Ang mga numero ng oksihenasyon, na kilala rin bilang mga estado ng oksihenasyon, ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-unawa sa mga reaksiyong electrochemical. Ang mga numerong ito ay tumutulong sa pagtukoy kung paano ipinamamahagi ang mga electron sa mga atomo sa isang molekula o isang ion. Ang pag-alam sa estado ng oksihenasyon ng bawat elemento sa loob ng isang compound ay mahalaga para sa paghula sa kinalabasan ng mga electrochemical reaction, na nasa puso ng maraming teknolohiya, kabilang ang mga baterya at pag-iwas sa kaagnasan.
Ang numero ng oksihenasyon ay isang teoretikal na numero na itinalaga sa isang atom sa isang molekula o ion na nagpapahiwatig ng pangkalahatang singil sa kuryente ng atom na iyon. Ito ay batay sa isang hanay ng mga panuntunan na isinasaalang-alang ang paglalaan ng elektron sa mga bono:
Ang mga patakarang ito ay nagsisilbing pundasyon para sa pagtukoy ng mga numero ng oksihenasyon sa mas kumplikadong mga molekula at ion.
Halimbawa 1: Tubig (H₂O)
Ayon sa mga patakaran, ang oxygen ay may oxidation number na -2. Dahil mayroong dalawang hydrogen, at ang bawat hydrogen ay may oxidation number na +1, ang kabuuang singil ng mga hydrogen ay katumbas ng +2. Binabalanse nito ang -2 na singil ng oxygen, na ginagawang neutral ang molekula.
Halimbawa 2: Sodium Chloride (NaCl)
Ang sodium, isang metal, kapag bumubuo ng isang ion ay may estado ng oksihenasyon na +1. Ang klorin, sa tambalang ito, ay magkakaroon ng estado ng oksihenasyon na -1 upang balansehin ang kabuuang singil, na ginagawang neutral ang tambalan.
Ang pag-alam sa mga estado ng oksihenasyon ng mga elemento sa loob ng mga reactant at produkto ay mahalaga sa electrochemistry. Nakakatulong ang kaalamang ito sa pag-unawa kung aling mga species ang sasailalim sa oksihenasyon o pagbabawas sa isang electrochemical cell.
Ang isang electrochemical cell ay binubuo ng dalawang electrodes: isang anode (kung saan nangyayari ang oksihenasyon) at isang cathode (kung saan nangyayari ang pagbabawas). Ang daloy ng mga electron mula sa anode patungo sa cathode sa pamamagitan ng panlabas na circuit ay bumubuo ng elektrikal na enerhiya.
Halimbawa, sa isang simpleng zinc-copper na baterya, ang zinc ay may oxidation number na 0 sa elemental na anyo nito. Sa electrochemical reaction, nawawala ang mga electron (oxidation) upang bumuo ng Zn \(^{2+}\) ions, kaya binabago ang oxidation state nito mula 0 hanggang +2. Sa kabaligtaran, ang mga Cu \(^{2+}\) ion sa cathode ay nakakakuha ng mga electron (pagbawas), na binabago ang estado ng oksihenasyon ng tanso mula +2 hanggang 0 habang ito ay lumalabas bilang metalikong tanso.
Ang paglipat na ito ng mga electron, na hinihimok ng mga pagbabago sa mga numero ng oksihenasyon, ang siyang bumubuo ng elektrikal na enerhiya sa mga baterya.
Ang isang simpleng eksperimento upang obserbahan ang isang proseso ng pagbabawas ng oksihenasyon ay nagsasangkot ng isang copper(II) sulfate solution at isang zinc nail. Kapag ang zinc nail ay nahuhulog sa copper(II) sulfate solution, ang zinc ay nag-oxidize, nawawala ang mga electron upang bumuo ng Zn \(^{2+}\) ions. Ang mga electron na ito ay nakukuha ng mga Cu \(^{2+}\) ions, na bumababa upang bumuo ng metal na tanso sa ibabaw ng zinc nail. Ito ay mapapansin bilang isang pagbabago ng kulay sa solusyon at ang pagbuo ng isang tansong patong sa zinc nail.
Sa mga kumplikadong molekula, ang pagtukoy sa mga numero ng oksihenasyon ay maaaring mangailangan ng maingat na pagsusuri, lalo na sa mga molekula na naglalaman ng mga elemento na maaaring magkaroon ng maraming estado ng oksihenasyon.
Halimbawa: Sa potassium dichromate (K₂Cr₂O₇), ang potassium (K) ay may oxidation number na +1, ang oxygen (O) ay may oxidation number na -2, at ang chromium (Cr) ay kailangang kalkulahin. Sa kaalaman na mayroong dalawang potassium ions (+1 bawat isa), at pitong oxygen atoms (-2 bawat isa), at ang tambalan ay neutral, makalkula ng isa ang oxidation number ng chromium.
2(+1) + 2(Cr) + 7(-2) = 0
2 - 14 + 2(Cr) = 0
2(Cr) = 12
Cr = +6
Ipinapakita ng pagkalkula na ito na ang oxidation number ng chromium sa potassium dichromate ay +6.
Ang mga numero ng oksihenasyon ay isang pangunahing konsepto sa kimika, lalo na sa electrochemistry, kung saan nakakatulong ang mga ito na mahulaan ang direksyon ng daloy ng elektron sa mga reaksyon ng pagbabawas ng oksihenasyon. Ang pag-unawa kung paano italaga at kalkulahin ang mga numerong ito ay mahalaga para sa pagsusuri ng mga electrochemical cell at mga reaksyon, na nakakaimpluwensya sa lahat mula sa pag-iimbak ng enerhiya sa mga baterya hanggang sa mga diskarte sa proteksyon ng kaagnasan.