Forum Chemicum

doktor

Częstym nieporozumieniem jest utożsamianie stopnia utlenienia z ładunkiem elektrycznym i wartościowością. Przedstawię to zagadnienie na przykładzie jonu azotanowego(V) - NO3(-).

Jak sama nazwa wskazuje, atom azotu w tym jonie jest na +V stopniu utlenienia. Nie oznacza to jednak, że wartościowość tego atomu również wynosi pięć. Poniższa struktura przedstawiająca pięciowartościowy atom azotu jest BŁĘDNA (rysunek 1).

Rysunek 1.

Atomy azotu - pierwiastka z drugiego okresu układu okresowego - mogą tworzyć maksymalnie 4 wiązania, ponieważ na powłoce walencyjnej mają tylko 4 orbitale (1 orbital 1s oraz 3 orbitale 2p). Poprawna struktura jonu azotanowego(V) przedstawiona jest na rysunku drugim.

Rysunek 2.

Widzimy zatem, że stopień utlenienia, będący wielkością całkowicie umowną, nie jest jednoznaczny z wartościowością atomu.

A teraz kwestia ładunku elektrycznego. Jon azotanowy(V) jako całość ma ładunek jednoujemny - tu nie ma jakichkolwiek wątpliwości. Ale problemy pojawiają się, gdy mamy określić GDZIE ten ładunek jest zlokalizowany. Z analizy struktur rezonansowych wynika, że dwa ładunki ujemne są zlokalizowane równomiernie na trzech atomach tlenu (każdy ma ładunek -0.67), a ładunek dodatni jest na atomie azotu. W rzeczywistości jednak ładunek elektryczny w tym jonie jest rozłożony inaczej (rysunek 3).

Rysunek 3.

Podsumowując, atom azotu w jonie azotanowym(V) ma:
- stopień utlenienia +V
- wartościowość 4
- ładunek formalny +1
- ładunek rzeczywisty ok. +0.25.
Mam nadzieję, że ten przykład przekonał Państwa, że nie można utożsamiać wymienionych wielkości.

P.S. Wszyscy znamy jon hydroniowy: H3O(+). Formalny ładunek atomu tlenu wynosi tu +1, natomiast atomów wodoru 0. W rzeczywistości jednak na atomie tlenu zlokalizowany jest ładunek ok. -0.38, a na każdym z atomów wodoru: ok. +0.46 (rysunek 4). Zatem zapisywanie ładunku dodatniego na atomie tlenu jest najzwyczajniej w świecie błędne! ...ale za to wygodne Smile

Rysunek 4.