산화 상태

Oxidation state

화학에서 산화상태 또는 산화수는 다른 원자에 대한 모든 결합이 완전히 이온화되었을 때 원자의 가정적인 전하이다.이는 화합물 내 원자의 산화(전자의 손실) 정도를 나타냅니다.개념적으로 산화 상태는 양, 음 또는 0일 수 있다.완전한 이온 결합은 자연에서 발견되지 않지만, 많은 결합은 강한 이온성을 나타내며, 산화 상태를 전하의 유용한 예측 요인으로 만듭니다.

원자의 산화 상태는 그 원자의 "실제" 형식 전하나 다른 실제 원자 성질을 나타내지 않습니다.이것은 특히 증식 양이온을 생성하는 데 필요한 이온화 에너지가 화학 반응에서 사용 가능한 에너지보다 훨씬 큰 높은 산화 상태에 해당된다.또한 특정 화합물 내 원자의 산화 상태는 계산에 사용되는 전기음성 눈금의 선택에 따라 달라질 수 있다.따라서 화합물 내 원자의 산화 상태는 순전히 형식주의이다.그럼에도 불구하고 무기 화합물의 명명 규칙을 이해하는 것은 중요하다.또한 화학반응에 관한 몇 가지 관찰은 산화상태의 관점에서 기본적인 수준에서 설명될 수 있다.

산화 상태는 일반적으로 양의 정수, 0 정수 또는 음의 정수로 표시됩니다.어떤 경우에, 원소의 평균 산화 상태는 다음과 같은 분율이다.마그네타이트 철의 경우 8/3 FeO34(아래 참조).알려진 가장 높은 산화 상태는 테트로쿠시리듐(IX) 양이온(IrO+[1]4)에서 +9로 보고됩니다.특이한 [2]헥시드6 UO에서 우라늄에 의해 +12 산화 상태가 달성될 수 있을 것으로 예측된다.산화도가 가장 낮은 상태는 -5이며, AlBC의3 [3]붕소는 -5이다.

무기명칭법에서 산화상태는 괄호 안의 원소명 뒤에 배치되는 로마숫자 또는 원소기호 뒤에 부가되는 위첨자(예를 들어 산화철(III))로 나타난다.

산화라는 용어는 Antoine Lavoisier에 의해 산소와 물질의 반응을 나타내기 위해 처음 사용되었다.훨씬 후에, 산화되면 물질이 전자를 잃는다는 것을 깨달았고, 그 의미는 산소가 포함되었는지 여부에 관계없이 전자가 손실되는 다른 반응을 포함하도록 확장되었다.화학 반응을 통해 원자의 산화 상태가 증가하는 것을 산화라고 하며, 산화 상태의 감소를 환원이라고 합니다.이러한 반응은 전자의 형식적인 전달을 수반한다: 전자의 순 이득은 환원이고 전자의 순 손실은 산화이다.순수 원소의 경우 산화 상태는 0입니다.

IUPAC 정의

IUPAC는 "산화 상태의 포괄적 정의(IUPAC 권고 2016)"[4]를 발표했다.2014년 [5]IUPAC 기술보고서 "산화상태의 포괄적인 정의를 향하여"를 증류한 것이다.산화 상태의 현재 IUPAC Gold Book 정의는 다음과 같습니다.

원자의 산화 상태는 이 원자의 이온 결합 근사 후 전하입니다...

--

산화수라는 용어는 거의 [7]동의어에 가깝습니다.

기본 원리는 이온 전하가 "결합의 이온 근사 후 원자의 산화 상태"[8]이며, 여기서 이온 근사란 모든 결합이 이온이라는 가설을 의미한다.이온 근사에는 다음과 같은 몇 가지 기준이 고려되었다.

  1. 채권 극성 추정
    1. 전기음성도의 차이로부터,
    2. 쌍극자 모멘트로부터
    3. 전하의 양자화학적 계산으로부터 얻어진다.
  2. 결합 분자 궤도(MO)/[8][9]LCAO-MO [10]모델에서 전자의 충성에 대한 원자의 기여에 따른 전자 할당.

서로 다른 두 원소 간의 결합에서 결합의 전자는 주요 원자 기여자/높은 전기음성도에 할당되며, 동일한 원소의 두 원자 간의 결합에서는 전자가 균등하게 분할됩니다.이것은 대부분의 전기 음성도 척도가 원자의 결합 상태에 의존하기 때문에 산화 상태의 할당은 다소 순환적인 논쟁이다.예를 들어, PtH2-4의 백금에 대해 -6과 같이 Pauling [11]및 Mulliken 눈금에 대해 비정상적인 산화 상태가 나타날 수 있습니다.쌍극자 모멘트는 때때로 산소 쪽으로 양끝이 향하는 CO와 NO와 같은 비정상적인 산화 수치를 산출하기도 합니다.따라서, 이것은 결합 MO, 원자 궤도 에너지 및 전하의 양자 화학적 계산으로부터 원자의 기여도를 이온 근사치에 대한 유일한 실행 가능한 기준으로 남겨둔다.그러나 이온 근사치에 대한 간단한 추정으로 앨런 [8]전기음성도를 사용할 수 있다. 전기음성도는 자유 원자의 평균 원자가 전자 에너지와 관련되기 때문에 산화 상태와 진정으로 독립적이다.

알렌 척도를 사용한 전기 음성도
그룹 → 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
↓ 기간
1 H
2.300 		그
4.160
2 리
0.912 		있다
1.576 		B
2.051 		C
2.544 		N
3.066 		O
3.610 		F
4.193 		네
4.787
3 나
0.869 		Mg
1.293 		알
1.613 		시
1.916 		P
2.253 		S
2.589 		클론
2.869 		아르
3.242
4 K
0.734 		Ca
1.034 		스케이
1.19 		티
1.38 		V
1.53 		Cr
1.65 		Mn
1.75 		Fe
1.80 		회사
1.84 		니
1.88 		CU
1.85 		Zn
1.588 		가
1.756 		ge
1.994 		~하듯이
2.211 		세
2.424 		브르
2.685 		Kr
2.966
5 Rb
0.706 		시르
0.963 		Y
1.12 		Zr
1.32 		Nb
1.41 		모
1.47 		Tc
1.51 		루
1.54 		Rh
1.56 		PD
1.58 		아그
1.87 		CD
1.521 		인
1.656 		스니
1.824 		Sb
1.984 		테
2.158 		I
2.359 		Xe
2.582
6 Cs
0.659 		바
0.881 		루
1.09 		HF
1.16 		타
1.34 		W
1.47 		레
1.60 		OS
1.65 		Ir
1.68 		Pt
1.72 		오
1.92 		Hg
1.765 		Tl
1.789 		PB
1.854 		비
2.01 		포
2.19 		앳
2.39 		Rn
2.60
7 프루
0.67 		라
0.89
다음 항목도 참조하십시오.원소의 전기 음성도(데이터 페이지)

결정.

화학 교육 입문 레벨은 가정된 산화 상태를 사용하지만, IUPAC 권장사항과[4] Gold Book[6] 항목에는 화학 화합물 내 원소의 산화 상태를 계산하기 위한 두 가지 완전히 일반적인 알고리즘이 나열되어 있습니다.

본딩에 대한 고려가 없는 단순한 접근법

입문 화학은 공식을 사용한다: 화학식 중 원소의 산화 상태는 전체 전하와 다른 모든 원자의 가정된 산화 상태로 계산된다.

간단한 예는 두 가지 공식을 기반으로 합니다.

  1. OS = +1(수소의 경우)
  2. OS = -2(산소의 경우)

여기서 OS는 산화 상태를 나타냅니다.이 접근법은 단일 원소의 산화물과 수산화물, 그리고 HSO나 HCrO와227 같은 산에서24 정확한 산화 상태를 산출합니다.적용범위는 예외 목록 또는 포스텀에 우선순위를 할당하여 확장할 수 있습니다.후자는 규칙 1의 우선순위가 두 산소의 산화 상태를 -1로 하는 HO에22 작용합니다.

추가 공식과 그 순위는 교과서의 범위에 맞게 합성물의 범위를 넓힐 수 있다.예를 들어, 여러 가지 가능한 포스처레이션알고리즘 중 하나가 priority가 낮아지는 순서입니다.

  1. 자유 형식의 요소는 OS = 0입니다.
  2. 화합물 또는 이온에서 산화 상태의 합은 화합물 또는 이온의 총 전하와 같다.
  3. 화합물 내 불소는 OS = -1이며, 이는 가벼운 할로겐, 산소 또는 질소와 결합되지 않은 경우에만 염소 및 브롬으로 확장됩니다.
  4. 화합물의 1족 및 2족 금속은 각각 OS = +1 및 +2를 가집니다.
  5. 수소는 OS = +1이지만 금속 또는 금속에 수소화물로 결합할 경우 -1을 채택합니다.
  6. 화합물의 산소는 OS = -2이지만 산소(예: 과산화물) 또는 불소에 결합되지 않은 경우에만 해당됩니다.

이 공식은 단일 원소의 플루오르화물, 염화물, 브롬화물, 산화물, 수산화물 및 수소화물의 산화 상태를 다룹니다.중앙 원자의 모든 옥소산(및 모든 플루오로, 클로로 및 브로모 친척)과 이러한 산의 염류를 그룹 1 및 2 금속으로 포함합니다.그것은 또한 요오드화물, 황화물, 그리고 이들 금속의 유사한 단순 염류를 포함한다.

채권 할당 알고리즘

이 알고리즘은 루이스 구조(모든 원자가 전자를 보여주는 다이어그램)에서 수행됩니다.산화상태는 각각의 이종핵결합이 결합의 보다 전기적인 파트너에게 할당된 후 원자의 전하와 같으며(그 파트너가 가역적으로 결합된 루이스산 배위자일 경우 제외), 동핵결합이 동등하게 분할된 경우:

1oxstate.svg

여기서 각 "-"는 전자 쌍을 나타내며(두 원자 간에 공유되거나 한 원자에서만 공유됨), "OS"는 숫자 변수로서의 산화 상태를 나타냅니다.

전자가 공식의 빨간색 수직선에 따라 할당된 후, 원자의 산화 상태를 산출하기 위해 중성 원자의 원자가 전자 수 N에서 현재 각 원자에 속하는 원자가 전자의 총 수를 뺍니다.

이 예에서는 본딩을 설명하는 것의 중요성을 보여 줍니다.요약식인3 HNO는 두 가지 구조 이성질체, 즉 위 그림의 과산화질산과 보다 안정적인 질산에 해당합니다.HNO3 공식에서 결합을 고려하지 않은 단순 접근방식은 3가지 옥시겐 모두에 대해 -2를 산출하고 질산에 대해서는 +5를 산출하며, 이는 질산에 대해 정확하다.단, 과산화질산은 O-O 결합에 있는 두 개의 산소가 각각 OS = -1이고 질소는 OS = +3이므로 이해하기 위한 구조가 필요하다.

유기화합물은 유사한 방식으로 처리된다. CH와2 CO 사이에서 발생하는4 관능기에 대한 예시는 다음과 같다.

3oxstate.svg

전이 금속 화합물에 대해서도 마찬가지로 왼쪽의 CrO(O2)2는 총 36개의 원자가 전자(18쌍)를 가지며 오른쪽의 Cr(CO)6는 66개의 원자가 전자(33쌍)를 가집니다.

2oxstate.svg

중요한 단계는 분자의 루이스 구조(중립, 양이온, 음이온)를 그리는 것이다: 원자 기호는 분자(일종의 "스켈레탈" 구조)에서와 같이 원자의 쌍이 단일 2전자 결합에 의해 결합될 수 있도록 배치되고, 나머지 원자가 전자는 sp 원자가 pri와 함께 옥텟(수소의 듀엣)을 얻도록 분배된다.전기음성도에 비례하여 증가하는 오리엔티.경우에 따라서는 결합 순서가 다른 대체 공식(전체 집합을 공명 공식이라고 함)이 발생합니다.황산 음이온(SO는 32개의 원자가 전자, 24개는 옥시겐에서, 6개는 유황에서, 2개는 암묵적인 양이온에서 얻은 음이온 전하)을2−
4 생각해보자.말단 산소에 대한 결합 순서는 산소가 옥텟을 가지고 있는 한 산화 상태에 영향을 주지 않습니다.이미 왼쪽 위 골격 구조는 올바른 산화 상태를 생성하며 오른쪽 위 루이스 구조도 마찬가지입니다(공명 공식 중 하나).

7oxstate.svg

맨 아래에 있는 결합 순서 공식은 각각 총 결합 순서가 2인 4개의 등가 산소의 실체에 가장 가깝습니다.이 합계는 암묵적인 양이온에 대한 1/2 차수의 결합을 포함하며, 주족 원자의 결합 순서가 중성 원자의 8 - N 원자가 전자와 동일하도록 요구하는 8 - N[5] 규칙을 따른다. 전기 음성도에 비례하여 증가하는 우선순위로 강제된다.

이 알고리즘은 여러 원자로 구성된 분자 양이온에 대해 동일하게 작동합니다.예를 들어, 8개의 원자가 전자(질소로부터 5개, 수소로부터 4개, 양이온의 양전하에 대해 1개)의 암모늄 양이온이 있습니다.

5oxstate.svg

전자쌍이 있는 루이스 구조를 대시로 그리는 것은 전자를 세고 원자로 결합을 이동할 때 결합쌍과 단독쌍의 본질적인 동등성을 강조한다.전자 도트 쌍으로 그려진 구조는 물론 모든 면에서 동일합니다.

4oxstate.svg

알고리즘의 경고는

이 알고리즘은 루이스산으로 가역적으로 결합되어 있는 일종의 리간드를 가진 전이 금속 복합체의 드문 사례에 관한 경고를 포함하고 있다(그린 공유 결합 분류 방법에서 "Z형" 리간드로 불린다).경고는 이온 부호를 [4]결정하기 위해 MO 기반 전자 충성 대신 전기 음성도를 단순하게 사용하는 것에서 비롯됩니다.하나의 초기 예는 SO를 가역 결합 수용체 배위자로 하는2 OS-RhCl2(CO)(PPH3)2 복합체이다[12](가열 시 방출됨).따라서 Rh-S 결합은 로듐과 유황의 알렌 전기음성도에 대해 외삽되어 로듐의 산화 상태 +1을 생성합니다.

8oxstate.svg

채권 차수의 합계 알고리즘

이 알고리즘은 확장(비분자) 고체의 Lewis 구조 및 결합 그래프에서 작동합니다.

산화상태는 원자에서의 헤테로핵결합 순서를 특정 결합의 전기양극성 파트너인 경우에는 양, 그렇지 않은 경우에는 음으로 가산함으로써 얻어지며, 그 합에 원자의 정식 전하(있는 경우)를 가산한다.

Lewis 구조에 적용됨

공식 요금이 부과되지 않은 루이스 구조의 예.

9oxstate.svg

에, 이 알고리즘에서는 동핵결합이 단순히 무시되는 것을 나타냅니다(결합순서는 파란색).

일산화탄소는 공식 전하를 가진 루이스 구조의 예입니다.

10oxstate.svg

산화 상태를 얻기 위해 탄소에서의 결합 차수 값과 산소에서의 결합 차수 값을 합산한다.

분자 이온에 적용되는 이 알고리즘은 루이스 구조에서 그려진 것처럼 공식(이온) 전하의 실제 위치를 고려합니다.예를 들어, 암모늄 양이온에서 합산 결합 순서는 공식 전하 +1의 질소에서 -4를 산출하며, 두 수는 산화 상태 -3을 더합니다.

11oxstate.svg

이온의 산화 상태의 합은 전하와 같습니다(중성 분자의 경우 0과 같기 때문에).

음이온에서도 0이 아닌 경우 공식(이온) 전하를 고려해야 합니다.황산염의 경우 이는 모든 옥시겐 당량 및 8 - N 규칙(하단)을 충족하는 결합 순서 공식과 비교하여 골격 또는 루이스 구조(위)로 예시된다.

13oxstate.svg

본드그래프에적용

고체화학에서의 결합그래프는 직접 결합접속을 나타내는 확장구조의 화학식이다.예를 들어 AuORb3 페로브스카이트는 왼쪽에는 단위 셀이, 오른쪽에는 결합 그래프(추가 수치)가 그려져 있습니다.

14oxstate.svg

산소 원자가 가장 가까운 루비듐 양이온 6개에 결합하고 각각이 음이온에 4개의 결합을 가지고 있는 것을 볼 수 있습니다.결합 그래프는 이러한 연결성을 요약합니다.결합 순서(결합 값이라고도 함)는 결합의 이온 근사 부호에 따라 산화 상태까지 합계가 됩니다(결합 그래프에는 공식 전하가 없습니다).

일메나이트, FeTiO에3 결합그래프에서 산화상태의 결정을 예시할 수 있다.우리는 그 미네랄에 Fe와4+ Ti, 또는3+ Fe와3+ Ti가 함유되어2+ 있는지 물어볼 수 있다.결정 구조는 아래 결합 그래프와 같이 각 금속 원자가 6개의 옥시겐에 결합하고 각 등가 옥시겐은 2개의 아이언과 2개의 티타늄에 결합합니다.실험 데이터에 따르면 8면체의 금속-산소 결합은 3개가 짧고 3개는 길다(금속은 중심에서 벗어남).결합 원자가법에 의해 결합 길이로 얻은 결합 차수(가)는 Fe에서 2.01 및 Ti에서 3.99까지 합하며, 각각 +2 및 +4로 반올림할 수 있습니다.

15oxstate.svg

redox 밸런싱

산화 상태는 산화 환원(또는 산화 환원) 반응에 대한 화학 방정식의 균형을 잡는 데 유용할 수 있습니다. 산화 원자의 변화는 환원 원자의 변화에 의해 균형을 이루어야 하기 때문입니다.예를 들어 아세트알데히드가 톨렌스 시약과 반응하여 아세트산을 형성할 때(아래 그림 참조), 카보닐 탄소 원자는 +1에서 +3으로 산화 상태가 변화한다(전자 2개가 손실됨).이 산화는 2개의+ Ag 양이온을 Ag(총 2개의 전자 획득)로0 환원함으로써 균형을 이룹니다.

Redox eqn 1.svg

무기적인 예로는 SnCl을 사용한2 Bettendorf 반응이 농축 HCl 추출물 중 비산 이온의 존재를 증명하는 것이다.비소(III)가 존재하는 경우, 다음과 같은 간단한 반응에 따라 갈색 착색이 비소의 어두운 침전물을 형성합니다.

23+ As + 3 Sn2+ → 2 As0 + 3 Sn4+

여기서 3개의 주석 원자는 +2에서 +4로 산화되어 2개의 비소 원자를 +3에서 0으로 환원하는 6개의 전자를 생성한다.간단한 1라인 밸런싱은 다음과 같습니다.2개의 redox 쌍이 반응할 때 기록됩니다.

As3+ + Sn2+ asAs0 + Sn4+

한쪽 주석은 산화상태 +2에서 2전자공정인 +4로 산화되므로 2개의 비소파트너 앞에 2를 쓴다.1개의 비소는 +3에서 3전자 공정인 0으로 환원되므로 3은 2개의 주석 파트너 앞에 놓인다.다른 세 줄의 절차는 산화 및 환원에 대한 반반응을 각각 전자와 균형을 이룬 후 전자가 교차하도록 합산하는 것입니다.일반적으로 이러한 산화 환원 저울(한 줄의 저울 또는 각각의 반반응)은 방정식의 양쪽에 있는 이온 및 전자 전하 합계가 실제로 동일한지 확인할 필요가 있습니다.만약 같지 않으면 적절한 이온을 첨가하여 전하와 비레독스 원소 평형을 맞춘다.

외관

공칭 산화 상태

공칭 산화 상태는 두 가지 다른 정의를 가진 일반적인 용어입니다.

16oxstate.svg
  • 계통적인 산화 상태는 교육학적 설명으로서 근접한 대안 중에서 선택된다.예를 들어 명목상 +3으로 간주된 HPO(구조 이원화 HPO(OH))2의33 인 산화 상태는 다음과 같이 두 가지 대안을 거의 동등하게 만드는 근소한 차이로 +5를 시사한다.
17oxstate.svg
인에 대한 대체 산화 수치는 강조되는 화학적 특성이나 반응에 따라 화학적 의미가 있습니다.반면 평균(+4)과 같은 계산된 대안은 그렇지 않습니다.

애매한 산화 상태

루이스 공식은 앨런 전기음성도와 마찬가지로 화학적 현실의 규칙에 기초한 근사치이다.그러나 산화 상태는 결정이 간단하지 않을 경우 모호해 보일 수 있습니다.실험에서만 산화 상태를 확인할 수 있는 경우 규칙 기반 결정이 모호합니다(불충분).제멋대로 결정되는 진정한 이분법적 가치도 있다.

공진식에 의한 산화상태 측정

겉보기에는 애매한 산화 상태는 원자 연결성이 8 - N 법칙에 의해 지시된 2전자 결합의 수에 대응하지 않는 헤테로핵 결합을 가진 분자에 대해 동일한 무게의 공명 공식 집합에서 도출된다.예를 들어 1개의 S=N 이중결합을 특징으로 하는 4개의 공명식이 2개의 황 원자에 대해 +2 및 +4의 산화상태를 갖는 SN을22 들 수 있다.

산화 상태를 판단하려면 물리적 측정이 필요합니다.

  • 숨겨진 또는 예기치 않은 산화환원 특성을 가진 비결정 배위자가 존재하는 경우, 그렇지 않으면 중심 원자에 할당될 수 있습니다.예를 들어 니켈 디티올레이트 착화체 Ni(SCH)2−
    2    [5]: 1056–1057 가
    2
    2
    2 있습니다.
  • 중심 원자와 배위자의 산화환원 모호성이 근접 안정성의 이분 산화 상태를 산출할 때, 열유도 호변이성(tautomerism)이 발생할 수 있으며, 망간 카테콜라트(3[5]: 1057–1058 Mn)(CHO)로642 대표된다.그러한 산화 상태를 할당하려면 분광,[13] 자기 또는 구조 데이터가 필요하다.
  • 이핵결합과 동핵결합의 고립된 탠덤과 함께 결합질서를 확인해야 하는 경우.예를 들어, 두 가지 가능한 산화 상태를 가진 티오황산
    2    2−
    3     SO가 있습니다(결합 순서는 파란색, 공식 전하가 녹색).
21oxstate.svg
티오황산염의 S-S 거리 측정은 왼쪽 공식과 같이 결합 순서가 1에 매우 가깝다는 것을 밝히기 위해 필요합니다.

애매/임의 산화 상태

  • 결합된 두 원자 사이의 전기 음성도 차이가 매우 작을 때(HPO에서와33 같이).이들 원자에 대해 임의로 선택된 거의 동등한 두 쌍의 산화 상태를 얻을 수 있습니다.
  • 전기음성 p-블록 원자가 유일하게 동핵결합을 형성할 때, 그 수는 규칙에 의해 제시된 2원자 결합의 수와 다르다.예를 들어 N(중앙 질소는 2개의 원자를 4개의 2전자 결합으로 연결하고, 2개의[14] 전자 결합은 8 - N 법칙으로 3개의 2개의 전자 결합만 필요로 함)이나−
    3 I(중앙 요오드는 2개의 원자를 2개의 2전자 결합으로 연결하고, 2개의 전자 결합은 8 - N 법칙을 충족함)와−
    3 같은 동핵 유한 사슬이 있다.    합리적인 접근법은 이온 전하를 두 개의 외부 [5]원자에 분산시키는 것이다.폴리황화물2−
    n     S(모든 내부 황이 2개의 결합을 형성하여 8 - N 법칙을 충족함)에 전하를 배치하는 것은 이미 루이스 [5]구조에서 비롯되었다.
  • 이핵 결합과 동핵 결합의 분리된 탠덤이 결합 순서를 제한하는 두 루이스 구조 사이에서 결합 타협을 이끌어 낼 때.예를 들어 NO입니다2.
18oxstate.svg
NO에서2 질소의 전형적인 산화 상태는 +1이며, 분자 궤도 [15]접근법에 의해 두 니트로겐 모두에 대해 얻습니다.우측의 공식 전하가 전기음성도를 준수하므로 이온 결합 기여도가 높아집니다.실제로, 추정된 N-N과 N-O 채권 순서는 [5]각각 2.76과 1.9로, 이온 기여도를 채권으로 명시적으로 포함하는 정수 채권 순식에 근접한다(녹색).
19oxstate.svg
반대로 루이스 구조에서 전기음성도에 대한 공식 전하는 대응하는 결합의 결합 순서를 감소시킨다.예를 들어 결합 순서 추정치가 2.[16]6인 일산화탄소가 있습니다.

부분 산화 상태

부분 산화 상태는 종종 구조에서 동일한 원소의 여러 원자의 평균 산화 상태를 나타내기 위해 사용됩니다.예를 들어 마그네타이트의 공식은 FeO로
3
4 철의 평균 산화 상태는 +8/[17]: 81–82 3입니다.그러나 원자가 동일하지 않으면 이 평균값이 대표적이지 않을 수 있습니다.120K(-153°C) 미만의
3
4 FeO 결정에서는 양이온의 3분의 2가3+
 Fe, 3분의 1이2+
Fe이며, FeO·[18]FeO로
2
3 보다 명확하게 나타낼 수 있다.

마찬가지로 프로판(CH)은
3
8 탄소산화 상태가 -8/[19]3인 것으로 알려져 있습니다.또한 분자구조가 HC-CH-CH이고
3
2
3, 제1, 제3의 탄소원자가 각각 -3, 중앙의 탄소원자가 -2이므로 평균값이다.

등가 원자의 진정한 부분 산화 상태를 갖는 예로는 칼륨 슈퍼옥사이드(KO)가
2 있습니다.이원자 초산화 이온−
2 O는 전체 전하량이 -1이므로, 두 개의 등가 산소 원자는 각각 -1/2의 산화 상태로 할당됩니다.이 이온은 두 Lewis 구조의 공명 하이브리드라고 할 수 있으며, 각 산소는 한 구조에서 0, 다른 구조에서는 -1의 산화 상태를 가집니다.

시클로펜타디에닐 음이온
5−
5 CH는 C의 산화 상태가 -1 + -1/5 = -6/5이다.-1은 각 탄소가 하나의 수소 원자(더 적은 전기음성 원소)에 결합하기 때문에 발생하며 -1/5는 총 이온 전하 -1이 5개의 동등한 탄소들로 나누어지기 때문에 발생한다.이것은 각각 산화 상태가 -1인 4개의 탄소와 -2인 1개의 탄소를 갖는 5개의 등가 구조의 공진 하이브리드라고 설명할 수 있다.

탄소에 대한 부분 산화 상태의 예
산화 상태 예시종
- 6/5 C
5H−
5
- 6/7 C
7H+
7
+3/2 C
4O2−
4

마지막으로 적색 납의 기술에는[20]: 66 부분 산화수를 사용하지 않는다.PbO는
3
4 납(II,IV) 산화물. 2개의 1가의 납 원자의 산화 상태를 나타낸다.

산화 상태가 여러 개 있는 원소

§ 원소의 산화상태 목록도 참조

대부분의 원소는 하나 이상의 산화 상태를 가집니다.예를 들어, 탄소는 -4에서 +4까지의 9가지 가능한 정수 산화 상태를 가집니다.

탄소의 정수 산화 상태
산화 상태 화합물 예시
−4 CH
4
−3 C
2H
6
−2 C
2H
4, CH
3Cl
−1 C
2H
2, C
6H
6, (CH
2OH)
2
0 HCHO, CH
2Cl
2
+1 OCHCHO, CHLCHl
2
2
+2 HCOOH, CHCl
3
+3 후쿠, CCL
2
6
+4 CCL
4, CO
2

금속의 산화 상태

광택과 전기 전도성을 가진 많은 화합물은 황금 TiO, 청색-흑색2 RuO 또는 구리 ReO와3 같은 단순한 화학량 공식을 모두 명백한 산화 상태로 유지합니다.궁극적으로 결합 원자 중 하나에 자유 금속 전자를 할당하는 것은 포괄적이지 않고 비정상적인 산화 상태를 초래할 수 있습니다.예를 들어 LiPb 및 CuAu
3 순서의 합금은 원자 크기 및 패킹 인자에 의해 크게 결정되며, 그 구성 및 구조는 다음과 같습니다.산화환원밸런싱을 위해 산화상태가 필요한 경우, 이러한 합금의 모든 원자에 대해 산화환원을 0으로 설정하는 것이 가장 좋습니다.

원소의 산화 상태 목록

비적분 값을 제외한 화학 원소의 알려진 산화 상태 목록입니다.가장 일반적인 상태는 굵은 글씨로 표시됩니다.이 표는 그린우드와 언쇼의 [21]표를 바탕으로 작성되었으며, 추가 사항이 기재되어 있습니다.모든 원소는 단원자든 다원자든 어떤 위상에서도 순수한 비이온화 원소일 때 산화 상태 0으로 존재합니다.산화 상태 0에 대한 열에는 화합물 중 산화 상태 0에 존재하는 것으로 알려진 원소만 표시됩니다.

노블 가스
+1 굵은 글씨 값은 주요 산화 상태
원소의 산화 상태
요소 마이너스 상태 플러스 상태 그룹. 메모들
−5 −4 −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8 +9
Z
1 수소 H −1 +1 1
2 헬륨 그는 18
3 리튬 리 +1 1 [22]
4 베릴륨 있다 0 +1 +2 2 [23][24]
5 붕소 B. −5 −1 0 +1 +2 +3 13 [25][26][27]
6 카본 C. −4 −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 14
7 질소 N −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 15 [28]
8 산소 오 −2 −1 0 +1 +2 16
9 불소 에프 −1 0 17 [29]
10 네온 네 18
11 나트륨 나 −1 +1 1 [22]
12 마그네슘 Mg 0 +1 +2 2 [30][31]
13 알루미늄 알 −2 −1 +1 +2 +3 13 [32][33][34]
14 실리콘 시 −4 −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 14 [35]
15 인 P. −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 15 [36]
16 유황 S. −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 16
17 염소 클론 −1 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 17 [37]
18 아르곤 아르 0 18 [38]
19 칼륨 K. −1 +1 1 [22]
20 칼슘 Ca +1 +2 2 [39][40]
21 스칸듐 스케이 0 +1 +2 +3 3 [41][42][43]
22 티타늄 티 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 4 [44][45][46][47]
23 바나듐 브이 −3 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 5 [45]
24 크롬 Cr −4 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 6 [45]
25 망간 Mn −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 7
26 철 Fe −4 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 8 [48][49][50]
27 코발트 회사 −3 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 9 [45]
28 니켈 니 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 10 [51]
29 구리 쿠 −2 0 +1 +2 +3 +4 11 [50][52]
30 아연 Zn −2 0 +1 +2 12 [50][53][54][55]
31 갈륨 가 −5 −4 −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 13 [33][56][57][58]
32 게르마늄 ge −4 −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 14 [59][35]
33 비소 로서 −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 15 [33][60][61][62]
34 셀렌 세 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 16 [63][64][65][66][67]
35 브롬화 브르 −1 +1 +3 +4 +5 +7 17
36 크립톤 Kr 0 +1 +2 18
37 루비듐 Rb −1 +1 1 [22]
38 스트론튬 시르 +1 +2 2 [68][40]
39 이트륨 Y. 0 +1 +2 +3 3 [69][70][71]
40 지르코늄 Zr −2 0 +1 +2 +3 +4 4 [45][72][73]
41 니오브 Nb −3 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 5 [45][74][75]
42 몰리브덴 모 −4 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 6 [45]
43 테크네튬 Tc −3 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 7
44 루테늄 루 −4 −2 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8 8 [45][50]
45 로듐 Rh −3 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 9 [45][76][77]
46 팔라듐 PD 0 +1 +2 +3 +4 10 [78][79][80]
47 실버 아그 −2 −1 0 +1 +2 +3 11 [50][81][82]
48 카드뮴 CD −2 +1 +2 12 [50][83]
49 인듐 인 −5 −2 −1 0 +1 +2 +3 13 [33][84][85][86]
50 주석 스니 −4 −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 14 [33][87][88][35]
51 안티몬 Sb −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 15 [33][89][90][91][92]
52 텔루루 테 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 16 [33][93][94][95][96]
53 요오드 나 −1 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 17 [97][98][99]
54 크세논 Xe 0 +2 +4 +6 +8 18 [100][101][102]
55 세슘 Cs −1 +1 1 [22]
56 바륨 바 +1 +2 2 [103][40]
57 랜턴 라 0 +1 +2 +3 없음 [69][104]
58 세륨 Ce +2 +3 +4 없음
59 플라시오뮴 PR 0 +1 +2 +3 +4 +5 없음 [69][105][106][107]
60 네오디뮴 Nd 0 +2 +3 +4 없음 [69][108]
61 프로메튬 Pm +2 +3 없음 [109]
62 사마리움 SM 0 +1 +2 +3 없음 [110]
63 유로피움 에우 0 +2 +3 없음 [69]
64 가돌리늄 Gd 0 +1 +2 +3 없음 [69]
65 터비움 Tb 0 +1 +2 +3 +4 없음 [69][104][109]
66 디스프로슘 Dy 0 +2 +3 +4 없음 [69][111]
67 홀뮴 호 0 +2 +3 없음 [69][109]
68 엘비움 어 0 +2 +3 없음 [69][109]
69 탈륨 Tm 0 +1 +2 +3 없음 [69][104]
70 이터비움 YB 0 +1 +2 +3 없음 [69][104]
71 루테튬 루 0 +2 +3 3 [69][109]
72 하프늄 HF −2 0 +1 +2 +3 +4 4 [45][73][112]
73 탄탈 타 −3 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 5 [45][75]
74 텅스텐 W −4 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 6 [45]
75 레늄 레 −3 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 7
76 오스뮴 OS −4 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8 8 [50][113]
77 이리듐 Ir −3 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8 +9 9 [114][115][116][117]
78 백금 Pt −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 10 [50][118][119]
79 골드 오 −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 +5 11 [50][120]
80 수성. Hg −2 +1 +2 12 [50][121]
81 탈륨 Tl −5 −2 −1 +1 +2 +3 13 [33][122][123][124]
82 이끌다 PB −4 −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 14 [33][125][126][127]
83 비스무트 Bi −3 −2 −1 +1 +2 +3 +4 +5 15 [128][129][130][131]
84 폴로늄 포 −2 +2 +4 +5 +6 16 [132]
85 아스타틴 앳 −1 +1 +3 +5 +7 17
86 라돈 Rn +2 +6 18 [133][134][135]
87 프랑슘 프루 +1 1
88 라듐 라 +2 2
89 악티늄 AC +2 +3 없음 [136]
90 토륨 Th(Th) −1 +1 +2 +3 +4 없음 [137][138][139]
91 프로탁티늄 빠 +2 +3 +4 +5 없음 [140]
92 우라늄 U −1 +1 +2 +3 +4 +5 +6 없음 [141][142][143]
93 넵투늄 Np +2 +3 +4 +5 +6 +7 없음 [144]
94 플루토늄 푸 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8 없음 [145][146]
95 아메리슘 암 +2 +3 +4 +5 +6 +7 없음 [147]
96 퀴륨 Cm +3 +4 +5 +6 없음 [148][149][150][151]
97 버켈륨 Bk +2 +3 +4 +5 없음 [148][149][152][153][154]
98 칼리포늄 Cf +2 +3 +4 +5 없음 [148][149]
99 아인스타이늄 Es +2 +3 +4 없음 [155]
100 페르미움 Fm +2 +3 없음
101 멘델레비움 Md +2 +3 없음
102 노벨륨 아니요. +2 +3 없음
103 로렌슘 Lr +3 3
104 러더포디움 Rf +4 4
105 더브늄 데이터베이스 +5 5 [156]
106 시보르기움 Sg 0 +6 6 [157][158]
107 보륨 Bh +7 7 [159]
108 핫시움 Hs +8 8 [160]
109 마이트네륨 산 9
110 단스타튬 Ds 10
111 엑스레이 Rg 11
112 코페르니슘 Cn +2 12 [161]
113 니혼륨 Nh 13
114 플레로비움 플 14
115 모스코비움 맥 15
116 간모륨 Lv 16
117 테네신 Ts 17
118 오가네손 오그 18

얼리 폼(옥텟 규칙)

1919년 어빙 랭뮤어가 옥텟 [162]규칙에 관한 초기 논문 중 하나에서 유사한 형식의 수치를 사용했다.산화 상태의 주기성은 랭뮤어가 규칙을 채택하도록 이끈 증거 중 하나였다.

Langmuir valence.png

명명법에 사용

전이 금속, 란타니드 및 악티니드에 대한 화합물 명명에서의 산화 상태는 Fe와 같은III 화학식에서 원소 기호의 오른쪽 위첨자로 또는 철(II)과 같은 화학 이름에서 원소 이름 뒤에 괄호 안에 놓인다.예를 들어 Fe(SO
4)
3는
2 황산철(II)로 명명되며, 그 공식은 Fe(SO)
3로III
2
4 표시될 수 있다.이것은 황산 이온이 -2의 전하를 가지기 때문에 각 철 원자는 +3의 전하를 차지하기 때문입니다.

산화 상태 개념의 이력

초창기

산화 자체는 산소와 반응한 결과라고 정의한 앙투안 라부아지에 의해 처음 연구되었다.[163][164]그 후 이 용어는 전자의 공식적인 손실을 의미하는 것으로 일반화되었다.1835년 [165]프리드리히 뵐러에 의해 산화 등급이라고 불리는 산화 상태는 드미트리 멘델레예프가 주기율표를 도출하기 위해 사용한 지적 디딤돌 중 하나였다.윌리엄 B. Jensen은[166] 1938년까지의 역사를 개관한다.

명명법에 사용

일부 금속이 동일한 비금속과 함께 두 개의 다른 2원 화합물을 형성한다는 것이 확인되었을 때, 두 화합물은 종종 높은 금속 산화 상태에 -ic 끝부분을 사용하고 낮은 금속에 -ous 끝부분을 사용하여 구별되었다.예를3 들어 FeCl은 염화철, FeCl은2 염화철이다.철과 철은 각각 +3과 +2이지만 제철과 제철은 각각 +2와 +1, 스탠과 스탄누스는 +4와 +2로 학습해야 하기 때문에 이 시스템은 매우 만족스럽지 않습니다(때로는 여전히 사용됨).또한 산화 상태가 +2, +3, +4, [17]: 84 +5인 바나듐과 같이 산화 상태가 2개 이상인 금속은 허용치가 없었다.

이 시스템은 1919년[167] Alfred Stock에 의해 제안되고[168] 1940년 IUPAC에 의해 채택된 것으로 대체되었다.따라서2 FeCl은 철(Iron)로 표기되었다.II) 염화 철이 아닌 염화물.중심 원자의 로마 숫자 II는 "Stock number"(지금은 사용되지 않는 용어)라고 불리게 되었고,[20]: 147 그 값은 중심 원자와 그들이 공유하는 전자 쌍과 함께 배위자를 제거한 후에 중심 원자의 전하로서 얻어졌습니다.

현재의 컨셉을 향한 전개

영국 화학 문헌에서 "산화 상태"라는 용어는 웬델 미첼 라티머가 1938년 전기화학적 [169]전위에 대한 그의 책에서 대중화되었습니다.그는 그것을 영어로는 "가", "극성가" 또는 "극성수"[170] 또는 "산화 단계" 또는 실제로[171][172] "산화 상태"로 불렸던 값(독일어 베르티케이트와 동의어)에 사용했다.1938년 이후, "산화 상태"라는 용어는 산화환원 반응에 참여하는 산화환원 쌍으로 교환되는 전자와 전기화학적 전위와 연관되어 왔다.1948년까지 IUPAC는 원래[168] 원자가 대신 "산화 상태"[173][174]라는 용어를 가진 1940년 명명 규칙을 사용했다.1948년 라이너스 폴링은 산화수가 전기음성 [175]방향으로 완전히 이온화되어 있다고 추정함으로써 결정될 수 있다고 제안했다.폴링 전기음성도가 산화 상태에 따라 달라지고 일부 전이 금속에 대해 산화 상태의 비정상적인 값을 초래할 수 있다는 사실로 인해 이 제안을 완전히 수용하는 것은 복잡했다.1990년에 IUPAC는 산화 [176]상태를 결정하기 위해 가정법(규칙 기반)에 의존했다.이것은 1940년에 명명법에 도입된 스톡 번호의 후손이라는 동의어 산화 번호로 보완되었다.그러나 "배위자"[20]: 147 를 사용하는 용어는 산화수가 배위 복합체에 고유한 것일 수 있다는 인상을 주었다.이러한 상황과 진정한 단일 정의의 결여는 산화 상태의 의미, 그것을 얻기 위한 방법에 대한 제안, 그리고 그것의 정의에 대한 수많은 논쟁을 불러일으켰다.이 문제를 해결하기 위해 2008년 '산화상태의 포괄적 정의'에 관한 IUPAC 프로젝트(2008-040-1-200)가 시작되었으며, IUPAC 골드북의 개정된[5][4] 항목인 '산화상태'[6]와 '산화번호'[7]에 의해 종결되었다.결과는 산화 상태에 대한 단일 정의와 산화 상태에 독립적인 알렌 전기음성도에 의해 유도되는 분자 및 확장 고체 화합물에서 이를 계산하기 위한 두 가지 알고리즘이었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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