Ułamkowe stopnie utlenienia

Opublikowane przez autor w dniu

W dzisiejszym artykule omówimy, przypadki, w których atomy przyjmują ułamkowe stopnie utlenienia. Przeanalizujemy parę przykładów, bazując na założeniach z artykułu o wyliczaniu stopnia utlenienia. Może odetchnąć z ulgą, ponieważ te cząsteczki nie powinny się pojawić na arkuszach maturalnych. Jednak zrozumienie ich pomoże wam zrozumieć lepiej temat stopni utlenienia i przyda się przy zrozumieniu stopni utlenienia w cząsteczkach organicznych. Tak jak w każdym artykule, będziemy posługiwać się pojęciem elektroujemności w skali Pauliego.

Fe3O4

Zaczniemy od omawiania przykłady na tak zwanym tlenku żelaza(II) diżelaza(III) i byśmy przyjęli zasadę, że tlen przyjmuje zawsze -II stopień utlenienia, to dokonując obliczeń:

x = stopień utlenienia żelaza
-2 * 4 + 3 * x = 0
3x = 8
x = 223

Z obliczeń wynika, że poziom utlenienia żelazu musi być równy 223. Wygląda jak błąd, prawda? Cząsteczka nosi nazwę tlenku żelaza(II) diżelaza(III). Nazwa cząsteczki mówi nam wprost, że żelazo występuje tutaj na II i III stopniu utlenienia. Spójrzmy na jej budowę:

Elektroujemność Fe3O4
Fe3O4 elektroujemność

Widzimy, że jeden atom żelaza tworzy tylko 2 wiązania z tlenami i po poprawnym rozpisaniu stopni utlenienia w cząsteczce powinniśmy uświadomić sobie, czemu stopień utlenienia wynosi właśnie 223.

Fe3O4 stopnie utlenienia
Fe3O4 stopnie utlenienia

Czemu tak się dzieje? Fe3O4 to tak naprawdę mieszanka dwóch tlenków, tlenku żelaza(II) i tlenku żelaza(III). Możemy jej stopnie utlenienia zapisać jako FeO·Fe3O4 a jej stopnie utlenienia zapisać następujący sposób:
FeIIO-II·FeIII3O-II4.

Z takim zapisem łatwiej zrozumieć czemu w obliczeniach wychodzi nam taki stopień utlenienia i następnym razem powinno nam się nasunąć pytanie “Czy wszystkie atomy tworzą tyle samo wiązań?”.

Pb3O4

Na pierwszy rzut oka można pomyśleć, że sytuacja będzie wyglądało podobnie co w Fe3O4. Jednak i tym razem, będziemy zaskoczeni. Ołów (Pb), występuję w tej cząsteczce na II i IV stopniu utlenienia. Dlatego cząsteczka ta nosi też nazwę  tlenek diołowiu(II) ołowiu(IV). Spójrzmy na budowę cząsteczki:

Pb3O4 – elektroujemność
Pb3O4 – stopnie utlenienia

Widząc powyższe przykłady, możemy dojść do wniosku, że wzór sumaryczny nie będzie nigdy wskazywał jakie wiązania i jakie stopnie utlenienia przyjmują poszczególne atomy. Na podstawie prostych cząsteczek i tych, co do których mamy pewność jak reszty kwasowe.

H2S2O3

Ostatnim przykładem jest kwas tiosiarkowy. Jeżeli byśmy policzyli stopnie utlenienia w sposób standardowy, czyli zakładamy, że tlen jest na -II stopniu utlenienia i wodór na I, to obliczenia wychodziłyby następująco:

x = stopień utlenienia siarki
-2 * 3 + 2 * 1 + 2 * x = 0
2x = 4
x = 2

Czy rzeczywiście siarka jest na II stopniu utlenienia? Jeżeli przyjrzymy się budowie cząsteczki, to niestety nic się nie układa zgodnie z naszymi oczekiwaniami.

Co jest ciekawe w tej cząsteczce to to, że zależnie od źródła znajdziemy informacje na temat stopni utlenienia siarki w tym związku. Atomy siarki mogą przyjmować następujące wartości: –II i VI lub -I i V lub 0 i IV. Bazując na strukturze w powyższym przykładzie, siarki będą odpowiednio na 0 i IV stopniu utlenienia.

Wiele przykładów cząsteczek może nas zaskoczyć w podobne sposób, jeżeli byśmy chcieli obliczyć stopień utlenienia bazie wzoru sumarycznego.

Podsumowanie

Poznanie powyższych przykładów pomoże zrozumieć, jak faktycznie ustalany jest stopień utlenienia atomów w cząsteczkach i przyda się, gdy będziemy chcieli poznać stopnie utlenienia w cząsteczkach organicznych, co omówimy szerzej w najbliższych artykułach.

Kategorie: materia

0 Komentarzy

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *