Come scoprire lo stato di ossidazione negativo. Il più alto grado di ossidazione. Stato di ossidazione e valenza

DEFINIZIONE

Stato di ossidazione- questo è quantificazione lo stato di un atomo di un elemento chimico in un composto basato sulla sua elettronegatività.

Prende valori sia positivi che negativi. Per indicare lo stato di ossidazione di un elemento in un composto, è necessario inserire un numero arabo con il segno corrispondente ("+" o "-") sopra il suo simbolo.

Va ricordato che il grado di ossidazione è una quantità che non ha senso fisico, poiché non riflette la carica reale dell'atomo. Tuttavia, questo concetto è ampiamente utilizzato in chimica.

Tabella dello stato di ossidazione degli elementi chimici

Il massimo positivo e minimo grado negativo l'ossidazione può essere determinata utilizzando la Tavola Periodica del D.I. Mendeleev. Sono uguali al numero del gruppo in cui si trova l'elemento e alla differenza tra il valore dello stato di ossidazione "più alto" e il numero 8, rispettivamente.

Se consideriamo composti chimici più precisamente, nelle sostanze con legami non polari, lo stato di ossidazione degli elementi è zero (N 2, H 2, Cl 2).

Lo stato di ossidazione dei metalli allo stato elementare è zero, poiché la distribuzione della densità elettronica in essi è uniforme.

Nei composti ionici semplici, lo stato di ossidazione dei loro elementi costitutivi è carica elettrica, poiché durante la formazione di questi composti c'è una transizione quasi completa di elettroni da un atomo all'altro: Na +1 I -1, Mg +2 Cl -1 2, Al +3 F -1 3, Zr +4 Br - 1 4.

Quando si determina il grado di ossidazione degli elementi nei composti con legami covalenti polari, vengono confrontati i valori della loro elettronegatività. Poiché, durante la formazione di un legame chimico, gli elettroni vengono spostati in atomi di più elementi elettronegativi, questi ultimi hanno uno stato di ossidazione negativo nei composti.

Esistono elementi per i quali è caratteristico un solo valore dello stato di ossidazione (fluoro, metalli dei gruppi IA e IIA, ecc.). Fluoro, caratterizzato valore più alto elettronegatività, nei composti ha sempre uno stato di ossidazione negativa costante (-1).

Gli elementi alcalini e alcalino terrosi, che sono caratterizzati da un valore di elettronegatività relativamente basso, hanno sempre uno stato di ossidazione positivo, rispettivamente pari a (+1) e (+2).

Tuttavia, esistono anche tali elementi chimici, che sono caratterizzati da diversi valori del grado di ossidazione (zolfo - (-2), 0, (+2), (+4), (+6), ecc.) .

Per rendere più facile ricordare quanti e quali stati di ossidazione sono caratteristici di un particolare elemento chimico, vengono utilizzate tabelle degli stati di ossidazione. elementi chimici, che assomigliano a questo:

Numero di serie

russo / inglese titolo

simbolo chimico

Stato di ossidazione

Idrogeno

Elio / Elio

Litio / Litio

berillio / berillio

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

Carbonio / Carbonio

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

Azoto / Azoto

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

Ossigeno/ossigeno

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

Fluoro / Fluoro

Sodio

Magnesio / Magnesio

Alluminio

Silicio/Silicio

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

Fosforo / Fosforo

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

Zolfo

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

Cloro / Cloro

(-1), 0, (+1), (+3), (+5), (+7), raramente (+2) e (+4)

Argon / Argon

Potassio / Potassio

Calcio / Calcio

Scandio / Scandio

Titanio / Titanio

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

Vanadio / Vanadio

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

Cromo / Cromo

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

Manganese/Manganese

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

Ferro / Ferro

(+2), (+3), raramente (+4) e (+6)

Cobalto / Cobalto

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

Nichel / Nichel

(+2), raramente (+1), (+3) e (+4)

Rame

+1, +2, raro (+3)

Gallio / Gallio

(+3), raro (+2)

Germanio / Germanio

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

Arsenico / Arsenico

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

Selenio / Selenio

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

Bromo / Bromo

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

Krypton / Krypton

Rubidio / Rubidio

Stronzio / Stronzio

Ittrio / Ittrio

Zirconio / Zirconio

(+4), raramente (+2) e (+3)

niobio / niobio

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

Molibdeno / Molibdeno

(+3), (+6), raramente (+2), (+3) e (+5)

tecnezio / tecnezio

Rutenio / Rutenio

(+3), (+4), (+8), raramente (+2), (+6) e (+7)

Rodio

(+4), raramente (+2), (+3) e (+6)

Palladio / Palladio

(+2), (+4), raramente (+6)

Argento / Argento

(+1), raramente (+2) e (+3)

Cadmio / Cadmio

(+2), raro (+1)

Indio / Indio

(+3), raramente (+1) e (+2)

Stagno / Stagno

(+2), (+4)

Antimonio / Antimonio

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

Tellurio / Tellurio

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

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

Xeno/Xeno

Cesio / Cesio

Bario / Bario

Lantanio / Lantanio

Cerio / Cerio

(+3), (+4)

Praseodimio / Praseodimio

Neodimio / Neodimio

(+3), (+4)

Prometeo/Promezio

Samaria / Samario

(+3), raro (+2)

Europio / Europio

(+3), raro (+2)

Gadolinio / Gadolinio

Terbio / Terbio

(+3), (+4)

Disprosio / Disprosio

Olmio / Olmio

Erbio / Erbio

Tulio / Tulio

(+3), raro (+2)

Itterbio / Itterbio

(+3), raro (+2)

Lutezio / Lutezio

Afnio / Afnio

tantalio / tantalio

(+5), raramente (+3), (+4)

tungsteno / tungsteno

(+6), raro (+2), (+3), (+4) e (+5)

Renio / Renio

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

Osmio / Osmio

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

Iridium / Iridium

(+3), (+4), (+6), raramente (+1) e (+2)

Platino / Platino

(+2), (+4), (+6), raramente (+1) e (+3)

Oro/Oro

(+1), (+3), raramente (+2)

Mercurio / Mercurio

(+1), (+2)

Vita / tallio

(+1), (+3), raramente (+2)

Piombo / Piombo

(+2), (+4)

Bismuto / Bismuto

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

Polonio / Polonio

(+2), (+4), raramente (-2) e (+6)

Astato / Astato

Radon / Radon

Francio / Francio

Radio / Radio

Attinio / Attinio

Torio / Torio

Proattinio/Protoattinio

Urano/uranio

(+3), (+4), (+6), raramente (+2) e (+5)

Esempi di problem solving

ESEMPIO 1

Risposta Determinare alternativamente il grado di ossidazione del fosforo in ciascuno degli schemi di trasformazione proposti, quindi scegliere la risposta corretta.
  • Lo stato di ossidazione del fosforo nella fosfina è (-3) e nell'acido fosforico - (+5). Cambiamento nello stato di ossidazione del fosforo: +3 → +5, cioè la prima risposta.
  • Lo stato di ossidazione di un elemento chimico in questione sempliceè uguale a zero. Lo stato di ossidazione del fosforo nella composizione di ossido P 2 O 5 è uguale a (+5). Modifica dello stato di ossidazione del fosforo: 0 → +5, cioè terza risposta.
  • Lo stato di ossidazione del fosforo in un acido di composizione HPO 3 è (+5) e H 3 PO 2 è (+1). Modifica dello stato di ossidazione del fosforo: +5 → +1, cioè quinta risposta.

ESEMPIO 2

Esercizio Lo stato di ossidazione (-3) del carbonio ha nel composto: a) CH 3 Cl; b) C 2 H 2 ; c) HCOH; d) C 2 H 6 .
Soluzione Per dare una risposta corretta alla domanda posta, determineremo alternativamente il grado di ossidazione del carbonio in ciascuno dei composti proposti.

a) lo stato di ossidazione dell'idrogeno è (+1) e del cloro - (-1). Prendiamo per "x" il grado di ossidazione del carbonio:

x + 3×1 + (-1) =0;

La risposta non è corretta.

b) lo stato di ossidazione dell'idrogeno è (+1). Prendiamo per "y" il grado di ossidazione del carbonio:

2×y + 2×1 = 0;

La risposta non è corretta.

c) lo stato di ossidazione dell'idrogeno è (+1) e dell'ossigeno - (-2). Prendiamo per "z" lo stato di ossidazione del carbonio:

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

La risposta non è corretta.

d) lo stato di ossidazione dell'idrogeno è (+1). Prendiamo per "a" lo stato di ossidazione del carbonio:

2×a + 6×1 = 0;

Risposta corretta.
Risposta Opzione (d)

Esistono alcune semplici regole per il calcolo degli stati di ossidazione:

  • Viene preso lo stato di ossidazione di un elemento nella composizione di una sostanza semplice zero. Se la sostanza è nello stato atomico, anche lo stato di ossidazione dei suoi atomi è zero.
  • Un certo numero di elementi mostra uno stato di ossidazione costante nei composti. Tra questi ci sono fluoro (-1), metalli alcalini (+1), metalli alcalino terrosi, berillio, magnesio e zinco (+2), alluminio (+3).
  • L'ossigeno generalmente mostra uno stato di ossidazione di −2, ad eccezione dei perossidi $H_2O_2$ (−1) e del fluoruro di ossigeno $OF_2$ (+2).
  • L'idrogeno in combinazione con i metalli (negli idruri) mostra uno stato di ossidazione di -1 e nei composti con non metalli, di regola, +1 (tranne $SiH_4, B_2H_6$).
  • La somma algebrica degli stati di ossidazione di tutti gli atomi in una molecola deve essere uguale a zero, e in uno ione complesso, la carica di questo ione.
  • Il più alto stato di ossidazione positivo è solitamente uguale al numero di gruppo dell'elemento nel sistema periodico. Quindi, lo zolfo (un elemento del gruppo VIA) mostra il più alto stato di ossidazione +6, l'azoto (un elemento del gruppo V) - il più alto stato di ossidazione +5, il manganese - un elemento di transizione del gruppo VIIB - il più alto stato di ossidazione +7. Questa regola non si applica agli elementi del sottogruppo secondario del primo gruppo, i cui stati di ossidazione di solito superano +1, così come agli elementi del sottogruppo secondario del gruppo VIII. Inoltre, gli elementi ossigeno e fluoro non mostrano i loro stati di ossidazione superiori, pari al numero del gruppo.
  • Lo stato di ossidazione negativo più basso per gli elementi non metallici è determinato sottraendo il numero del gruppo da 8. Quindi, lo zolfo (elemento VIA del gruppo) mostra lo stato di ossidazione più basso -2, l'azoto (elemento del gruppo V) - lo stato di ossidazione più basso -3.

Sulla base delle regole di cui sopra, puoi trovare lo stato di ossidazione di un elemento in qualsiasi sostanza.

Trova lo stato di ossidazione dello zolfo negli acidi:

a) H$_2$SO$_3$,

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

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

Soluzione

Lo stato di ossidazione dell'idrogeno è +1, ossigeno -2. Indichiamo lo stato di ossidazione dello zolfo come x. Allora puoi scrivere:

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

$2\cpunto$(+1) + x + 3$\cpunto$(-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

Pertanto, nei primi due acidi, lo stato di ossidazione dello zolfo è lo stesso e pari a +4, nell'ultimo acido +6.

Trova lo stato di ossidazione del cloro nei composti:

b) $Ca(ClO_4)_2$,

c) $Al(ClO_2)_3$.

Soluzione

Per prima cosa troviamo la carica degli ioni complessi, che includono il cloro, ricordando che la molecola nel suo insieme è elettricamente neutra.

$\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) $

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

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

$\hspace(1.5cm)(\overset(x)(Cl) \overset(-2)(O_3))^(-1) \hspace(2.4cm) (\overset(x)(Cl) \overset(- 2)(O_4))^(-1) \hspace(2.7cm) (\overset(x)(Cl) \overset(-2)(O_2))^(-1)$

$\hspazio(0,5 cm)1 \cpunto x + 3\cpunto (−2) = -1 \hspazio(0,9 cm)1 \cpunto x + 4\cpunto (−2) = -1 \hspazio(1,2 cm)1 \cpunto x + 2\cpunto (-2) = -1$

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

ALGORITMO PER IL CALCOLO DELLA VALENZA DI UN ELEMENTO IN UN COMPOSTO

Spesso i valori numerici dello stato di ossidazione e della valenza coincidono. Tuttavia, in alcuni composti, ad esempio nelle sostanze semplici, i loro valori possono differire.

Pertanto, la molecola di azoto è formata da due atomi di azoto legati da un triplo legame. Il legame è formato da tre coppie di elettroni condivisi a causa della presenza di tre elettroni spaiati sul sottolivello 2p dell'atomo di azoto. Cioè, la valenza dell'azoto è tre. Allo stesso tempo, $N_2$ è una sostanza semplice, il che significa che lo stato di ossidazione di questa molecola è zero.

Allo stesso modo, in una molecola di ossigeno, la valenza è due e lo stato di ossidazione è 0; in una molecola di idrogeno, la valenza è I, lo stato di ossidazione è 0.

Proprio come nelle sostanze semplici, lo stato di ossidazione e la valenza spesso differiscono in composti organici. Questo sarà discusso in modo più dettagliato nell'argomento "RWR in chimica organica".

Per determinare la valenza nei composti complessi, devi prima costruire formula strutturale. Nella formula strutturale, un legame chimico è rappresentato da un "trattino".

Quando si costruiscono formule grafiche, è necessario tenere conto di una serie di fattori:


Definizione

Elettronegatività (EO) $\chi$(chi) - un valore che caratterizza la capacità di un atomo di un elemento di attrarre elettroni a se stesso quando si forma un legame chimico con altri atomi.

Il moderno concetto di elettronegatività degli atomi è stato introdotto dallo scienziato americano Linus Pauling nel 1932. La definizione teorica di elettronegatività è stata sviluppata in seguito. Il fisico americano Robert Mulliken ha proposto di calcolare l'elettronegatività come metà della somma del potenziale di ionizzazione e dell'affinità elettronica:

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

dove $I$ è il potenziale di ionizzazione, $A_e$ è l'energia di affinità elettronica.

Oltre alla scala Mulliken sopra descritta, esistono più di 20 diverse altre scale di elettronegatività (basate sul calcolo dei cui valori si basano su diverse proprietà delle sostanze), inclusa la scala L. Pauling (basata sulla energia di legame durante la formazione di una sostanza complessa da quelle semplici), l'Allred-Rokhov (basato sulla forza elettrostatica che agisce su un elettrone esterno), ecc.

Attualmente, ci sono molti modi per quantificare l'entità dell'elettronegatività di un atomo. I valori dell'elettronegatività degli elementi calcolati con metodi diversi, di norma, non coincidono nemmeno con l'introduzione di fattori di correzione. Tuttavia, vengono mantenute le tendenze generali nella variazione di $\chi$ secondo il sistema periodico. Ciò può essere illustrato confrontando le due scale più utilizzate - secondo Pauling e secondo Allred-Rochov ( grassetto il carattere indica i valori EC sulla scala Pauling, in corsivo- secondo la scala Allred-Rokhov; $s$-elementi in rosa, $p$-elementi in giallo, $d$-elementi in verde, $f$-elementi in blu):

A rigor di termini, a un elemento non si può ascrivere un'elettronegatività permanente. L'elettronegatività di un atomo dipende da molti fattori, in particolare dallo stato di valenza dell'atomo, dallo stato di ossidazione formale, dal tipo di composto, dal numero di coordinazione, dalla natura dei leganti che compongono l'ambiente dell'atomo nel sistema molecolare e alcuni altri.

L'elettronegatività è correlata all'attività redox di un elemento. Di conseguenza, maggiore è l'elettronegatività di un elemento, più forti sono le sue proprietà ossidanti.

Più vicino è il guscio di elettroni di un dato atomo guscio di elettroni gas inerte, maggiore è la sua elettronegatività. In altre parole, a periodi quando il livello di energia esterno è pieno di elettroni (cioè da sinistra a destra), l'elettronegatività aumenta, poiché il numero del gruppo e il numero di elettroni nel livello di energia esterno aumentano.

Più gli elettroni di valenza sono lontani dal nucleo, più deboli sono trattenuti e minore è la capacità dell'atomo di attrarre a sé elettroni aggiuntivi. In questo modo, in gruppi l'elettronegatività aumenta al diminuire raggio atomico cioè dal basso verso l'alto. L'elemento con la più alta elettronegatività è il fluoro e l'elemento con la più bassa è il cesio. I non metalli tipici hanno quindi valori di elettronegatività elevati, mentre i metalli tipici hanno valori bassi.

VALENZA DEGLI ELEMENTI CHIMICI

Valenza caratterizza la capacità degli atomi di un dato elemento chimico di formare legami chimici.

Valenza determina il numero di legami chimici attraverso i quali un atomo è collegato ad altri atomi in una molecola.

In precedenza, la valenza era definita come il numero di atomi di un elemento monovalente, con cui è connesso un atomo di questo elemento. Pertanto, l'idrogeno è considerato un elemento monovalente. Nella molecola $HBr$, l'atomo di bromo si combina con un atomo di idrogeno e l'atomo di zolfo nella molecola $H_2S$ si combina con due atomi di idrogeno. Pertanto, il bromo in $HBr$ è univalente e lo zolfo in $H_2S$ è bivalente. Valori di valenza per vari elementi può variare da uno a otto. Pertanto, nell'acido perclorico $HClO_4$, l'elemento idrogeno è monovalente, l'ossigeno è bivalente e il cloro è eptavalente. Nella molecola di ossido di xeno $XeO_4$, la valenza dello xeno raggiunge l'otto. Tutto ciò è chiaramente dimostrato dalle seguenti formule strutturali, che mostrano l'ordine di legame degli atomi in una molecola tra loro secondo le loro valenze (con un primo di valenza corrispondente a ciascuna unità di valenza):

Definizione

Attualmente sotto valenza comprendere il numero di coppie di elettroni mediante le quali un dato atomo è legato ad altri atomi.

Valenza(o covalenza) determinato dal numero legami covalenti formato da un dato atomo in un composto. In questo caso vengono presi in considerazione sia i legami covalenti formati dal meccanismo di scambio che i legami covalenti formati dal meccanismo donatore-accettore.

Valenza non ha segno!

Poiché esistono due meccanismi per la formazione di un legame covalente (il meccanismo di accoppiamento degli elettroni e il meccanismo donatore-accettore), le capacità di valenza degli atomi dipendono da:

  • il numero di elettroni spaiati in un dato atomo;
  • dalla disponibilità di posto vacante orbitali atomici nel livello esterno;
  • sul numero di coppie di elettroni non condivisi.

La valenza degli elementi del primo periodo non può eccedere I, la valenza degli elementi del secondo periodo non può eccedere IV. A partire dal terzo periodo, la valenza degli elementi può aumentare fino a VIII (ad esempio $XeO_4$) a seconda del numero del gruppo in cui si trova l'elemento.

Consideriamo, ad esempio, le possibilità di valenza degli atomi di un certo numero di elementi.

CAPACITÀ DI VALENZA DELL'IDROGENO

L'atomo di idrogeno ha un singolo elettrone di valenza, che viene riflesso dalla formula elettronica $1s^1$ o dalla formula grafica:

A causa di questo elettrone spaiato, un atomo di idrogeno può formare un solo legame covalente con qualsiasi altro atomo mediante il meccanismo di accoppiamento (o socializzazione) degli elettroni. Non ci sono altre possibilità di valenza per l'atomo di idrogeno. Pertanto, l'idrogeno mostra una singola valenza uguale a I.

POSSIBILITA' DI VALENZA DEL FOSFORO

L'elemento fosforo è nel terzo periodo, nel sottogruppo principale del quinto gruppo. La configurazione elettronica dei suoi elettroni di valenza è $3s^23p^3$ o

Come analogo dell'azoto, il fosforo può anche presentare valenze I, II, III e IV. Ma poiché gli orbitali $3d$ liberi sono disponibili per gli elementi del terzo periodo, l'atomo di fosforo può entrare in uno stato eccitato trasferendo uno degli elettroni $s$ al sottolivello $d$:

Pertanto, un atomo di fosforo può formare cinque legami covalenti mediante il meccanismo di scambio. Il fosforo mostra la valenza massima V nelle molecole $PF_5$, $H_3PO_4$, $POCl_3$, ecc.:

GRADO DI OSSIDAZIONE

Definizione

Stato di ossidazioneè la carica condizionale di un atomo in un composto, supponendo che tutti i legami in quel composto siano ionici (cioè, tutte le coppie di elettroni di legame sono completamente spostate verso un atomo di un elemento più elettronegativo).

In altre parole, lo stato di ossidazione è un numero che mostra quanti elettroni un atomo ha rinunciato (+ carica) o ricevuto (– carica) quando si è formato un legame chimico con un altro atomo.

A differenza della valenza, lo stato di ossidazione ha un segno: può essere negativo, zero o positivo.

Per calcolare gli stati di ossidazione degli atomi in un composto, ci sono una serie di semplici regole:

  • Si presume che lo stato di ossidazione di un elemento in una sostanza semplice sia zero. Se la sostanza è nello stato atomico, anche lo stato di ossidazione dei suoi atomi è zero.
  • Un certo numero di elementi mostra uno stato di ossidazione costante nei composti. Tra questi ci sono fluoro (-1), metalli alcalini (+1), metalli alcalino terrosi, berillio, magnesio e zinco (+2), alluminio (+3).
  • L'ossigeno, di regola, presenta uno stato di ossidazione di −2, ad eccezione dei perossidi $H_2O_2$ (−1), dei superossidi $MO_2$ ($-\frac(1)(2)$), degli ozonidi $M^IO_3 ,\ M^(II )(O_3)_2$ ($-\frac(1)(3)$) e fluoruro di ossigeno $OF_2$ (+2).
  • L'idrogeno in combinazione con i metalli (negli idruri) mostra uno stato di ossidazione di -1 e nei composti con non metalli, di regola, +1 (tranne $SiH_4,\ B_2H_6$).
  • La somma algebrica degli stati di ossidazione di tutti gli atomi in una molecola deve essere uguale a zero, e in uno ione complesso, la carica di questo ione.

Stato di ossidazione positivo massimo uguale, di regola, al numero di gruppo dell'elemento nel sistema periodico.

Quindi, lo zolfo (un elemento del gruppo VIA) mostra il più alto stato di ossidazione +6, l'azoto (un elemento del gruppo V) - il più alto stato di ossidazione +5, il manganese - un elemento di transizione del gruppo VIIB - il più alto stato di ossidazione +7. Questa regola non si applica agli elementi del sottogruppo secondario del primo gruppo, i cui stati di ossidazione di solito superano +1, così come agli elementi del sottogruppo secondario del gruppo VIII. Inoltre, gli elementi ossigeno e fluoro non mostrano i loro stati di ossidazione superiori, pari al numero del gruppo.

Stato di ossidazione negativo più basso per gli elementi non metallici si determina sottraendo il numero del gruppo da 8.

Pertanto, lo zolfo (elemento VIA del gruppo) mostra lo stato di ossidazione più basso -2, l'azoto (elemento del gruppo V) - lo stato di ossidazione più basso -3.

Sulla base delle regole di cui sopra, puoi trovare lo stato di ossidazione di un elemento in qualsiasi sostanza.

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

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

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

Un elemento chimico in un composto, calcolato partendo dal presupposto che tutti i legami sono ionici.

Gli stati di ossidazione possono avere un valore positivo, negativo o zero, quindi la somma algebrica degli stati di ossidazione degli elementi in una molecola, tenendo conto del numero dei loro atomi, è 0, e in uno ione - la carica dello ione.

1. Gli stati di ossidazione dei metalli nei composti sono sempre positivi.

2. Lo stato di ossidazione più alto corrisponde al numero del gruppo sistema periodico, dove si trova questo elemento (l'eccezione è: Au+3(io gruppo), Cu+2(II), dal gruppo VIII, lo stato di ossidazione +8 può essere solo in osmio Os e rutenio Ru.

3. Gli stati di ossidazione dei non metalli dipendono dall'atomo a cui sono collegati:

  • se con un atomo di metallo, lo stato di ossidazione è negativo;
  • se con un atomo non metallico, lo stato di ossidazione può essere sia positivo che negativo. Dipende dall'elettronegatività degli atomi degli elementi.

4. Il massimo stato di ossidazione negativo dei non metalli può essere determinato sottraendo da 8 il numero del gruppo in cui si trova questo elemento, cioè lo stato di ossidazione positivo più alto è uguale al numero di elettroni sullo strato esterno, che corrisponde al numero del gruppo.

5. Gli stati di ossidazione delle sostanze semplici sono 0, indipendentemente dal fatto che si tratti di un metallo o di un non metallo.

Elementi con stati di ossidazione costanti.

Elemento

Stato di ossidazione caratteristico

Eccezioni

Idruri metallici: LIH-1

stato di ossidazione chiamata carica condizionale della particella nell'ipotesi che il legame sia completamente rotto (ha un carattere ionico).

H- cl = H + + cl - ,

Comunicazione dentro acido cloridrico polare covalente. La coppia di elettroni è più sbilanciata verso l'atomo cl - , perché è un elemento intero più elettronegativo.

Come determinare il grado di ossidazione?

Elettronegativitàè la capacità degli atomi di attrarre elettroni da altri elementi.

Lo stato di ossidazione è indicato sopra l'elemento: fr 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,K + cl - eccetera.

Può essere negativo e positivo.

Lo stato di ossidazione di una sostanza semplice (stato libero, libero) è zero.

Lo stato di ossidazione dell'ossigeno nella maggior parte dei composti è -2 (l'eccezione sono i perossidi H 2 O 2, dove è -1 e composti con fluoro - o +2 F 2 -1 , o 2 +1 F 2 -1 ).

- Stato di ossidazione uno ione monoatomico semplice è uguale alla sua carica: N / a + , Circa +2 .

L'idrogeno nei suoi composti ha uno stato di ossidazione di +1 (le eccezioni sono gli idruri - N / a + H - e digitare connessioni C +4 H 4 -1 ).

Nei legami metallo-non metallo, l'atomo che ha la più alta elettronegatività ha uno stato di ossidazione negativo (i dati di elettronegatività sono riportati sulla scala di Pauling): H + F - , Cu + fr - , Circa +2 (NO 3 ) - eccetera.

Regole per determinare il grado di ossidazione nei composti chimici.

Prendiamo una connessione KMnO 4 , è necessario determinare lo stato di ossidazione dell'atomo di manganese.

Ragionamento:

  1. Il potassio è un metallo alcalino nel gruppo I della tavola periodica e quindi ha solo uno stato di ossidazione positivo di +1.
  2. È noto che l'ossigeno ha uno stato di ossidazione di -2 nella maggior parte dei suoi composti. Questa sostanza non è un perossido, il che significa che non fa eccezione.
  3. Fa un'equazione:

K+MnXO 4 -2

Permettere X- a noi sconosciuto il grado di ossidazione del manganese.

Il numero di atomi di potassio è 1, manganese - 1, ossigeno - 4.

È dimostrato che la molecola nel suo insieme è elettricamente neutra, quindi la sua carica totale deve essere uguale a zero.

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

X = +7,

Quindi, lo stato di ossidazione del manganese nel permanganato di potassio = +7.

Prendiamo un altro esempio di ossido Fe2O3.

È necessario determinare lo stato di ossidazione dell'atomo di ferro.

Ragionamento:

  1. Il ferro è un metallo, l'ossigeno è un non metallo, il che significa che è l'ossigeno che sarà un agente ossidante e avrà una carica negativa. Sappiamo che l'ossigeno ha uno stato di ossidazione di -2.
  2. Consideriamo il numero di atomi: ferro - 2 atomi, ossigeno - 3.
  3. Facciamo un'equazione dove X- lo stato di ossidazione dell'atomo di ferro:

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

Conclusione: lo stato di ossidazione del ferro in questo ossido è +3.

Esempi. Determina gli stati di ossidazione di tutti gli atomi della molecola.

1. K2Cr2O7.

Stato di ossidazione K+1, ossigeno O -2.

Indici dati: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2).

Perché la somma algebrica degli stati di ossidazione degli elementi in una molecola, tenendo conto del numero dei loro atomi, è 0, quindi il numero degli stati di ossidazione positivi è uguale al numero di quelli negativi. Stati di ossidazione K+O=(-14)+(+2)=(-12).

Ne consegue che il numero di potenze positive dell'atomo di cromo è 12, ma ci sono 2 atomi nella molecola, il che significa che ci sono (+12):2=(+6) per atomo. Risposta: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2.

2.(AsO 4) 3-.

A questo caso la somma degli stati di ossidazione non sarà più uguale a zero, ma alla carica dello ione, cioè - 3. Facciamo un'equazione: x+4×(- 2)= - 3 .

Risposta: (Come +5 O 4 -2) 3-.

Temi UTILIZZA il codificatore: Elettronegatività. Il grado di ossidazione e valenza degli elementi chimici.

Quando gli atomi interagiscono e si formano, gli elettroni tra di loro sono nella maggior parte dei casi distribuiti in modo non uniforme, poiché le proprietà degli atomi differiscono. Di più elettronegativo l'atomo attira a sé la densità elettronica più fortemente. Un atomo che ha attratto su di sé la densità elettronica acquisisce una carica negativa parziale. δ — , il suo "partner" è una carica positiva parziale δ+ . Se la differenza di elettronegatività degli atomi che formano un legame non supera 1,7, chiamiamo legame polare covalente . Se la differenza nella formazione di elettronegatività legame chimico, supera 1,7, quindi chiamiamo tale connessione ionico .

Stato di ossidazione è la carica condizionale ausiliaria di un atomo di un elemento in un composto, calcolata partendo dal presupposto che tutti i composti siano composti da ioni (tutti i legami polari sono ionici).

Cosa significa "addebito condizionale"? Siamo semplicemente d'accordo sul fatto che semplificheremo un po' le cose: considereremo tutti i legami polari come completamente ionici, e considereremo che un elettrone lascia o arriva completamente da un atomo all'altro, anche se in realtà non lo è. E condizionatamente, un elettrone lascia un atomo meno elettronegativo per uno più elettronegativo.

Per esempio, nel legame H-Cl, crediamo che l'idrogeno abbia condizionalmente "dato" un elettrone e la sua carica sia diventata +1 e il cloro "accettato" un elettrone e la sua carica è diventata -1. In effetti, non ci sono tali cariche totali su questi atomi.

Sicuramente, hai una domanda: perché inventare qualcosa che non esiste? Questo non è un piano insidioso di chimici, tutto è semplice: un modello del genere è molto conveniente. Le idee sullo stato di ossidazione degli elementi sono utili nella compilazione classificazione sostanze chimiche, descrivendone le proprietà, formulando composti e nomenclatura. Soprattutto quando si lavora con gli stati di ossidazione vengono utilizzati reazioni redox.

Gli stati di ossidazione sono più alto, minore e intermedio.

Più alto lo stato di ossidazione è uguale al numero del gruppo con un segno più.

Inferioreè definito come il numero del gruppo meno 8.

E intermedio lo stato di ossidazione è quasi qualsiasi numero intero nell'intervallo da grado più basso ossidazione al massimo.

Per esempio, l'azoto è caratterizzato da: lo stato di ossidazione più alto è +5, il più basso 5 - 8 \u003d -3 e gli stati di ossidazione intermedi vanno da -3 a +5. Ad esempio, nell'idrazina N 2 H 4, lo stato di ossidazione dell'azoto è intermedio, -2.

Molto spesso, lo stato di ossidazione degli atomi in sostanze complesse indicato prima da un segno, poi da un numero, per esempio +1, +2, -2 eccetera. Quando si tratta della carica di uno ione (supponendo che lo ione esista effettivamente in un composto), indicare prima il numero, poi il segno. Per esempio: Ca 2+ , CO 3 2- .

Per trovare gli stati di ossidazione utilizzare quanto segue regolamenti :

  1. Lo stato di ossidazione degli atomi in sostanze semplici è uguale a zero;
  2. A molecole neutre la somma algebrica degli stati di ossidazione è zero, per gli ioni questa somma è uguale alla carica dello ione;
  3. Stato di ossidazione metalli alcalini (elementi del gruppo I del sottogruppo principale) nei composti è +1, lo stato di ossidazione metalli alcalino terrosi (elementi del gruppo II del sottogruppo principale) nei composti è +2; stato di ossidazione alluminio nei composti è +3;
  4. Stato di ossidazione idrogeno nei composti con metalli (- NaH, CaH 2, ecc.) è uguale a -1 ; nei composti con non metalli () +1 ;
  5. Stato di ossidazione ossigenoè uguale a -2 . Eccezione costituire perossidi- composti contenenti il ​​gruppo -О-О-, dove si trova lo stato di ossidazione dell'ossigeno -1 , e alcuni altri composti ( superossidi, ozonidi, fluoruri di ossigeno DI 2 e così via.);
  6. Stato di ossidazione fluoro in tutte le sostanze complesse è uguale a -1 .

Quanto sopra sono le situazioni in cui consideriamo il grado di ossidazione costante . Per tutti gli altri elementi chimici, lo stato di ossidazione — variabile e dipende dall'ordine e dal tipo di atomi nel composto.

Esempi:

Esercizio: determinare gli stati di ossidazione degli elementi nella molecola di bicromato di potassio: K 2 Cr 2 O 7.

Soluzione: lo stato di ossidazione del potassio è +1, lo stato di ossidazione del cromo è indicato come X, stato di ossidazione dell'ossigeno -2. La somma di tutti gli stati di ossidazione di tutti gli atomi in una molecola è 0. Otteniamo l'equazione: +1*2+2*x-2*7=0. Lo risolviamo, otteniamo lo stato di ossidazione del cromo +6.

Nei composti binari, un elemento più elettronegativo è caratterizzato da uno stato di ossidazione negativo, un elemento meno elettronegativo è caratterizzato da uno positivo.

notare che il concetto di stato di ossidazione è molto condizionale! Lo stato di ossidazione non mostra la vera carica dell'atomo e non ha un vero significato fisico.. Questo è un modello semplificato che funziona efficacemente quando abbiamo bisogno, ad esempio, di equalizzare i coefficienti nell'equazione reazione chimica, o per l'algoritmizzazione della classificazione delle sostanze.

Lo stato di ossidazione non è di valenza! Lo stato di ossidazione e la valenza in molti casi non corrispondono. Ad esempio, la valenza dell'idrogeno in una sostanza semplice H 2 è I e lo stato di ossidazione, secondo la regola 1, è 0.

Queste sono le regole di base che ti aiuteranno a determinare lo stato di ossidazione degli atomi nei composti nella maggior parte dei casi.

In alcune situazioni, potrebbe essere difficile determinare lo stato di ossidazione di un atomo. Diamo un'occhiata ad alcune di queste situazioni e come risolverle:

  1. Negli ossidi doppi (simili al sale), il grado all'atomo, di regola, è di due stati di ossidazione. Ad esempio, nell'ossido di ferro Fe 3 O 4 il ferro ha due stati di ossidazione: +2 e +3. Quale indicare? Tutti e due. Per semplificare, questo composto può essere rappresentato come un sale: Fe (FeO 2) 2. In questo caso, il residuo acido forma un atomo con uno stato di ossidazione di +3. Oppure un doppio ossido può essere rappresentato come segue: FeO * Fe 2 O 3.
  2. Nei composti di perosso, il grado di ossidazione degli atomi di ossigeno collegati da legami covalenti non polari, di regola, cambia. Ad esempio, nel perossido di idrogeno H 2 O 2 e nei perossidi di metalli alcalini, lo stato di ossidazione dell'ossigeno è -1, perché uno dei legami è covalente non polare (H-O-O-H). Un altro esempio è l'acido perossomonosolforico (acido caro) H 2 SO 5 (vedi figura) contiene due atomi di ossigeno con uno stato di ossidazione di -1, i restanti atomi con uno stato di ossidazione di -2, quindi la voce seguente sarà più comprensibile: H 2 SO 3 (O2). Sono anche noti composti di perosso di cromo, ad esempio perossido di cromo (VI) CrO (O 2) 2 o CrO 5 e molti altri.
  3. Un altro esempio di composti con stati di ossidazione ambigui sono i superossidi (NaO 2) e gli ozonidi simili al sale KO 3 . In questo caso è più appropriato parlare di ione molecolare O 2 con carica -1 e O 3 con carica -1. La struttura di tali particelle è descritta da alcuni modelli, che in russo curriculum superare i primi corsi delle università chimiche: MO LCAO, il metodo di sovrapposizione degli schemi di valenza, ecc.
  4. Nei composti organici, il concetto di stato di ossidazione non è molto comodo da usare, perché esiste tra gli atomi di carbonio gran numero legami covalenti non polari. Tuttavia, se disegni la formula strutturale di una molecola, lo stato di ossidazione di ciascun atomo può anche essere determinato dal tipo e dal numero di atomi con cui questo atomo è direttamente legato. Ad esempio, per gli atomi di carbonio primari negli idrocarburi, lo stato di ossidazione è -3, per il secondario -2, per gli atomi terziari -1, per il quaternario - 0.

Esercitati a determinare lo stato di ossidazione degli atomi nei composti organici. Per fare ciò, è necessario disegnare la formula strutturale completa dell'atomo e selezionare l'atomo di carbonio con il suo ambiente immediato: gli atomi con cui è direttamente connesso.

  • Per semplificare i calcoli, puoi utilizzare la tabella di solubilità: qui sono indicate le cariche degli ioni più comuni. Sulla maggior parte Esami di russo in chimica (USE, GIA, DVI), è consentito l'uso della tabella di solubilità. Questo è un cheat sheet già pronto, che in molti casi può far risparmiare molto tempo.
  • Quando si calcola lo stato di ossidazione degli elementi in sostanze complesse, indichiamo prima gli stati di ossidazione degli elementi che conosciamo con certezza (elementi con uno stato di ossidazione costante) e lo stato di ossidazione degli elementi con uno stato di ossidazione variabile è indicato come x. La somma di tutte le cariche di tutte le particelle è uguale a zero in una molecola o uguale alla carica di uno ione in uno ione. È facile formare e risolvere un'equazione da questi dati.

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