Καταστάσεις οξείδωσης και φαινόμενο αδρανούς ζεύγους
Το φαινόμενο αδρανούς ζεύγους αναφέρεται στα ηλεκτρόνια σθένους της απροθυμίας ενός ατόμου με υψηλό ατομικό αριθμό να συμμετάσχει σε χημικές διεργασίες λόγω της κακής θωράκισης αυτών των ηλεκτρονίων από τα εσωτερικά τροχιακά ηλεκτρόνια. Ως αποτέλεσμα, τα ηλεκτρόνια s δεν είναι διαθέσιμα για σχηματισμό δεσμού. Αν κινηθούμε κατά μήκος της ομάδας, αυτό το αποτέλεσμα γίνεται ισχυρότερο. Λόγω του φαινομένου αδρανούς ζεύγους, η κατάσταση οξείδωσης των μεγαλύτερων στοιχείων πέφτει και η σταθερότητα των μικρότερων στοιχείων βελτιώνεται. Αλλά, τι συμβαίνει όλα κατά τη διάρκεια του φαινομένου του αδρανούς ζεύγους και τι μπορεί να οριστεί ως καταστάσεις οξείδωσης; Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει τις καταστάσεις οξείδωσης, το φαινόμενο αδρανούς ζεύγους και τη σημασία του φαινομένου αδρανούς ζεύγους.
Ποια είναι η κατάσταση οξείδωσης;
Οι καταστάσεις οξείδωσης μπορούν να οριστούν ως ο βαθμός οξείδωσης για οποιοδήποτε άτομο σε χημική ένωση. Μπορεί επίσης να συναχθεί ως υποθετικό φορτίο που θα είχε ένα άτομο εάν όλα τα άτομα διαφορετικών στοιχείων ήταν ιοντικά. Οι καταστάσεις οξείδωσης μπορούν να αναπαρασταθούν με θετικούς, αρνητικούς ή μηδενικούς ακέραιους αριθμούς. Η τυπική κατάσταση οξείδωσης ενός στοιχείου σχεδιάζεται ως κλάσμα σε ορισμένες ασυνήθιστες περιπτώσεις. Για παράδειγμα, όπως ο μαγνητίτης Fe3O4, η τιμή του σιδήρου γράφεται ως 8/3.
Η αυξημένη κατανοητή κατάσταση οξείδωσης είναι +8 για το ρουθήνιο, το ξένο, το όσμιο, το ιρίδιο, το χασίιο και πολλά σύμπλοκα πλουτωνίου. Επίσης, η χαμηλότερη γνωστή κατάσταση οξείδωσης είναι -4 για διαφορετικά στοιχεία ομάδας άνθρακα.
Οξείδωση είναι η απώλεια ηλεκτρονίων λόγω αύξησης της κατάστασης οξείδωσης ενός ατόμου σε μια χημική επίδραση. Η αφαίρεση μπορεί επίσης να είναι η αύξηση των ηλεκτρονίων λόγω μιας φθίνουσας κατάστασης οξείδωσης σε μια χημική εξίσωση.
Η οξείδωση αναφέρει διαφορετικούς κανόνες που πρέπει να ακολουθούνται:
Ένα ελεύθερο στοιχείο που είναι ασυνδυασμένο στοιχείο, δεν έχει κατάσταση οξείδωσης
Ενώ η κατάσταση οξείδωσης ενός εύκολου (μονοατομικού) ιόντος θα είναι συγκρίσιμη με το καθαρό φορτίο του ιόντος. Για παράδειγμα, η κατάσταση οξείδωσης του Cl – είναι -1.
Η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου +1 συσχετίζεται με το οξυγόνο, του οποίου η κατάσταση οξείδωσης είναι -2. Το υδρογόνο έχει τιμή οξείδωσης +1 στατικά υδρίδια μετάλλων (όπως το LiH), τα υπεροξείδια έχουν κατάσταση οξείδωσης -1 (όπως HO2) και τα υπεροξείδια έχουν κατάσταση οξείδωσης -½ (όπως KO).
Το αλγεβρικό άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης για όλα τα άτομα θα πρέπει να είναι μηδέν σε ένα αμερόληπτο μόριο. Ενώ, στα ιόντα, η ποσότητα των ατόμων των καταστάσεων οξείδωσης είναι ανάλογη με το φορτίο του ιόντος.
Πώς υποδεικνύονται οι καταστάσεις οξείδωσης;
Η κατάσταση οξείδωσης διαφορετικών στοιχείων στον περιοδικό πίνακα μπορεί να οριστεί από τον αριθμό της ομάδας τους. Από τον πίνακα, μπορούμε να πούμε ότι το βόριο, το οποίο είναι στοιχείο της ομάδας III, τυπικά έχει μια κατάσταση οξείδωσης +3 και το άζωτο, που είναι ένα σωματίδιο της ομάδας V, έχει μια κατάσταση οξείδωσης -3.
Αλλά ένα πράγμα που πρέπει να έχετε κατά νου είναι ότι η κατάσταση οξείδωσης αλλάζει και δεν εξαρτάται από τον αριθμό της ομάδας. Αυτή η μέθοδος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως κοινή κατευθυντήρια γραμμή ή κανόνας. Για παράδειγμα, τα συστατικά μετάπτωσης διαφέρουν και διαθέτουν διάφορα είδη καταστάσεων οξείδωσης που δεν εξαρτώνται από ομάδες.
Για παράδειγμα, το σωρευτικό φορτίο ενός θειικού ιόντος SO32- είναι 2- , οπότε κάθε άτομο οξυγόνου συμπεραίνεται ότι βρίσκεται στη συνήθη κατάσταση οξείδωσης -2. Όμως, επειδή το θειώδες έχει τρία άτομα οξυγόνου, θα δώσει 3x 2 =– 6 στο συνολικό φορτίο. Μπορούμε λοιπόν να πούμε ότι το θειώδες έχει +4 ως κατάσταση οξείδωσης, και το φορτίο σε αυτό θα είναι 2-:(+4-6 =-2).
Τι είναι το φαινόμενο αδρανούς ζεύγους;
Το φαινόμενο αδρανούς ζεύγους μπορεί να οριστεί ως αμελητέα επίδραση στις ιδιότητες οποιουδήποτε στοιχείου. Ωστόσο, αυτή η επίδραση έχει μεγαλύτερη επίδραση στο στοιχείο και μπορεί επίσης να επηρεάσει τις περιοδικές τάσεις. Κυρίως τα μεταβατικά στοιχεία του περιοδικού πίνακα δείχνουν αυτό το φαινόμενο. Τα μεταβατικά στοιχεία έχουν το s-τροχιακό ως τα εξωτερικά ηλεκτρόνια τους, τα οποία τείνουν να παραμένουν εκτός της χημικής διαδικασίας.
Ορισμός – Όταν τα ηλεκτρόνια σε μια στιβάδα σθένους του s-τροχιακού δεν μπορούν να ιονιστούν, ονομάζεται φαινόμενο αδρανούς ζεύγους. Ή μπορείτε να πείτε μη συμμετοχή κελύφους σθένους που έχουν ηλεκτρόνια s-τροχίας.
Ποιοι είναι οι περιορισμοί του φαινομένου αδρανούς ζεύγους;
Η θεωρία αδρανούς ζεύγους έχει ορισμένους περιορισμούς. Ας υποθέσουμε ότι το εξηγούμε με όρους ηλεκτρονίων, ή με άλλα λόγια, την αναμενόμενη υψηλή τιμή ενθαλπίας ιονισμού τους. Ας πάρουμε ένα παράδειγμα στοιχείων της ομάδας 13 και ας γνωρίζουμε ακριβώς ποιοι είναι οι περιορισμοί.
Σε αυτόν τον ιονισμό, η ενθαλπία θα μειωθεί καθώς και θα μετακινηθεί από πάνω και κάτω. Αυτός ο πίνακας δείχνει μερικές ανωμαλίες—μια αύξηση της ενθαλπίας ιονισμού από Al σε Ga και ίνδιο σε θάλλιο.
Το φαινόμενο αδρανούς ζεύγους που πρότεινε ο Sidgwick δεν μπορεί να λάβει υπόψη αυτές τις πληροφορίες. Η απλή εξήγησή τους μπορεί να είναι ότι η συστολή d-block επηρεάζει την ενθαλπία ιονισμού του Ga. Ο συγκριτικά υψηλός ιονισμός του Tl οφείλεται σε σχετικιστικά φαινόμενα λόγω της κακής θωράκισης των τροχιακών d- και f-.
Χρήσεις εφέ αδρανούς ζεύγους
Η υψηλή σταθερότητα των καταστάσεων χαμηλής οξείδωσης των βαρέων στοιχείων p block μπορεί να εξηγηθεί μέσω του φαινομένου αδρανούς ζεύγους.
Το φαινόμενο αδρανούς ζεύγους περιγράφει επίσης την αύξηση των τιμών ιονισμού των ηλεκτρονίων s-τροχιακών στοιχείων σε p-τροχιακά στοιχεία. Αυτή η τεχνική εξηγεί επίσης την εξαιρετικά οξειδωτική φύση και την ισχυρή αντιδραστικότητα του Tl+3.
Εξηγεί επίσης την ανωμαλία στα σημεία τήξης και βρασμού των στοιχείων.
Συμπέρασμα
μπορείτε να διαβάσετε σχετικά με την οξείδωση και τα φαινόμενα αδρανούς ζεύγους λύνοντας ερωτήσεις καταστάσεων οξείδωσης και φαινομένων αδρανούς ζεύγους. Το φαινόμενο αδρανούς ζεύγους εμφανίζεται σε βαρύτερα στοιχεία των ομάδων 13, 14, 15 και 16 του περιοδικού πίνακα. Περιγράφει επίσης την αύξηση της σταθερότητας των καταστάσεων οξείδωσης με δύο λιγότερα ηλεκτρόνια για την ολοκλήρωση του σθένους της ομάδας.
