Oxidační stavy - úvod Co je to oxidace a redukce, co jsou to oxidační čísla a jak souvisí s elektronegativitou?

Uvažujme krapet o molekule chloridu sodného. Když se díváme na tuto periodickou tabulku, vidíme, že sodík se nachází v 1. A skupině. Je to alkalický kov. Má 1 valenční elektron. Není příliš elektronegativní. Je umístěn na levé straně periodické tabulky. Víme, že hlavním trendem elektronegativity je její růst, směřujeme-li k pravé horní části. Takže tyto prvky obvykle přijímají elektrony, a tyto prvky obvykle darují elektrony. Tyto prvky jsou elektropozitivní, tyto prvky jsou elektronegativní. Tento sodík, se svým jediným valenčním elektronem, je velmi dobrý kandidát pro darování elektronu. Na druhé straně periodické tabulky máme chlór. Je to prvek v 7. A skupině. Je to halogen. Nejraději ze všeho přijme elektron. Získá tak 8 valenčních elektronů. Je velmi elektronegativní. Představme si, co se stane, když na sebe tyto dva prvky začnou působit? Chlór vezme tomuhle sodíku jeho přebytečný elektron. a tak se stane aniontem - chloridem. a ze sodíku se stane sodný kation. Kation je pozitivní ion. Anion je negativní ion. A právě toto je teď pozitivní. Sodík je nyní positivní, chlór je teď negativní. Oba dva se navzájem přitahují a vytvářejí tak iontovou vazbu. Takže toto je iontová vazba. Teď uvažujme o něčem, co nemá tak iontový charakter, kde elektrony nejsou všechny nahromaděné u jednoho atomu na úkor druhého, ale jsou sdílené. Jeden z nejznámějších příkladů je voda. Vodu známe jako "H2O". Každá molekula vody je z jednoho kyslíku a dvou vodíků a tyto dvě vazby jsou kovalentními vazbami. V každé z těchto vazeb máme pár elektronů, které jsou sdíleny dvojicí vodíku a kyslíku. Ani zde se ale nejedná o spravedlivé sdílení elektronů. Podíváme se na periodickou tabulku. Kyslík má větší elektronegativitu než má vodík, a proto elektrony v těchto dvou vazbách stráví delší dobu v kyslíku, než u vodíků. A to už jsme viděli. Kyslíková část molekuly má parciální záporný náboj. To se značí malým řeckým písmenem "delta". Takto zapisujeme záporný parciální náboj. A na vodíkovém úseku máme kladný parciální náboj. Takhle to doopravdy je, ale jak uvidíme v dalších videích, někdy se nám takovýhle zápis nehodí. Proto vám ukážu něco, co je v podstatě jen vymyšlená pomůcka. Je to pouhá konvence, kterou chemici vymysleli, abychom byli schopni pochopit spoustu reakcí a přemýšlet o tom, jaká je pravděpodobnost, že reakce proběhne. A tímto nástrojem jsou oxidační stavy. Co jsou oxidační stavy? I když máte, řekněme, kovalentní vazbu, řeknete si, tomu rozumím. Toto jsou parciální náboje. Toto jsou kovalentní vazby. Tyto elektrony jsou sdíleny. Ale nelíbí se mi tu to "parciální". Chci jen hypoteticky uvažovat, co kdyby toto byly iontové vazby? A řeknete si, kdyby to musely být iontové vazby, tak by kyslík sebral tyto elektrony z elektronových párů. Kyslík by tedy měl záporný náboj, mínus dva. A každý vodík by měl jednotkový kladný náboj. Kdybych měl zapsat oxidační stavy pro atomy v molekule vody - napišme si to... Kyslík by měl oxidační stav mínus 2, a každý atom vodíku by měl oxidační stav plus 1. Všimněte si, molekula jako celek je neutrální, tyto věci se navzájem vyruší. Plus 1, plus 1, to dělá plus 2. Dál tu máte mínus 2. Navzájem se vyruší. Stále říkám, že je to mínus 2, ale napsal jsem mínus za dvojku. Kdybych chtěl napsat plus 1 jako oxidační stav, napsal bych 1 plus, i když tady mám napsané jen plus. To je jen úmluva. Když zapisujete náboje v iontové vazbě, nebo oxidační stavy, znaménko se napíše až po čísle. Oxidační stav není nic jiného, než náboj v hypotetické iontové vazbě. Kdybyste museli předpokládat, že toto nejsou kovalentní, ale iontové vazby. Ještě jednou chci zdůraznit: Ve skutečnosti to má kovalentní vazby. Toto jsou parciální náboje. Jen naše představa oxidačního stavu nás nutí předstírat, že toto jsou iontové vazby. Asi si říkáte, že tohle docela dává smysl. Pracovali jsme s kyslíkem, jenž tvoří oxidy. Proto se to jmenuje oxidační stavy. A tak jsem to chápal já, když jsem se o tom poprvé učil. Můžete si říct, že každý tento vodík přišel o elektron ve prospěch kyslíku. Dává smysl, když řekneme, že každý tento vodík byl oxidován. Tedy vodík oxidovaný kyslíkem. Dává smysl, že by kyslík oxidoval něco jiného. Tady se to stalo. Náboj byl odebrán kyslíkem, čili se to oxidovalo. Opační termín k oxidaci je redukce. Slovo redukovaný skutečně pramení v myšlence, že náboj kyslíku byl redukován (zmenšen). Řekněme že O, neboli kyslík, byl redukovaný vodíky. Mohlo by se zdát, že oxidace se děje jen v oxidech, protože ty názvy si jsou podobné. Ale tak to není. Vezměme například... ...vodný roztok kyseliny fluorovodíkové. Máme vodík kovalentně vázaný s florem. Uděláme to jako s vodou. Flor má nejvyšší elektronegativitu, proto sežere oba vazebné elektrony. Takže částečný negativní náboj bude tady Takže záporný parciální náboj bude tady a kladný parciální náboj tady. Kdybychom chtěli vymyslet oxidační stavy, tak to můžeme udělat takhle: Kdyby molekula měla iontovou, místo kovalentní vazby, jaký náboj by byl na jednotlivých atomech? V tom případě by vodík přišel o elektron a měl by jednotkový kladný náboj. Flor by získal elektron a měl by záporný náboj. Čistě teoreticky. Ve skutečnosti jsou parciální. Je to kovalentní vazba. Ale hypoteticky je kladný náboj zde a záporný tady. Říkáme, že oxidační stav vodíku je plus 1 a oxidační stav floru je minus 1. Říkáme, že vodík byl oxidován. Můžeme říct, že jej oxidoval flor. Lze říct, že flor má nyní redukovaný náboj. Říkáme, že flor byl redukován. Možná si myslíte: "Říkáme oxidovaný, i když molekula není oxid, ani neobsahuje kyslík." Má to podobný princip, jako když řeknete, že jste úplně mrtvý. Neznamená to, že už nežijete. Chcete vyjádřit, že se cítíte, asi jako by se cítila mrtvola. Bez energie a neschopen pohybu. Když byste si nejraději lehli a jen leželi, řeknete: "Jsem úplně mrtvej." A o floru teď říkáme to, co bychom řekli o kyslíku. Vzal si elektron. Oxidoval vodík. Tímhle způsobem si to pamatuji. Když jste oxidovaný, vzali vám elektron. A kdyby jste byli nějaký oxid, vzal by vám ho kyslík. Kyslík je elektronegativní. Bere ostatním atomům elektrony. Existují další mnemotechnické pomůcky sloužící k rozlišení oxidace a redukce. Ukážu vám dvě z nich. Mohou se vám hodit. Jedna z nich je LEO the lion says GER. To mezi píši malými písmeny, protože to není důležité. LEO the lion says GER. Loosing (ztrácet) Elektron znamená, že jste Oxidováni. Gaining (získávání) Elektronů je Redukce. To je ta pomůcka. Často se používá "OIL RIG" Oxidation (oxidace) is losing (ztráta) electrons (elektronů) Reduction (redukce) Is Gaining (zisk) electrons (elektronů).