Як дізнатися негативний ступінь окиснення. Вищий ступінь окиснення. Ступінь окислення та валентність

ВИЗНАЧЕННЯ

Ступінь окислення- це кількісна оцінкастану атома хімічного елемента у поєднанні, заснована на його електронегативності.

Вона набуває як позитивних, і негативні значення. Щоб вказати ступінь окислення елемента у з'єднанні, потрібно поставити зверху над його символом арабську цифру з відповідним знаком («+» або «-»).

Слід пам'ятати, що ступінь окислення - величина, що не має фізичного сенсу, оскільки відбиває реальний заряд атома. Однак це поняття досить широко використовується у хімії.

Таблиця ступеня окиснення хімічних елементів

Максимальну позитивну та мінімальну негативний ступіньокиснення можна визначити за допомогою Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва. Вони рівні номеру групи, в якій розташований елемент, і різниці між значенням «вищого» ступеня окислення та числом 8 відповідно.

Якщо розглядати хімічні сполукиконкретніше, то речовинах з неполярними зв'язками ступінь окислення елементів дорівнює нулю (N 2 , H 2 , Cl 2).

Ступінь окислення металів в елементарному стані дорівнює нулю, тому що розподіл електронної густини в них рівномірно.

У простих іонних сполуках ступінь окислення елементів, що входять до них, дорівнює електричного зарядуоскільки при утворенні цих сполук відбувається практично повний перехід електронів від одного атома до іншого: Na +1 I -1 , Mg +2 Cl -1 2 Al +3 F -1 3 Zr +4 Br -1 4 .

При визначенні ступеня окиснення елементів у з'єднаннях з полярними ковалентними зв'язками порівнюють значення їх електронегативностей. Оскільки при утворенні хімічного зв'язку електрони зміщуються до атомів більш електронегативних елементів, останні мають у сполуках негативний ступінь окислення.

Існують елементи, для яких характерне лише одне значення ступеня окислення (фтор, метали ІА та ІІА груп тощо). Фтор, що характеризується найбільшим значеннямелектронегативності, у з'єднаннях завжди має постійний негативний ступінь окислення (-1).

Лужні та лужноземельні елементи, для яких властиво відносно невисоке значення електронегативності, завжди мають позитивний ступінь окислення, що дорівнює відповідно (+1) і (+2).

Проте, є такі хімічні елементи, котрим характерні кілька значень ступеня окислення (сірка - (-2), 0, (+2), (+4), (+6) та інших.).

Для того, щоб легше було запам'ятати скільки і які ступеня окиснення характерні для конкретного хімічного елемента, використовують таблиці ступенів окиснення. хімічних елементів, які виглядають так:

Порядковий номер

Російське / англ. назва

Хімічний символ

Ступінь окислення

Водень / Hydrogen

Гелій / Helium

Літій / Lithium

Берилій / Beryllium

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

Вуглець / Carbon

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

Азот / Nitrogen

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

Кисень / Oxygen

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

Фтор / Fluorine

Натрій / Sodium

Магній / Magnesium

Алюміній / Aluminum

Кремній / Silicon

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

Фосфор/Phosphorus

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

Сірка / Sulfur

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

Хлор / Chlorine

(-1), 0, (+1), (+3), (+5), (+7), рідко (+2) та (+4)

Аргон / Argon

Калій / Potassium

Кальцій / Calcium

Скандій / Scandium

Титан / Titanium

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

Ванадій / Vanadium

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

Хром / Chromium

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

Марганець / Manganese

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

Залізо / Iron

(+2), (+3), рідко (+4) та (+6)

Кобальт / Cobalt

(+2), (+3), рідко (+4)

Нікель / Nickel

(+2), рідко (+1), (+3) та (+4)

Мідь / Copper

+1, +2, рідко (+3)

Галій / Gallium

(+3), рідко (+2)

Німеччина / Німеччина

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

Миш'як / Arsenic

(-3), (+3), (+5), рідко (+2)

Селен / Selenium

(-2), (+4), (+6), рідко (+2)

Бром / Bromine

(-1), (+1), (+5), рідко (+3), (+4)

Кріптон / Krypton

Рубідій / Rubidium

Стронцій / Strontium

Іттрій / Yttrium

Цирконій / Zirconium

(+4), рідко (+2) та (+3)

Ніобій / Niobium

(+3), (+5), рідко (+2) та (+4)

Молібден / Molybdenum

(+3), (+6), рідко (+2), (+3) та (+5)

Технецій / Technetium

Рутеній / Ruthenium

(+3), (+4), (+8), рідко (+2), (+6) та (+7)

Родій / Rhodium

(+4), рідко (+2), (+3) та (+6)

Паладій / Palladium

(+2), (+4), рідко (+6)

Срібло / Silver

(+1), рідко (+2) та (+3)

Кадмій / Cadmium

(+2), рідко (+1)

Індій / Indium

(+3), рідко (+1) та (+2)

Олово / Tin

(+2), (+4)

Сурма / Antimony

(-3), (+3), (+5), рідко (+4)

Теллур / Tellurium

(-2), (+4), (+6), рідко (+2)

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

Ксенон / Xenon

Цезій / Cesium

Барій / Barium

Лантан / Lanthanum

Церій / Cerium

(+3), (+4)

Празеодим / Praseodymium

Неодим / Neodymium

(+3), (+4)

Прометій / Promethium

Самарій / Samarium

(+3), рідко (+2)

Європій / Europium

(+3), рідко (+2)

Гадоліній / Gadolinium

Тербій / Terbium

(+3), (+4)

Диспрозій / Dysprosium

Гольмій / Holmium

Ербій / Erbium

Тулій / Thulium

(+3), рідко (+2)

Ітербій / Ytterbium

(+3), рідко (+2)

Лютецій / Lutetium

Гафній / Hafnium

Тантал / Tantalum

(+5), рідко (+3), (+4)

Вольфрам / Tungsten

(+6), рідко (+2), (+3), (+4) та (+5)

Реній / Rhenium

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

Осмій / Osmium

(+3), (+4), (+6), (+8), рідко (+2)

Іридій / Iridium

(+3), (+4), (+6), рідко (+1) та (+2)

Платина / Platinum

(+2), (+4), (+6), рідко (+1) та (+3)

Золото / Gold

(+1), (+3), рідко (+2)

Ртуть / Mercury

(+1), (+2)

Талій / Thallium

(+1), (+3), рідко (+2)

Свинець / Lead

(+2), (+4)

Вісмут / Bismuth

(+3), рідко (+3), (+2), (+4) та (+5)

Полоній / Polonium

(+2), (+4), рідко (-2) та (+6)

Астат / Astatine

Радон / Радон

Франція / Франція

Радій / Radium

Актиній / Actinium

Торій / Thorium

Проактіній / Protactinium

Уран / Uranium

(+3), (+4), (+6), рідко (+2) та (+5)

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Відповідь Почергово визначатимемо ступінь окислення фосфору в кожній із запропонованих схем перетворень, а потім виберемо правильний варіант відповіді.
  • Ступінь окислення фосфору у фосфіні дорівнює (-3), а в ортофосфорній кислоті – (+5). Зміна ступеня окиснення фосфору: +3 → +5, тобто. Перший варіант відповіді.
  • Ступінь окислення хімічного елемента в простою речовиноюдорівнює нулю. Ступінь окислення фосфору в оксиді складу P2O5 дорівнює (+5). Зміна ступеня окиснення фосфору: 0 → 5, тобто. Третій варіант відповіді.
  • Ступінь окислення фосфору в кислоті складу HPO 3 дорівнює (+5), а H 3 PO 2 - (+1). Зміна ступеня окиснення фосфору: +5 → +1, тобто. п'ятий варіант відповіді.

ПРИКЛАД 2

Завдання Ступінь окислення (-3) вуглець має у поєднанні: а) CH 3 Cl; б) C 2 H 2; в) HCOH; г) C 2 H 6 .
Рішення Для того, щоб дати правильну відповідь на поставлене питання почергово визначатимемо ступінь окислення вуглецю в кожному із запропонованих сполук.

а) ступінь окислення водню дорівнює (+1), а хлору – (-1). Приймемо за «х» ступінь окиснення вуглецю:

x + 3×1 + (-1) = 0;

Відповідь неправильна.

б) ступінь окислення водню дорівнює (+1). Приймемо за «у» ступінь окиснення вуглецю:

2×у + 2×1 = 0;

Відповідь неправильна.

в) ступінь окислення водню дорівнює (+1), а кисню – (-2). Приймемо за «z» ступінь окиснення вуглецю:

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

Відповідь неправильна.

г) ступінь окислення водню дорівнює (+1). Приймемо за «a» ступінь окиснення вуглецю:

2×а + 6×1 = 0;

Вірна відповідь.
Відповідь Варіант (г)

Для підрахунку ступенів окислення є ряд простих правил:

  • Ступінь окислення елемента у складі простої речовини приймається рівної нулю. Якщо речовина знаходиться в атомарному стані, то ступінь окислення його атомів також дорівнює нулю.
  • Ряд елементів виявляють у сполуках постійний ступінь окиснення. Серед них фтор (-1), лужні метали (+1), лужноземельні метали, берилій, магній та цинк (+2), алюміній (+3).
  • Кисень, як правило, виявляє ступінь окислення −2 за винятком пероксидів $H_2O_2$ (−1) та фториду кисню $OF_2$ (+2).
  • Водень у поєднанні з металами (в гідридах) виявляє ступінь окислення −1, а у з'єднаннях з неметалами, як правило, +1 (крім $SiH_4, B_2H_6$).
  • Алгебраїчна сума ступенів окислення всіх атомів у молекулі має дорівнювати нулю, а складному іоні - заряду цього іона.
  • Вища позитивна ступінь окиснення дорівнює, зазвичай, номеру групи елемента у періодичної системі. Так, сірка (елемент VIA групи), виявляє вищий ступінь окислення +6, азот (елемент V групи) - найвищий ступінь окислення +5, марганець - перехідний елемент VIIБ групи - вищий ступінь окислення +7. Це правило не поширюється на елементи побічної підгрупи першої групи, ступеня окислення яких зазвичай перевищують +1, а також елементи побічної підгрупи VIII групи. Також не виявляють своїх вищих ступенів окиснення, рівних номеру групи, елементи кисень та фтор.
  • Нижчий негативний ступінь окиснення для елементів-неметалів визначається відніманням номера групи з числа 8. Так, сірка (елемент VIA групи) виявляє нижчий ступінь окиснення −2, азот (елемент V групи) - нижчий ступінь окиснення −3.

З наведених вище правил можна визначити ступінь окислення елемента у будь-якій речовині.

Знайти ступінь окислення сірки в кислотах:

а) H$_2$SO$_3$,

б) H$_2$S$_2$O$_5$,

в) H$_2$S$_3$O$_(10)$.

Рішення

Ступінь окиснення водню дорівнює +1, кисню -2. Позначимо ступінь окислення сірки як x. Тоді можна записати:

$\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

Таким чином, у перших двох кислотах ступінь окислення сірки однаковий і дорівнює +4, в останній кислоті +6.

Знайти ступінь окислення хлору в сполуках:

б) $ Ca (ClO_4)_2 $,

в) $ Al (ClO_2)_3 $.

Рішення

Спочатку знайдемо заряд складних іонів, до складу яких входить хлор, пам'ятаючи, що молекула в цілому електронейтральна.

$\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

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

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

$\hspace(1.5cm) x = +5 \hspace(2.8cm) x = +7 \hspace(3.2cm) x = +3$

АЛГОРИТМ ВИЛІЧЕННЯ ВАЛЕНТНОСТІ ЕЛЕМЕНТА У Сполученні

Найчастіше чисельні значення ступеня окиснення та валентності збігаються. Однак у деяких сполуках, наприклад, у простих речовинах, їх значення можуть різнитися.

Так, молекула азоту утворена двома атомами азоту, пов'язаними потрійним зв'язком. Зв'язок утворений трьома загальними електронними парами за рахунок присутності трьох неспарених електронів на 2p-підрівні атома азоту. Тобто валентність азоту дорівнює трьом. У той самий час $N_2$ - просте речовина, отже, ступінь окислення цієї молекули дорівнює нулю.

Аналогічно, в молекулі кисню валентність дорівнює двом, а ступінь окислення – 0; у молекулі водню валентність – I, ступінь окислення – 0.

Так само як у простих речовинах, ступінь окислення та валентність часто відрізняються в органічні сполуки. Докладніше це буде розглянуто у темі «ОВР в органічній хімії».

Для визначення валентності у складних з'єднаннях спочатку потрібно побудувати структурну формулу. У структурній формулі один хімічний зв'язок зображується однією рискою.

При побудові графічних формул слід враховувати низку чинників:


Визначення

Електронегативність (ЕО) $\chi$(Хі) - величина, що характеризує здатність атома елемента притягувати до себе електрони при утворенні хімічного зв'язку з іншими атомами.

Сучасне поняття про електронегативність атомів запроваджено американським вченим Лайнусом Полінгом у 1932 році. Теоретичне визначення електронегативності було розроблено пізніше. Американський фізик Роберт Маллікен запропонував розраховувати електронегативність як напівсуму потенціалу іонізації та спорідненості до електрона:

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

де $I$ - потенціал іонізації, $A_e$ - енергія спорідненості електрону.

Крім шкали Маллікена, описаної вище, існує понад 20 різних шкал електронегативності (в основу розрахунку значень яких покладено різні властивості речовин), серед яких шкала Л. Полінга (заснована на енергії зв'язку при утворенні складної речовини з простих), шкала Олреда- Рохова (заснована на електростатичній силі, що діє на зовнішній електрон) та ін.

В даний час існує багато способів, що дозволяють кількісно оцінити величину електронегативності атома. Значення електронегативності елементів, розраховані різними способами, як правило, не збігаються навіть при введенні поправочних коефіцієнтів. Проте загальні тенденції у зміні $\chi$ за Періодичною системою зберігаються. Проілюструвати це можна, порівнявши дві шкали, що найбільш широко використовуються - по Полінгу і по Олреду-Рохову ( жирнимшрифтом виділено значення ЕО за шкалою Полінга, курсивом- за шкалою Олреда-Рохова; $s$-елементи виділені рожевим кольором, $p$-елементи - жовтим, $d$-елементи - зеленим, $f$-елементи - блакитним):

Строго говорячи, елементу не можна приписати постійну електронегативність. Електронегативність атома залежить від багатьох факторів, зокрема, від валентного стану атома, формального ступеня окислення, типу сполуки, координаційного числа, природи лігандів, що становлять оточення атома в молекулярній системі, та від деяких інших.

Електронегативність пов'язана з окислювально-відновною активністю елемента. Відповідно, що більше електронегативність елемента, то сильніше його окисні властивості.

Чим більш наближена електронна оболонка даного атома до електронної оболонкиінертного газу, тим вища його електронегативність. Іншими словами, у періодаху міру заповнення зовнішнього енергетичного рівня електронами (тобто зліва направо) електронегативність зростає, оскільки зростає номер групи та кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні.

Чим далі виявляються валентні електрони від ядра, тим слабше вони утримуються і тим нижча здатність атома притягувати до себе додаткові електрони. Таким чином, у групахелектронегативність зростає із зменшенням атомного радіусу, тобто знизу догори. Елементом із найбільшою електронегативністю є фтор, і з найменшою - цезій. Типові неметали, таким чином, мають високі значення електронегативності, а типові метали – низькі.

ВАЛЕНТНІСТЬ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Валентністьхарактеризує здатність атомів цього хімічного елемента до утворення хімічних зв'язків.

Валентністьвизначає число хімічних зв'язків, якими атом пов'язані з іншими атомами молекулі.

Раніше валентність визначали число атомів одновалентного елемента, з яким з'єднується один атом даного елемента. Так водень вважається одновалентним елементом. У молекулі $HBr$ атом брому з'єднується з одним атомом водню, а атом сірки в молекулі $H_2S$ - із двома атомами водню. Отже, бром $HBr$ одновалентний, а сірка $H_2S$ двовалентна. Значення валентності для різних елементівможуть змінюватися від одного до восьми. Так, у хлорній кислоті $HClO_4$ елемент водень - одновалентний, кисень - двовалентний, хлор - семивалентний. У молекулі оксиду ксенону $XeO_4$ валентність ксенону досягає значення вісім. Все це наочно демонструють такі структурні формули, в яких показаний порядок зв'язку атомів у молекулі один з одним відповідно до їх валентностей (причому кожній одиниці валентності відповідає один валентний штрих):

Визначення

В даний час під валентністюрозуміють число електронних пар, якими цей атом пов'язаний з іншими атомами.

Валентність(або ковалентність) визначається числом ковалентних зв'язків, утворених даним атомом у поєднанні. При цьому враховуються як ковалентні зв'язки, утворені за обмінним механізмом, так і ковалентні зв'язки, утворені за донорно-акцепторним механізмом.

Валентність немає знака!

Оскільки існує два механізми утворення ковалентного зв'язку (механізм парування електронів та донорно-акцепторний механізм), то валентні можливості атомів залежать від:

  • числа неспарених електронів у цьому атомі;
  • від наявності вакантних атомних орбіталейу зовнішньому рівні;
  • від числа неподілених електронних пар.

Валентність елементів першого періоду не може перевищувати І, валентність елементів другого періоду не може перевищувати IV. Починаючи з третього періоду, валентність елементів може збільшуватися до VIII (наприклад, $XeO_4$) відповідно до номера групи, в якій знаходиться елемент.

Розглянемо, наприклад, валентні можливості атомів низки елементів.

ВАЛЕНТНІ МОЖЛИВОСТІ ВОДОРОДУ

Атом водню має єдиний валентний електрон, що відображає електронна формула $1s^1$ або графічна формула:

За рахунок цього неспареного електрона атом водню може утворити лише один ковалентний зв'язок з будь-яким іншим атомом механізму спарювання (або усуспільнення) електронів. Інші валентні можливості атома водню відсутні. Тому водень виявляє єдину валентність, що дорівнює I.

ВАЛЕНТНІ МОЖЛИВОСТІ ФОСФОРУ

Елемент фосфор знаходиться у третьому періоді, у головній підгрупі п'ятої групи. Електронна конфігурація його валентних електронів $3s^23p^3$ або

Як аналог азоту, фосфор також може виявляти валентності I, II, III і IV. Але оскільки для елементів третього періоду доступні вакантні $3d$-орбіталі, атом фосфору може перейти в збуджений стан, перевівши один із $s$-електронів на $d$-підрівень:

Таким чином, атом фосфору може утворити п'ять ковалентних зв'язків обмінного механізму. Максимальну валентність V фосфор виявляє в молекулах $PF_5$, $H_3PO_4$, $POCl_3$ та ін:

СТУПІНЬ ОКИСЛЕННЯ

Визначення

Ступінь окислення- це умовний заряд атома в з'єднанні в припущенні, що всі зв'язки в цьому з'єднанні іонні (тобто всі електронні пари, що пов'язують, повністю зміщені до атома більш електронегативного елемента).

Іншими словами, ступінь окислення - це число, яке показує, скільки електронів віддав (заряд "+") або прийняв (заряд "-") атом при утворенні хімічного зв'язку з іншим атомом.

На відміну від валентності, ступінь окислення має знак - вона може бути негативною, нульовою чи позитивною.

Для підрахунку ступенів окислення атомів у поєднанні є ряд простих правил:

  • Ступінь окислення елемента у складі простої речовини приймається рівною нулю. Якщо речовина знаходиться в атомарному стані, то ступінь окислення його атомів також дорівнює нулю.
  • Ряд елементів виявляють у сполуках постійний ступінь окиснення. Серед них фтор (−1), лужні метали (+1), лужноземельні метали, берилій, магній та цинк (+2), алюміній (+3).
  • Кисень, як правило, виявляє ступінь окислення −2 за винятком пероксидів $H_2O_2$ (−1), супероксидів $MO_2$ ($-\frac(1)(2)$), озонідів $M^IO_3,\ M^(II )(O_3)_2$ ($-\frac(1)(3)$) і фториду кисню $OF_2$ (+2).
  • Водень у поєднанні з металами (у гідридах) виявляє ступінь окислення −1, а у з'єднаннях з неметалами, як правило, +1 (крім $SiH_4,\B_2H_6$).
  • Алгебраїчна сума ступенів окислення всіх атомів у молекулі має дорівнювати нулю, а складному іоні - заряду цього іона.

Вищий позитивний ступінь окисненнядорівнює, зазвичай, номеру групи елемента у періодичної системі.

Так, сірка (елемент VIA групи), виявляє вищий ступінь окислення +6, азот (елемент V групи) - найвищий ступінь окислення +5, марганець - перехідний елемент VIIБ групи - вищий ступінь окислення +7. Це правило не поширюється на елементи побічної підгрупи першої групи, ступеня окислення яких зазвичай перевищують +1, а також елементи побічної підгрупи VIII групи. Також не виявляють своїх вищих ступенів окиснення, рівних номеру групи, елементи кисень та фтор.

Нижчий негативний ступінь окисленнядля елементів-неметалів визначається відніманням номера групи з числа 8.

Так, сірка (елемент VIA групи) виявляє нижчий ступінь окислення −2, азот (елемент V групи) - нижчий ступінь окислення −3.

З наведених вище правил можна визначити ступінь окислення елемента у будь-якій речовині.

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

$x = - 1 \hspace(2.3 cm) x = - 1 \hspace(2.6 cm) x = - 1$

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

Хімічний елемент у поєднанні, обчислений з припущення, що всі зв'язки мають іонний тип.

Ступені окислення можуть мати позитивне, негативне або нульове значення, тому алгебраїчна сума ступенів окислення елементів у молекулі з урахуванням числа їх атомів дорівнює 0, а в іоні – заряду іона.

1. Ступені окислення металів у з'єднаннях завжди позитивні.

2. Вищий рівень окислення відповідає номеру групи періодичної системи, де знаходиться даний елемент (виняток становлять: Au +3(І група), Cu +2(II), з VIII групи ступінь окислення +8 може бути тільки у осмію Osта рутенія Ru.

3. Ступені окислення неметалів залежать від того, з яким атомом він з'єднаний:

  • якщо з атомом металу, то ступінь окиснення негативна;
  • якщо з атомом неметалу то ступінь окислення може бути і позитивний, і негативний. Це залежить від електронегативності атомів елементів.

4. Вищий негативний ступінь окиснення неметалів можна визначити відніманням з 8 номери групи, у якій перебуває цей елемент, тобто. найвищий позитивний ступінь окислення дорівнює числу електронів на зовнішньому шарі, що відповідає номеру групи.

5. Ступені окислення простих речовин дорівнюють 0, незалежно від того метал це або неметал.

Елементи з постійними ступенями окиснення.

Елемент

Характерний ступінь окислення

Винятки

Гідриди металів: LIH-1

Ступенем окисленняназивають умовний заряд частки у припущенні, що зв'язок повністю розірваний (має іонний характер).

H- Cl = H + + Cl - ,

Зв'язок у соляної кислотиковалентна полярна. Електронна пара більшою мірою зміщена у бік атома Cl - , т.к. він більш електронегативний елемент.

Як визначити ступінь окиснення?

Електронегативність- Це здатність атомів притягувати до себе електрони інших елементів.

Ступінь окислення вказується над елементом: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,K + Cl - і т.д.

Вона може бути негативною та позитивною.

Ступінь окислення простої речовини (незв'язаний, вільний стан) дорівнює нулю.

Ступінь окислення кисню у більшості сполук дорівнює -2 (виняток становлять пероксиди Н 2 Про 2, де вона дорівнює -1 та з'єднання з фтором - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ).

- Ступінь окисленняпростого одноатомного іона дорівнює його заряду: Na + , Ca +2 .

Водень у своїх сполуках має ступінь окислення рівну +1 (виключення становлять гідриди - Na + H - та з'єднання типу C +4 H 4 -1 ).

У зв'язках «метал-неметал» негативний ступінь окислення має той атом, який має більшу електрооприцільність (дані про елекронегативність наведені в шкалі Полінга): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NO 3 ) - і т.д.

Правила визначення ступеня окислення у хімічних сполуках.

Візьмемо з'єднання KMnO 4 , необхідно визначити ступінь окислення атома марганцю.

Міркування:

  1. Калій - лужний метал, що стоїть у I групі періодичної таблиці, у зв'язку з чим має лише позитивний ступінь окислення +1.
  2. Кисень, як відомо, у більшості своїх сполук має ступінь окислення -2. Ця речовина не є пероксидом, а отже, - не виняток.
  3. Складає рівняння:

До +Mn X O 4 -2

Нехай Х- невідомий нам ступінь окислення марганцю.

Кількість атомів калію – 1, марганцю – 1, кисню – 4.

Доведено, що молекула в цілому електронейтральна, тому її загальний заряд має дорівнювати нулю.

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

Х = +7,

Отже, ступінь окислення марганцю перманганаті калію = +7.

Візьмемо інший приклад оксиду Fe 2 O 3.

Необхідно визначити рівень окислення атома заліза.

Міркування:

  1. Залізо – метал, кисень – неметал, отже, саме кисень буде окислювачем і матиме негативний заряд. Ми знаємо, що кисень має ступінь окиснення -2.
  2. Вважаємо кількості атомів: заліза – 2 атоми, кисню – 3.
  3. Складаємо рівняння, де Х- Ступінь окислення атома заліза:

2*(Х) + 3*(-2) = 0,

Висновок: ступінь окислення заліза у цьому оксиді дорівнює +3.

приклади.Визначити ступеня окиснення всіх атомів у молекулі.

1. K 2 Cr 2 O 7.

Ступінь окислення До +1, кисню Про -2.

Враховуючи індекси: О=(-2)×7=(-14), К=(+1)×2=(+2).

Т.к. алгебраїчна сума ступенів окислення елементів у молекулі з урахуванням числа їх атомів дорівнює 0, то число позитивних ступенів окислення дорівнює числу негативних. Ступені окислення К+О=(-14)+(+2)=(-12).

З цього випливає, що в атома хрому число позитивних ступенів дорівнює 12, але атомів у молекулі 2, отже, на один атом припадає (+12):2=(+6). Відповідь: До 2 + Cr 2 +6 O 7 -2.

2.(AsO 4) 3- .

У даному випадкусума ступенів окислення дорівнюватиме вже не нулю, а заряду іона, тобто. - 3. Складемо рівняння: х+4×(- 2)= - 3 .

Відповідь: (As +5 O 4 -2) 3- .

Теми кодифікатора ЄДІ: Електронегативність. Ступінь окислення та валентність хімічних елементів.

Коли атоми взаємодіють і утворюють електрони між ними в більшості випадків розподіляються нерівномірно, оскільки властивості атомів різняться. Більше електронегативний атом сильніше притягує себе електронну щільність. Атом, який притяг до себе електронну щільність, набуває часткового негативного заряду δ — , його "партнер" - частковий позитивний заряд δ+ . Якщо різниця електронегативності атомів, що утворюють зв'язок, не перевищує 1,7, ми називаємо зв'язок ковалентної полярної . Якщо різниця електронегативностей, що утворюють хімічний зв'язок, перевищує 1,7, то такий зв'язок ми називаємо іонної .

Ступінь окислення – це допоміжний умовний заряд атома елемента у поєднанні, обчислений з припущення, що це сполуки складаються з іонів (всі полярні зв'язку – іонні).

Що означає «умовний заряд»? Ми просто домовляємося, що трохи спростимо ситуацію: вважатимемо будь-які полярні зв'язки повністю іонними, і вважатимемо, що електрон повністю йде або приходить від одного атома до іншого, навіть якщо насправді це не так. А йде умовно електрон від менш електронегативного атома до електронегативнішого.

Наприклад, у зв'язку з H-Cl ми вважаємо, що водень умовно «віддав» електрон, та її заряд став +1, а хлор «прийняв» електрон, та її заряд став -1. Насправді, таких повних зарядів на цих атомах немає.

Напевно, у вас виникло питання – навіщо ж вигадувати те, чого немає? Це не підступний задум хіміків, просто: така модель дуже зручна. Уявлення про рівень окислення елементів корисні при складанні класифікації хімічних речовин, опис їх властивостей, складання формул сполук і номенклатури Особливо часто ступеня окислення використовуються при роботі з окисно-відновними реакціями.

Ступені окиснення бувають вищі, нижчіі проміжні.

Вищаступінь окислення дорівнює номеру групи зі знаком "плюс".

Нижчавизначається як номер групи мінус 8.

І проміжнаступінь окислення - це майже будь-яке ціле число в інтервалі від нижчого ступеняокиснення до вищої.

Наприклад, Для азоту характерні: вищий ступінь окиснення +5, нижча 5 - 8 = -3, а проміжні ступеня окиснення від -3 до +5. Наприклад, у гідразині N 2 H 4 ступінь окислення азоту проміжна -2.

Найчастіше ступінь окислення атомів у складних речовинахпозначається спочатку знаком, потім цифрою, наприклад +1, +2, -2 і т.д. Коли йдеться про заряд іона (припустимо, що іон реально існує у поєднанні), то спочатку вказують цифру, потім знак. Наприклад: Ca 2+, CO 3 2-.

Для знаходження ступенів окиснення використовують такі правила :

  1. Ступінь окислення атомів у простих речовин дорівнює нулю;
  2. У нейтральних молекулах алгебраїчна сума ступенів окислення дорівнює нулю, для іонів ця сума дорівнює заряду іона;
  3. Ступінь окислення лужних металів (елементи І групи головної підгрупи) у сполуках дорівнює +1, ступінь окислення лужноземельних металів (елементи II групи головної підгрупи) у з'єднаннях дорівнює +2; ступінь окислення алюмініюу з'єднаннях дорівнює +3;
  4. Ступінь окислення воднюу з'єднаннях з металами ( - NaH, CaH 2 та ін) дорівнює -1 ; у з'єднаннях з неметалами () +1 ;
  5. Ступінь окислення киснюдорівнює -2 . Винятокскладають пероксиди– сполуки, що містять групу –О-О-, де ступінь окислення кисню дорівнює -1 , та деякі інші сполуки ( супероксиди, озоніди, фториди кисню OF 2та ін.);
  6. Ступінь окислення фторуу всіх складних речовинах дорівнює -1 .

Вище перераховані ситуації, коли ступінь окислення ми вважаємо постійною . У всіх інших хімічних елементів ступінь окислення — змінна, і залежить від порядку та типу атомів у поєднанні.

Приклади:

Завдання: визначте ступені окислення елементів у молекулі дихромату калію: K 2 Cr 2 O 7 .

Рішення:ступінь окислення калію дорівнює +1, ступінь окислення хрому позначимо, як х, ступінь окиснення кисню -2 Сума всіх ступенів окислення всіх атомів у молекулі дорівнює 0. Отримуємо рівняння: +1*2+2*х-2*7=0. Вирішуємо його, отримуємо ступінь окиснення хрому +6.

У бінарних сполуках більш електронегативний елемент характеризується негативним ступенем окиснення, менш електронегативний – позитивним.

Зверніть увагу, що поняття ступеня окиснення – дуже умовно! Ступінь окислення не показує реального заряду атома і не має реального фізичного сенсу. Це спрощена модель, яка ефективно працює, коли нам необхідно, наприклад, зрівняти коефіцієнти рівняння хімічної реакціїабо для алгоритмізації класифікації речовин.

Ступінь окислення – це не валентність! Ступінь окислення та валентність у багатьох випадках не збігаються. Наприклад, валентність водню в простій речовині Н 2 дорівнює I, а ступінь окислення, згідно з правилом 1, дорівнює 0.

Це базові правила, які допоможуть Вам визначити ступінь окислення атомів у з'єднаннях здебільшого.

У деяких ситуаціях ви можете зіткнутися з труднощами щодо ступеня окислення атома. Розглянемо деякі з цих ситуацій, і розберемо способи їх вирішення:

  1. У подвійних (солоподібних) оксидах ступінь у атома, як правило, два ступені окислення. Наприклад, у залізній окалині Fe 3 O 4 у заліза два ступені окислення: +2 і +3. Яку їх вказувати? Обидві. Для спрощення можна уявити це з'єднання, як сіль: Fe(FeO 2) 2 . При цьому кислотний залишок утворює атом зі ступенем окиснення +3. Або подвійний оксид можна так: FeO*Fe 2 O 3 .
  2. У пероксосоединениях ступінь окислення атомів кисню, з'єднаних ковалентними неполярними зв'язками, зазвичай змінюється. Наприклад, в пероксиді водню Н 2 Про 2 і пероксидах лужних металів ступінь окислення кисню -1, т.к. один із зв'язків – ковалентний неполярний (Н-О-О-Н). Інший приклад – пероксомоносерна кислота (кислота Каро) H 2 SO 5 (див. рис.) містить у складі два атоми кисню зі ступенем окиснення -1, інші атоми зі ступенем окиснення -2, тому більш зрозумілим буде такий запис: H 2 SO 3 (O 2). Відомі також пероксосоединения хрому - наприклад, пероксид хрому (VI) CrO(O 2) 2 або CrO 5 і багато інших.
  3. Ще один приклад сполук з неоднозначним ступенем окислення – супероксиди (NaO 2) та солеподібні озоніди KO 3 . У цьому випадку доречніше говорити про молекулярний іон O 2 з зарядом -1 та O 3 з зарядом -1. Будова таких частинок описується деякими моделями, які у російській навчальній програміпроходять на перших курсах хімічних ВНЗ: МО ЛКАО, метод накладання валентних схем та ін.
  4. У органічних сполуках поняття ступеня окислення дуже зручно використовувати, т.к. між атомами вуглецю існує велике числоковалентних неполярних зв'язків Тим не менш, якщо намалювати структурну формулу молекули, то ступінь окислення кожного атома також можна визначити за типом та кількістю атомів, з якими даний атом безпосередньо пов'язаний. Наприклад, у первинних атомів вуглецю у вуглеводнях ступінь окислення дорівнює -3, у вторинних -2, у третинних атомів -1, у четвертинних - 0.

Потренуємося визначати ступінь окислення атомів в органічних сполуках. Для цього необхідно намалювати повну структурну формулу атома і виділити атом вуглецю з його найближчим оточенням — атомами, з якими він безпосередньо з'єднаний.

  • Для спрощення розрахунків можна використовувати таблицю розчинності – там вказано заряди найпоширеніших іонів. На більшості російських іспитівз хімії (ЄДІ, ГІА, ДВІ) використання таблиці розчинності дозволено. Це готова шпаргалка, яка у багатьох випадках дозволяє значно заощадити час.
  • При розрахунку ступеня окиснення елементів у складних речовинах спочатку вказуємо ступеня окиснення елементів, які ми точно знаємо (елементи з постійним ступенем окиснення), а ступінь окиснення елементів зі змінним ступенем окиснення позначаємо, як х. Сума всіх зарядів усіх частинок дорівнює нулю в молекулі або дорівнює заряду іона в іоні. З цих даних легко скласти та вирішити рівняння.

Читайте також