Molekyyliyhdisteiden osalta hapetusluvut ovat kuvitteellisia varauksia, jotka yhdisteen atomeilla olisi, mikäli sidoksen jaetut elektronit olisi jaettu tasan identtisten atomien kesken tai jos kaikki jaetut elektronit olisivat sillä atomilla, joka vetää niitä enemmän puoleensa (jolla on suurempi elektronegatiivisuus). Ioniyhdisteessä olevan yksiatomisen ionin hapetusluku on sen varaus. Hapetusluku ilmaistaan yleensä roomalaisin numeroin, kuten +I tai -IV.

Esimerkiksi vesimolekyylin tapauksessa voidaan ajatella, että kaikki elektronit ovat hapella, jolloin sillä on kaksi ylimääräistä elektronia (sen hapetusluku on -II), ja vedyillä ei ole yhtään elektronia (niiden kummankin hapetusluku on +I). Natriumkloridin tapauksessa voidaan helposti todeta, että natriumin hapetusluku on +I ja kloorin hapetusluku on -I.

Hapetuslukujen laskemiseksi on muutamia yksinkertaisia sääntöjä, jotka soveltuvat useimpien yhdisteiden atomien hapetuslukujen määrittämiseen:

Alkuaineen perustilan hapetusluku on nolla. Esimerkiksi jokaisen Na(s), Ar(g) tai Hg(l) -atomin hapetusluku on 0. Myös jokaisen esimerkiksi N₂- tai O₃-molekyylissä olevan atomin hapetusluku on 0.

Yksiatomisen ionin hapetusluku on sama kuin sen varaus. Esimerkiksi Na⁺ -ionin hapetusluku on +I ja O^2- -ionin hapetusluku on -II.

Fluorin hapetusluku on yhdisteissä aina -I.

Hapen hapetusluku on yhdisteissä tavallisesti -II. Esim. CO:ssa ja SO₃:ssa se on -II. Mutta: Peroksideissa jokaisen hapen hapetusluku on -I. Yhdisteessä OF₂ hapen hapetusluku on +II.

Kovalenttisissa epämetalliyhdisteissään vedyn hapetusluku on +I. Esim. HCl, NH₃, H₂O ja CH₄ -yhdisteissä vedyn hapetusluku on +I. Mutta: Metallihydrideissä, kuten LiH:ssa, vedyn hapetusluku on -I,

Sähköisesti varauksettoman yhdisteen atomien hapetuslukujen summan on oltava nolla. Esimerkiksi vesimolekyylin vetyatomien ja happiatomin hapetuslukujen summan on oltava nolla. Moniatomiselle ionille hapetuslukujen summan on oltava ionin varaus. Esimerkiksi karbonaatti-ionissa CO₃^2- on atomien hapetuslukujen summan oltava -II.

Yleensä alkalimetallien, kuten Li, Na tai K, hapetusluku on +I, ja maa-alkalimetallien, kuten Mg tai Ca, hapetusluku on +II.

Alkuaineiden hapetusluvut löytyvät monista taulukkokirjoista. Monilla alkuaineilla, kuten useimmilla siirtymämetalleilla, on useita hapetuslukuja. Tällaisten alkuaineiden atomien elektronirakenne on sellainen, että atomit voivat luovuttaa tai ottaa vastaan eri määriä elektroneja. Eri yhdisteissä näillä atomeilla voi siis olla erilaiset hapetusluvut.

Hapettumis-pelkistymisreaktiot voidaan kuvata puolireaktiolla.

Al + Cu²⁺ -> Al³⁺ + Cu

Osareaktiot: Al -> Al³⁺ + 3e^- (luovuttaa kolme) *2

Cu²⁺ 2e^- -> Cu (vastaanottaa kaksi) *3

Kokonaisreaktio: 2 Al + 3 Cu²⁺ -> 2 Al³⁺ + 3 Cu

Jalompi metalli pelkistyy ja epäjalompi hapettuu kun jalomman metallin hapettunut muoto on yhteydessä epäjalomman metallin kanssa.

Termiittireaktio

Kokeessa on tarkoitus havainnollistaa, eksotermisessä reaktiossa voi vapautua runsaastikin energiaa. Tässä tapauksessa vapautuva lämpö riittää sulattamaan reaktiossa muodostuvan raudan nesteeksi.

Välineet:

alumiinijauhetta Al(s)

rauta(iii)oksidia Fe₂O₃(s)

100 ml:n dekantterilasi

rautalevy tai tiiliskivi

magnesiumnauhaa

kaasupoltin

TEE TYÖ VETOKAAPISSA!

Työn suoritus

Punnitse noin 3g alumiinijauhetta ja noin 9 g rautaoksidia 100 ml:n dekantterilasissa ja sekoita huolellisesti.

Kaada seos tiiliskiven tai rautalevyn päälle vetokaapissa.

Aseta seokseen noin 5 cm:n pätkä magnesiumnauhaa pystyyn.

Sytytä magnesiumnauha palamaan kaasupolttimella ja sulje vetokaapin ovi.

2 Al(s) + Fe₂O₃(s) → Al₂O₃(s) + 2 Fe(l)

Mitkä aineet hapettuvat reaktiossa ja mitkä pelkistyvät? Arvioi reaktiossa vapautuvan lämmönmäärää muodostumisentalpioiden avulla ja vertaa tulosta vaikkapa bensiinin palamiseen.

Harjoitukset 2.3, 2.4, 2.6, 2.7