דרגת חמצון

מספר חמצון או דרגת החמצון של יסוד כימי במולקולה או קומפלקס הוא מדד לכמות החמצון (אובדן אלקטרונים) של אטום מסוים בתרכובת כימית. באופן תאורטי, מספר החמצון של אטום בתרכובת מתאר את המטען אשר היה אמור להיות על האטום לו התרכובת הייתה מורכבת מאטומים הקשורים זה לזה בקשרים שהם 100% יונים, ללא רכיבים קוולנטים כלל. ערכם של מספר החמצון יכולים להיות חיוביים, שליליים או אפס, ואין הם מוגבלים למספרים שלמים. השימוש העיקרי של דרגת החמצון הוא למידה של תכונות החומרים בכימיה האי-אורגנית. דרגת החמצון מוצגת על ידי שיטת הספירה הרומאית (I,II,III) או, ברוב המקרים, על ידי מספרים רגילים, כאשר סימן הפלוס מייצג דרגת חמצון חיובית (פחות אלקטרונים), וסימן המינוס מייצג דרגת חמצון שלילית (עודף אלקטרונים). דרגת החמצון של היסוד נכתבת או בצד הימני העליון של היסוד (FeIII) או בצד ימין אחרי כתיב שם היסוד (ברזל (III), או באנגלית Iron (III)). כאשר ישנו עודף אלקטרונים, כלומר ליסוד יש יותר אלקטרונים מהמצב הנטרלי סביבו, דרגת החמצון שלו תהיה שלילית. כאשר ישנו חוסר באלקטרונים, כלומר לאטום יש פחות אלקטרונים מהמצב הנטרלי סביבו, דרגת החמצון תהיה חיובית. ישנם מקרים בהם לא ניתן לחזות במדויק מהם מספרי החמצון על סמך נוסחת התרכובת, אך ניתן להסיק על פי מודל לואיס. ישנם כמה כללים בסיסיים שעל פיהם ניתן לקבוע את מספרי החמצון: מספר חמצון של יסוד נייטרלי הוא תמיד 0. במולקולה של יסוד, מספר החמצון של כל אטום הוא 0. סכום מספרי החמצון במולקולה נייטרלית הוא 0, וביון, בין אם הוא כאטום ובין אם כמולקולה, סכום מספרי החמצון שווה למטען היון. לאטומים שנמצאים בקבוצת המתכות האלקליות בטבלה המחזורית מספר החמצון הוא 1+. לאטומים שנמצאים בקבוצת המתכות האלקליות העפרוריות, מספר החמצון הוא 2+ ברוב תרכובותיהם. באשר להלוגנים, לרוב מספר החמצון בתרכובות יהיה 1-. הדבר נכון לגבי פלואור תמיד, אך לגבי כל שאר ההלוגנים, הדבר נכון רוב הזמן, למעט תרכובות בהן הוא קשור להלוגן מעליו בטבלה המחזורית, או לחמצן. לחמצן כמעט בכל התרכובות מספר חמצון 2-. ישנם מספר מקרים יוצאי דופן: בתרכובת עם פלואור החמצן מקבל מספר חמצון חיובי. למשל, בחמצן דו-פלואורי OF2 מספר החמצון של החמצן 2+. בפראוקסידים (בהם קיים קשר בין אטום חמצן אחד לאטום חמצן אחר) החמצן מקבל מספר חמצון 1-.כך למשל, ניתן לראות כי במולקולת H2O2 יש קשר בין אטום חמצן לאטום חמצן אחר, ומספר החמצון של כל אחד מהם הוא 1-. למימן מספר חמצון 1+ כאשר הוא בתרכובות מולקולריות. יוצאי הדופן הם ההידרידים, בהם מספר החמצון של המימן הוא 1-. קיים קשר בין דרגות החמצון שיכולות להיות ליסוד במולקולה לבין הקבוצה בה הוא נמצא. (לרוב ככל שנרד בקבוצה ליסוד יהיו יותר דרגות חמצון) (ערכים אלו לא בהכרח נכונים עבור היסודות העל-כבדים). באופן כללי, דרגת חמצון של יסוד לא יכולה להיות גבוהה ממספר אלקטרוני הערכיות שלו, שכן אם תרם את כל אלקטרוני הערכיות שלו הוא הגיע למצב של קליפה מלאה, וזאת יציבה מדי מכדי שיוכל להוציא עוד אלקטרון (באופן דומה ליסוד לא יכולה להיות דרגת חמצון (בסימן מינוס) גדולה מכמות האלקטרונים שהוא צריך בכדי להשלים קליפה). קבוצת יסודות 1 (המתכות האלקליות ומימן): 1+ (למעט מימן אשר יכול להיות גם בדרגה -1). קבוצת יסודות 2 (המתכות האלקליות עפרוריות): 2+. קבוצת יסודות 3: +3. קבוצת יסודות 4: +2,+3,+4. קבוצת יסודות 5: +2,+3,+4,+5. קבוצת יסודות 6: +2,+3,+4,+5,+6. קבוצת יסודות 7: +2,+3,+4,+5,+6,+7. קבוצת יסודות 8: +2,+3,+4,+6,+8. קבוצת יסודות 9: +2,+3,+4,+6. קבוצת יסודות 10: +2,+3,+4. קבוצת יסודות 11: +1,+2,+3. קבוצת יסודות 12: +1,+2. קבוצת יסודות 13: +1,+3. קבוצת יסודות 14: +2,±4. קבוצת יסודות 15 (הפניקטוגנים): +2,±3,+4,+5. קבוצת יסודות 16 (הצ'לקוגנים): ±1,±2,+4,+6. קבוצת יסודות 17 (ההלוגנים): ±1,+3,+5,+7. קבוצת יסודות 18 (הגזים האצילים): +2,,+4,+6,+8. (רק לגזים האצילים הכבדים) חמצון-חיזור דרגת חמצון, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)