Az oxidációs szám változásai a periódusos rendszerben

Nézzük meg, találunk-e valami egyszerű ökölszabályt, vagy általános trendet az oxidációs számokban, ha ránézünk a periódusos rendszerre. Először tekintsük az alkálifémeket! Bekeretezem őket. A hidrogénnel majd később foglalkozunk. Elkülönítem tőlük a hidrogént, mert az különleges eset. Tekintsük tehát az alkálifémeket, az 1. főcsoport elemeit; beszéltünk már arról, hogy nem nagy az elektronegativitásuk. Egyetlen vegyértékelektronjuk van, amit könnyen leadhatnak. Számukra így az oxidációs szám nem is csak elképzelt töltés lesz. Kiválóan alkalmasak arra, hogy ionkötést alakítsanak ki. Nagyon gyakori, hogy amikor kötést hoznak létre, akkor oxidálódnak. Leadnak egy elektront. Tipikus oxidációs számuk ezért +1. Ha egy csoporttal tovább megyünk, az alkáliföldfémekhez, ezeknek két vegyértékelektronjuk van, elektronegativitásuk pedig nem nagy. Általában teljesen vagy részben megválnak két elektrontól. Ha iontöltést kell rendelni hozzájuk, ha kihagyjuk a részleges töltés esetét, maradunk a leadásnál vagy a felvételnél, akkor ezeknek +2 lesz a szokásos oxidációs számuk. Az elképzelt ionkötés esetén pedig inkább átadják a két elektront, mivel nem túl elektronegatívak, és igen nehéz lenne a vegyértékhéjukat 8 elektronra kiegészíteni. Térjünk át most a periódusos rendszer túloldalára, a 7. főcsoportba, a halogénekhez. A halogénekhez, ide. Ők igencsak elektronegatívak itt a periódusos rendszer jobb oldalán. Egy elektron hiányzik nekik ahhoz, hogy teljesüljön esetükben a zárt vegyértékelektronhéj. Így ezek általában redukálódnak. Szokásos oxidációs számuk -1. Azért mondom, hogy szokásos, mert ez nem mindig van így. Más is történhet velük. Az egyszerű ökölszabály viszont az, hogy könnyen felvesznek egy elektront. A halogénektől eggyel balra, a 6. főcsoportban – ahol a jól ismert oxigén is van – már említettük, hogy oxidáció az, amit az oxigén is szokott tenni; hogy az oxidáció elektron felvétele. Ennek a csoportnak az elemei tehát általában oxidálódnak. Maga az oxigén is egy kiváló oxidálószer. Másképpen is gondolhatunk erre: az oxigén általában felvesz elektronokat. Ezek könnyen vesznek fel elektronokat, mégpedig általában kettőt. Így az ő tipikus oxidációs számuk -2. Ismétlem, ez csak egy ökölszabály, hogy a töltésük két elektrontöltéssel csökken. Tehát ezek általában redukálódnak. Ezek itt pedig oxidálódnak. Haladjunk tovább! Ha átlépünk ide az 5. főcsoportba, itt a tipikus oxidációs szám -3. Láthatjuk az általános trendet. Ez csak egy trend, nem kőbe vésett szabály még a legszélsőségesebb esetekben sem, de ahogy beljebb megyünk a periódusos rendszer közepe felé, egyre nagyobb lesz a változatosság a szokásos oxidációs számokban. Említettem, hogy a hidrogént kihagytam. Gondoljunk csak bele: a hidrogénnek csak egy elektronja van. Mondhatjuk, hogy talán könnyen leadja ezt, és akkor nem lesz elektronja, ami értelmes konfiguráció lehet a hidrogén számára. De tekinthetjük halogénszerűnek is a hidrogént. Szóval nézhetjük alkálifémszerűnek, de elméletileg ide is tehették volna a periódusos rendszerben. Azért is tehetnénk ide a hidrogént, mivel ahhoz, hogy az első héja telítődjön, csak egy elektronra van szüksége. Ezért tehettük volna ide is a hidrogént. A hidrogénnek így lehet +1-es és -1-es oxidációs száma is. Nézzünk egy példát, ahol a hidrogén az oxidálószer. Ez a példa a lítium-hidrid lesz. A lítium-hidridben az a helyzet, hogy a hidrogén az elektronegatívabb. A lítium elektronegativitása alacsony, ezért könnyen lead egy elektront. Ilyenkor a hidrogén oxidálja a lítiumot, a lítium meg redukálja a hidrogént. A hidrogén az, amelyik felveszi az elektront. Így a lítium oxidációs száma itt +1, a hidrogéné pedig -1. Még egyszer, hogy biztosan világos legyen a jelölés: a lítiumot oxidálta a hidrogén, a hidrogént redukálta a lítium. Nézzünk egy példát, ahol a hidrogén a másik szerepet játssza! Gondoljunk a hidroxidra! A hidroxidanionban van egy hidrogén és egy oxigén. Itt akár gondolhatunk egy vízmolekulára is, amely elveszít egy protont, de megtartja a hidrogénatom elektronját. Ennek negatív töltése van, -1. Mi történik eközben? Felrajzolom, mert érdekes átgondolni. Az oxigénnek van 1, 2, 3, 4, 5, 6 elektronja. A vízmolekulában itt van 2 hidrogén. Ezeken történik az osztozkodás. Itt lesz egy kovalens kötés, megosztoznak ezen a páron, ott meg egy másik kovalens kötés azzal a párral. Ahhoz, hogy hidroxidot kapjunk, az oxigén magához ragadja ezt a két elektront, ezt a párt. Új színnel rajzolom. Most ez a pár is itt van. És van ez a másik kovalens kötés a másik hidrogénnel. Ez a hidrogén most csak egy proton. Ennek meg negatív töltése van, ez a hidroxid. Az egésznek van egy negatív töltése. Az oxigén elektronegativitása nagyobb, mint a hidrogéné, így magához vonzza az elektronokat. A hidrogénnél tehát, ha az oxidációs számokat mint eszközt használjuk, ha úgy kell tennünk, mintha ez nem kovalens, hanem ionos kötés volna, akkor azt mondanánk, hogy a hidrogén teljesen elveszít egy elektront, így +1 lesz az oxidációs száma. Oxidálja az oxigén. Az oxigén pedig teljesen magához vesz egy elektront. Ha tehát úgy kell rá gondolnunk, mintha ez egy ionkötés lenne, azt mondhatjuk, hogy két elektront kap. Az oxidációs száma -2 lesz. A jelölés, még egyszer, ha felső indexbe írjuk az oxidációs számokat és az iontöltéseket, a jelet a szám után írjuk. Ez a szokásos jelölés. Ennek a két példának a célja az volt, hogy lássuk, a hidrogénnek lehet -1 és +1 is az oxidációs száma. De még más érdekesség is van itt. Figyeljd meg, hogy a részecskékben vagy a vegyületekben az oxidációs számok, ha összeadjuk őket, kiadják a teljes töltést. Ha összeadjuk a +1-et és a -1-et, 0-t kapunk. Ez így is van jól: az egész lítium-hidrid vegyület semleges. Nincs töltése. És ugyanígy: hidrogén +1-es oxidációs szám, oxigén -2-es oxidációs szám, összeadjuk, -1-es összeget kapunk a hidroxidra, ami valóban megegyezik a töltésével.