산화수

MgO와 같은 이온 결합 화합물의 생성에서 전자를 잃거나 얻는 산화와 환원의 정의를 적용하였다.

그러나 이 정의는 염화 수소(HCI)나 이산화 황(SO,)의 생성에서는 정확하게 맞지 않는다.

H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) S(s) + O2(g) → SO2(g)

분자 화합물인 HCI과 SO2는 이온 결합 화합물이 아니기 때문에, MgO의 경우처럼 이 화합물의 생성과정에서는 전자가 이동하지 않는다.

그럼에도 불구하고, 일부 전자가 이동(HC1은 H에서 CI로, SO2는 S에서 O로)하는 것을 실험으로부터 알 수 있기 때문에, 화학자들은 이들 반응을 산화-환원 반응으로 취급하는 것이 편리하다고 생각한다.

산화-환원 반응에서 전자의 흐름을 확인하기 위하여 반응물과 생성물에 산화수를 표시 한다. 

원자의 산화수(oxidation number)를 산화 상태(oxidation state)라고도 부르며, 전자의 교환이 완전히 일어났다고 가정할 때 한 분자(또는 한 이온 화합물) 내에서 특정 원자가 갖게 되는 전하수를 의미한다.

 

예를 들면, 위에서 언급한 HCl과 SO2의 형성 반응을 다음과 같이 다시 나타낼 수 있다.

원소기호 위의 숫자가 산화수이다. 

 

이 반응을 보면, 반응물 분자 내의 원자는 전하가 없다. 

따라서 이들의 산화수는 0이다.

 

그러나 생성물 분자에서는 완전한 전자 이동이 일어나고, 생성 물 분자에 있는 원자들은 전자를 잃거나 얻는다.

“이동된" 전자수를 반영한다.

대기 중에서 황이 연소하여 이산화 황을 형성한다.

원소가 산화되었는지 환원되었는지를 산화수로 바로 확인할 수 있다. 

위의 예에서, 수소와 황은 산화수가 증가하므로 그 원소는 산화된 것이다. 염소와 산소는 산화수가 처음 값보다 감소하므로 환원된 것이다.

HCI(+1과 -1)의 H와 CI의 산화수의 합이 0이라는 것에 주의하라. 이와 같이 S(+4)와 O[2 × (-2)]의 전하를 더하면 합이 0이 된다. 그 반응에서 HCl과 SO2는 중성으로 전하는 상쇄되어야 한다.