電気陰性度と酸化数
電気陰性度は原子／分子が電子を引き寄せる傾向、酸化数はその結合環境の指標です。
学習目標
化合物中の原子に酸化数を割り当てるルールを適用する
Key Takeaways
Key Points
- 原子の電気陰性度は元素番号とその大きさに影響される。
- 電気陰性度が高いほど、電子を引き付けます。
- 電気陰性度の高い原子、通常は非金属元素には負の酸化数が割り当てられますが、金属元素には正の酸化数が割り当てられます。
- 酸化数：原子がそれ自身に電子（または電子密度）を引き寄せる傾向を表す化学的性質。 すべての結合が純粋にイオンである場合、分子/化合物中の原子が持つであろう仮想的な電荷。
電気陰性度
電気陰性度は、原子がそれ自身に電子（または電子密度）を引き寄せる傾向を記述する特性である。 原子の電気陰性度は、その原子番号と原子の大きさの両方に影響されます。 電気陰性度が高いほど、電子をより多く引き寄せることができる。 電気陰性度の反対は電気陽性度であり、電子を提供する元素の能力の尺度である。
電気陰性度は直接測定されないが、代わりに他の原子または分子特性の実験的測定に基づいて計算される。 いくつかの計算方法が提案されており、計算された電気陰性度の数値に多少の違いはあっても、どの方法も元素間で同じ周期的傾向を示している。
通常計算される電気陰性度は、厳密には原子の特性ではなく、分子内の原子の特性である。 自由原子の性質としては、電離エネルギーや電子親和力などがある。 元素の電気陰性度は、その化学的環境によって変化することが予想されますが、通常は伝達可能な性質であると考えられています。つまり、さまざまな状況で同様の値が有効であると考えられます。 核電荷は、原子がより多くの陽子を持つほど、負の電子に対してより多くの「引き」を持つので、重要である。 これは、原子核からの距離が長くなり、低エネルギーの内殻軌道にある他の電子が、正電荷の原子核から価電子を保護するように働くためである。 この方法では、一般にポーリングスケールと呼ばれる0.7から4の範囲の無次元量が得られる。不活性ガスを除いた周期表を見ると、電気陰性度は右上で最大、左下で最小となる。
元素の電気陰性度。 電気陰性度は表の右上が最大で、左下が最小。
したがって、フッ素（F）は元素の中で最も電気陰性で、フランシウム（Fr）は最も電気陰性です。
Oxidation Numbers
電気陰性度の単一の値は、与えられた原子が存在することができるほとんどの結合状況に対して有効であると考えるのが一般的である。 このアプローチは単純であるという利点がありますが、元素の電気陰性度は不変の原子特性ではなく、むしろ元素の「酸化数」と呼ばれる量に依存すると考えることができることは明らかです。 酸化数は、結合電子がより電気陰性の原子にのみ割り当てられた場合の原子の電荷であり、化学プロセスにおいてどの原子が酸化され、どの原子が還元されるかを識別することができます。
- 自然状態（自然界に存在する状態）での元素の酸化数は0である。 例えば、H2 の水素、O2 の酸素、N2 の窒素、ダイヤモンドの炭素などは、酸化数が 0 です。
- イオン化合物では、原子のイオン電荷がその酸化数です。 しかし、水素が金属と結合すると、金属がより電気陽性の、または電気陰性の少ない元素であるため、その酸化数は-1に減少する。
- 酸素はほとんどの化合物で酸化数-2が割り当てられる。 しかし、ある種の例外もある。 過酸化水素 (H2O2) などの過酸化物 (O22-) では、酸素の酸化数は-1である。 二フッ化酸素（OF2）では、酸素の酸化数は+2ですが、二フッ化二酸素（O2F2）では、これらの化合物ではフッ素の方が電気陰性度が高いため、酸素の酸化数は+1となり、酸化数-1が割り当てられているのです。
- 電気陰性度の高い原子（通常は非金属元素）には負の酸化数が割り当てられ、もう一方の原子（金属元素であることが多いが必ずしもそうではない）には正の酸化数が与えられます。