Stopień utlenienia – jak obliczyć krok po kroku

Stopień utlenienia obliczasz z jednej zasady: suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce wynosi 0, a w jonie jest równa ładunkowi jonu. Wpisujesz znane wartości (zwykle tlen −II i wodór +I), a nieznaną oznaczasz jako x i rozwiązujesz proste równanie. Na przykład w H₂SO₄ siarka ma stopień utlenienia +VI.

Co to jest stopień utlenienia

Stopień utlenienia to umowny ładunek atomu w związku. Liczysz go tak, jakby wszystkie wiązania były jonowe, czyli jakby elektrony wiązania należały w całości do atomu bardziej elektroujemnego.

Zapisujesz go cyfrą rzymską ze znakiem przed nią: +VI, −II, 0. Nad symbolem pierwiastka albo w nazwie związku, na przykład kwas siarkowy(VI).

7 zasad, które wystarczą do większości zadań

1. Pierwiastek w stanie wolnym ma stopień utlenienia 0: Na, Fe, O₂, Cl₂, S₈.
2. Suma w cząsteczce wynosi 0, a suma w jonie jest równa ładunkowi jonu.
3. Jon prosty ma stopień utlenienia równy swojemu ładunkowi: Na⁺ to +I, S²⁻ to −II.
4. Fluor w związkach ma zawsze −I.
5. Metale grupy 1 (litowce) mają w związkach +I, metale grupy 2 (berylowce) +II, a glin +III.
6. Wodór ma zwykle +I.
7. Tlen ma zwykle −II.

Zasady 6 i 7 mają wyjątki. Znajdziesz je niżej.

Obliczanie krok po kroku

Siarka w H₂SO₄

1. Wodór: 2 atomy po +I. Tlen: 4 atomy po −II. Siarka: x.
2. Cząsteczka jest obojętna, więc suma wynosi 0:

$2 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$

$2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6$

Siarka w kwasie siarkowym(VI) ma stopień utlenienia +VI.

Mangan w KMnO₄

Potas jest metalem grupy 1, więc ma +I. Tlen ma −II.

$(+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow x = +7$

Mangan w manganianie(VII) potasu ma stopień utlenienia +VII.

Chrom w jonie Cr₂O₇²⁻

To jon, więc suma jest równa jego ładunkowi, czyli −2. Są tu 2 atomy chromu, dlatego w równaniu jest 2x.

$2x + 7 \cdot (-2) = -2$

$2x - 14 = -2 \Rightarrow 2x = 12 \Rightarrow x = +6$

Chrom w jonie dichromianowym(VI) ma stopień utlenienia +VI.

Azot w jonie NH₄⁺

$x + 4 \cdot (+1) = +1 \Rightarrow x = -3$

Azot w jonie amonowym ma stopień utlenienia −III.

Wyjątki: nadtlenki, wodorki metali i fluor

Skąd wiadomo, że to nadtlenek? Gdy przy zwykłym tlenie −II wychodzi metalowi niemożliwy stopień utlenienia. W Na₂O₂ sód musiałby mieć +II, a litowce mają w związkach tylko +I. Dlatego tlen ma tu −I.

Stopień utlenienia a reakcje redoks na maturze

Na maturze stopnie utlenienia są potrzebne przede wszystkim w reakcjach redoks:

• utlenianie to wzrost stopnia utlenienia (atom oddaje elektrony),
• redukcja to spadek stopnia utlenienia (atom przyjmuje elektrony),
• reduktor to substancja, która się utlenia, a utleniacz to substancja, która się redukuje.

Przykład: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Cynk zmienia stopień utlenienia z 0 na +II, więc się utlenia i jest reduktorem. Miedź zmienia go z +II na 0, więc się redukuje i jest utleniaczem.

Krótkie rymowanki do zapamiętania redoksu znajdziesz w artykule Chemiczne rymowanki, a typowe błędy w zadaniach z kwasami w artykule Kwasy na maturze z chemii.

Sprawdź się: 6 przykładów

Oblicz stopień utlenienia pogrubionego pierwiastka:

1. SO₂
2. HNO₃
3. Fe₂O₃
4. H₂O₂
5. CH₄
6. MnO₄²⁻

Odpowiedzi: 1. +IV, 2. +V, 3. +III, 4. −I (nadtlenek), 5. −IV, 6. +VI.

Jak dalej uczyć się chemii do matury

Stopnie utlenienia to podstawa, na której stoją reakcje redoks, elektrochemia i bilansowanie równań. Gosia, doktor chemii, na bezpłatnym szkoleniu pokazuje, co opanować najpierw, czego nie trzeba umieć na pamięć i jak zapisywać obliczenia, żeby nie tracić punktów.

Zapisz się na bezpłatne szkolenie