Numrat e oksidimit, të njohur gjithashtu si gjendje oksidimi, luajnë një rol vendimtar në kuptimin e reaksioneve elektrokimike. Këta numra ndihmojnë në përcaktimin se si elektronet shpërndahen midis atomeve në një molekulë ose një jon. Njohja e gjendjes së oksidimit të çdo elementi brenda një përbërjeje është thelbësore për parashikimin e rezultatit të reaksioneve elektrokimike, të cilat janë në qendër të shumë teknologjive, duke përfshirë bateritë dhe parandalimin e korrozionit.
Një numër oksidimi është një numër teorik që i është caktuar një atomi në një molekulë ose jon që tregon ngarkesën e përgjithshme elektrike të atij atomi. Ai bazohet në një sërë rregullash që marrin në konsideratë alokimin e elektroneve në lidhje:
Këto rregulla shërbejnë si bazë për përcaktimin e numrave të oksidimit në molekula dhe jone më komplekse.
Shembulli 1: Uji (H2O)
Sipas rregullave, oksigjeni ka një numër oksidimi prej -2. Meqenëse ka dy hidrogjenë dhe secili hidrogjen ka një numër oksidimi +1, ngarkesa e përgjithshme e hidrogjenit është +2. Kjo balancon me ngarkesën -2 të oksigjenit, duke e bërë molekulën neutrale.
Shembulli 2: Klorur natriumi (NaCl)
Natriumi, një metal, kur formohet një jon ka një gjendje oksidimi prej +1. Klori, në këtë përbërje, do të kishte një gjendje oksidimi prej -1 për të balancuar ngarkesën e përgjithshme, duke e bërë përbërjen neutrale.
Njohja e gjendjeve të oksidimit të elementeve brenda reaktantëve dhe produkteve është jetike në elektrokimi. Kjo njohuri ndihmon për të kuptuar se cilat specie do t'i nënshtrohen oksidimit ose reduktimit në një qelizë elektrokimike.
Një qelizë elektrokimike përbëhet nga dy elektroda: një anodë (ku ndodh oksidimi) dhe një katodë (ku ndodh reduktimi). Rrjedha e elektroneve nga anoda në katodë përmes një qarku të jashtëm gjeneron energji elektrike.
Për shembull, në një bateri të thjeshtë zink-bakri, zinku ka një numër oksidimi prej 0 në formën e tij elementare. Në reaksionin elektrokimik, ai humbet elektronet (oksidimi) për të formuar jone Zn \(^{2+}\) , duke ndryshuar kështu gjendjen e tij të oksidimit nga 0 në +2. Anasjelltas, jonet Cu \(^{2+}\) në katodë fitojnë elektrone (reduktim), duke ndryshuar gjendjen e oksidimit të bakrit nga +2 në 0, ndërsa ai kthehet si bakër metalik.
Ky transferim i elektroneve, i nxitur nga ndryshimet në numrat e oksidimit, është ajo që gjeneron energji elektrike në bateri.
Një eksperiment i thjeshtë për të vëzhguar një proces oksidimi-reduktimi përfshin një zgjidhje të sulfatit të bakrit (II) dhe një gozhdë zinku. Kur gozhda e zinkut zhytet në tretësirën e sulfatit të bakrit (II), zinku oksidohet, duke humbur elektrone për të formuar jone Zn \(^{2+}\) . Këto elektrone fitohen më pas nga jonet Cu \(^{2+}\) , të cilët reduktohen për të formuar bakër metalik në sipërfaqen e gozhdës së zinkut. Kjo mund të vërehet si një ndryshim i ngjyrës në tretësirë dhe formimi i një shtrese bakri në gozhdën e zinkut.
Në molekulat komplekse, përcaktimi i numrave të oksidimit mund të kërkojë analiza të kujdesshme, veçanërisht në molekulat që përmbajnë elementë që mund të kenë gjendje të shumëfishta oksidimi.
Shembull: Në dikromatin e kaliumit (K2Cr2O7), kaliumi (K) ka një numër oksidimi +1, oksigjeni (O) ka një numër oksidimi -2 dhe kromi (Cr) duhet të llogaritet. Duke ditur se ka dy jone kaliumi (+1 secili), dhe shtatë atome oksigjen (-2 secili), dhe përbërja është neutrale, mund të llogaritet numri i oksidimit të kromit.
2(+1) + 2(Cr) + 7(-2) = 0
2 - 14 + 2 (Cr) = 0
2 (Cr) = 12
Cr = +6
Kjo llogaritje tregon se numri i oksidimit të kromit në dikromatin e kaliumit është +6.
Numrat e oksidimit janë një koncept themelor në kimi, veçanërisht në elektrokimi, ku ndihmojnë në parashikimin e drejtimit të rrjedhës së elektroneve në reaksionet e oksidimit-reduktimit. Të kuptuarit se si të caktohen dhe llogariten këta numra është thelbësor për analizimin e qelizave dhe reaksioneve elektrokimike, duke ndikuar në gjithçka, nga ruajtja e energjisë në bateri deri te strategjitë e mbrojtjes nga korrozioni.