Kako saznati negativno oksidacijsko stanje. Najveći stepen oksidacije. Oksidacijsko stanje i valencija

DEFINICIJA

Oksidacijsko stanje- ovo je kvantifikacija stanje atoma hemijskog elementa u jedinjenju na osnovu njegove elektronegativnosti.

Uzima i pozitivne i negativne vrijednosti. Da biste označili oksidacijsko stanje elementa u spoju, trebate staviti arapski broj s odgovarajućim znakom ("+" ili "-") iznad njegovog simbola.

Treba imati na umu da je stepen oksidacije količina koju nema fizičkog čula, jer ne odražava stvarni naboj atoma. Međutim, ovaj koncept se vrlo široko koristi u hemiji.

Tabela oksidacionog stanja hemijskih elemenata

Maksimalno pozitivno i minimalno negativan stepen oksidacija se može odrediti pomoću periodnog sistema D.I. Mendeljejev. Oni su jednaki broju grupe u kojoj se element nalazi, i razlici između vrijednosti "najvišeg" oksidacijskog stanja i broja 8, respektivno.

Ako uzmemo u obzir hemijska jedinjenja tačnije, u supstancama sa nepolarnim vezama, oksidaciono stanje elemenata je nula (N 2, H 2, Cl 2).

Oksidacijsko stanje metala u elementarnom stanju je nula, jer je raspodjela elektronske gustine u njima jednolična.

U jednostavnim ionskim jedinjenjima oksidacijsko stanje njihovih sastavnih elemenata je električni naboj, budući da tokom formiranja ovih jedinjenja dolazi do skoro potpune tranzicije elektrona iz jednog atoma u drugi: Na +1 I -1, Mg +2 Cl -1 2, Al +3 F -1 3, Zr +4 Br - 1 4.

Prilikom određivanja stupnja oksidacije elemenata u spojevima s polarnim kovalentnim vezama uspoređuju se vrijednosti njihove elektronegativnosti. Budući da se tijekom stvaranja kemijske veze elektroni pomiču na atome više elektronegativnih elemenata, potonji imaju negativno oksidacijsko stanje u spojevima.

Postoje elementi za koje je karakteristična samo jedna vrijednost oksidacionog stanja (fluor, metali IA i IIA grupa itd.). Fluor, karakteriziran najveća vrijednost elektronegativnost, u jedinjenjima uvijek ima konstantno negativno oksidacijsko stanje (-1).

Alkalni i zemnoalkalni elementi, koji se odlikuju relativno niskom vrijednošću elektronegativnosti, uvijek imaju pozitivno oksidacijsko stanje, jednako (+1) i (+2), respektivno.

Međutim, postoje i takvi hemijski elementi, koje karakteriše nekoliko vrednosti stepena oksidacije (sumpor - (-2), 0, (+2), (+4), (+6), itd.) .

Da bismo lakše zapamtili koliko i koja oksidaciona stanja su karakteristična za određeni hemijski element, koriste se tabele oksidacionih stanja. hemijski elementi, koji izgledaju ovako:

Serijski broj

ruski / engleski naslov

hemijski simbol

Oksidacijsko stanje

Vodonik

Helijum / Helijum

Litijum / Litijum

Berilijum / Berilijum

(-1), 0, (+1), (+2), (+3)

Karbon / Karbon

(-4), (-3), (-2), (-1), 0, (+2), (+4)

Azot / dušik

(-3), (-2), (-1), 0, (+1), (+2), (+3), (+4), (+5)

Kiseonik / Kiseonik

(-2), (-1), 0, (+1), (+2)

Fluor / Fluor

Natrijum

Magnezijum / Magnezijum

Aluminijum

Silicij / Silicij

(-4), 0, (+2), (+4)

Fosfor / Fosfor

(-3), 0, (+3), (+5)

Sumpor

(-2), 0, (+4), (+6)

Klor / Hlor

(-1), 0, (+1), (+3), (+5), (+7), rijetko (+2) i (+4)

Argon / Argon

Kalijum / Kalijum

Kalcijum / Kalcijum

Scandium / Scandium

Titanijum / Titanijum

(+2), (+3), (+4)

Vanadijum / Vanadijum

(+2), (+3), (+4), (+5)

Chromium / Chromium

(+2), (+3), (+6)

Mangan / Mangan

(+2), (+3), (+4), (+6), (+7)

Iron / Iron

(+2), (+3), rijetko (+4) i (+6)

Kobalt / Kobalt

(+2), (+3), rijetko (+4)

Nikl / Nikl

(+2), rijetko (+1), (+3) i (+4)

Bakar

+1, +2, rijetko (+3)

Galij / Galij

(+3), rijetko (+2)

Germanij / Germanij

(-4), (+2), (+4)

Arsen / Arsen

(-3), (+3), (+5), rijetko (+2)

Selen / Selen

(-2), (+4), (+6), rijetko (+2)

Brom / Brom

(-1), (+1), (+5), rijetko (+3), (+4)

Krypton / Krypton

Rubidijum / Rubidijum

Stroncijum / Stroncijum

Itrij / Itrij

Cirkonijum / Cirkonijum

(+4), rijetko (+2) i (+3)

Niobij / Niobij

(+3), (+5), rijetko (+2) i (+4)

Molibden / Molibden

(+3), (+6), rijetko (+2), (+3) i (+5)

Tehnecij / Tehnecij

Rutenijum / Rutenijum

(+3), (+4), (+8), rijetko (+2), (+6) i (+7)

Rodijum

(+4), rijetko (+2), (+3) i (+6)

Paladij / Paladij

(+2), (+4), rijetko (+6)

Srebro / Srebro

(+1), rijetko (+2) i (+3)

Kadmijum / Kadmijum

(+2), rijetko (+1)

Indijum / Indijum

(+3), rijetko (+1) i (+2)

Tin / Tin

(+2), (+4)

Antimon / Antimon

(-3), (+3), (+5), rijetko (+4)

Telurijum / Telurijum

(-2), (+4), (+6), rijetko (+2)

(-1), (+1), (+5), (+7), rijetko (+3), (+4)

Xenon / Xenon

Cezijum / Cezijum

Barijum / Barijum

Lantan / Lantan

Cerijum / Cerijum

(+3), (+4)

Praseodymium / Praseodymium

Neodimijum / Neodimijum

(+3), (+4)

Promethium / Promethium

Samaria / Samarium

(+3), rijetko (+2)

Europium / Europium

(+3), rijetko (+2)

Gadolinijum / Gadolinijum

Terbijum / Terbij

(+3), (+4)

Disprozijum / Disprozijum

Holmijum / Holmijum

Erbij / Erbij

Tulij / Tulij

(+3), rijetko (+2)

Ytterbium / Ytterbium

(+3), rijetko (+2)

Lutecij / Lutecij

Hafnij / Hafnij

Tantal / Tantal

(+5), rijetko (+3), (+4)

Volfram / Volfram

(+6), rijetko (+2), (+3), (+4) i (+5)

Renijum / Renijum

(+2), (+4), (+6), (+7), rijetko (-1), (+1), (+3), (+5)

Osmijum / Osmijum

(+3), (+4), (+6), (+8), rijetko (+2)

Iridijum / Iridijum

(+3), (+4), (+6), rijetko (+1) i (+2)

Platinum / Platinum

(+2), (+4), (+6), rijetko (+1) i (+3)

Zlato / Zlato

(+1), (+3), rijetko (+2)

Merkur / Merkur

(+1), (+2)

Struk / talij

(+1), (+3), rijetko (+2)

Olovo / Olovo

(+2), (+4)

Bizmut / Bizmut

(+3), rijetko (+3), (+2), (+4) i (+5)

Polonijum / Polonijum

(+2), (+4), rijetko (-2) i (+6)

Astatin / Astatin

Radon / Radon

Francium / Francium

Radijum / Radijum

Actinium / Actinium

Torijum / Torijum

Proaktinijum / Protaktinijum

Uran / Uranijum

(+3), (+4), (+6), rijetko (+2) i (+5)

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Odgovori Naizmjenično ćemo odrediti stupanj oksidacije fosfora u svakoj od predloženih shema transformacije, a zatim odabrati tačan odgovor.
  • Oksidacijsko stanje fosfora u fosfinu je (-3), a u fosfornoj kiselini - (+5). Promjena oksidacionog stanja fosfora: +3 → +5, tj. prvi odgovor.
  • Oksidacijsko stanje hemijskog elementa u jednostavna stvar jednako nuli. Oksidacijsko stanje fosfora u oksidnom sastavu P 2 O 5 je jednako (+5). Promjena oksidacionog stanja fosfora: 0 → +5, tj. treći odgovor.
  • Oksidacijsko stanje fosfora u kiselini sastava HPO 3 je (+5), a H 3 PO 2 je (+1). Promjena oksidacionog stanja fosfora: +5 → +1, tj. peti odgovor.

PRIMJER 2

Vježbajte Oksidacijsko stanje (-3) ugljenika ima u jedinjenju: a) CH 3 Cl; b) C 2 H 2 ; c) HCOH; d) C 2 H 6 .
Rješenje Da bismo dali tačan odgovor na postavljeno pitanje, naizmjenično ćemo odrediti stupanj oksidacije ugljika u svakom od predloženih spojeva.

a) oksidaciono stanje vodonika je (+1), a hlora - (-1). Za "x" uzimamo stepen oksidacije ugljika:

x + 3×1 + (-1) =0;

Odgovor je netačan.

b) oksidaciono stanje vodonika je (+1). Za "y" uzimamo stepen oksidacije ugljika:

2×y + 2×1 = 0;

Odgovor je netačan.

c) oksidaciono stanje vodonika je (+1), a kiseonika - (-2). Uzmimo za "z" stanje oksidacije ugljika:

1 + z + (-2) +1 = 0:

Odgovor je netačan.

d) oksidaciono stanje vodonika je (+1). Uzmimo za "a" stanje oksidacije ugljika:

2×a + 6×1 = 0;

Tačan odgovor.
Odgovori Opcija (d)

Postoji nekoliko jednostavnih pravila za izračunavanje oksidacijskih stanja:

  • Uzima se oksidacijsko stanje elementa u sastavu jednostavne tvari nula. Ako je tvar u atomskom stanju, tada je i oksidacijsko stanje njenih atoma jednako nuli.
  • Brojni elementi pokazuju konstantno oksidacijsko stanje u spojevima. Među njima su fluor (-1), alkalni metali (+1), zemnoalkalni metali, berilijum, magnezijum i cink (+2), aluminijum (+3).
  • Kiseonik generalno pokazuje oksidaciono stanje od -2, sa izuzetkom peroksida $H_2O_2$ (-1) i kiseonikovog fluorida $OF_2$ (+2).
  • Vodonik u kombinaciji sa metalima (u hidridima) pokazuje oksidaciono stanje od -1, au jedinjenjima sa nemetalima po pravilu +1 (osim $SiH_4, B_2H_6$).
  • Algebarski zbir oksidacionih stanja svih atoma u molekulu mora biti jednak nuli, a u kompleksnom jonu, naboj ovog jona.
  • Najveće pozitivno oksidaciono stanje obično je jednako broju grupe elementa u periodnom sistemu. Dakle, sumpor (element grupe VIA) pokazuje najviše oksidaciono stanje +6, azot (element grupe V) - najviše oksidaciono stanje +5, mangan - prelazni element grupe VIIB - najviše oksidaciono stanje +7. Ovo pravilo ne važi za elemente sekundarne podgrupe prve grupe, čija oksidaciona stanja obično prelaze +1, kao ni za elemente sekundarne podgrupe VIII grupe. Takođe, elementi kiseonik i fluor ne pokazuju svoja viša oksidaciona stanja, jednaka broju grupe.
  • Najniže negativno oksidaciono stanje za nemetalne elemente određuje se oduzimanjem broja grupe od 8. Dakle, sumpor (element grupe VIA) pokazuje najniže oksidaciono stanje -2, azot (element V grupe) - najniže oksidaciono stanje -3.

Na temelju gore navedenih pravila, možete pronaći oksidacijsko stanje elementa u bilo kojoj tvari.

Pronađite oksidaciono stanje sumpora u kiselinama:

a) H$_2$SO$_3$,

b) H$_2$S$_2$O$_5$,

c) H$_2$S$_3$O$_(10)$.

Rješenje

Oksidacijsko stanje vodonika je +1, kisika -2. Označimo oksidacijsko stanje sumpora sa x. Tada možete napisati:

$\overset(+1)(H)_2\overset(x)(S)\overset(-2)(O_3) $

$2\cdot$(+1) + x + 3$\cdot$(−2) = 0 x = +4

$\overset(+1)(H)_2\overset(x)(S)_2\overset(-2)(O_5)$

2$\cdot$(+1) + 2x + 5$\cdot$(−2) = 0 x = +4

$\overset(+1)(H)_2\overset(x)(S)_3\overset(-2)(O_10)$

2$\cdot$(+1) + 3x + 10$\cdot$(−2) = 0 x = +6

Tako je u prve dvije kiseline oksidacijsko stanje sumpora isto i jednako +4, u posljednjoj kiselini +6.

Pronađite oksidaciono stanje hlora u jedinjenjima:

b) $Ca(ClO_4)_2$,

c) $Al(ClO_2)_3$.

Rješenje

Prvo, nalazimo naboj kompleksnih jona, koji uključuju klor, a pritom se prisjećamo da je molekula kao cjelina električno neutralna.

$\hspace(1.5cm)\overset(+1)(H)\overbrace(ClO_3) \hspace(2.5cm) \overset(+2)(Ca)\overbrace((ClO_4)_2) \hspace(2.5cm) \overset(+3)(Al)\overbrace((ClO_2)_3) $

$\hspace(1.5cm)$+1 +x = 0 $\hspace(2.3cm)$ +2 +2x = 0 $\hspace(2.5cm)$ +3 + 3x = 0

$\hspace(1.5cm)$x = - 1 $\hspace(2.7cm)$ x = - 1 $\hspace(2.9cm)$ x = - 1

$\hspace(1.5cm)(\overset(x)(Cl) \overset(-2)(O_3))^(-1) \hspace(2.4cm) (\overset(x)(Cl) \overset(- 2)(O_4))^(-1) \hspace(2,7cm) (\overset(x)(Cl) \overset(-2)(O_2))^(-1)$

$\hspace(0.5cm)1 \cdot x + 3\cdot (−2) = -1 \hspace(0.9cm)1 \cdot x + 4\cdot (−2) = -1 \hspace(1.2cm)1 \cdot x + 2\cdot (−2) = -1$

$\hrazmak(1,5cm) x = +5 \hrazmak(2,8cm) x = +7 \hrazmak(3,2cm) x = +3$

ALGORITAM ZA IZRAČUN VALENTNOSTI ELEMENTA U JEDINJENJU

Često se numeričke vrijednosti oksidacijskog stanja i valencije poklapaju. Međutim, u nekim spojevima, na primjer, u jednostavnim tvarima, njihove vrijednosti mogu se razlikovati.

Dakle, molekulu dušika formiraju dva atoma dušika povezana trostrukom vezom. Vezu formiraju tri zajednička elektronska para zbog prisustva tri nesparena elektrona na 2p podnivou atoma dušika. To jest, valencija dušika je tri. Istovremeno, $N_2$ je jednostavna supstanca, što znači da je oksidaciono stanje ovog molekula nula.

Slično, u molekuli kiseonika, valencija je dva, a oksidaciono stanje je 0; u molekuli vodonika, valencija je I, oksidaciono stanje je 0.

Kao i kod jednostavnih tvari, oksidacijsko stanje i valencija se često razlikuju organska jedinjenja. O tome će se detaljnije govoriti u temi "RWR u organskoj hemiji".

Da biste odredili valenciju u složenim jedinjenjima, prvo morate izgraditi strukturnu formulu. U strukturnoj formuli, jedna hemijska veza je predstavljena jednom "crticom".

Prilikom izrade grafičkih formula potrebno je uzeti u obzir nekoliko faktora:


Definicija

Elektronegativnost (EO) $\chi$(chi) - vrijednost koja karakterizira sposobnost atoma elementa da privuče elektrone na sebe kada se formira kemijska veza s drugim atomima.

Moderni koncept elektronegativnosti atoma uveo je američki naučnik Linus Pauling 1932. godine. Teorijska definicija elektronegativnosti razvijena je kasnije. Američki fizičar Robert Mulliken predložio je izračunavanje elektronegativnosti kao polovinu sume jonizacionog potencijala i afiniteta elektrona:

$\chi_(\textrm(M)) = \dfrac (I + A_e)(2),$

gdje je $I$ potencijal jonizacije, $A_e$ je energija afiniteta elektrona.

Pored gore opisane Mullikenove skale, postoji više od 20 različitih drugih skala elektronegativnosti (koje se zasnivaju na različitim svojstvima supstanci), uključujući L. Paulingovu skalu (baziranu na energiji vezivanja tokom formiranja kompleksne supstance iz jednostavnih), Allred-Rohov (zasnovan na elektrostatičkoj sili koja djeluje na vanjski elektron) itd.

Trenutno postoji mnogo načina za kvantificiranje veličine elektronegativnosti atoma. Vrijednosti elektronegativnosti elemenata izračunate različitim metodama, u pravilu se ne poklapaju čak ni s uvođenjem faktora korekcije. Međutim, opšti trendovi u promeni $\chi$ prema periodičnom sistemu su očuvani. To se može ilustrirati upoređivanjem dvije najčešće korištene skale - prema Paulingu i prema Allred-Rochovu ( bold font označava EC vrijednosti na Paulingovoj skali, kurzivom- prema Allred-Rokhov skali; $s$-elementi u ružičastoj, $p$-elementi u žutoj, $d$-elementi u zelenoj, $f$-elementi u plavoj):

Strogo govoreći, elementu se ne može pripisati trajna elektronegativnost. Elektronegativnost atoma ovisi o mnogim faktorima, posebno o valentnom stanju atoma, formalnom oksidacionom stanju, vrsti jedinjenja, koordinacionom broju, prirodi liganada koji čine okruženje atoma u molekularni sistem i neke druge.

Elektronegativnost se odnosi na redoks aktivnost elementa. Prema tome, što je veća elektronegativnost elementa, to su jača njegova oksidaciona svojstva.

Što je bliža elektronska ljuska datog atoma elektronska školjka inertni gas, veća je njegova elektronegativnost. Drugim riječima, u periodima kako je vanjski energetski nivo ispunjen elektronima (tj. s lijeva na desno), elektronegativnost raste, kako se povećava broj grupe i broj elektrona na vanjskom energetskom nivou.

Što su valentni elektroni udaljeniji od jezgra, to su slabije zadržani i manja je sposobnost atoma da privuče dodatne elektrone sebi. Na ovaj način, u grupama elektronegativnost raste sa smanjenjem atomski radijus tj. odozdo prema gore. Element sa najvećom elektronegativnošću je fluor, a element sa najmanjom je cezijum. Tipični nemetali stoga imaju visoke vrijednosti elektronegativnosti, dok tipični metali imaju niske vrijednosti.

VALENCIJA HEMIJSKIH ELEMENTA

Valence karakteriše sposobnost atoma datog hemijskog elementa da formiraju hemijske veze.

Valence određuje broj hemijskih veza pomoću kojih je atom povezan sa drugim atomima u molekulu.

Ranije se valentnost definirala kao broj atoma monovalentnog elementa s kojim je povezan jedan atom ovog elementa. Dakle, vodonik se smatra monovalentnim elementom. U molekuli $HBr$, atom broma se kombinuje sa jednim atomom vodonika, a atom sumpora u molekuli $H_2S$ se kombinuje sa dva atoma vodika. Stoga je brom u $HBr$ jednovalentan, a sumpor u $H_2S$ je dvovalentan. Valentne vrijednosti za razni elementi može varirati od jedan do osam. Dakle, u perhlornoj kiselini $HClO_4$, element vodonik je jednovalentan, kiseonik je dvovalentan, a hlor je sedmovalentan. U molekulu ksenonskog oksida $XeO_4$, valencija ksenona dostiže osam. Sve ovo je jasno prikazano sljedećim strukturnim formulama, koje pokazuju redoslijed međusobnog vezivanja atoma u molekuli u skladu s njihovim valencijama (s jednim valentnim prostimm koji odgovara svakoj valentnoj jedinici):

Definicija

Trenutno ispod valencija razumjeti broj elektronskih parova pomoću kojih je dati atom vezan za druge atome.

Valence(ili kovalentnost) određena brojem kovalentne veze formiran od datog atoma u jedinjenju. Ovo uzima u obzir i kovalentne veze nastale mehanizmom razmjene i kovalentne veze nastale mehanizmom donor-akceptor.

Valencija nema znaka!

Budući da postoje dva mehanizma za formiranje kovalentne veze (mehanizam uparivanja elektrona i mehanizam donor-akceptor), valentne sposobnosti atoma zavise od:

  • broj nesparenih elektrona u datom atomu;
  • od dostupnosti slobodnih atomske orbitale u vanjskom nivou;
  • na broj nepodijeljenih elektronskih parova.

Valencija elemenata prvog perioda ne može biti veća od I, valenca elemenata drugog perioda ne može biti veća od IV. Počevši od trećeg perioda, valencija elemenata se može povećati na VIII (na primjer, $XeO_4$) u skladu sa brojem grupe u kojoj se element nalazi.

Razmotrimo, na primjer, valentne mogućnosti atoma određenog broja elemenata.

VALENTNE SPOSOBNOSTI VODIKA

Atom vodonika ima jedan valentni elektron, što se odražava elektronskom formulom $1s^1$ ili grafičkom formulom:

Zbog ovog nesparenog elektrona, atom vodika može formirati samo jednu kovalentnu vezu sa bilo kojim drugim atomom mehanizmom uparivanja (ili socijalizacije) elektrona. Ne postoje druge mogućnosti valencije za atom vodonika. Prema tome, vodonik pokazuje jednu valenciju jednaku I.

VALENTNE MOGUĆNOSTI FOSFORA

Element fosfor je u trećem periodu, u glavnoj podgrupi pete grupe. Elektronska konfiguracija njegovih valentnih elektrona je $3s^23p^3$ ili

Kao analog azota, fosfor takođe može pokazati valencije I, II, III i IV. Ali pošto su slobodne $3d$-orbitale dostupne za elemente trećeg perioda, atom fosfora može preći u pobuđeno stanje prenošenjem jednog od $s$-elektrona na $d$-podnivo:

Dakle, atom fosfora može formirati pet kovalentnih veza mehanizmom izmjene. Fosfor pokazuje maksimalnu valenciju V u molekulima $PF_5$, $H_3PO_4$, $POCl_3$, itd.:

STEPEN OKSIDACIJE

Definicija

Oksidacijsko stanje je uvjetni naboj atoma u spoju, pod pretpostavkom da su sve veze u tom spoju jonske (tj. svi vezni elektronski parovi su u potpunosti pomjereni prema atomu elektronegativnijeg elementa).

Drugim riječima, oksidacijsko stanje je broj koji pokazuje koliko je elektrona atom predao (+ naboj) ili primio (- naboj) kada je nastala kemijska veza s drugim atomom.

Za razliku od valencije, oksidacijsko stanje ima predznak - može biti negativan, nula ili pozitivan.

Za izračunavanje oksidacijskog stanja atoma u spoju postoji nekoliko jednostavnih pravila:

  • Pretpostavlja se da je oksidacijsko stanje elementa u jednostavnoj tvari nula. Ako je tvar u atomskom stanju, tada je i oksidacijsko stanje njenih atoma jednako nuli.
  • Brojni elementi pokazuju konstantno oksidacijsko stanje u spojevima. Među njima su fluor (-1), alkalni metali (+1), zemnoalkalni metali, berilijum, magnezijum i cink (+2), aluminijum (+3).
  • Kiseonik, po pravilu, pokazuje oksidaciono stanje -2, sa izuzetkom peroksida $H_2O_2$ (−1), superoksida $MO_2$ ($-\frac(1)(2)$), ozonida $M^IO_3 ,\ M^(II )(O_3)_2$ ($-\frac(1)(3)$) i kiseonik fluorid $OF_2$ (+2).
  • Vodonik u kombinaciji sa metalima (u hidridima) pokazuje oksidaciono stanje -1, au jedinjenjima sa nemetalima po pravilu +1 (osim $SiH_4,\ B_2H_6$).
  • Algebarski zbir oksidacionih stanja svih atoma u molekulu mora biti jednak nuli, a u kompleksnom jonu, naboj ovog jona.

Najveće pozitivno oksidaciono stanje jednaka, po pravilu, grupnom broju elementa u periodnom sistemu.

Dakle, sumpor (element grupe VIA) pokazuje najviše oksidaciono stanje +6, azot (element grupe V) - najviše oksidaciono stanje +5, mangan - prelazni element grupe VIIB - najviše oksidaciono stanje +7. Ovo pravilo ne važi za elemente sekundarne podgrupe prve grupe, čija oksidaciona stanja obično prelaze +1, kao ni za elemente sekundarne podgrupe VIII grupe. Takođe, elementi kiseonik i fluor ne pokazuju svoja viša oksidaciona stanja, jednaka broju grupe.

Najniže negativno oksidaciono stanje za nemetalne elemente, određuje se oduzimanjem broja grupe od 8.

Dakle, sumpor (element VIA grupe) pokazuje najniže oksidaciono stanje -2, azot (element V grupe) - najniže oksidaciono stanje -3.

Na temelju gore navedenih pravila, možete pronaći oksidacijsko stanje elementa u bilo kojoj tvari.

$+1 + x = 0 \hrazmak(1,5cm) +2 + 2x = 0 \hrazmak(1,5cm) +3 + 3x = 0$

$x = - 1 \hrazmak(2,3 cm) x = - 1 \hrazmak(2,6 cm) x = - 1$

$\overset(x)(Cl\overset(-2)(O_3))^(-1)$

Hemijski element u jedinjenju, izračunat iz pretpostavke da su sve veze jonske.

Oksidacijska stanja mogu imati pozitivnu, negativnu ili nultu vrijednost, stoga je algebarski zbir oksidacijskih stanja elemenata u molekuli, uzimajući u obzir broj njihovih atoma, 0, au jonu - naboj jona.

1. Oksidacijska stanja metala u jedinjenjima su uvijek pozitivna.

2. Najveće oksidaciono stanje odgovara broju grupe periodični sistem, gdje se ovaj element nalazi (izuzetak je: Au+3(I grupa), Cu+2(II), iz grupe VIII, oksidaciono stanje +8 može biti samo u osmijumu Os i rutenijum Ru.

3. Stanja oksidacije nemetala zavise od toga s kojim atomom su povezani:

  • ako je s atomom metala, tada je oksidacijsko stanje negativno;
  • ako s atomom nemetala, tada oksidacijsko stanje može biti i pozitivno i negativno. Zavisi od elektronegativnosti atoma elemenata.

4. Najveće negativno oksidaciono stanje nemetala može se odrediti tako što se od 8 oduzme broj grupe u kojoj se ovaj element nalazi, tj. najviše pozitivno oksidaciono stanje je jednako broju elektrona na vanjskom sloju, što odgovara broju grupe.

5. Stanja oksidacije jednostavnih supstanci su 0, bez obzira da li se radi o metalu ili nemetalu.

Elementi sa konstantnim oksidacionim stanjima.

Element

Karakteristično oksidaciono stanje

Izuzeci

Metalni hidridi: LIH-1

oksidacijskom stanju naziva se uslovni naboj čestice pod pretpostavkom da je veza potpuno prekinuta (ima jonski karakter).

H- Cl = H + + Cl - ,

Komunikacija u hlorovodonične kiseline kovalentna polarna. Elektronski par je više pristrasan prema atomu Cl - , jer to je više elektronegativni cijeli element.

Kako odrediti stepen oksidacije?

Elektronegativnost je sposobnost atoma da privlače elektrone iz drugih elemenata.

Oksidacijsko stanje je naznačeno iznad elementa: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,K + Cl - itd.

Može biti negativan i pozitivan.

Oksidacijsko stanje jednostavne supstance (nevezano, slobodno stanje) je nula.

Oksidacijsko stanje kisika u većini spojeva je -2 (izuzetak su peroksidi H 2 O 2, gdje je -1 i jedinjenja sa fluorom - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ).

- Oksidacijsko stanje jednostavan jednoatomni ion jednak je njegovom naboju: N / A + , Ca +2 .

Vodik u svojim jedinjenjima ima oksidacijsko stanje +1 (izuzeci su hidridi - N / A + H - i tip veze C +4 H 4 -1 ).

U vezama metal-nemetal, atom koji ima najveću elektronegativnost ima negativno stanje oksidacije (podaci o elektronegativnosti dati su na Paulingovoj skali): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NO 3 ) - itd.

Pravila za određivanje stepena oksidacije u hemijskim jedinjenjima.

Hajde da uzmemo vezu KMnO 4 , potrebno je odrediti oksidacijsko stanje atoma mangana.

Obrazloženje:

  1. Kalijum je alkalni metal u grupi I periodnog sistema i stoga ima samo pozitivno oksidaciono stanje +1.
  2. Poznato je da kiseonik ima oksidaciono stanje od -2 u većini svojih jedinjenja. Ova tvar nije peroksid, što znači da nije izuzetak.
  3. Pravi jednačinu:

K+MnXO 4 -2

Neka X- nama nepoznat stepen oksidacije mangana.

Broj atoma kalija je 1, mangana - 1, kiseonika - 4.

Dokazano je da je molekul kao cjelina električno neutralan, pa njegov ukupni naboj mora biti jednak nuli.

1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0,

X = +7,

Dakle, oksidaciono stanje mangana u kalijum permanganatu = +7.

Uzmimo još jedan primjer oksida Fe2O3.

Potrebno je odrediti oksidacijsko stanje atoma željeza.

Obrazloženje:

  1. Gvožđe je metal, kiseonik je nemetal, što znači da će kiseonik biti oksidaciono sredstvo i imati negativan naboj. Znamo da kiseonik ima oksidaciono stanje od -2.
  2. Razmatramo broj atoma: željezo - 2 atoma, kisik - 3.
  3. Napravimo jednačinu gdje X- oksidacijsko stanje atoma željeza:

2*(X) + 3*(-2) = 0,

Zaključak: oksidacijsko stanje željeza u ovom oksidu je +3.

Primjeri. Odredite oksidaciona stanja svih atoma u molekuli.

1. K2Cr2O7.

Oksidacijsko stanje K+1, kiseonik O -2.

Zadati indeksi: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2).

Jer algebarski zbir oksidacijskih stanja elemenata u molekuli, uzimajući u obzir broj njihovih atoma, je 0, tada je broj pozitivnih oksidacijskih stanja jednak broju negativnih. Stanja oksidacije K+O=(-14)+(+2)=(-12).

Iz ovoga proizilazi da je broj pozitivnih snaga atoma hroma 12, ali u molekulu ima 2 atoma, što znači da ima (+12):2=(+6) po atomu. odgovor: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2.

2.(AsO 4) 3-.

AT ovaj slučaj zbir oksidacionih stanja više neće biti jednak nuli, već naboju jona, tj. - 3. Napravimo jednačinu: x+4×(- 2)= - 3 .

odgovor: (Kao +5 O 4 -2) 3-.

Teme USE kodifikator: Elektronegativnost. Stepen oksidacije i valencije hemijskih elemenata.

Kada atomi interaguju i formiraju se, elektroni između njih su u većini slučajeva neravnomjerno raspoređeni, jer se svojstva atoma razlikuju. Više elektronegativni atom jače privlači k sebi gustinu elektrona. Atom koji je privukao gustinu elektrona na sebe dobiva djelomični negativni naboj. δ — , njegov "partner" je djelomični pozitivan naboj δ+ . Ako razlika u elektronegativnosti atoma koji formiraju vezu ne prelazi 1,7, vezu nazivamo kovalentna polarna . Ako je razlika u formiranju elektronegativnosti hemijska veza, prelazi 1,7, onda takvu vezu nazivamo jonski .

Oksidacijsko stanje je pomoćni uslovni naboj atoma elementa u spoju, izračunat iz pretpostavke da su sva jedinjenja sastavljena od jona (sve polarne veze su jonske).

Šta znači "uslovna optužba"? Jednostavno se slažemo da ćemo malo pojednostaviti stvari: smatrat ćemo sve polarne veze potpuno ionskim, i smatrat ćemo da elektron potpuno napušta ili dolazi iz jednog atoma u drugi, čak i ako u stvari nije. I uslovno, elektron ostavlja manje elektronegativni atom za elektronegativniji.

Na primjer, u H-Cl vezi, vjerujemo da je vodonik uslovno "dao" elektron, a njegov naboj je postao +1, a hlor je "prihvatio" elektron, a njegov naboj je postao -1. U stvari, ne postoje takvi ukupni naboji na ovim atomima.

Sigurno imate pitanje - zašto izmišljati nešto što ne postoji? Ovo nije podmukli plan hemičara, sve je jednostavno: takav model je vrlo zgodan. Ideje o oksidacionom stanju elemenata korisne su pri sastavljanju klasifikacija hemijske supstance, opisujući njihova svojstva, formulaciju spojeva i nomenklaturu. Posebno se često koriste oksidaciona stanja kada se radi sa redoks reakcije.

Stanja oksidacije su viši, niže i srednji.

Više oksidaciono stanje je jednako broju grupe sa predznakom plus.

Inferiorni definira se kao broj grupe minus 8.

I srednji oksidacijsko stanje je gotovo bilo koji cijeli broj u rasponu od najniži stepen oksidacije do najviše.

Na primjer, dušik karakterizira: najveće oksidacijsko stanje je +5, najniže 5 - 8 \u003d -3, a srednja oksidacijska stanja su od -3 do +5. Na primjer, u hidrazinu N 2 H 4, oksidacijsko stanje dušika je srednje, -2.

Najčešće je oksidacijsko stanje atoma u složene supstance označen prvo znakom, a zatim brojem, na primjer +1, +2, -2 itd. Kada je u pitanju naboj jona (pod pretpostavkom da ion zaista postoji u spoju), onda prvo navedite broj, a zatim znak. Na primjer: Ca 2+ , CO 3 2- .

Za pronalaženje stanja oksidacije koristite sljedeće pravila :

  1. Oksidacijsko stanje atoma u jednostavne supstance jednaka je nuli;
  2. AT neutralnih molekula algebarski zbir oksidacionih stanja je nula, za ione je ovaj zbir jednak naboju jona;
  3. Oksidacijsko stanje alkalni metali (elementi grupe I glavne podgrupe) u jedinjenjima je +1, oksidaciono stanje zemnoalkalni metali (elementi II grupe glavne podgrupe) u jedinjenjima je +2; oksidacijskom stanju aluminijum u jedinjenjima je +3;
  4. Oksidacijsko stanje vodonik u jedinjenjima sa metalima (- NaH, CaH 2, itd.) jednaka je -1 ; u spojevima s nemetalima () +1 ;
  5. Oksidacijsko stanje kiseonik je jednako -2 . Izuzetak konstituisati peroksidi- jedinjenja koja sadrže -O-O- grupu, gde je oksidaciono stanje kiseonika -1 , i neka druga jedinjenja ( superoksidi, ozonidi, kiseonik fluoridi OF 2 i sl.);
  6. Oksidacijsko stanje fluor u svim složenim supstancama jednaka je -1 .

Gore navedene su situacije kada se uzme u obzir stepen oksidacije trajno . Za sve ostale hemijske elemente, oksidaciono stanje — varijabla, i ovisi o redu i vrsti atoma u spoju.

Primjeri:

Vježbajte: odrediti oksidaciona stanja elemenata u molekulu kalijum dihromata: K 2 Cr 2 O 7.

Rješenje: oksidaciono stanje kalijuma je +1, oksidaciono stanje hroma je označeno kao X, oksidacijsko stanje kisika -2. Zbir svih oksidacionih stanja svih atoma u molekulu je 0. Dobijamo jednačinu: +1*2+2*x-2*7=0. Riješimo to, dobijemo oksidacijsko stanje hroma +6.

U binarnim spojevima, elektronegativniji element karakterizira negativno stanje oksidacije, manje elektronegativni element karakterizira pozitivno.

Zapiši to koncept oksidacijskog stanja je vrlo uvjetovan! Oksidacijsko stanje ne pokazuje pravi naboj atoma i nema pravo fizičko značenje.. Ovo je pojednostavljeni model koji efikasno funkcioniše kada trebamo, na primer, da izjednačimo koeficijente u jednačini hemijska reakcija, ili za algoritmizaciju klasifikacije supstanci.

Oksidacijsko stanje nije valencija! Oksidacijsko stanje i valencija se u mnogim slučajevima ne poklapaju. Na primjer, valencija vodika u jednostavnoj tvari H 2 je I, a oksidacijsko stanje, prema pravilu 1, je 0.

Ovo su osnovna pravila koja će vam u većini slučajeva pomoći da odredite oksidacijsko stanje atoma u spojevima.

U nekim situacijama može vam biti teško odrediti oksidacijsko stanje atoma. Pogledajmo neke od ovih situacija i kako ih riješiti:

  1. U dvostrukim (solinim) oksidima, stepen kod atoma, po pravilu, je dva oksidaciona stanja. Na primjer, u oksidu željeza Fe 3 O 4 željezo ima dva oksidaciona stanja: +2 i +3. Koju naznačiti? Oba. Da pojednostavimo, ovo jedinjenje se može predstaviti kao so: Fe (FeO 2) 2. U ovom slučaju, kiselinski ostatak formira atom sa oksidacijskim stanjem +3. Ili se dvostruki oksid može predstaviti na sljedeći način: FeO * Fe 2 O 3.
  2. U perokso spojevima se u pravilu mijenja stupanj oksidacije atoma kisika povezanih kovalentnim nepolarnim vezama. Na primjer, u vodikovom peroksidu H 2 O 2 i peroksidima alkalnih metala, oksidacijsko stanje kisika je -1, jer jedna od veza je kovalentna nepolarna (H-O-O-H). Drugi primjer je peroksomonosumporna kiselina (Caro kiselina) H 2 SO 5 (vidi sliku) sadrži dva atoma kisika s oksidacijskim stanjem od -1, a preostali atomi sa oksidacijskim stanjem od -2, tako da će sljedeći unos biti razumljiviji: H 2 SO 3 (O2). Poznata su i hrom perokso jedinjenja - na primer, hrom (VI) peroksid CrO (O 2) 2 ili CrO 5, i mnogi drugi.
  3. Drugi primjer spojeva sa nejasnim oksidacijskim stanjima su superoksidi (NaO 2) i soli slični ozonidi KO 3 . U ovom slučaju, prikladnije je govoriti o molekularnom ionu O 2 sa nabojem od -1 i O 3 sa nabojem od -1. Strukturu takvih čestica opisuju neki modeli koji su na ruskom jeziku nastavni plan i program položiti prve kurseve hemijskih univerziteta: MO LCAO, metoda superpozicije valentnih šema itd.
  4. U organskim jedinjenjima koncept oksidacijskog stanja nije baš prikladan za korištenje, jer između atoma ugljika postoji veliki broj kovalentne nepolarne veze. Međutim, ako nacrtate strukturnu formulu molekule, tada se oksidacijsko stanje svakog atoma može odrediti i vrstom i brojem atoma s kojima je ovaj atom direktno vezan. Na primjer, za primarne atome ugljika u ugljovodonicima, oksidacijsko stanje je -3, za sekundarne -2, za tercijarne atome -1, za kvartarne - 0.

Vježbajmo određivanje oksidacijskog stanja atoma u organskim jedinjenjima. Da biste to učinili, potrebno je nacrtati kompletnu strukturnu formulu atoma i odabrati atom ugljika s njegovim neposrednim okruženjem - atome s kojima je direktno povezan.

  • Da biste pojednostavili proračune, možete koristiti tablicu rastvorljivosti - tamo su naznačeni naboji najčešćih iona. Na većini Ruski ispiti u hemiji (USE, GIA, DVI) je dozvoljena upotreba tabele rastvorljivosti. Ovo je gotova varalica koja u mnogim slučajevima može uštedjeti mnogo vremena.
  • Prilikom izračunavanja oksidacijskog stanja elemenata u složenim supstancama, prvo naznačimo oksidaciona stanja elemenata za koja pouzdano znamo (elementi s konstantnim oksidacijskim stanjem), a oksidacijsko stanje elemenata s promjenjivim oksidacijskim stanjem označavamo sa x. Zbir svih naboja svih čestica jednak je nuli u molekulu ili jednak naboju jona u jonu. Lako je formirati i riješiti jednačinu iz ovih podataka.

Pročitajte također