Cum să aflați starea de oxidare negativă. Cel mai înalt grad de oxidare. Stare de oxidare și valență

DEFINIȚIE

Starea de oxidare- aceasta este cuantificare starea unui atom al unui element chimic dintr-un compus pe baza electronegativității acestuia.

Ia atât valori pozitive, cât și negative. Pentru a indica starea de oxidare a unui element dintr-un compus, trebuie să puneți o cifră arabă cu semnul corespunzător ("+" sau "-") deasupra simbolului său.

Trebuie amintit că gradul de oxidare este o cantitate care nu are simțul fizic, deoarece nu reflectă sarcina reală a atomului. Cu toate acestea, acest concept este utilizat pe scară largă în chimie.

Tabelul stării de oxidare a elementelor chimice

Maximul pozitiv și minim putere negativă oxidarea poate fi determinată folosind Tabelul periodic al D.I. Mendeleev. Ele sunt egale cu numărul grupului în care se află elementul și diferența dintre valoarea stării „mai înalte” de oxidare și, respectiv, numărul 8.

Dacă luăm în considerare compuși chimici mai precis, în substanţele cu legături nepolare, starea de oxidare a elementelor este zero (N 2, H 2, Cl 2).

Starea de oxidare a metalelor în stare elementară este zero, deoarece distribuția densității electronilor în ele este uniformă.

La compușii ionici simpli, starea de oxidare a elementelor lor constitutive este incarcare electrica, deoarece în timpul formării acestor compuși are loc o tranziție aproape completă a electronilor de la un atom la altul: Na +1 I -1, Mg +2 Cl -1 2, Al +3 F -1 3, Zr +4 Br - 1 4.

La determinarea gradului de oxidare a elementelor din compușii cu legături covalente polare, se compară valorile electronegativității acestora. Deoarece, în timpul formării unei legături chimice, electronii sunt deplasați în atomi de elemente mai electronegative, acestea din urmă au o stare de oxidare negativă în compuși.

Există elemente pentru care este caracteristică o singură valoare a stării de oxidare (fluor, metale din grupele IA și IIA etc.). Fluor, caracterizat cea mai mare valoare electronegativitate, în compuși are întotdeauna o stare de oxidare negativă constantă (-1).

Elementele alcaline și alcalino-pământoase, care se caracterizează printr-o valoare relativ scăzută a electronegativității, au întotdeauna o stare de oxidare pozitivă, egală cu (+1) și respectiv (+2).

Cu toate acestea, există și astfel de elemente chimice, care se caracterizează prin mai multe valori ale gradului de oxidare (sulf - (-2), 0, (+2), (+4), (+6), etc.) .

Pentru a facilita amintirea câte și ce stări de oxidare sunt caracteristice unui anumit element chimic, se folosesc tabele cu stările de oxidare. elemente chimice, care arată astfel:

Număr de serie

Rusă/Engleză titlu

simbol chimic

Stare de oxidare

Hidrogen

Heliu / Heliu

Litiu / Litiu

Beriliu / Beriliu

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

Carbon / Carbon

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

Azot / Azot

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

Oxigen / Oxigen

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

Fluor / Fluor

Sodiu

Magneziu / Magneziu

Aluminiu

Siliciu / Siliciu

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

Fosfor / Fosfor

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

Sulf

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

Clor / Clor

(-1), 0, (+1), (+3), (+5), (+7), rar (+2) și (+4)

Argon / Argon

Potasiu / Potasiu

Calciu / Calciu

Scandium / Scandium

Titan / Titan

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

Vanadiu / Vanadiu

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

Crom / Crom

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

Mangan / Mangan

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

Fier / Fier

(+2), (+3), rar (+4) și (+6)

Cobalt / Cobalt

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

Nichel / Nichel

(+2), rar (+1), (+3) și (+4)

Cupru

+1, +2, rar (+3)

Galiu / Galiu

(+3), rar (+2)

Germanium / Germanium

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

Arsenic / Arsenic

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

Seleniu / Seleniu

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

Brom / Brom

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

Krypton / Krypton

Rubidiu / Rubidiu

Stronțiu / Stronțiu

Ytriu / Ytriu

Zirconiu / Zirconiu

(+4), rar (+2) și (+3)

Niobiu / Niobiu

(+3), (+5), rar (+2) și (+4)

Molibden / Molibden

(+3), (+6), rar (+2), (+3) și (+5)

Tehnețiu / Tehnețiu

Ruteniu / Ruteniu

(+3), (+4), (+8), rar (+2), (+6) și (+7)

Rodiu

(+4), rar (+2), (+3) și (+6)

Paladiu / Paladiu

(+2), (+4), rar (+6)

Argint / Argint

(+1), rar (+2) și (+3)

Cadmiu / Cadmiu

(+2), rar (+1)

Indiu / Indiu

(+3), rar (+1) și (+2)

Tină / Tină

(+2), (+4)

Antimoniu / Antimoniu

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

Telur / Tellurium

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

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

Xenon / Xenon

Cesiu / Cesiu

Bariu / Bariu

Lanthanum / Lanthanum

Ceriu / Ceriu

(+3), (+4)

Praseodimiu / Praseodimiu

Neodim / Neodim

(+3), (+4)

Promethium / Promethium

Samaria / Samarium

(+3), rar (+2)

Europium / Europium

(+3), rar (+2)

Gadoliniu / Gadoliniu

Terbiu / Terbiu

(+3), (+4)

Disprosium / Disprosium

Holmium / Holmium

Erbiu / Erbiu

Tuliu / Tuliu

(+3), rar (+2)

Itterbiu / Iterbiu

(+3), rar (+2)

Lutetium / Lutetium

Hafniu / Hafniu

Tantal / Tantal

(+5), rar (+3), (+4)

Tungsten / Tungsten

(+6), rare (+2), (+3), (+4) și (+5)

Reniu / Reniu

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

Osmiu / Osmiu

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

Iridium / Iridium

(+3), (+4), (+6), rar (+1) și (+2)

Platină / Platină

(+2), (+4), (+6), rar (+1) și (+3)

Aur / Aur

(+1), (+3), rar (+2)

Mercur / Mercur

(+1), (+2)

Talie / Taliu

(+1), (+3), rar (+2)

Plumb / Plumb

(+2), (+4)

Bismut / Bismut

(+3), rar (+3), (+2), (+4) și (+5)

Poloniu / Poloniu

(+2), (+4), rar (-2) și (+6)

Astatin / Astatin

Radon / Radon

Francium / Francium

Radiu / Radiu

Actiniu / Actiniu

Toriu / Toriu

Proactiniu / Protactiniu

Uranus / Uraniu

(+3), (+4), (+6), rar (+2) și (+5)

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Răspuns Vom determina alternativ gradul de oxidare a fosforului în fiecare dintre schemele de transformare propuse, apoi alegem răspunsul corect.
  • Starea de oxidare a fosforului în fosfină este (-3), iar în acidul fosforic - (+5). Modificarea stării de oxidare a fosforului: +3 → +5, adică primul raspuns.
  • Starea de oxidare a unui element chimic în chestiune simplă este egal cu zero. Starea de oxidare a fosforului în compoziția de oxid P 2 O 5 este egală cu (+5). Modificarea stării de oxidare a fosforului: 0 → +5, adică al treilea răspuns.
  • Starea de oxidare a fosforului într-un acid cu compoziția HPO3 este (+5), iar H3PO2 este (+1). Modificarea stării de oxidare a fosforului: +5 → +1, adică al cincilea răspuns.

EXEMPLUL 2

Exercițiu Carbonul în starea de oxidare (-3) are în compus: a) CH 3 Cl; b) C2H2; c) HCOH; d) C2H6.
Soluţie Pentru a da un răspuns corect la întrebarea pusă, vom determina alternativ gradul de oxidare a carbonului în fiecare dintre compușii propuși.

a) starea de oxidare a hidrogenului este (+1), iar clorul - (-1). Luăm pentru „x” gradul de oxidare a carbonului:

x + 3×1 + (-1) =0;

Răspunsul este incorect.

b) starea de oxidare a hidrogenului este (+1). Luăm pentru „y” gradul de oxidare a carbonului:

2×y + 2×1 = 0;

Răspunsul este incorect.

c) starea de oxidare a hidrogenului este (+1), iar oxigenul - (-2). Să luăm pentru „z” starea de oxidare a carbonului:

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

Răspunsul este incorect.

d) starea de oxidare a hidrogenului este (+1). Să luăm drept „a” starea de oxidare a carbonului:

2×a + 6×1 = 0;

Răspuns corect.
Răspuns Opțiunea (d)

Există o serie de reguli simple pentru calcularea stărilor de oxidare:

  • Se ia starea de oxidare a unui element din compoziția unei substanțe simple zero. Dacă substanța este în stare atomică, atunci și starea de oxidare a atomilor săi este zero.
  • Un număr de elemente prezintă o stare de oxidare constantă în compuși. Printre acestea se numără fluorul (−1), metalele alcaline (+1), metalele alcalino-pământoase, beriliul, magneziul și zincul (+2), aluminiul (+3).
  • Oxigenul prezintă în general o stare de oxidare de −2, cu excepția peroxizilor $H_2O_2$ (−1) și a fluorurii de oxigen $OF_2$ (+2).
  • Hidrogenul în combinație cu metale (în hidruri) prezintă o stare de oxidare de -1, iar în compușii cu nemetale, de regulă, +1 (cu excepția $SiH_4, B_2H_6$).
  • Suma algebrică a stărilor de oxidare ale tuturor atomilor dintr-o moleculă trebuie să fie egală cu zero, iar într-un ion complex, sarcina acestui ion.
  • Cea mai mare stare de oxidare pozitivă este de obicei egală cu numărul de grup al elementului din sistemul periodic. Deci, sulful (un element din grupa VIA) prezintă cea mai înaltă stare de oxidare +6, azotul (un element din grupa V) - cea mai înaltă stare de oxidare +5, manganul - un element de tranziție al grupului VIIB - cea mai înaltă stare de oxidare +7. Această regulă nu se aplică elementelor subgrupului secundar al primului grup, ale căror stări de oxidare depășesc de obicei +1, precum și elementelor subgrupului secundar al grupului VIII. De asemenea, elementele oxigen și fluor nu prezintă stări de oxidare mai mari, egale cu numărul grupului.
  • Cea mai scăzută stare de oxidare negativă pentru elementele nemetalice este determinată prin scăderea numărului de grup din 8. Deci, sulful (elementul din grupa VIA) prezintă cea mai scăzută stare de oxidare -2, azotul (elementul din grupa V) - cea mai scăzută stare de oxidare -3.

Pe baza regulilor de mai sus, puteți găsi starea de oxidare a unui element din orice substanță.

Aflați starea de oxidare a sulfului în acizi:

a) H$_2$SO$_3$,

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

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

Soluţie

Starea de oxidare a hidrogenului este +1, oxigen -2. Să notăm starea de oxidare a sulfului cu x. Atunci poti scrie:

$\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

Astfel, la primii doi acizi, starea de oxidare a sulfului este aceeași și egală cu +4, în ultimul acid +6.

Aflați starea de oxidare a clorului în compuși:

b) $Ca(ClO_4)_2$,

c) $Al(ClO_2)_3$.

Soluţie

În primul rând, găsim sarcina ionilor complecși, care includ clorul, amintindu-ne totodată că molecula în ansamblu este neutră din punct de vedere electric.

$\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

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

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

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

ALGORITM PENTRU CALCULUL VALENTEI UNUI ELEMENT DIN UN COMPUS

Adesea, valorile numerice ale stării de oxidare și ale valenței coincid. Cu toate acestea, în unii compuși, de exemplu, în substanțe simple, valorile lor pot diferi.

Astfel, molecula de azot este formată din doi atomi de azot legați printr-o legătură triplă. Legătura este formată din trei perechi de electroni împărțiți datorită prezenței a trei electroni neperechi la subnivelul 2p al atomului de azot. Adică, valența azotului este de trei. În același timp, $N_2$ este o substanță simplă, ceea ce înseamnă că starea de oxidare a acestei molecule este zero.

În mod similar, într-o moleculă de oxigen, valența este două, iar starea de oxidare este 0; într-o moleculă de hidrogen, valența este I, starea de oxidare este 0.

La fel ca în substanțele simple, starea de oxidare și valența diferă adesea în compusi organici. Acest lucru va fi discutat mai detaliat în subiectul „RWR în chimie organică”.

Pentru a determina valența în compuși complecși, mai întâi trebuie să construiți formula structurala. În formula structurală, o legătură chimică este reprezentată de o „liniuță”.

La construirea formulelor grafice, trebuie luați în considerare o serie de factori:


Definiție

Electronegativitatea (EO) $\chi$(chi) - o valoare care caracterizează capacitatea unui atom al unui element de a atrage electroni la sine atunci când se formează o legătură chimică cu alți atomi.

Conceptul modern al electronegativității atomilor a fost introdus de omul de știință american Linus Pauling în 1932. Definiția teoretică a electronegativității a fost dezvoltată mai târziu. Fizicianul american Robert Mulliken a propus să calculeze electronegativitatea ca jumătate din suma potențialului de ionizare și a afinității electronice:

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

unde $I$ este potențialul de ionizare, $A_e$ este energia afinității electronilor.

În plus față de scara Mulliken descrisă mai sus, există mai mult de 20 de alte scale diferite de electronegativitate (pe baza calculului valorilor cărora se bazează pe diferite proprietăți ale substanțelor), inclusiv scala L. Pauling (pe baza energia de legare în timpul formării unei substanțe complexe din cele simple), Allred-Rokhov (bazat pe forța electrostatică care acționează asupra unui electron extern) etc.

În prezent, există multe modalități de cuantificare a mărimii electronegativității unui atom. Valorile electronegativității elementelor calculate prin diferite metode, de regulă, nu coincid nici măcar cu introducerea factorilor de corecție. Totuși, tendințele generale de modificare a $\chi$ conform sistemului Periodic se păstrează. Acest lucru poate fi ilustrat prin compararea celor două scale cele mai utilizate pe scară largă - după Pauling și după Allred-Rochov ( îndrăzneţ fontul indică valorile EC pe scara Pauling, cu caractere inclinate- conform scalei Allred-Rokhov; $s$-elemente în roz, $p$-elemente în galben, $d$-elemente în verde, $f$-elemente în albastru):

Strict vorbind, unui element nu i se poate atribui o electronegativitate permanentă. Electronegativitatea unui atom depinde de mulți factori, în special de starea de valență a atomului, starea formală de oxidare, tipul de compus, numărul de coordonare, natura liganzilor care formează mediul atomului din sistem molecular și altele.

Electronegativitatea este legată de activitatea redox a unui element. În consecință, cu cât electronegativitatea unui element este mai mare, cu atât proprietățile sale de oxidare sunt mai puternice.

Cu cât învelișul electronic al unui atom dat este mai aproape învelișul de electroni gaz inert, cu atât electronegativitatea este mai mare. Cu alte cuvinte, în perioade pe măsură ce nivelul de energie exterior este umplut cu electroni (adică de la stânga la dreapta), electronegativitatea crește, pe măsură ce numărul de grup și numărul de electroni din nivelul de energie exterior cresc.

Cu cât electronii de valență sunt mai departe de nucleu, cu atât sunt ținuți mai slab și cu atât capacitatea atomului de a atrage suplimentari către sine este mai mică. În acest fel, in grupuri electronegativitatea crește odată cu scăderea raza atomică adică de jos în sus. Elementul cu cea mai mare electronegativitate este fluorul, iar elementul cu cea mai scăzută este cesiul. Nemetalele tipice au astfel valori ridicate de electronegativitate, în timp ce metalele tipice au valori scăzute.

VALENTA ELEMENTELOR CHIMICE

Valenţă caracterizează capacitatea atomilor unui element chimic dat de a forma legături chimice.

Valenţă determină numărul de legături chimice prin care un atom este legat de alți atomi dintr-o moleculă.

Anterior, valența era definită ca numărul de atomi ai unui element monovalent, cu care este conectat un atom al acestui element. Astfel, hidrogenul este considerat un element monovalent. În molecula $HBr$, atomul de brom se combină cu un atom de hidrogen, iar atomul de sulf din molecula $H_2S$ se combină cu doi atomi de hidrogen. Prin urmare, bromul din $HBr$ este univalent, iar sulful din $H_2S$ este divalent. Valori de valență pentru diverse elemente poate varia de la unu la opt. Astfel, în acidul percloric $HClO_4$, elementul hidrogen este monovalent, oxigenul este bivalent, iar clorul este heptavalent. În molecula de oxid de xenon $XeO_4$, valența xenonului ajunge la opt. Toate acestea sunt demonstrate în mod clar de următoarele formule structurale, care arată ordinea legăturii atomilor dintr-o moleculă între ei în conformitate cu valențele lor (cu o cursă de valență corespunzătoare fiecărei unități de valență):

Definiție

Momentan sub valenţăînțelegeți numărul de perechi de electroni prin care un atom dat este legat de alți atomi.

Valenţă(sau covalență) determinată de număr legaturi covalente format de un atom dat dintr-un compus. În acest caz, sunt luate în considerare atât legăturile covalente formate prin mecanismul de schimb, cât și legăturile covalente formate prin mecanismul donor-acceptor.

Valency nu are semn!

Deoarece există două mecanisme pentru formarea unei legături covalente (mecanismul de împerechere a electronilor și mecanismul donor-acceptor), capacitățile de valență ale atomilor depind de:

  • numărul de electroni nepereche dintr-un atom dat;
  • din disponibilitatea vacantei orbitali atomici la nivelul exterior;
  • asupra numărului de perechi de electroni neîmpărțiți.

Valența elementelor primei perioade nu poate depăși I, valența elementelor din a doua perioadă nu poate depăși IV. Începând din a treia perioadă, valența elementelor poate crește la VIII (de exemplu, $XeO_4$) în funcție de numărul grupului în care se află elementul.

Luați în considerare, de exemplu, posibilitățile de valență ale atomilor unui număr de elemente.

CAPACITĂȚI DE VALENȚĂ ALE HIDROGENULUI

Atomul de hidrogen are un singur electron de valență, care este reflectat de formula electronică $1s^1$ sau de formula grafică:

Datorită acestui electron nepereche, un atom de hidrogen poate forma o singură legătură covalentă cu orice alt atom prin mecanismul de împerechere (sau socializare) a electronilor. Nu există alte posibilități de valență pentru atomul de hidrogen. Prin urmare, hidrogenul prezintă o singură valență egală cu I.

POSIBILITĂȚI DE VALENȚĂ ALE FOSFORULUI

Elementul fosfor se află în a treia perioadă, în subgrupul principal al celui de-al cincilea grup. Configurația electronică a electronilor de valență este $3s^23p^3$ sau

Ca analog al azotului, fosforul poate prezenta și valențe I, II, III și IV. Dar, deoarece orbitalii $3d$ vacante sunt disponibili pentru elementele din a treia perioadă, atomul de fosfor poate intra într-o stare excitată prin transferul unuia dintre electronii $s$ la subnivelul $d$:

Astfel, un atom de fosfor poate forma cinci legături covalente prin mecanismul de schimb. Fosforul prezintă valența maximă V în moleculele $PF_5$, $H_3PO_4$, $POCl_3$ etc.:

GRAD DE OXIDAARE

Definiție

Starea de oxidare este sarcina condiționată a unui atom dintr-un compus, presupunând că toate legăturile din acel compus sunt ionice (adică toate perechile de electroni de legătură sunt complet deplasate către un atom al unui element mai electronegativ).

Cu alte cuvinte, starea de oxidare este un număr care arată câți electroni a cedat un atom (+ sarcină) sau a primit (– sarcină) atunci când s-a format o legătură chimică cu un alt atom.

Spre deosebire de valență, starea de oxidare are un semn - poate fi negativă, zero sau pozitivă.

Pentru a calcula stările de oxidare ale atomilor dintr-un compus, există o serie de reguli simple:

  • Se presupune că starea de oxidare a unui element dintr-o substanță simplă este zero. Dacă substanța este în stare atomică, atunci și starea de oxidare a atomilor săi este zero.
  • Un număr de elemente prezintă o stare de oxidare constantă în compuși. Printre acestea se numără fluorul (−1), metalele alcaline (+1), metalele alcalino-pământoase, beriliul, magneziul și zincul (+2), aluminiul (+3).
  • Oxigenul, de regulă, prezintă o stare de oxidare de −2, cu excepția peroxizilor $H_2O_2$ (−1), superoxizilor $MO_2$ ($-\frac(1)(2)$), ozonidelor $M^IO_3 ,\ M^(II )(O_3)_2$ ($-\frac(1)(3)$) și fluorura de oxigen $OF_2$ (+2).
  • Hidrogenul în combinație cu metale (în hidruri) prezintă o stare de oxidare de -1, iar în compușii cu nemetale, de regulă, +1 (cu excepția $SiH_4,\ B_2H_6$).
  • Suma algebrică a stărilor de oxidare ale tuturor atomilor dintr-o moleculă trebuie să fie egală cu zero, iar într-un ion complex, sarcina acestui ion.

Cea mai mare stare de oxidare pozitivă egal, de regulă, cu numărul de grup al elementului din sistemul periodic.

Deci, sulful (un element din grupa VIA) prezintă cea mai înaltă stare de oxidare +6, azotul (un element din grupa V) - cea mai înaltă stare de oxidare +5, manganul - un element de tranziție al grupului VIIB - cea mai înaltă stare de oxidare +7. Această regulă nu se aplică elementelor subgrupului secundar al primului grup, ale căror stări de oxidare depășesc de obicei +1, precum și elementelor subgrupului secundar al grupului VIII. De asemenea, elementele oxigen și fluor nu prezintă stări de oxidare mai mari, egale cu numărul grupului.

Cea mai scăzută stare de oxidare negativă pentru elementele nemetalice, se determină scăzând numărul grupului din 8.

Astfel, sulful (elementul din grupa VIA) prezintă cea mai scăzută stare de oxidare -2, azotul (elementul din grupa V) - cea mai scăzută stare de oxidare -3.

Pe baza regulilor de mai sus, puteți găsi starea de oxidare a unui element din orice substanță.

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

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

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

Un element chimic dintr-un compus, calculat din ipoteza că toate legăturile sunt ionice.

Stările de oxidare pot avea o valoare pozitivă, negativă sau zero, prin urmare suma algebrică a stărilor de oxidare ale elementelor dintr-o moleculă, ținând cont de numărul de atomi ai acestora, este 0, iar într-un ion - sarcina ionului.

1. Stările de oxidare ale metalelor din compuși sunt întotdeauna pozitive.

2. Cea mai mare stare de oxidare corespunde numărului de grup sistem periodic, unde se află acest element (excepția este: Au+3(eu grup), Cu+2(II), din grupa VIII, starea de oxidare +8 poate fi doar în osmiu Osși ruteniu Ru.

3. Starile de oxidare ale nemetalelor depind de atomul la care este conectat:

  • dacă cu un atom de metal, atunci starea de oxidare este negativă;
  • dacă este vorba de un atom nemetal, atunci starea de oxidare poate fi atât pozitivă, cât și negativă. Depinde de electronegativitatea atomilor elementelor.

4. Cea mai mare stare de oxidare negativă a nemetalelor poate fi determinată scăzând din 8 numărul grupului în care se află acest element, adică. cea mai mare stare de oxidare pozitivă este egală cu numărul de electroni de pe stratul exterior, care corespunde numărului de grup.

5. Stările de oxidare ale substanțelor simple sunt 0, indiferent dacă este un metal sau un nemetal.

Elemente cu stari de oxidare constante.

Element

Stare de oxidare caracteristică

Excepții

Hidruri metalice: LIH-1

starea de oxidare numită sarcină condiționată a particulei în ipoteza că legătura este complet ruptă (are un caracter ionic).

H- Cl = H + + Cl - ,

Comunicarea în acid clorhidric polar covalent. Perechea de electroni este mai predispusă la atom Cl - , deoarece este un element întreg mai electronegativ.

Cum se determină gradul de oxidare?

Electronegativitatea este capacitatea atomilor de a atrage electroni din alte elemente.

Starea de oxidare este indicată deasupra elementului: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F2 -1 ,K + Cl - etc.

Poate fi negativ și pozitiv.

Starea de oxidare a unei substanțe simple (nelegat, stare liberă) este zero.

Starea de oxidare a oxigenului în majoritatea compușilor este -2 (excepția sunt peroxizii H2O2, unde este -1 și compuși cu fluor - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ).

- Stare de oxidare un ion monoatomic simplu este egal cu sarcina lui: N / A + , Ca +2 .

Hidrogenul din compușii săi are o stare de oxidare de +1 (excepțiile sunt hidrurile - N / A + H - și tip conexiuni C +4 H 4 -1 ).

În legăturile metal-nemetal, atomul care are cea mai mare electronegativitate are o stare de oxidare negativă (datele de electronegativitate sunt date pe scara Pauling): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NU 3 ) - etc.

Reguli pentru determinarea gradului de oxidare în compușii chimici.

Să luăm o conexiune KMnO 4 , este necesar să se determine starea de oxidare a atomului de mangan.

Raţionament:

  1. Potasiul este un metal alcalin din grupa I a tabelului periodic și, prin urmare, are doar o stare de oxidare pozitivă de +1.
  2. Se știe că oxigenul are o stare de oxidare de -2 în majoritatea compușilor săi. Această substanță nu este un peroxid, ceea ce înseamnă că nu face excepție.
  3. Realizează o ecuație:

K+MnXO 4 -2

Lăsa X- necunoscut gradul de oxidare al manganului.

Numărul de atomi de potasiu este 1, mangan - 1, oxigen - 4.

Se dovedește că molecula în ansamblu este neutră din punct de vedere electric, deci sarcina sa totală trebuie să fie egală cu zero.

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

X = +7,

Prin urmare, starea de oxidare a manganului în permanganatul de potasiu = +7.

Să luăm un alt exemplu de oxid Fe2O3.

Este necesar să se determine starea de oxidare a atomului de fier.

Raţionament:

  1. Fierul este un metal, oxigenul este un nemetal, ceea ce înseamnă că este oxigenul care va fi un agent oxidant și va avea o sarcină negativă. Știm că oxigenul are o stare de oxidare de -2.
  2. Luăm în considerare numărul de atomi: fier - 2 atomi, oxigen - 3.
  3. Facem o ecuație unde X- starea de oxidare a atomului de fier:

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

Concluzie: starea de oxidare a fierului în acest oxid este +3.

Exemple. Determinați stările de oxidare ale tuturor atomilor din moleculă.

1. K2Cr2O7.

Stare de oxidare K+1, oxigen O -2.

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

pentru că suma algebrică a stărilor de oxidare ale elementelor dintr-o moleculă, ținând cont de numărul atomilor acestora, este 0, atunci numărul de stări de oxidare pozitive este egal cu numărul celor negative. Stări de oxidare K+O=(-14)+(+2)=(-12).

De aici rezultă că numărul de puteri pozitive ale atomului de crom este 12, dar există 2 atomi în moleculă, ceea ce înseamnă că există (+12):2=(+6) pe atom. Răspuns: K2 + Cr2 +607-2.

2.(AsO 4) 3-.

LA acest caz suma stărilor de oxidare nu va mai fi egală cu zero, ci cu sarcina ionului, adică. - 3. Să facem o ecuație: x+4×(- 2)= - 3 .

Răspuns: (Ca +504-2) 3-.

Subiecte USE codificator: Electronegativitatea. Gradul de oxidare și valența elementelor chimice.

Când atomii interacționează și se formează, electronii dintre ei sunt în majoritatea cazurilor distribuiti inegal, deoarece proprietățile atomilor diferă. Mai mult electronegativ atomul atrage mai puternic densitatea de electroni la sine. Un atom care a atras densitatea electronică la sine capătă o sarcină negativă parțială. δ — , „partenerul” său este o sarcină pozitivă parțială δ+ . Dacă diferența de electronegativitate a atomilor care formează o legătură nu depășește 1,7, numim legătura polar covalent . Dacă diferenţa de electronegativitate care se formează legătură chimică, depășește 1,7, atunci numim o astfel de conexiune ionic .

Starea de oxidare este sarcina condiționată auxiliară a unui atom al unui element dintr-un compus, calculată din ipoteza că toți compușii sunt formați din ioni (toate legăturile polare sunt ionice).

Ce înseamnă „taxare condiționată”? Pur și simplu suntem de acord că vom simplifica puțin lucrurile: vom considera orice legături polare ca fiind complet ionice și vom considera că un electron pleacă sau vine complet de la un atom la altul, chiar dacă de fapt nu este. Și în mod condiționat, un electron lasă un atom mai puțin electronegativ pentru unul mai electronegativ.

De exemplu, în legătura H-Cl, credem că hidrogenul „a dat” în mod condiționat un electron, iar sarcina lui a devenit +1, iar clorul „a acceptat” un electron, iar sarcina lui a devenit -1. De fapt, nu există astfel de sarcini totale pe acești atomi.

Cu siguranță, aveți o întrebare - de ce să inventați ceva care nu există? Acesta nu este un plan insidios al chimiștilor, totul este simplu: un astfel de model este foarte convenabil. Ideile despre starea de oxidare a elementelor sunt utile în compilare clasificare substanțe chimice, descriindu-le proprietățile, formulând compușii și nomenclatura. În special, stările de oxidare sunt folosite atunci când se lucrează cu reacții redox.

Stările de oxidare sunt superior, inferiorși intermediar.

Superior starea de oxidare este egală cu numărul grupului cu semnul plus.

Inferior este definit ca numărul grupului minus 8.

Și intermediar starea de oxidare este aproape orice număr întreg în intervalul de la gradul cel mai de jos oxidare la maxim.

De exemplu, azotul se caracterizează prin: cea mai mare stare de oxidare este +5, cea mai scăzută 5 - 8 \u003d -3, iar stările intermediare de oxidare sunt de la -3 la +5. De exemplu, în hidrazină N2H4, starea de oxidare a azotului este intermediară, -2.

Cel mai adesea, starea de oxidare a atomilor în substanțe complexe notată mai întâi printr-un semn, apoi printr-un număr, de exemplu +1, +2, -2 etc. Când vine vorba de sarcina unui ion (presupunând că ionul există cu adevărat în compus), atunci mai întâi indicați numărul, apoi semnul. De exemplu: Ca2+, C032-.

Pentru a afla stările de oxidare utilizați următoarele reguli :

  1. Starea de oxidare a atomilor în substanțe simple este egal cu zero;
  2. LA molecule neutre suma algebrică a stărilor de oxidare este zero, pentru ioni această sumă este egală cu sarcina ionului;
  3. Stare de oxidare Metale alcaline (elemente din grupa I a subgrupului principal) în compuși este +1, starea de oxidare metale alcalino-pământoase (elementele grupului II al subgrupului principal) în compuși este +2; starea de oxidare aluminiuîn compuși este +3;
  4. Stare de oxidare hidrogenîn compuşii cu metale (- NaH, CaH 2 etc.) este egal cu -1 ; în compuși cu nemetale () +1 ;
  5. Stare de oxidare oxigen este egal cu -2 . Excepție constitui peroxizii- compuşi care conţin grupa -О-О-, unde se află starea de oxidare a oxigenului -1 și alți compuși ( superoxizi, ozonide, fluoruri de oxigen OF 2 si etc.);
  6. Stare de oxidare fluorîn toate substanţele complexe este egală cu -1 .

Cele de mai sus sunt situatiile in care avem in vedere gradul de oxidare permanent . Pentru toate celelalte elemente chimice, starea de oxidare — variabilși depinde de ordinea și tipul atomilor din compus.

Exemple:

Exercițiu: determinați stările de oxidare ale elementelor din molecula de dicromat de potasiu: K 2 Cr 2 O 7.

Soluţie: starea de oxidare a potasiului este +1, starea de oxidare a cromului se notează ca X, starea de oxidare a oxigenului -2. Suma tuturor stărilor de oxidare ale tuturor atomilor dintr-o moleculă este 0. Obținem ecuația: +1*2+2*x-2*7=0. Rezolvăm, obținem starea de oxidare a cromului +6.

În compușii binari, un element mai electronegativ este caracterizat printr-o stare de oxidare negativă, un element mai puțin electronegativ este caracterizat printr-o stare pozitivă.

Rețineți că conceptul de stare de oxidare este foarte condiționat! Starea de oxidare nu arată sarcina reală a atomului și nu are un sens fizic real.. Acesta este un model simplificat care funcționează eficient atunci când avem nevoie, de exemplu, de a egaliza coeficienții din ecuație. reactie chimica, sau pentru algoritmizarea clasificării substanţelor.

Starea de oxidare nu este valență! Starea de oxidare și valența în multe cazuri nu se potrivesc. De exemplu, valența hidrogenului într-o substanță simplă H2 este I, iar starea de oxidare, conform regulii 1, este 0.

Acestea sunt regulile de bază care vă vor ajuta să determinați starea de oxidare a atomilor din compuși în majoritatea cazurilor.

În unele situații, este posibil să vă fie dificil să determinați starea de oxidare a unui atom. Să aruncăm o privire la unele dintre aceste situații și la cum să le rezolvăm:

  1. În oxizii dubli (asemănător sării), gradul la atom, de regulă, este două stări de oxidare. De exemplu, în oxidul de fier Fe 3 O 4 fierul are două stări de oxidare: +2 și +3. Pe care să indicați? Ambii. Pentru a simplifica, acest compus poate fi reprezentat ca o sare: Fe (FeO 2) 2. În acest caz, reziduul acid formează un atom cu o stare de oxidare de +3. Sau un oxid dublu poate fi reprezentat astfel: FeO * Fe 2 O 3.
  2. În compușii peroxo, gradul de oxidare al atomilor de oxigen legați prin legături nepolare covalente, de regulă, se modifică. De exemplu, în peroxidul de hidrogen H 2 O 2 și peroxizii metalelor alcaline, starea de oxidare a oxigenului este -1, deoarece una dintre legături este covalentă nepolară (H-O-O-H). Un alt exemplu este acidul peroxomonosulfuric (acid caro) H 2 SO 5 (vezi figura) conține doi atomi de oxigen cu o stare de oxidare de -1, atomii rămași cu o stare de oxidare de -2, deci următoarea intrare va fi mai de înțeles: H 2 SO 3 (O2). De asemenea, sunt cunoscuți compuși peroxo de crom - de exemplu, peroxid de crom (VI) CrO (O 2) 2 sau CrO 5 și mulți alții.
  3. Un alt exemplu de compuși cu stări de oxidare ambigue sunt superoxizii (NaO 2 ) și ozonidele asemănătoare sării KO 3 . În acest caz, este mai potrivit să vorbim despre ionul molecular O 2 cu o sarcină de -1 și O 3 cu o sarcină de -1. Structura unor astfel de particule este descrisă de unele modele, care în limba rusă curriculum trece primele cursuri ale universităților de chimie: MO LCAO, metoda de suprapunere a schemelor de valență etc.
  4. În compușii organici, conceptul de stare de oxidare nu este foarte convenabil de utilizat, deoarece între atomi de carbon există număr mare legături covalente nepolare. Cu toate acestea, dacă desenați formula structurală a unei molecule, atunci starea de oxidare a fiecărui atom poate fi determinată și de tipul și numărul de atomi cu care acest atom este legat direct. De exemplu, pentru atomii de carbon primari din hidrocarburi, starea de oxidare este -3, pentru secundari -2, pentru atomii terțiari -1, pentru cuaternari - 0.

Să exersăm determinarea stării de oxidare a atomilor din compușii organici. Pentru a face acest lucru, trebuie să desenați formula structurală completă a atomului și să selectați atomul de carbon cu mediul său imediat - atomii cu care este conectat direct.

  • Pentru a simplifica calculele, puteți utiliza tabelul de solubilitate - încărcările celor mai obișnuiți ioni sunt indicate acolo. Pe majoritatea examene de rusăîn chimie (USE, GIA, DVI), este permisă utilizarea tabelului de solubilitate. Aceasta este o foaie de cheat gata făcută, care în multe cazuri poate economisi mult timp.
  • La calcularea stării de oxidare a elementelor din substanțe complexe, indicăm mai întâi stările de oxidare ale elementelor pe care le cunoaștem cu siguranță (elemente cu stare de oxidare constantă), iar starea de oxidare a elementelor cu stare de oxidare variabilă se notează cu x. Suma tuturor sarcinilor tuturor particulelor este egală cu zero într-o moleculă sau egală cu sarcina unui ion dintr-un ion. Este ușor să formați și să rezolvați o ecuație din aceste date.

Citeste si