ऑक्सीकरण संख्याएँ, जिन्हें ऑक्सीकरण अवस्थाएँ भी कहा जाता है, विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं को समझने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। ये संख्याएँ यह निर्धारित करने में मदद करती हैं कि अणु या आयन में परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन कैसे वितरित होते हैं। किसी यौगिक के भीतर प्रत्येक तत्व की ऑक्सीकरण अवस्था को जानना विद्युत रासायनिक अभिक्रियाओं के परिणाम की भविष्यवाणी करने के लिए आवश्यक है, जो बैटरी और जंग की रोकथाम सहित कई तकनीकों के केंद्र में हैं।
ऑक्सीकरण संख्या एक सैद्धांतिक संख्या है जो अणु या आयन में किसी परमाणु को दी जाती है जो उस परमाणु के सामान्य विद्युत आवेश को दर्शाती है। यह नियमों के एक सेट पर आधारित है जो बॉन्ड में इलेक्ट्रॉन आवंटन पर विचार करता है:
ये नियम अधिक जटिल अणुओं और आयनों में ऑक्सीकरण संख्या निर्धारित करने के लिए आधार का काम करते हैं।
उदाहरण 1: जल (H₂O)
नियमों के अनुसार, ऑक्सीजन की ऑक्सीकरण संख्या -2 है। चूँकि दो हाइड्रोजन हैं, और प्रत्येक हाइड्रोजन की ऑक्सीकरण संख्या +1 है, इसलिए हाइड्रोजन का कुल आवेश +2 के बराबर है। यह ऑक्सीजन के -2 आवेश के साथ संतुलन बनाता है, जिससे अणु उदासीन हो जाता है।
उदाहरण 2: सोडियम क्लोराइड (NaCl)
सोडियम, एक धातु है, जब आयन बनाता है तो इसकी ऑक्सीकरण अवस्था +1 होती है। इस यौगिक में क्लोरीन की ऑक्सीकरण अवस्था -1 होगी, जिससे समग्र आवेश संतुलित होगा, जिससे यौगिक उदासीन हो जाएगा।
इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री में अभिकारकों और उत्पादों में तत्वों की ऑक्सीकरण अवस्थाओं को जानना महत्वपूर्ण है। यह ज्ञान यह समझने में मदद करता है कि इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में कौन सी प्रजाति ऑक्सीकरण या कमी से गुज़रेगी।
इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में दो इलेक्ट्रोड होते हैं: एक एनोड (जहाँ ऑक्सीकरण होता है) और एक कैथोड (जहाँ अपचयन होता है)। बाहरी सर्किट के माध्यम से एनोड से कैथोड तक इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करता है।
उदाहरण के लिए, एक साधारण जिंक-कॉपर बैटरी में, जिंक की ऑक्सीकरण संख्या 0 होती है, जो कि इसके मूल रूप में होती है। विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया में, यह इलेक्ट्रॉनों (ऑक्सीकरण) को खो देता है और Zn \(^{2+}\) आयन बनाता है, जिससे इसकी ऑक्सीकरण अवस्था 0 से +2 हो जाती है। इसके विपरीत, कैथोड पर Cu \(^{2+}\) आयन इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं (अपचयन), जिससे कॉपर की ऑक्सीकरण अवस्था +2 से 0 हो जाती है, क्योंकि यह धात्विक कॉपर के रूप में प्लेट आउट होता है।
ऑक्सीकरण संख्या में परिवर्तन के कारण इलेक्ट्रॉनों का यह स्थानांतरण, बैटरियों में विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करता है।
ऑक्सीकरण-अपचयन प्रक्रिया को देखने के लिए एक सरल प्रयोग में कॉपर (II) सल्फेट घोल और जिंक कील शामिल है। जब जिंक कील को कॉपर (II) सल्फेट घोल में डुबोया जाता है, तो जिंक ऑक्सीकृत हो जाता है, इलेक्ट्रॉन खोकर Zn \(^{2+}\) आयन बनाता है। फिर ये इलेक्ट्रॉन Cu \(^{2+}\) आयनों द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, जो जिंक कील की सतह पर धात्विक कॉपर बनाने के लिए कम हो जाते हैं। इसे घोल में रंग परिवर्तन और जिंक कील पर कॉपर कोटिंग के गठन के रूप में देखा जा सकता है।
जटिल अणुओं में, ऑक्सीकरण संख्या निर्धारित करने के लिए सावधानीपूर्वक विश्लेषण की आवश्यकता हो सकती है, विशेष रूप से उन अणुओं में जिनमें ऐसे तत्व होते हैं जिनकी अनेक ऑक्सीकरण अवस्थाएं हो सकती हैं।
उदाहरण: पोटेशियम डाइक्रोमेट (K₂Cr₂O₇) में, पोटेशियम (K) की ऑक्सीकरण संख्या +1 है, ऑक्सीजन (O) की ऑक्सीकरण संख्या -2 है, और क्रोमियम (Cr) की गणना करने की आवश्यकता है। इस ज्ञान के साथ कि दो पोटेशियम आयन (+1 प्रत्येक) हैं, और सात ऑक्सीजन परमाणु (-2 प्रत्येक) हैं, और यौगिक तटस्थ है, कोई क्रोमियम की ऑक्सीकरण संख्या की गणना कर सकता है।
2(+1) + 2(सीआर) + 7(-2) = 0
2 - 14 + 2(सीआर) = 0
2(सीआर) = 12
सीआर = +6
इस गणना से पता चलता है कि पोटेशियम डाइक्रोमेट में क्रोमियम की ऑक्सीकरण संख्या +6 है।
ऑक्सीकरण संख्या रसायन विज्ञान में एक मौलिक अवधारणा है, विशेष रूप से इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री में, जहाँ वे ऑक्सीकरण-अपचयन प्रतिक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन प्रवाह की दिशा का अनुमान लगाने में मदद करते हैं। इन संख्याओं को कैसे निर्दिष्ट और गणना करना है, यह समझना इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं और प्रतिक्रियाओं का विश्लेषण करने के लिए आवश्यक है, जो बैटरी में ऊर्जा भंडारण से लेकर जंग से बचाव की रणनीतियों तक सब कुछ प्रभावित करता है।