Оксидационите броеви, познати и како состојби на оксидација, играат клучна улога во разбирањето на електрохемиските реакции. Овие бројки помагаат да се одреди како електроните се распределуваат меѓу атомите во молекулата или јонот. Познавањето на состојбата на оксидација на секој елемент во соединението е од суштинско значење за предвидување на исходот на електрохемиските реакции, кои се во срцето на многу технологии, вклучувајќи ги батериите и спречувањето на корозија.
Оксидациониот број е теоретски број доделен на атом во молекула или јон што го покажува општиот електричен полнеж на тој атом. Се заснова на збир на правила кои ја разгледуваат алокацијата на електрони во врските:
Овие правила служат како основа за одредување на бројот на оксидација во посложени молекули и јони.
Пример 1: Вода (H2O)
Според правилата, кислородот има оксидационен број -2. Бидејќи има два водорода, и секој водород има оксидациски број +1, целокупниот полнеж на водородот е еднаков на +2. Ова се балансира со полнењето -2 на кислород, што ја прави молекулата неутрална.
Пример 2: Натриум хлорид (NaCl)
Натриумот, метал, кога се формира јон има оксидациона состојба од +1. Хлорот, во ова соединение, би имал оксидациона состојба од -1 за да го балансира целокупното полнење, правејќи го соединението неутрално.
Познавањето на состојбите на оксидација на елементите во реактантите и производите е од витално значење во електрохемијата. Ова знаење помага да се разбере кои видови ќе претрпат оксидација или редукција во електрохемиска ќелија.
Електрохемиската ќелија се состои од две електроди: анода (каде што се јавува оксидација) и катода (каде што се јавува редукција). Протокот на електрони од анодата до катодата преку надворешно коло генерира електрична енергија.
На пример, во едноставна цинково-бакарна батерија, цинкот има оксидационен број од 0 во неговата елементарна форма. Во електрохемиската реакција, тој губи електрони (оксидација) за да формира Zn \(^{2+}\) јони, со што се менува неговата оксидациска состојба од 0 на +2. Спротивно на тоа, Cu \(^{2+}\) јоните на катодата добиваат електрони (редукција), менувајќи ја оксидационата состојба на бакарот од +2 на 0 додека се претвора во метален бакар.
Овој трансфер на електрони, поттикнат од промените во броевите на оксидација, е она што генерира електрична енергија во батериите.
Едноставен експеримент за набљудување на процесот на редукција на оксидација вклучува раствор од бакар(II) сулфат и клин од цинк. Кога клинецот на цинкот е потопен во растворот на бакар(II) сулфат, цинкот оксидира, губејќи електрони за да формира Zn \(^{2+}\) јони. Овие електрони потоа се добиваат со Cu \(^{2+}\) јони, кои се намалуваат за да формираат метален бакар на површината на цинковата шајка. Ова може да се забележи како промена на бојата во растворот и формирање на бакарна обвивка на ноктот од цинк.
Кај сложените молекули, определувањето на броевите на оксидација може да бара внимателна анализа, особено кај молекулите што содржат елементи кои можат да имаат повеќе оксидациски состојби.
Пример: во калиум дихромат (K2Cr2O7), калиумот (K) има оксидационен број +1, кислородот (O) има оксидационен број од -2, а хромот (Cr) треба да се пресмета. Со знаење дека има два јони на калиум (+1 секој), и седум атоми на кислород (-2), а соединението е неутрално, може да се пресмета оксидациониот број на хром.
2(+1) + 2(Cr) + 7(-2) = 0
2 - 14 + 2 (Cr) = 0
2 (Cr) = 12
Cr = +6
Оваа пресметка покажува дека оксидациониот број на хром во калиум дихромат е +6.
Оксидационите броеви се основен концепт во хемијата, особено во електрохемијата, каде што помагаат да се предвиди насоката на протокот на електрони во реакциите на оксидација-редукција. Разбирањето како да се доделат и пресметаат овие бројки е од суштинско значење за анализа на електрохемиските ќелии и реакции, кои влијаат на сè, од складирање енергија во батериите до стратегии за заштита од корозија.