս պնդումն ընդհանուր առմամբ ճիշտ է։ Թթվածինը սովորաբար միացությունների մեծ մասում ունի -2 օքսիդացման վիճակ (բացառություններ են ներառում պերօքսիդները, որտեղ այն -1 է, ինչպես (H_2O_2 )-ում): - I, II, III խմբերի մետաղների օքսիդացման աստիճանները հավասար են խմբի թվերին, բացառությամբ I խմբի երկրորդական ենթախմբի։։
-Այս պնդումն ընդհանուր առմամբ ճիշտ է։ I, II և III խմբերի մետաղները հաճախ ունենում են օքսիդացման վիճակներ, որոնք հավասար են իրենց խմբի թվերին (օրինակ՝ ( Na^{+1} ), (Mg^{+2} ), (Al^{+3): } )). Նշված բացառությունը վերաբերում է I խմբի անցումային մետաղներին, ինչպես պղնձին, որոնք կարող են ունենալ բազմաթիվ օքսիդացման վիճակներ (( Cu^{+1} ) կամ (Cu^{+2} )): - Միացություններում բոլոր ատոմների ընդհանուր լիցքը զրո է։
- Այս հայտարարությունը համընդհանուր ճշմարիտ չէ։ Թեև շատ միացություններ չեզոք են, ինչը նշանակում է, որ բոլոր ատոմների ընդհանուր լիցքը զրո է (ինչպես ( H_2O )), կան նաև լիցքավորված միացություններ, որոնք հայտնի են որպես իոններ: Օրինակ, ( NaCl ) (սեղանի աղ), ընդհանուր լիցքը զրոյական չէ. դա ( Na^{+} + Cl^{-} ):
Ընդհանուր առմամբ, այս կանոնները օգտակար շրջանակ են տալիս քիմիական միացություններում օքսիդացման վիճակները հասկանալու համար, սակայն կարող են լինել բացառություններ՝ կապված քիմիական կապի բարդ բնույթի և հատուկ տարրերի վարքագծի հետ:
Ալեքս Մելիքյանի բլոգ 