Formalni naboj atoma u spojevima je pomoćna veličina, obično se koristi u opisima svojstava elemenata u kemiji. Ovaj uvjetni električni naboj je stupanj oksidacije. Njegovo se značenje mijenja kao rezultat mnogih kemijski procesi. Iako je naboj formalan, on zorno karakterizira svojstva i ponašanje atoma u redoks reakcijama (ORD).

Oksidacija i redukcija

U prošlosti su kemičari koristili izraz "oksidacija" za opisivanje interakcije kisika s drugim elementima. Naziv reakcija dolazi od latinskog naziva za kisik - Oxygenium. Kasnije se pokazalo da i drugi elementi oksidiraju. U ovom slučaju, oni se obnavljaju - pričvršćuju elektrone. Svaki atom tijekom nastajanja molekule mijenja strukturu svoje valencije elektronska ljuska. U tom slučaju pojavljuje se formalni naboj, čija vrijednost ovisi o broju uvjetno danih ili primljenih elektrona. Za karakterizaciju ove vrijednosti ranije je korišten engleski kemijski izraz "oxidation number", što u prijevodu znači "oksidacijski broj". Njegova se uporaba temelji na pretpostavci da vezni elektroni u molekulama ili ionima pripadaju atomu s većom elektronegativnošću (EO). Sposobnost zadržavanja svojih elektrona i privlačenja od drugih atoma dobro je izražena kod jakih nemetala (halogeni, kisik). Jaki metali (natrij, kalij, litij, kalcij, drugi alkalijski i zemnoalkalijski elementi) imaju suprotna svojstva.

Određivanje stupnja oksidacije

Oksidacijsko stanje je naboj koji bi atom stekao da su elektroni uključeni u stvaranje veze potpuno pomaknuti na elektronegativniji element. Postoje tvari koje nemaju molekularnu strukturu (halogenidi alkalijskih metala i drugi spojevi). U tim se slučajevima oksidacijsko stanje podudara s nabojem iona. Uvjetni ili stvarni naboj pokazuje koji se proces odvijao prije nego što su atomi poprimili trenutno stanje. Pozitivan oksidacijski broj je ukupno elektroni koji su uklonjeni iz atoma. Negativna vrijednost oksidacijskog stanja jednaka je broju stečenih elektrona. Promjenom oksidacijskog stanja kemijskog elementa prosuđuje se što se događa s njegovim atomima tijekom reakcije (i obrnuto). Boja tvari određuje koje su promjene u oksidacijskom stanju nastale. Spojevi kroma, željeza i niza drugih elemenata u kojima oni pokazuju različite valencije različito su obojeni.

Negativne, nulte i pozitivne vrijednosti oksidacijskog stanja

Jednostavne tvari tvore kemijski elementi s istom vrijednošću EO. U tom slučaju vezni elektroni pripadaju svim strukturnim česticama jednako. Stoga, u jednostavne tvari elementi nemaju oksidacijsko stanje (H 0 2, O 0 2, C 0). Kada atomi prihvate elektrone ili se opći oblak pomakne u njihovom smjeru, uobičajeno je pisati naboje s predznakom minus. Na primjer, F -1, O -2, C -4. Doniranjem elektrona atomi dobivaju stvarni ili formalni pozitivni naboj. U OF 2 oksidu, atom kisika daje po jedan elektron dvama atomima fluora i nalazi se u O +2 oksidacijskom stanju. Vjeruje se da u molekuli ili višeatomnom ionu elektronegativniji atomi primaju sve vezne elektrone.

Sumpor je element koji pokazuje različite valencije i oksidacijska stanja.

Kemijski elementi glavnih podskupina često pokazuju nižu valenciju jednaku VIII. Na primjer, valencija sumpora u vodikovom sulfidu i metalnim sulfidima je II. Element karakteriziraju srednje i više valencije u pobuđenom stanju, kada atom odustaje od jednog, dva, četiri ili svih šest elektrona i pokazuje valencije I, II, IV, VI. Iste vrijednosti, samo s predznakom minus ili plus, imaju oksidacijska stanja sumpora:

• u fluor sulfidu daje jedan elektron: -1;
• kod sumporovodika najmanja vrijednost: -2;
• u srednjem stanju dioksida: +4;
• u trioksidu, sumpornoj kiselini i sulfatima: +6.

U svom najvišem oksidacijskom stanju sumpor prihvaća samo elektrone; u najnižem stanju pokazuje jaku restorativna svojstva. Atomi S +4 mogu djelovati kao redukcijska ili oksidacijska sredstva u spojevima, ovisno o uvjetima.

Prijenos elektrona u kemijskim reakcijama

U formiranju kristala natrijevog klorida, natrij predaje elektrone elektronegativnijem kloru. Oksidacijska stanja elemenata podudaraju se s nabojima iona: Na +1 Cl -1 . Za molekule stvorene socijalizacijom i premještanjem elektronskih parova na elektronegativniji atom, primjenjiv je samo koncept formalnog naboja. Ali može se pretpostaviti da su svi spojevi sastavljeni od iona. Tada atomi privlačeći elektrone dobivaju uvjetno negativan naboj, a odavanjem dobivaju pozitivan. U reakcijama označite koliko je elektrona istisnuto. Na primjer, u molekuli ugljičnog dioksida C +4 O - 2 2, indeks naveden u gornjem desnom kutu na kemijski simbol ugljik prikazuje broj elektrona uklonjenih iz atoma. Kisik u ovoj tvari ima oksidacijski stupanj -2. Odgovarajući indeks s kemijskim predznakom O je broj dodanih elektrona u atomu.

Kako izračunati oksidacijska stanja

Brojanje broja elektrona koje su donirali i dodali atomi može biti dugotrajan. Sljedeća pravila olakšavaju ovaj zadatak:

1. U jednostavnim tvarima oksidacijska su stanja nula.
2. Zbroj oksidacije svih atoma ili iona u neutralnoj tvari jednak je nuli.
3. U složenom ionu zbroj oksidacijskih stanja svih elemenata mora odgovarati naboju cijele čestice.
4. Elektronegativniji atom dobiva negativno oksidacijsko stanje, koje se piše s predznakom minus.
5. Manje elektronegativni elementi dobivaju pozitivna oksidacijska stanja, pišu se znakom plus.
6. Kisik općenito ima oksidacijski stupanj -2.
7. Za vodik je karakteristična vrijednost: +1, u hidridima metala javlja se: H-1.
8. Fluor je najelektronegativniji od svih elemenata, njegovo oksidacijsko stanje je uvijek -4.
9. Za većinu metala oksidacijski brojevi i valencije su isti.

Oksidacijsko stanje i valencija

Većina spojeva nastaje kao rezultat redoks procesa. Prijelaz ili premještanje elektrona s jednog elementa na drugi dovodi do promjene njihovog oksidacijskog stanja i valencije. Često se te vrijednosti podudaraju. Kao sinonim za pojam "oksidacijsko stanje" može se koristiti izraz "elektrokemijska valencija". Ali postoje iznimke, na primjer, u amonijevom ionu, dušik je četverovalentan. U isto vrijeme, atom ovog elementa je u oksidacijskom stanju -3. U organskim tvarima ugljik je uvijek četverovalentan, ali oksidacijska stanja C atoma u metanu CH 4, mravljem alkoholu CH 3 OH i kiselini HCOOH imaju različite vrijednosti: -4, -2 i +2.

Redoks reakcije

Redoks procesi uključuju mnoge najvažnije procese u industriji, tehnologiji, živoj i neživoj prirodi: izgaranje, koroziju, fermentaciju, unutarstanično disanje, fotosintezu i druge pojave.

Prilikom sastavljanja OVR jednadžbi, koeficijenti se odabiru pomoću metode elektronske bilance, u kojoj se upravlja sljedećim kategorijama:

• oksidacijska stanja;
• redukcijsko sredstvo predaje elektrone i oksidira se;
• oksidacijsko sredstvo prihvaća elektrone i reducira se;
• broj danih elektrona mora biti jednak broju pripojenih.

Stjecanje elektrona od strane atoma dovodi do smanjenja njegovog oksidacijskog stanja (redukcije). Gubitak jednog ili više elektrona od strane atoma popraćen je povećanjem oksidacijskog broja elementa kao rezultat reakcija. Za OVR, strujanje između iona jakih elektrolita u vodenim otopinama, češće se ne koristi elektronska vaga, već metoda polureakcija.

Spojevi s oksidacijskim stupnjem –2. Najvažniji spojevi sumpora u oksidacijskom stupnju -2 su vodikov sulfid i sulfidi. Sumporovodik - H 2 S - bezbojni plin s karakterističnim mirisom truležih proteina, otrovan. Molekula vodikovog sulfida ima kutni oblik, kut veze je 92º. Nastaje izravnom interakcijom vodika i para sumpora. U laboratoriju se sumporovodik proizvodi djelovanjem jake kiseline za metalne sulfide:

Na2S + 2HCl \u003d 2NaCl + H2S

Vodikov sulfid je jako redukcijsko sredstvo, koje oksidira čak i sumporov oksid (IV).

2H 2 S -2 + S +4 O 2 \u003d 3S 0 + 2H 2 O

Ovisno o uvjetima produkti oksidacije sulfida mogu biti S, SO 2 ili H 2 SO 4:

2KMnO4 + 5H2S -2 + 3H2SO4® 2MnSO4 + 5S + K2SO4 + 8H20;

H 2 S -2 + 4Br 2 + 4H 2 O = H 2 S +4 O 4 + 8HBr

Na zraku iu atmosferi kisika vodikov sulfid izgara, stvarajući sumpor ili SO 2, ovisno o uvjetima.

Vodikov sulfid slabo je topiv u vodi (2,5 volumena H 2 S po 1 volumenu vode) i ponaša se kao slaba dvobazna kiselina.

H2SH++HS-; K 1 \u003d 1 × 10 -7

HS - H + + S 2-; K 2 \u003d 2,5 × 10 -13

Kao dvobazna kiselina, sumporovodik tvori dva niza soli: hidrosulfide ( kisele soli) i sulfidi (srednje soli). Na primjer, NaHS je hidrosulfid, a Na 2 S je natrijev sulfid.

Sulfidi većine metala u vodi slabo su topljivi, obojeni u karakteristične boje i razlikuju se po topljivosti u kiselinama: ZnS - bijeli, CdS - žuto-narančasti, MnS - boje mesa, HgS, CuS, PbS, FeS - crni, SnS - smeđi , SnS 2 - žuta. Alkalni sulfidi su lako topljivi u vodi. zemnoalkalijski metali a također i amonijev sulfid. Topljivi sulfidi su visoko hidrolizirani.

Na 2 S + H 2 O NaHS + NaOH

Sulfidi su, kao i oksidi, bazični, kiseli i amfoterni. Glavna svojstva su sulfidi alkalnih i zemnoalkalijskih metala, svojstva kiselina- sulfidi nemetala. Razlika u kemijskoj prirodi sulfida očituje se u reakcijama hidrolize i u međusobnom međudjelovanju sulfida različite prirode. Tijekom hidrolize, bazični sulfidi formiraju alkalni medij, kiseli sulfidi se nepovratno hidroliziraju uz stvaranje odgovarajućih kiselina:

SiS 2 + 3H 2 O \u003d H 2 SiO 3 + 2H 2 S

Amfoterni sulfidi su netopljivi u vodi, neki od njih, na primjer, sulfidi aluminija, željeza (III), kroma (III), potpuno su hidrolizirani:

Al 2 S 3 + 3 H 2 O \u003d 2 Al (OH) 3 + 3 H 2 S

Međusobnim djelovanjem bazičnih i kiselih sulfida nastaju tiosoli. Tiokiseline koje im odgovaraju obično su nestabilne, njihova je razgradnja slična razgradnji kiselina koje sadrže kisik.

CS2 + Na2S \u003d Na2CS3; Na2CS3 + H2SO4 \u003d H2CS3 + Na2SO4;

natrijev tiokarbonat tiokarbonska kiselina

H2CS3 = H2S + CS2

persulfidni spojevi. Tendencija sumpora da stvara homolance ostvaruje se u persulfidima (polisulfidima), koji nastaju zagrijavanjem otopina sulfida sa sumporom:

Na 2 S + (n-1) S \u003d Na 2 S n

Persulfidi se nalaze u prirodi, npr. rasprostranjeni mineral pirit FeS 2 je željezo(II) persulfid. Pod djelovanjem mineralnih kiselina na otopine polisulfida izolirani su polisulfani - nestabilne uljne tvari sastava H 2 S n, gdje n varira od 2 do 23.

Persulfidi, kao i peroksidi, pokazuju i oksidirajuća i redukcijska svojstva, a također lako postaju disproporcionalni.

Na 2 S 2 + SnS \u003d SnS 2 + Na 2 S; 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2;

Na 2 S 2 -1 \u003d S 0 + Na 2 S -2

Spojevi sa stupnjem oksidacije +4. Najvažniji je sumporni oksid (IV) - bezbojni plin s oštrim neugodnim mirisom zapaljenog sumpora. Molekula SO 2 ima kutnu strukturu (kut OSO je 119,5 °):

U industriji se SO 2 dobiva prženjem pirita ili spaljivanjem sumpora. Laboratorijska metoda dobivanja sumporovog dioksida - djelovanje jakih mineralnih kiselina na sulfite.

Na 2 SO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + SO 2 + H 2 O

Sumpor(IV) oksid je energetski redukcijski agens

S +4 O 2 + Cl 2 \u003d S +6 O 2 Cl 2,

ali u interakciji s jakim redukcijskim sredstvima može djelovati kao oksidacijsko sredstvo:

2H 2 S + S + 4 O 2 \u003d 3S 0 + 2H 2 O

Sumporni dioksid je visoko topljiv u vodi (40 volumena po 1 volumenu vode). U vodenoj otopini, hidratizirane molekule SO 2 djelomično disociraju i formiraju vodikov kation:

SO 2 × H 2 O H + + HSO 3 - 2H + + SO 3 2-

Zbog toga se vodena otopina sumporovog dioksida često smatra otopinom sumporaste kiseline - H 2 SO 3, iako se čini da taj spoj u stvarnosti ne postoji. Međutim, soli sumporne kiseline su stabilne i mogu se pojedinačno izolirati:

SO2 + NaOH \u003d NaHS03; SO2 + 2NaOH \u003d Na2SO3

natrijev hidrosulfit natrijev sulfit

Sulfitni anion ima strukturu trigonalne piramide s atomom sumpora na vrhu. Usamljeni par atoma sumpora je prostorno usmjeren, stoga se anion, aktivni donor elektronskog para, lako pretvara u tetraedarski HSO 3 - i postoji u obliku dva tautomerna oblika:

Sulfiti alkalnih metala vrlo su topljivi u vodi, uglavnom hidrolizirani:

SO 3 2- + H 2 O HSO 3 - + OH -

Jaki redukcijski agensi, tijekom skladištenja svojih otopina, postupno se oksidiraju atmosferskim kisikom, kada se zagrijavaju, disproporcionalni su:

2Na 2 S +4 O 3 + O 2 \u003d 2Na 2 S +6 O 4; 4Na 2 S +4 O 3 \u003d Na 2 S -2 + 3Na 2 S +6 O 4

Oksidacijsko stanje +4 pojavljuje se u halogenidima i oksohalidima:

SF 4 SOF 2 SOCl 2 SOBr 2

Sumpor(IV) fluorid Sumpor(IV) oksofluorid Sumpor(IV) oksoklorid Sumpor(IV) oksobromid

U svim navedenim molekulama, usamljeni elektronski par je lokaliziran na atomu sumpora, SF 4 ima oblik iskrivljenog tetraedra (bisfenoid), SOHal 2 je trigonalna piramida.

Sumpor(IV) fluorid je bezbojan plin. Sumpor(IV) oksoklorid (tionil klorid, tionil klorid) je bezbojna tekućina oštrog mirisa. Ove tvari se naširoko koriste u organskoj sintezi za dobivanje organofluornih i klornih spojeva.

Spojevi ovog tipa su kiseli, što dokazuje njihov odnos prema vodi:

SF4 + 3H20 \u003d H2SO3 + 4HF; SOCl2 + 2H20 \u003d H2SO3 + 2HCl.

Spojevi sa stupnjem oksidacije +6:

SF 6 SO 2 Cl 2 SO 3 H 2 SO 4 2-

sumpor(VI) fluorid, sumpor(VI) dioksodiklorid, sumpor(VI) oksid sumporna kiselina sulfatni anion

Sumporov heksafluorid je bezbojni inertni plin koji se koristi kao plinoviti dielektrik. Molekula SF 6 je visoko simetrična i ima geometriju oktaedra. SO 2 Cl 2 (sulfuril klorid, sulfuril klorid) - bezbojna tekućina koja dimi u zraku uslijed hidrolize, koristi se u organskoj sintezi kao reagens za kloriranje:

SO 2 Cl 2 + 2 H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 2 HCl

Sumpor(VI) oksid je bezbojna tekućina (t.k. 44,8 °C, t.t. 16,8 °C). U plinovitom stanju SO 3 ima monomernu strukturu; u tekućem stanju uglavnom postoji u obliku cikličkih trimernih molekula; u čvrstom stanju je polimer.

U industriji se sumporni trioksid dobiva katalitičkom oksidacijom njegovog dioksida:

2SO 2 + O 2 ¾® 2SO 3

U laboratoriju se SO 3 može dobiti destilacijom oleuma – otopine sumporovog trioksida u sumpornoj kiselini.

SO3 je tipičan kiseli oksid koji snažno veže vodu i druge reagense koji sadrže proton:

SO3 + H20 \u003d H2SO4; SO 3 + HF = HOSO 2 F

fluorsulfonska (fluorosulfonska)

kiselina

Sumporna kiselina- H 2 SO 4 - bezbojna uljasta tekućina, tako pl. 10,4 °C, t.k. 340 °C (uz razgradnju). Dobro topljiv u vodi, jaka dvobazna kiselina. Koncentrirana sumporna kiselina je snažno oksidacijsko sredstvo, osobito kada se zagrijava. Oksidira nemetale i metale koji su u nizu standardnih elektrodnih potencijala desno od vodika:

C + 2H2SO4 \u003d CO2 + 2SO2 + 2H20; Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Interakcija s više aktivni metali, sumporna kiselina se može reducirati u sumpor ili vodikov sulfid, na primjer,

4Zn + 5H 2 SO 4 (konc.) = 4ZnSO 4 + H 2 S + 4 H 2 O

Hladna koncentrirana sumporna kiselina pasivizira mnoge metale (željezo, olovo, aluminij, krom) zbog stvaranja gustog oksidnog ili solnog filma na njihovoj površini.

Sumporna kiselina tvori dvije serije soli: one koje sadrže sulfatni anion - SO 4 2- (srednje soli) i koje sadrže hidrosulfatni anion - HSO 4 - (kisele soli). Sulfati su uglavnom dobro topljivi u vodi, slabo topljivi BaSO 4 , SrSO 4 , PbSO 4 , Cu 2 SO 4 . Stvaranje bijelog fino kristalnog taloga barijevog sulfata kada se izloži otopini barijevog klorida kvalitativna je reakcija na sulfatni anion. Ova se reakcija također koristi za kvantitativno određivanje sumpora.

Ba 2+ + SO 4 2- \u003d BaSO 4 ¯

Najvažnije soli sumporne kiseline su: Na 2 SO 4 × 10H 2 O - mirabilit, Glauberova sol - koristi se u proizvodnji sode i stakla; MgSO 4 × 7H 2 O - gorka Epsom sol - koristi se u medicini kao laksativ, za doradu tkanina, za štavljenje kože; CaSO 4 × 2H 2 O - gips - koristi se u medicini i građevinarstvu; CaSO 4 ×1 / 2H 2 O - alabaster - koristi se kao građevinski materijal; CuSO 4 × 5H 2 O - bakrov sulfat - koristi se u poljoprivredi za zaštitu biljaka od gljivičnih bolesti; FeSO 4 × 7H 2 O - željezni sulfat - koristi se u poljoprivredi kao mikrognojivo i u obradi vode kao koagulator; K 2 SO 4 × Al 2 (SO 4) 3 × 24H 2 O - kalijev alum - koristi se za štavljenje kože.

Sinteza sumporne kiseline u industriji provodi se kontaktnom metodom, čija je prva faza prženje pirita:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2SO 2 + O 2 \u003d 2SO 3

Kada se SO 3 otopi u koncentriranoj sumpornoj kiselini, nastaje cijeli niz polisumpornih kiselina. Mješavina H 2 SO 4, H 2 S 2 O 7, H 2 S 3 O 10, H 2 S 4 O 13 je gusta uljasta tekućina koja dimi na zraku - oleum. Kada se oleum razrijedi vodom S-O-S veze lome i polisumporne kiseline se prevode u sumpornu kiselinu potrebne koncentracije.

Pirosumporna (dvosumporna) kiselina- H 2 S 2 O 7:

Bezbojni, topljivi kristali oslobođeni iz oleuma.

SO 3 + H 2 SO 4 \u003d H 2 S 2 O 7

Dobivaju se soli pirosumporne kiseline - pirosulfati (disulfati). termalno raspadanje hidrosulfati:

KHSO 4 \u003d K 2 S 2 O 7 + H 2 O

Tiosumporna kiselina- H 2 S 2 O 3 - postoji u dva tautomerna oblika:

U vodenim otopinama je nestabilan i raspada se uz oslobađanje sumpora i SO2:

H 2 S 2 O 3 \u003d S¯ + SO 2 + H 2 O

Soli tiosumporne kiseline - tiosulfati - stabilne su i mogu se dobiti kuhanjem sumpora s vodenim otopinama sulfita:

Na 2 SO 3 + S \u003d Na 2 S 2 O 3

Svojstva tiosulfata određena su prisutnošću atoma sumpora u dva različita oksidacijska stanja -2 i +6. Dakle, prisutnost sumpora u oksidacijskom stanju -2 određuje redukcijska svojstva:

Na 2 SO 3 S -2 + Cl 2 + H 2 O \u003d Na 2 S + 6 O 4 + S 0 + 2HCl

Natrijev tiosulfat naširoko se koristi u fotografiji kao fiksativ iu analitičkoj kemiji za kvantitativno određivanje joda i tvari koje otpuštaju jod (jodometrijska analiza).

Politionske kiseline. Tetraedarske strukturne jedinice u polisumpornim kiselinama mogu se kombinirati preko atoma sumpora, što rezultira spojevima opće formule H 2 S x O 6, u kojoj x = 2 - 6.

Politionske kiseline su nestabilne, ali stvaraju stabilne soli - politionate. Na primjer. natrijev tetrationat nastaje djelovanjem joda na vodenu otopinu natrijeva tiosulfata:

Na 2 S 2 O 3 + I 2 = Na 2 S 4 O 6 + 2NaI

Peroksosumporne (persumporne) kiseline. Ulogu mosta koji povezuje strukturne jedinice polisumpornih kiselina može igrati peroksidna skupina. Ista skupina je dio monopersumporne kiseline:

H 2 SO 5 - monopersumporna kiselina H 2 S 2 O 8 - peroksodisumporna kiselina

(karonska kiselina)

Peroksosumporne kiseline se hidroliziraju u vodikov peroksid:

H2SO5 + H20 = H2SO4 + H202; H 2 S 2 O 8 + 2 H 2 O = 2 H 2 SO 4 + H 2 O 2.

Peroksidisumporna kiselina dobiva se elektrolizom vodene otopine sumporne kiseline:

2HSO 4 - - 2e - \u003d H 2 S 2 O 8

Tvori soli - persulfate. Amonijev persulfat - (NH 4) 2 S 2 O 8 - koristi se u laboratoriju kao oksidacijsko sredstvo.

Oksidacijsko stanje je uvjetni naboj atoma u spoju, izračunat pod pretpostavkom da se sastoji samo od iona. Pri definiranju ovog koncepta uvjetno se pretpostavlja da vezni (valentni) elektroni prelaze na više elektronegativnih atoma (vidi Elektronegativnost), pa se stoga spojevi sastoje, takoreći, od pozitivno i negativno nabijenih iona. Oksidacijsko stanje može imati nultu, negativnu i pozitivnu vrijednost, koja se obično nalazi iznad simbola elementa na vrhu: .

Nulta vrijednost oksidacijskog stupnja pripisuje se atomima elemenata u slobodnom stanju, npr.: . Negativnu vrijednost stupnja oksidacije imaju oni atomi, prema kojima se pomiče vezni elektronski oblak (elektronski par). Za fluor u svim njegovim spojevima, to je -1. Atomi koji doniraju valentne elektrone drugim atomima imaju pozitivno oksidacijsko stanje. Na primjer, u alkalijskim i zemnoalkalijskim metalima, jednak je i U jednostavnim ionima, kao što je K, jednak je naboju iona. U većini spojeva oksidacijsko stanje atoma vodika je jednako, ali u metalnim hidridima (njihovim spojevima s vodikom) - i ostalima - ono je -1. Kisik karakterizira oksidacijsko stanje -2, ali npr. u kombinaciji s fluorom bit će, au peroksidnim spojevima itd.) -1. U nekim slučajevima ova se vrijednost može izraziti i razlomački broj: za željezo u željeznom oksidu (II, III) jednako je .

Algebarski zbroj oksidacijskih stanja atoma u spoju je nula, a u složenom ionu to je naboj iona. Pomoću ovog pravila izračunavamo, na primjer, oksidacijsko stanje fosfora u ortofosfornoj kiselini. Označivši to kroz i pomnoživši oksidacijsko stanje za vodik i kisik s brojem njihovih atoma u spoju, dobivamo jednadžbu: odakle. Slično, izračunavamo oksidacijsko stanje kroma u ionu -.

U spojevima će oksidacijsko stanje mangana biti, respektivno.

Najviše oksidacijsko stanje je njegova najveća pozitivna vrijednost. Za većinu elemenata jednak je broju skupine u periodnom sustavu i važna je kvantitativna karakteristika elementa u njegovim spojevima. Najniža vrijednost obično se naziva oksidacijsko stanje elementa koje se javlja u njegovim spojevima najniži stupanj oksidacija; svi ostali su srednji. Dakle, za sumpor je najviše oksidacijsko stanje jednako, a najniže -2, srednje.

Promjena oksidacijskih stanja elemenata po skupinama periodni sustav odražava učestalost njihove promjene kemijska svojstva s povećanjem serijskog broja.

Pojam oksidacijskog stanja elemenata koristi se u klasifikaciji tvari, opisivanju njihovih svojstava, formuliranju spojeva i njihovih međunarodnih naziva. Ali posebno se široko koristi u proučavanju redoks reakcija. Koncept "oksidacijskog stanja" često se koristi u anorganska kemija umjesto koncepta "valencije" (vidi Valencija).

Podskupina halkogena uključuje sumpor - ovo je drugi element koji se može formirati veliki broj nalazišta rude. Sulfati, sulfidi, oksidi i drugi spojevi sumpora vrlo su rašireni, važni u industriji i prirodi. Stoga ćemo u ovom članku razmotriti što su oni, što je sam sumpor, njegova jednostavna tvar.

Sumpor i njegove karakteristike

Ovaj element ima sljedeći položaj u periodnom sustavu.

1. Šesta skupina, glavna podskupina.
2. Treći mol period.
3. Atomska masa - 32.064.
4. Redni broj je 16, ima isti broj protona i elektrona, a ima i 16 neutrona.
5. Odnosi se na nemetalne elemente.
6. U formulama se čita kao "es", naziv elementa sumpor, latinski sumpor.

U prirodi postoje četiri stabilna izotopa s masenim brojevima 32, 33, 34 i 36. Ovaj element je šesti najzastupljeniji u prirodi. Odnosi se na biogene elemente, jer je dio važnih organske molekule.

Elektronska struktura atoma

Sumporni spojevi duguju svoju raznolikost značajkama elektronske strukture atoma. Izražava se sljedećom konfiguracijskom formulom: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 .

Gornji poredak odražava samo stabilno stanje element. Međutim, poznato je da ako se atomu prenese dodatna energija, tada se elektroni mogu raspariti na podrazinama 3p i 3s, nakon čega slijedi još jedan prijelaz u 3d, koji ostaje slobodan. Zbog toga se mijenja ne samo valencija atoma, već i sva moguća oksidacijska stanja. Njihov broj je u značajnom porastu, kao i broj razne tvari sa sumporom.

Oksidacijska stanja sumpora u spojevima

Postoji nekoliko glavnih opcija za ovaj pokazatelj. Za sumpor je:

Od njih je S +2 najrjeđi, ostali su raspršeni posvuda. O stupnju oksidacije sumpora u spojevima ovisi kemijska aktivnost i oksidacijska sposobnost cijele tvari. Tako su, na primjer, spojevi s -2 sulfidi. U njima je element koji razmatramo tipično oksidacijsko sredstvo.

Što je veća vrijednost oksidacijskog stanja u spoju, to će oksidacijske sposobnosti tvari biti izraženije. To je lako provjeriti ako se prisjetimo dvije glavne kiseline koje sumpor tvori:

• H 2 SO 3 - sumporast;
• H 2 SO 4 - sumporna.

Poznato je da je potonji puno stabilniji, jači spoj, koji u visokoj koncentraciji ima vrlo ozbiljnu sposobnost oksidacije.

jednostavna tvar

Kao jednostavna tvar, sumpor su žuti lijepi kristali ravnomjernog, pravilnog, izduženog oblika. Iako je ovo samo jedan od njegovih oblika, jer postoje dva glavna od ove tvari. Prva, monoklinska ili rombična, je žuta koja se ne otapa u vodi, već samo u organskim otapalima. Razlikuje se u krhkosti i lijepom obliku strukture predstavljene u obliku krune. Talište je oko 110 0 C.

Ako se, međutim, ne propusti međutrenutak kada se takva modifikacija zagrijava, tada se na vrijeme može otkriti drugo stanje - plastični sumpor. To je gumasto smeđa viskozna otopina, koja se daljnjim zagrijavanjem ili naglim hlađenjem ponovno pretvara u rombični oblik.

Ako govorimo o kemijski čistom sumporu dobivenom ponovljenom filtracijom, onda se radi o jarko žutim malim kristalima, krhkim i potpuno netopljivim u vodi. Može se zapaliti u dodiru s vlagom i kisikom u zraku. Razlikuju se u prilično visokoj kemijskoj aktivnosti.

Biti u prirodi

U prirodi postoje prirodna nalazišta iz kojih se izdvajaju spojevi sumpora i sam sumpor kao jednostavna tvar. Osim toga, sadrži:

• u mineralima, rudama i stijenama;
• u tijelu životinja, biljaka i ljudi, jer je dio mnogih organskih molekula;
• u prirodnim plinovima, nafti i ugljenu;
• u uljnom škriljevcu i prirodnim vodama.

Možete navesti neke od minerala najbogatijih sumporom:

• cinober;
• pirit;
• sfalerit;
• antimonit;
• galenit i drugi.

Većina proizvedenog sumpora danas ide u proizvodnju sulfata. Drugi dio koristi se u medicinske svrhe, Poljoprivreda, industrijski procesi za proizvodnju tvari.

Fizička svojstva

Mogu se opisati u nekoliko točaka.

1. Netopljiv je u vodi, ugljičnom disulfidu ili terpentinu – dobro se otapa.
2. S produljenim trenjem nakuplja se negativan naboj.
3. Talište je 110 0 C.
4. Vrelište 190 0 S.
5. Kad dosegne 300 0 C, prelazi u tekućinu, lako pokretnu.
6. Čista tvar je sposobna za spontano sagorijevanje, zapaljiva svojstva su vrlo dobra.
7. Sam po sebi, međutim, gotovo da nema mirisa vodikovi spojevi sumpor daje jak miris pokvarenih jaja. Baš kao neki plinoviti binarni predstavnici.

Fizička svojstva dotične tvari poznata su ljudima od davnina. Zbog svoje zapaljivosti sumpor je dobio ime. U ratovima su zagušljive i otrovne pare, koje nastaju pri izgaranju ovog spoja, korištene kao oružje protiv neprijatelja. Osim toga, kiseline koje sadrže sumpor također su uvijek bile od velike industrijske važnosti.

Kemijska svojstva

Tema: "Sumpor i njegovi spojevi" u školskom tečaju kemije traje ne jednu lekciju, već nekoliko. Uostalom, ima ih jako puno. To je zbog kemijske aktivnosti ove tvari. Može pokazivati ​​i oksidacijska svojstva s jačim redukcijskim sredstvima (metali, bor i drugi) i redukcijska svojstva s većinom nemetala.

Međutim, unatoč takvoj aktivnosti, u normalnim uvjetima dolazi samo do interakcije s fluorom. Svi ostali zahtijevaju grijanje. Postoji nekoliko kategorija tvari s kojima sumpor može komunicirati:

• metali;
• nemetali;
• lužine;
• jake oksidirajuće kiseline - sumpornu i dušičnu.

Sumporni spojevi: sorte

Njihova raznolikost objasnit će se nejednakom vrijednošću oksidacijskog stanja glavnog elementa - sumpora. Dakle, na temelju toga možemo razlikovati nekoliko glavnih vrsta tvari:

• spojevi sa stupnjem oksidacije -2;

Ako uzmemo u obzir klase, a ne indeks valencije, tada ovaj element tvori molekule kao što su:

• kiseline;
• oksidi;
• sol;
• binarni spojevi s nemetalima (ugljikov disulfid, kloridi);
• organske tvari.

Sada razmotrite glavne i navedite primjere.

Tvari sa stupnjem oksidacije -2

Sumporni spojevi 2 su njegove konformacije s metalima, kao i s:

• ugljik;
• vodik;
• fosfor;
• silicij;
• arsen;
• bor.

U tim slučajevima djeluje kao oksidans, budući da su svi navedeni elementi elektropozitivniji. Pogledajmo neke od važnijih.

1. Ugljikov disulfid - CS 2 . Prozirna tekućina s karakterističnom ugodnom aromom etera. Otrovan je, zapaljiv i eksplozivan. Koristi se kao otapalo za većinu vrsta ulja, masti, nemetala, srebrnog nitrata, smola i guma. Također je važan dio u proizvodnji umjetne svile - viskoze. U industriji se sintetizira u velikim količinama.
2. Vodikov sulfid ili sumporovodik - H 2 S. Bezbojan plin slatkog okusa. Miris je oštar, izrazito neugodan, podsjeća na pokvareno jaje. Otrovan, deprimira dišni centar, jer veže ione bakra. Stoga, kada se otruju njima, dolazi do gušenja i smrti. Široko se koristi u medicini, organskoj sintezi, proizvodnji sumporne kiseline, a također i kao energetski učinkovita sirovina.
3. Metalni sulfidi naširoko se koriste u medicini, u proizvodnji sulfata, u proizvodnji boja, u proizvodnji fosfora i na drugim mjestima. Opća formula je Me x S y .

Spojevi sa stupnjem oksidacije +4

Sumporni spojevi 4 su pretežno oksidi i njegove odgovarajuće soli i kiseline. Sve su to prilično uobičajeni spojevi koji imaju određenu vrijednost u industriji. Oni također mogu djelovati kao oksidansi, ali češće pokazuju redukcijska svojstva.

Formule za spoj sumpora sa stupnjem oksidacije +4 su sljedeće:

• oksid - sumporov dioksid SO 2 ;
• kiselina - sumporna H 2 SO 3;
• soli imaju opća formula Mex(SO3)y.

Jedan od najčešćih je ili anhidrid. To je bezbojna tvar s mirisom spaljene šibice. U velikim nakupinama nastaje tijekom vulkanskih erupcija, u ovom trenutku lako ga je prepoznati po mirisu.

Otapa se u vodi uz stvaranje lako razgradljive kiseline - sumporne. Ponaša se kao tipični solni oblik, koji ulazi u obliku sulfitnog iona SO 3 2-. Ovaj anhidrid je glavni plin koji utječe na onečišćenje okolne atmosfere. On je taj koji utječe na obrazovanje.U industriji se koristi u proizvodnji sulfata.

Spojevi u kojima sumpor ima oksidacijski stupanj +6

To uključuje, prije svega, sumporni anhidrid i sumpornu kiselinu s njihovim solima:

• sulfati;
• hidrosulfati.

Budući da je atom sumpora u njima u najviši stupanj oksidacije, onda su svojstva ovih spojeva sasvim razumljiva. Jaki su oksidansi.

Sumporni oksid (VI) - sumporni anhidrid - je hlapljiva bezbojna tekućina. Značajka- jaka sposobnost upijanja vlage. Puši na otvorenom. Kada se otopi u vodi, daje jednu od najjačih mineralnih kiselina - sumpornu. Njegova koncentrirana otopina je teška uljasta blago žućkasta tekućina. Ako se anhidrid otopi u sumpornoj kiselini, tada će se dobiti poseban spoj koji se zove oleum. Industrijski se koristi u proizvodnji kiseline.

Među solima - sulfatima - veliki značaj ima veze poput:

• gips CaSO 4 2H 2 O;
• barit BaSO 4 ;
• mirabilit;
• olovni sulfat i drugi.

Koriste se u građevinarstvu, kemijskoj sintezi, medicini, proizvodnji optičkih instrumenata i naočala, pa čak i prehrambenoj industriji.

Hidrosulfati se široko koriste u metalurgiji, gdje se koriste kao fluks. Također pomažu pretvoriti mnoge složene okside u topive sulfatne oblike, koji se koriste u odgovarajućim industrijama.

Proučavanje sumpora u školskom tečaju kemije

Kada je najbolje vrijeme da učenici uče o tome što je sumpor, koja su njegova svojstva, što je sumporni spoj? 9. razred je najbolje razdoblje. Ovo nije sam početak, kada je djeci sve novo i neshvatljivo. Ovo je sredina u učenju kemijska znanost kada će ranije postavljeni temelji pomoći u potpunom razumijevanju teme. Stoga je za razmatranje ovih pitanja predviđena druga polovica maturalnog razreda. Istodobno, cijela je tema podijeljena u nekoliko blokova, u kojima postoji zasebna lekcija "Spojevi sumpora. Razred 9".

To je zbog njihove brojnosti. Posebno se razmatra i pitanje industrijske proizvodnje sumporne kiseline. Općenito, na ova tema traje u prosjeku 3 sata.

Ali sumpor se uzima za proučavanje tek u 10. razredu, kada se razmatraju organska pitanja. Pogađa ih i biologija u srednjoj školi. Uostalom, sumpor je dio takvih organskih molekula kao što su:

• tioalkoholi (tioli);
• proteini (tercijarna struktura na kojoj se stvaraju disulfidni mostovi);
• tioaldehidi;
• tiofenoli;
• tioeteri;
• sulfonske kiseline;
• sulfoksidi i drugi.

Izdvojeni su u posebnu skupinu organosumpornih spojeva. Važni su ne samo u biološkim procesima živih bića, već iu industriji. Na primjer, sulfonske kiseline su osnova mnogih lijekova (aspirin, sulfanilamid ili streptocid).

Osim toga, sumpor je stalni sastojak spojeva kao što su neki:

• aminokiseline;
• enzimi;
• vitamini;
• hormoni.