ظرفیت چیست؟ عدد اکسایش چیست؟ آیا این دو مفهوم ، یکسان هستند؟ covalent

واژه ظرفیت (Valence) ، از کلمه valentia از زبان لاتین به معنی « قدرت » یا «گنجایش » گرفته شده است . مفهوم ظرفیت در نیمه دوم قرن ۱۹ میلادی برای توضیح پیوند شیمیایی و ساختار مولکولی توسعه یافت . نظریه ظرفیت های شیمیایی در سال ۱۸۵۲ میلادی توسط ادوارد فرانکلند مطرح شد .

در بسیاری از منابع ، ظرفیت یک عنصر این گونه تعریف شده است : « اندازه ای از توان ترکیب شدن اتم آن عنصر با اتم های دیگر برای تشکیل مولکول ها و ترکیب های شیمیایی »

در کتاب طلایی آیوپاک ، ظرفیت این گونه تعریف شده است : « حداکثر تعداد اتم های یک ظرفیتی ( در اصل اتم های هیدروژن یا کلر ) که ممکن است با یک اتم از عنصر مورد نظر ترکیب شوند ، و یا با یک بخش ، و یا با یک اتم از این عنصر می تواند جایگزین شود »

همانطور که ملاحظه می شود ، در مورد مفهوم ظرفیت ، با دو مشکل مواجه هستیم . اول این که تعریف ها مبهم هستند و دوم این که ظرفیت ، یک عدد صحیح بدون علامت است که نشان نمی دهد اتم مورد نظر الکترون گرفته یا از دست داده است . مثلأ در مولکول هیدروژن کلرید ، هر دو اتم هیدروژن و کلر دارای ظرفیت ۱ هستند ، در صورتی که هیدروژن با از دست دادن الکترون و کلر با گرفتن الکترون چنین ظرفیتی دارند . در این صورت ، استفاده از مفهوم عدد اکسایش (یا حالت اکسایش) توصیف بهتری از وضعیت الکترونی اتم را به دست می دهد ؛ چراکه هم مقدار و هم علامت را در خود دارد .

عدد اکسایش یک اتم در یک مولکول ، تعداد الکترون های ظرفیتی است که آن اتم گرفته و یا از دست داده است . این عدد دارای علامت است ؛علامت مثبت به اتمی با الکترونگاتیوی کمتر ، و علامت منفی به اتمی با الکترونگاتیوی بیشتر نسبت داده می شود .

با نگاهی سطحی به این توضیحات چنین برداشت می شود که ظاهراً ظرفیت همان عدد اکسایش است و فقط علامت ندارد ! اما واقعیت همیشه اینچنین نیست . مثلاً ظرفیت کربن در مولکول متانال (CH2O) برابر ۴ است ( زیرا کربن ۴ پیوند کووالانسی تشکیل داده است ) ، اما عدد اکسایش کربن در این ترکیب برابر صفر است ( به این دلیل که ۲ پیوند کربن با اتمی الکترونگاتیوتر از خودش برقرار شده است و دو پیوند دیگرش با اتمی با الکترونگاتیوی کمتر) .

همچنین اتم اکسیژن در HOF ظرفیت ۲ و عدد اکسایش صفر دارد . کربن نیز در متانول (CH3OH) ، دارای ظرفیت ۴ و عدد اکسایش ۲- است . مثال های دیگری نیز قابل بیان هستند .