ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Ή ΑΡΙΘΜΟΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ

Εισαγωγή της έννοιας της οξειδωτικής κατάστασης


Η σύνθεση του χλωριούχου νατρίου αποτελεί ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα σχηματισμού ιοντικής ένωσης, όπου τα άτομα του νατρίου (Ζ=11) και του χλωρίου (Ζ=17) αποκτούν δομή ευγενούς αερίου αποβάλλοντας και προσλαμβάνοντας αντίστοιχα από ένα ηλεκτρόνιο:

Τα κατιόντα νατρίου και τα ανιόντα χλωρίου, που προκύπτουν, έλκονται μεταξύ τους με ηλεκτροστατικές δυνάμεις και σχηματίζουν την κρυσταλλική ένωση NaCl. Η αντίδραση σύνθεσης του NaCl είναι μία οξειδοαναγωγική αντίδραση που γίνεται με μεταφορά ηλεκτρονίων.
   Σχήμα: Δομή κρυστάλλων NaCl

Ωστόσο, πολλές από τις αντιδράσεις σύνθεσης, που σύμφωνα με τις κλασικές αντιλήψεις είναι οξειδοαναγωγικές, αφορούν στο σχηματισμό ομοιοπολικών ενώσεων. Για παράδειγμα στην αντίδραση σύνθεσης του νερού από το υδρογόνο και το οξυγόνο:

2H2(g) + Ο2(g)    2H2Ο(l) 

το υδρογόνο αντιδρά με το οξυγόνο και επομένως οξειδώνεται, ενώ το οξυγόνο ενώνεται με το υδρογόνο και επομένως ανάγεται. Η αντίδραση αυτή, αν και ισχυρά εξώθερμη, έχει υψηλή ενέργεια ενεργοποίησης. Γι’ αυτό και συνήθως γίνεται παρουσία καταλύτη ή σε υψηλές θερμοκρασίες.

Στο νερό το άτομο του οξυγόνου ενώνεται με καθένα από τα δύο άτομα υδρογόνου με ένα απλό ομοιοπολικό δεσμό. Επειδή, όμως, το οξυγόνο έχει σαφώς μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα από το υδρογόνο, οι δύο αυτοί ομοιοπολικοί δεσμοί είναι πολωμένοι, με αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια των κοινών ζευγών να βρίσκονται πιο κοντά στο άτομο του οξυγόνου.

Είναι φανερό ότι κατά τη σύνθεση του νερού, όπως και σε όλες τις περιπτώσεις σύνθεσης ομοιοπολικών ενώσεων, δεν έχουμε πλήρη, αλλά μόνο μερική μεταφορά (μετατόπιση) ηλεκτρονίων. Μπορούμε, ωστόσο, να θεωρήσουμε ότι κατά το σχηματισμό του νερού: κάθε άτομο υδρογόνου «αποβάλλει» μερικώς ένα ηλεκτρόνιο και επομένως «οξειδώνεται», ενώ αντίθετα κάθε άτομο οξυγόνου «προσλαμβάνει» μερικώς δύο ηλεκτρόνια και συνεπώς «ανάγεται».

  Σχήμα: Το νερό είναι μία πολική
  ομοιοπολική ένωση ανάμεσα στα
  μόρια της οποίας αναπτύσσεται
  δεσμός (ή γέφυρα) υδρογόνου.

Επιπλέον, κάθε άτομο υδρογόνου αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Έτσι, θα μπορούσαμε να πούμε ότι στην περίπτωση αυτή τα ηλεκτρόνια των ατόμων του υδρογόνου μεταφέρονται μαζί με τα πρωτόνια στο οξυγόνο. Ωστόσο, με την κατάλληλη διάταξη, είναι δυνατό η μεταφορά των ηλεκτρονίων να διαχωριστεί από αυτήν των πρωτονίων. Αυτό επιτυγχάνεται στα στοιχεία καυσίμου, όπου τα πρωτόνια μεταφέρονται μέσω ενός ηλεκτρολύτη, ενώ τα ηλεκτρόνια μέσω ενός εξωτερικού αγωγού, με αποτέλεσμα την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος.

Τα παραπάνω δε σημαίνουν ότι οι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις που οδηγούν στο σχηματισμό ομοιοπολικών ενώσεων ή, κατ’ επέκταση, γίνονται αποκλειστικά ανάμεσα σε ομοιοπολικές ουσίες μπορούν να θεωρηθούν ως αντιδράσεις (πλήρους) μεταφοράς ηλεκτρονίων. Δείχνουν, ωστόσο, το γιατί οι χημικοί, αντί να διαχωρίσουν τις περιπτώσεις, θέλησαν να διευρύνουν την έννοια της οξειδοαναγωγής, ώστε να συμπεριλάβει όλες τις αντιδράσεις που σύμφωνα με τις κλασικές αντιλήψεις είναι οξειδοαναγωγικές. Αυτό έγινε με την εισαγωγή της έννοιας της οξειδωτικής κατάστασης ή αριθμού οξείδωσης ενός στοιχείου.
  ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ, ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ
ΔιχηΝΕΤ 2007