Oksidasjonstall

Oksidasjonstall, eller oksidasjonstilstand, brukes som et mål på hvor mange flere eller færre elektroner et atom har i en forbindelse enn det har som et rent grunnstoff. Oksidasjonstallet kan derfor sees på som den ladningen et atom har i en forbindelse, selv om den effektive ladningen er avhengig av koordinasjonen og bindingslengden. Det samme grunnstoffet kan ha mange forskjellige oksidasjonstall, men ofte er det ett eller to som er det vanligste, se eksempler nedenfor. Oksidasjonstallet til et enkelt atom i en forbindelse er alltid et helt tall, men i mange forbindelser kan det samme grunnstoffet ha flere forskjellige oksidasjonstall, som for eksempel i magnetitt. Det finnes et sett regler som styrer hvordan en bestemmer oksidasjonstall for atomene i en forbindelse.

Oksidasjonstallsregler

Regler rangert etter prioritering. Om to regler motstrider hverandre er det alltid den øverste av de to som gjelder

1. Atomene i et grunnstoff har oksidasjonstallet 0
2. Summen av oksidasjonstallene for atomene i et molekyl eller i en nøytral formelenhet av en ioneforbindelse er 0.
3. Summen av oksidasjonstallene for atomene i et ion er lik ioneladningen.
4. Fluor har i forbindelser oksidasjonstallet –I.
5. Alkalimetallene (gruppe 1) har i forbindelser oksidasjonstallet +I.
6. Jordalkalimetallene (gruppe 2) har i forbindelser oksidasjonstallet +II.
7. Hydrogen har i forbindelser oksidasjonstallet +I, unntatt når det er bundet til metaller. Da har det –I.
8. Oksygen har i forbindelser oksidasjonstallet –II, unntatt i H₂O₂, der det er –I.

Oksidasjonstalleksempler

For å skrive oksidasjonstall inn i en reaksjonsligning brukes enten romertall (eller mindre vanlig – arabiske tall) over ligningen eller romertall i parentes etter grunnstoffet:

Stoff	Med oksidasjonstall
Fe₂O₃	Fe^III₂O^-II₃
NaCl	Na^ICl^-I
BiFeO₃	Bi^IIIFe^IIIO^-II₃
Fe₃O₄	Fe^III₂Fe^IIO^-II₄

I magnetitt, Fe₃O₄, finnes det to forskjellige jernatomer i strukturen, Fe(II) og Fe(III), det gjennomsnittlige oksidasjonstallet til jern er da 8/3.

Viktige bruksområder

Oksidasjonstall brukes blant annet til å forutsi funksjonelle egenskaper til materialer. Spesielt magnetiske, elektriske og ioneledende egenskaper vil avhenge sterkt av oksidasjonstallet til materialet. Et eksempel er superlederen YBa₂Cu₃O_6,8 som bare blir superledende ved temperaturer rundt 77 K dersom oksygeninnholdet er ca. 6,8. Dette forutsetter at stoffet inneholder kobber både med oksidasjonstall +I og +II.^[1]

Et annet eksempel er BiFeO₃, som er ferroelektrisk og antiferromagnetisk. En Fe(III)-O-Fe(III)-binding er vanligvis antiferromagnetisk, og det finnes ingen frie elektroner i denne strukturen. I tillegg har Bi(III) elektronkonfigurasjon 6s² og 6s-elektronene danner et fritt elektronpar. Vi kan derfor fra formelen og litt kjennskap til oksidasjonstall forutsi egenskaper til materialer.

Referanser

^ Yu. V. Blinova, V. R. Galakhov, M. V. Kuznetsov, S. V. Sudareva, A. S. Semenova, A. S. Shkvarin (18. september 2010). «Charge state of copper ions in the YBa2Cu3O6.8 single crystal (1.5 at % Ce): X-ray photoelectron and absorption studies» (på engelsk). The Physics of Metals and Metallography. Besøkt 16. mars 2013.

[1] Yu. V. Blinova, V. R. Galakhov, M. V. Kuznetsov, S. V. Sudareva, A. S. Semenova, A. S. Shkvarin (18. september 2010). «Charge state of copper ions in the YBa2Cu3O6.8 single crystal (1.5 at % Ce): X-ray photoelectron and absorption studies» (på engelsk). The Physics of Metals and Metallography. Besøkt 16. mars 2013.

[1]