ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างประจุที่เป็นทางการและสถานะออกซิเดชันคือประจุที่เป็นทางการคือประจุของอะตอมในโมเลกุลที่เราคำนวณ โดยสมมติว่าอิเล็กตรอนในพันธะเคมีถูกแบ่งเท่าๆ กันระหว่างอะตอม ในขณะที่สถานะออกซิเดชันคือจำนวนอิเล็กตรอนของอะตอม เสียหรือได้หรือแบ่งปันกับอะตอมอื่น
ประจุที่เป็นทางการและสถานะออกซิเดชันเป็นคำที่ต่างกัน แม้ว่าเราจะถือว่ามันเหมือนกันก็ตาม ประจุอย่างเป็นทางการกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นรอบ ๆ อะตอมของโมเลกุลในขณะที่สถานะออกซิเดชันกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนที่แลกเปลี่ยนระหว่างอะตอมระหว่างการก่อตัวของโมเลกุล
ค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการคืออะไร
ประจุที่เป็นทางการคือประจุของอะตอมในโมเลกุลที่เราคำนวณโดยสมมติว่าอิเล็กตรอนในพันธะเคมีถูกแบ่งอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอะตอม ดังนั้น เมื่อพิจารณาประจุที่เป็นทางการ เรากำลังเปรียบเทียบจำนวนอิเล็กตรอนรอบอะตอมที่เป็นกลางกับจำนวนอิเล็กตรอนรอบอะตอมนั้นเมื่ออยู่ในโมเลกุล ในการกำหนดประจุที่เป็นทางการนี้ เราต้องกำหนดอิเล็กตรอนของโมเลกุลให้กับอะตอมแต่ละตัว ที่นี่เราต้องพิจารณาข้อกำหนดต่อไปนี้ด้วย
- เราต้องกำหนดอิเล็กตรอนที่ไม่ผูกมัดให้กับอะตอมที่เกิดอิเล็กตรอนที่ไม่ผูกมัด
- เราต้องแบ่งอิเล็กตรอนพันธะเท่าๆ กันระหว่างอะตอมที่ใช้ร่วมกัน
ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์สำหรับการคำนวณนี้มีดังต่อไปนี้:
ประจุแบบเป็นทางการ=(จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลาง)- (จำนวนอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว) – ({1/2}อิเล็กตรอนคู่พันธะ)
ภาพที่ 1: ค่าใช้จ่ายอย่างเป็นทางการเกี่ยวกับโอโซนและไอออนไนเตรต
ให้เราพิจารณาตัวอย่างเพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้ สำหรับโมเลกุลแอมโมเนีย มีพันธะ N-H สามพันธะและคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวบนอะตอมไนโตรเจน แล้วเมื่อไรจะคำนวณได้ดังนี้
ธรรมเนียมของ N=5 – 2 – {1/2}6=0
ชาร์จอย่างเป็นทางการของ H=1 – 0 – {1/2}2=0
สถานะออกซิเดชันคืออะไร
สถานะออกซิเดชันคือจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมสามารถสูญเสีย เพิ่ม หรือแบ่งให้อะตอมอื่นได้ คำนี้ใช้กับองค์ประกอบทางเคมีใดๆ ในโมเลกุล (คำว่า หมายเลขออกซิเดชัน ใช้กับอะตอมโลหะส่วนกลางของสารเชิงซ้อนเชิงประสานงานเป็นหลัก แม้ว่าเราจะใช้คำศัพท์เหล่านี้แทนกันได้) สถานะออกซิเดชันจริง ๆ แล้วให้ระดับของการเกิดออกซิเดชันของอะตอมในสารประกอบเราควรให้สถานะออกซิเดชันเป็นจำนวนเต็มเสมอ และจะแสดงเป็นตัวเลขฮินดู-อารบิก รวมทั้งประจุของอะตอมด้วย ตัวอย่างเช่น สถานะออกซิเดชันของเหล็กใน FeO คือ +2.
รูปที่ 02: สถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุลต่างๆ
เคล็ดลับในการกำหนดสถานะออกซิเดชัน:
- สถานะออกซิเดชันของธาตุเดี่ยวเป็นศูนย์ (รวมถึงโมเลกุลที่สร้างจากองค์ประกอบเดียวด้วย)
- ประจุทั้งหมดของโมเลกุลหรือไอออนคือผลรวมของประจุของแต่ละอะตอม
- สถานะออกซิเดชันของโลหะอัลคาไลอยู่ที่ +1 เสมอ และสำหรับโลหะอัลคาไลเอิร์ธจะเป็น +2.
- ในขณะเดียวกัน สถานะออกซิเดชันของฟลูออรีนจะเป็น -1 เสมอ
- นอกจากนี้ สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนมักจะเป็น +1 แต่บางครั้งก็เป็น -1 (เมื่อจับกับโลหะอัลคาไลหรืออัลคาไลเอิร์ธ)
- โดยทั่วไปแล้ว สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2 (แต่ในเปอร์ออกไซด์และซูเปอร์ออกไซด์อาจแตกต่างกันไป)
- อะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากที่สุดในโมเลกุลจะมีประจุเป็นลบ และอีกอะตอมหนึ่งมีประจุเป็นบวก
สถานะออกซิเดชันมีประโยชน์มากสำหรับการกำหนดผลิตภัณฑ์ในปฏิกิริยารีดอกซ์ ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาเคมีที่มีการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างอะตอม ในปฏิกิริยารีดอกซ์ ปฏิกิริยาครึ่งตัวสองครั้งเกิดขึ้นพร้อมกัน หนึ่งคือปฏิกิริยาออกซิเดชันและอีกอันคือปฏิกิริยารีดักชัน ปฏิกิริยาออกซิเดชันเกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของสถานะออกซิเดชันของอะตอม ในขณะที่ปฏิกิริยารีดักชันเกี่ยวข้องกับการลดลงของสถานะออกซิเดชันของอะตอม
ความแตกต่างระหว่างประจุที่เป็นทางการและสถานะออกซิเดชันคืออะไร
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างประจุที่เป็นทางการและสถานะออกซิเดชันคือประจุที่เป็นทางการคือประจุของอะตอมในโมเลกุลที่เราคำนวณ โดยสมมติว่าอิเล็กตรอนในพันธะเคมีถูกแบ่งเท่าๆ กันระหว่างอะตอม ในขณะที่สถานะออกซิเดชันคือจำนวนอิเล็กตรอน อะตอมสูญเสียหรือได้รับหรือแบ่งปันกับอะตอมอื่นตัวอย่างเช่น ประจุอย่างเป็นทางการของอะตอมไนโตรเจนในโมเลกุลแอมโมเนียคือ 0 ในขณะที่สถานะออกซิเดชันคือ +3
ด้านล่างอินโฟกราฟิกสรุปความแตกต่างระหว่างประจุที่เป็นทางการและสถานะออกซิเดชัน
สรุป – ประจุอย่างเป็นทางการเทียบกับออกซิเดชัน
ประจุที่เป็นทางการและสถานะออกซิเดชันเป็นคำที่ต่างกัน แม้ว่าบางคนจะถือว่าเหมือนกัน ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างประจุที่เป็นทางการและสถานะออกซิเดชันคือ ประจุที่เป็นทางการคือประจุของอะตอมในโมเลกุลที่เราคำนวณ โดยสมมติว่าอิเล็กตรอนในพันธะเคมีถูกแบ่งเท่าๆ กันระหว่างอะตอม ในขณะที่สถานะออกซิเดชันคือจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมสูญเสียหรือได้รับ หรือแบ่งปันกับอะตอมอื่น