Определете степента на окисление на атомите. Валентност на химичните елементи

Подготовка по химия за ЗНО и ДПА
Изчерпателно издание

ЧАСТ И

ОБЩА ХИМИЯ

ХИМИЧНА ВРЪЗКА И СТРОЙ НА ВЕЩЕСТВОТО

Степен на окисление

Степента на окисление е условният заряд на атом в молекула или кристал, който е възникнал върху него, когато всички създадени от него полярни връзки са с йонен характер.

За разлика от валентността, степента на окисление може да бъде положителна, отрицателна или нулева. В простите йонни съединения степента на окисление съвпада със зарядите на йоните. Например в натриев хлорид NaCl (Na + Cl - ) Натрият има степен на окисление +1, а хлорът -1, в калциевия оксид CaO (Ca +2 O -2). Калцият има степен на окисление +2, а Oxysen - -2. Това правило важи за всички основни оксиди: степента на окисление на металния елемент е равна на заряда на металния йон (натрий +1, барий +2, алуминий +3), а степента на окисление на кислорода е -2. Степента на окисление се обозначава с арабски цифри, които се поставят над символа на елемента, като валентност, и първо показват знака на заряда, а след това неговата цифрова стойност:

Ако модулът на степента на окисление е равен на единица, тогава числото "1" може да се пропусне и да се напише само знакът: Na + Cl -.

Степента на окисление и валентността са свързани понятия. В много съединения абсолютната стойност на степента на окисление на елементите съвпада с тяхната валентност. Въпреки това, има много случаи, когато валентността се различава от степента на окисление.

В прости вещества - неметали, има ковалентна неполярна връзка, съвместна електронна двойка се измества към един от атомите, следователно степента на окисление на елементите в простите вещества винаги е нула. Но атомите са свързани помежду си, т.е. проявяват определена валентност, като например в кислорода валентността на кислорода е II, а в азота валентността на азота е III:

В молекулата на водороден пероксид валентността на кислорода също е II, а водородът е I:

Дефиниция на възможните степени окисление на елемента

Степените на окисление, които елементите могат да проявят в различни съединения, в повечето случаи могат да се определят от структурата на външното електронно ниво или от мястото на елемента в периодичната система.

Атомите на металните елементи могат да отдават само електрони, така че в съединенията те проявяват положителни степени на окисление. Неговата абсолютна стойност в много случаи (с изключение над -елементи) е равен на броя на електроните във външното ниво, тоест номерът на групата в периодичната система. атомид -елементите също могат да даряват електрони от предното ниво, а именно от незапълненид -орбитали. Следователно, зад -елементи, е много по-трудно да се определят всички възможни степени на окисление, отколкото зас- и p-елементи. Спокойно може да се каже, че мнозинствотод -елементите проявяват степен на окисление +2 поради електроните на външното електронно ниво, а максималната степен на окисление в повечето случаи е равна на номера на групата.

Атомите на неметалните елементи могат да проявяват както положителни, така и отрицателни степени на окисление, в зависимост от това с кой атом на кой елемент образуват връзка. Ако елементът е по-електроотрицателен, тогава той проявява отрицателно състояние на окисление, а ако е по-малко електроотрицателен - положително.

Абсолютната стойност на степента на окисление на неметалните елементи може да се определи от структурата на външния електронен слой. Един атом е в състояние да приеме толкова много електрони, че осем електрона са разположени на неговото външно ниво: неметалните елементи от група VII вземат един електрон и показват степен на окисление -1, група VI - два електрона и показват степен на окисление - 2 и т.н.

Неметалните елементи са способни да отделят различен брой електрони: максимум толкова, колкото се намират на външно енергийно ниво. С други думи, максималната степен на окисление на неметалните елементи е равна на номера на групата. Поради навиването на електрони на външното ниво на атомите, броят на несдвоените електрони, които атомът може да отдаде в химични реакции, варира, така че неметалните елементи могат да проявяват различни междинни степени на окисление.

Възможни степени на окисление s - и p-елементи

PS група
Най-високо ниво на окисление
Междинно състояние на окисление
По-ниска степен на окисление

Определяне степените на окисление в съединенията

Всяка електрически неутрална молекула, така че сумата от степени на окисление на атомите на всички елементи трябва да бъде нула. Нека определим степента на окисление на сярата (I V) оксид SO 2 тауфосфор (V) сулфид P 2 S 5.

Серен (и V) оксид SO2 образувани от атоми на два елемента. От тях кислородът има най-голяма електроотрицателност, така че кислородните атоми ще имат отрицателна степен на окисление. За кислорода е -2. В този случай сярата има положителна степен на окисление. В различни съединения сярата може да показва различни степени на окисление, така че в този случай трябва да се изчисли. В една молекула SO2 два кислородни атома със степен на окисление -2, така че общият заряд на кислородните атоми е -4. За да бъде молекулата електрически неутрална, серният атом трябва напълно да неутрализира заряда на двата кислородни атома, така че степента на окисление на сярата е +4:

В молекулата на фосфора V) сулфид P 2 S 5 по-електроотрицателният елемент е сярата, тоест проявява отрицателна степен на окисление, а фосфорът е положителна. За сярата отрицателната степен на окисление е само 2. Заедно пет серни атома носят отрицателен заряд от -10. Следователно два фосфорни атома трябва да неутрализират този заряд с общ заряд +10. Тъй като в молекулата има два фосфорни атома, всеки трябва да има степен на окисление +5:

По-трудно е да се изчисли степента на окисление в небинарни съединения - соли, основи и киселини. Но за това трябва да се използва и принципът на електрическа неутралност и също така да се помни, че в повечето съединения степента на окисление на кислорода е -2, водорода +1.

Помислете за това като използвате примера с калиев сулфат K2SO4. Степента на окисление на калия в съединенията може да бъде само +1, а кислорода -2:

От принципа на електронеутралността изчисляваме степента на окисление на сярата:

2(+1) + 1(x) + 4(-2) = 0, следователно x = +6.

При определяне на степента на окисление на елементите в съединенията трябва да се спазват следните правила:

1. Степента на окисление на елемент в просто вещество е нула.

2. Флуорът е най-електроотрицателният химичен елемент, така че степента на окисление на флуора във всички съединения е -1.

3. Кислородът е най-електроотрицателният елемент след флуора, следователно степента на окисление на кислорода във всички съединения, с изключение на флуоридите, е отрицателна: в повечето случаи е -2, а в пероксидите - -1.

4. Степента на окисление на водорода в повечето съединения е +1, а в съединенията с метални елементи (хидриди) - -1.

5. Степента на окисление на металите в съединенията винаги е положителна.

6. По-електроотрицателният елемент винаги има отрицателна степен на окисление.

7. Сумата от степени на окисление на всички атоми в една молекула е нула.

Когато изучавате йонни и ковалентни полярни химични връзки, вие се запознахте със сложни вещества, състоящи се от два химични елемента. Такива вещества се наричат ​​би-чифт (от латински bi - „два“) или двуелемент.

Нека си припомним типичните бинарни съединения, които цитирахме като пример, за да разгледаме механизмите за образуване на йонни и ковалентни полярни химични връзки: NaHl - натриев хлорид и HCl - хлороводород. В първия случай връзката е йонна: натриевият атом прехвърля своя външен електрон към хлорния атом и се превръща в йон със заряд -1. и атомът на хлора прие електрон и се превърна в йон със заряд -1. Схематично процесът на превръщане на атомите в йони може да се изобрази по следния начин:

В молекулата на HCl връзката се образува поради сдвояването на несдвоени външни електрони и образуването на обща електронна двойка от водородни и хлорни атоми.

По-правилно е да се представи образуването на ковалентна връзка в молекула на хлороводород като припокриване на едноелектронен s-облак на водороден атом с едноелектронен p-облак на хлорен атом:

По време на химичното взаимодействие общата електронна двойка се измества към по-електроотрицателния хлорен атом:

Такива условни такси се наричат степен на окисление. При дефинирането на тази концепция условно се приема, че в ковалентните полярни съединения свързващите електрони са напълно прехвърлени към по-електроотрицателен атом и следователно съединенията се състоят само от положително и отрицателно заредени йони.

е условният заряд на атомите на химичен елемент в съединение, изчислен въз основа на предположението, че всички съединения (както йонни, така и ковалентни полярни) се състоят само от йони.

Степента на окисление може да има отрицателна, положителна или нулева стойност, която обикновено се поставя над символа на елемента в горната част, например:

Онези атоми, които са получили електрони от други атоми или към които са изместени общи електронни двойки, тоест атоми на по-електроотрицателни елементи, имат отрицателна стойност за степента на окисление. Флуорът винаги има степен на окисление -1 във всички съединения. Кислородът, вторият най-електроотрицателен елемент след флуора, почти винаги има степен на окисление -2, с изключение на съединения с флуор, например:

Тези атоми, които даряват своите електрони на други атоми или от които са извлечени общи електронни двойки, тоест атоми на по-малко електроотрицателни елементи, имат положително състояние на окисление. Металите винаги имат положителна степен на окисление. За метали от основните подгрупи:

Група I във всички съединения степента на окисление е +1,
Група II е равна на +2. Група III - +3, например:

В съединенията общата степен на окисление винаги е нула. Знаейки това и степента на окисление на един от елементите, винаги можете да намерите степента на окисление на друг елемент, като използвате формулата на бинарно съединение. Например, нека намерим степента на окисление на хлора в съединението Cl2O2. Нека означим степента на окисление -2
кислород: Cl2O2. Следователно седем кислородни атома ще имат общ отрицателен заряд (-2) 7 =14. Тогава общият заряд на два хлорни атома ще бъде +14, а един хлорен атом:
(+14):2 = +7.

По същия начин, знаейки степента на окисление на елементите, може да се формулира формулата на съединение, например алуминиев карбид (съединение на алуминий и въглерод). Нека напишем знаците на алуминия и въглерода до AlC и първо знака на алуминия, тъй като той е метал. Определяме броя на външните електрони от периодичната таблица на елементите: Al има 3 електрона, C има 4. Алуминиевият атом ще предаде своите 3 външни електрона на въглерода и ще получи степен на окисление +3, равна на заряда на йон. Въглеродният атом, напротив, ще отведе липсващите 4 електрона до „заветните осем“ и ще получи степен на окисление -4.

Нека запишем тези стойности във формулата: AlС и да намерим най-малкото общо кратно за тях, то е равно на 12. След това изчисляваме индексите:

Познаването на степента на окисление на елементите също е необходимо, за да можете правилно да наименувате химично съединение.

Имена на бинарни съединениясе състоят от две думи - имената на химичните елементи, които ги образуват. Първата дума обозначава електроотрицателната част на съединението - неметал, латинското му име с наставка -id винаги е в именителен падеж. Втората дума обозначава електроположителната част - метал или по-малко електроотрицателен елемент, името му винаги е в родителен падеж. Ако електроположителният елемент проявява различна степен на окисление, това се отразява в името, като степента на окисление се обозначава с римска цифра, която се поставя в края.

За да се разбират химиците от различни страни, беше необходимо да се създаде единна терминология и номенклатура на веществата. Принципите на химическата номенклатура са разработени за първи път от френските химици А. Лавоазие, А. Фурктюа, Л. Гитон и К. Бертоле през 1785 г. В момента Международният съюз за чиста и приложна химия (IUPAC) координира дейностите на учени от няколко страни и издава препоръки относно номенклатурата на веществата и терминологията, използвани в химията.

Теми на USE кодификатора:Електроотрицателност. Степента на окисление и валентността на химичните елементи.

Когато атомите взаимодействат и се образуват, електроните между тях в повечето случаи са неравномерно разпределени, тъй като свойствата на атомите се различават. | Повече ▼ електроотрицателен атомът привлича по-силно електронната плътност към себе си. Атом, който е привлякъл електронна плътност към себе си, придобива частичен отрицателен заряд. δ — , неговият "партньор" е частичен положителен заряд δ+ . Ако разликата в електроотрицателността на атомите, образуващи връзка, не надвишава 1,7, ние наричаме връзка ковалентен полярен . Ако разликата в електроотрицателността, образуваща химична връзка, надвишава 1,7, тогава наричаме такава връзка йонни .

Степен на окисление е спомагателният условен заряд на атом на елемент в съединение, изчислен от предположението, че всички съединения са съставени от йони (всички полярни връзки са йонни).

Какво означава "условно таксуване"? Ние просто се съгласяваме, че малко ще опростим нещата: ще считаме всички полярни връзки за напълно йонни и ще считаме, че един електрон напълно напуска или идва от един атом в друг, дори ако всъщност не е така. И условно един електрон напуска по-малко електроотрицателен атом за по-електроотрицателен.

Например, в H-Cl връзката, смятаме, че водородът условно е "отдал" електрон и зарядът му е станал +1, а хлорът е "приел" електрон и зарядът му е станал -1. Всъщност няма такива общи заряди на тези атоми.

Със сигурност имате въпрос - защо да измисляте нещо, което не съществува? Това не е коварен план на химиците, всичко е просто: такъв модел е много удобен. Идеите за степента на окисление на елементите са полезни при компилирането класификацияхимикали, описване на техните свойства, формулиране на съединения и номенклатура. Особено често се използват степени на окисление при работа с редокс реакции.

Степените на окисление са по-висок, нисъки междинен.

По-високстепента на окисление е равна на номера на групата със знак плюс.

Непълноцененсе определя като числото на групата минус 8.

И междиненстепента на окисление е почти всяко цяло число в диапазона от най-ниската до най-високата степен на окисление.

Например, азотът се характеризира с: най-високата степен на окисление е +5, най-ниската 5 - 8 \u003d -3, а междинните степени на окисление са от -3 до +5. Например, в хидразин N 2 H 4 степента на окисление на азота е междинна, -2.

Най-често степента на окисление на атомите в сложните вещества се обозначава първо със знак, след това с число, напр. +1, +2, -2 и т.н. Когато става въпрос за заряд на йон (ако приемем, че йонът действително съществува в съединение), първо посочете числото, а след това знака. Например: Ca 2+, CO 3 2-.

За да намерите степени на окисление, използвайте следното регламенти :

1. Степента на окисление на атомите в прости вещества е равно на нула;
2. AT неутрални молекули алгебричната сума на степени на окисление е нула, за йони тази сума е равна на заряда на йона;
3. Степен на окисление алкални метали (елементи от група I на главната подгрупа) в съединенията е +1, степента на окисление алкалоземни метали (елементи от група II на главната подгрупа) в съединения е +2; степен на окисление алуминийв съединения е +3;
4. Степен на окисление водородв съединения с метали (- NaH, CaH 2 и др.) е равно на -1 ; в съединения с неметали () +1 ;
5. Степен на окисление кислороде равно на -2 . Изключениепредставляват пероксиди- съединения, съдържащи -О-О- групата, където е степента на окисление на кислорода -1 и някои други съединения ( супероксиди, озониди, кислородни флуориди OF 2и т.н.);
6. Степен на окисление флуорвъв всички сложни вещества е равно на -1 .

Горните са ситуациите, когато разглеждаме степента на окисление постоянен . За всички други химични елементи степента на окисление — променливаи зависи от реда и вида на атомите в съединението.

Примери:

Упражнение: определете степента на окисление на елементите в молекулата на калиев дихромат: K 2 Cr 2 O 7.

Решение:степента на окисление на калия е +1, степента на окисление на хрома се означава като х, степен на окисление на кислорода -2. Сумата от всички степени на окисление на всички атоми в една молекула е 0. Получаваме уравнението: +1*2+2*x-2*7=0. Решаваме го, получаваме степента на окисление на хром +6.

В бинарните съединения по-електроотрицателният елемент се характеризира с отрицателно състояние на окисление, по-малко електроотрицателният елемент се характеризира с положително.

забележи, че понятието степен на окисление е много условно! Степента на окисление не показва реалния заряд на атома и няма истинско физическо значение.. Това е опростен модел, който работи ефективно, когато трябва например да изравним коефициентите в уравнение на химична реакция или да алгоритмизираме класификацията на веществата.

Степента на окисление не е валентна! Степента на окисление и валентността в много случаи не съвпадат. Например, валентността на водорода в просто вещество Н2 е I, а степента на окисление, съгласно правило 1, е 0.

Това са основните правила, които ще ви помогнат да определите степента на окисление на атомите в съединенията в повечето случаи.

В някои ситуации може да ви е трудно да определите степента на окисление на даден атом. Нека да разгледаме някои от тези ситуации и как да ги разрешим:

1. В двойните (подобни на сол) оксиди степента при атома по правило е две степени на окисление. Например, в железен оксид Fe 3 O 4 желязото има две степени на окисление: +2 и +3. Кое да посочите? И двете. За да се опрости, това съединение може да бъде представено като сол: Fe (FeO 2) 2. В този случай киселинният остатък образува атом със степен на окисление +3. Или двоен оксид може да бъде представен по следния начин: FeO * Fe 2 O 3.
2. В пероксо съединенията степента на окисление на кислородните атоми, свързани с ковалентни неполярни връзки, като правило се променя. Например във водороден пероксид H 2 O 2 и пероксиди на алкални метали степента на окисление на кислорода е -1, т.к. една от връзките е ковалентна неполярна (H-O-O-H). Друг пример е пероксомоносярна киселина (Caro киселина) H 2 SO 5 (вижте фигурата) съдържа два кислородни атома със степен на окисление -1, останалите атоми с степен на окисление -2, така че следният запис ще бъде по-разбираем: H 2 SO 3 (O2). Известни са и хромови пероксо съединения - например хром (VI) пероксид CrO (O 2) 2 или CrO 5 и много други.
3. Друг пример за съединения с двусмислени степени на окисление са супероксиди (NaO 2) и солеподобни озониди KO 3 . В този случай е по-подходящо да се говори за молекулен йон O 2 със заряд -1 и O 3 със заряд -1. Структурата на такива частици се описва от някои модели, които се преподават в руската учебна програма в първите курсове на химическите университети: MO LCAO, методът на суперпозиция на валентните схеми и др.
4. В органичните съединения понятието степен на окисление не е много удобно за използване, т.к има голям брой ковалентни неполярни връзки между въглеродните атоми. Въпреки това, ако начертаете структурната формула на една молекула, тогава степента на окисление на всеки атом може също да се определи от вида и броя на атомите, с които този атом е директно свързан. Например за първичните въглеродни атоми във въглеводородите степента на окисление е -3, за вторичните -2, за третичните атоми -1, за кватернерните - 0.

Нека се упражним да определяме степента на окисление на атомите в органичните съединения. За да направите това, трябва да начертаете пълната структурна формула на атома и да изберете въглеродния атом с неговата непосредствена среда - атомите, с които е пряко свързан.

• За да опростите изчисленията, можете да използвате таблицата за разтворимост - там са посочени зарядите на най-често срещаните йони. В повечето руски изпити по химия (USE, GIA, DVI) е разрешено използването на таблица за разтворимост. Това е готов измамник, който в много случаи може да спести много време.
• Когато изчисляваме степента на окисление на елементите в сложни вещества, първо посочваме степента на окисление на елементите, които знаем със сигурност (елементи с постоянна степен на окисление), а степента на окисление на елементи с променлива степен на окисление се обозначава с x. Сумата от всички заряди на всички частици е равна на нула в молекула или равна на заряда на йон в йон. Лесно е да се състави и реши уравнение от тези данни.

В много училищни учебници и ръководства те учат как да пишат формули за валентности, дори за съединения с йонни връзки. За да се опрости процедурата за съставяне на формули, това според нас е приемливо. Но трябва да разберете, че това не е съвсем правилно поради горните причини.

По-универсална концепция е концепцията за степента на окисление. По стойностите на степента на окисление на атомите, както и по стойностите на валентността, могат да се съставят химични формули и да се запишат формулни единици.

Степен на окислениее условният заряд на атом в частица (молекула, йон, радикал), изчислен в приближението, че всички връзки в частицата са йонни.

Преди да се определят степени на окисление, е необходимо да се сравни електроотрицателността на свързващите атоми. Атом с по-висока електроотрицателност има отрицателна степен на окисление, докато атом с по-ниска електроотрицателност има положителна.

За да се сравнят обективно стойностите на електроотрицателността на атомите при изчисляване на степента на окисление, през 2013 г. IUPAC препоръча използването на скалата на Алън.

* Така например по скалата на Алън електроотрицателността на азота е 3,066, а на хлора е 2,869.

Нека илюстрираме горното определение с примери. Нека съставим структурна формула на водна молекула.

Ковалентните полярни O-H връзки са показани в синьо.

Представете си, че и двете връзки не са ковалентни, а йонни. Ако бяха йонни, тогава един електрон щеше да премине от всеки водороден атом към по-електроотрицателния кислороден атом. Ние обозначаваме тези преходи със сини стрелки.

*В товаНапример, стрелката служи за илюстриране на пълния трансфер на електрони, а не за илюстриране на индуктивния ефект.

Лесно се вижда, че броят на стрелките показва броя на прехвърлените електрони, а посоката им - посоката на пренос на електрони.

Две стрелки са насочени към кислородния атом, което означава, че два електрона преминават към кислородния атом: 0 + (-2) = -2. Кислородният атом има заряд -2. Това е степента на окисление на кислорода във водната молекула.

Един електрон напуска всеки водороден атом: 0 - (-1) = +1. Това означава, че водородните атоми имат степен на окисление +1.

Сумата от степените на окисление винаги е равна на общия заряд на частицата.

Например, сумата от степени на окисление в една водна молекула е: +1(2) + (-2) = 0. Молекулата е електрически неутрална частица.

Ако изчислим степени на окисление в йон, тогава сумата от степените на окисление съответно е равна на неговия заряд.

Стойността на степента на окисление обикновено се посочва в горния десен ъгъл на символа на елемента. Освен това, знакът се изписва пред номера. Ако знакът е след числото, това е зарядът на йона.

Например S -2 е серен атом в степен на окисление -2, S 2- е серен анион със заряд -2.

S +6 O -2 4 2- - стойностите на степента на окисление на атомите в сулфатния анион (зарядът на йона е подчертан в зелено).

Сега разгледайте случая, когато съединението има смесени връзки: Na 2 SO 4 . Връзката между сулфатния анион и натриевите катиони е йонна, връзките между серния атом и кислородните атоми в сулфатния йон са ковалентни полярни. Записваме графичната формула за натриев сулфат, а стрелките показват посоката на преход на електрони.

*Структурната формула отразява реда на ковалентните връзки в една частица (молекула, йон, радикал). Структурните формули се използват само за частици с ковалентни връзки. За частици с йонни връзки понятието структурна формула е безсмислено. Ако в частицата има йонни връзки, тогава се използва графичната формула.

Виждаме, че шест електрона напускат централния серен атом, което означава, че степента на окисление на сярата е 0 - (-6) = +6.

Крайните кислородни атоми приемат по два електрона, което означава, че степента им на окисление е 0 + (-2) = -2

Мостовите кислородни атоми приемат по два електрона всеки, степента им на окисление е -2.

Също така е възможно да се определи степента на окисление чрез структурно-графичната формула, където тиретата показват ковалентни връзки, а йоните показват заряда.

В тази формула свързващите кислородни атоми вече имат единични отрицателни заряди и допълнителен електрон идва към тях от серния атом -1 + (-1) = -2, което означава, че техните степени на окисление са -2.

Степента на окисление на натриевите йони е равна на техния заряд, т.е. +1.

Нека определим степента на окисление на елементите в калиев супероксид (супероксид). За да направите това, ще съставим графична формула за калиев супероксид, ще покажем преразпределението на електроните със стрелка. O-O връзката е ковалентна неполярна, така че преразпределението на електроните не е посочено в нея.

* Супероксидният анион е радикален йон. Формалният заряд на един кислороден атом е -1, а другият, с несдвоен електрон, е 0.

Виждаме, че степента на окисление на калия е +1. Степента на окисление на кислородния атом, написана във формулата срещу калия, е -1. Степента на окисление на втория кислороден атом е 0.

По същия начин е възможно да се определи степента на окисление чрез структурно-графичната формула.

Кръговете показват формалните заряди на калиевия йон и един от кислородните атоми. В този случай стойностите на формалните заряди съвпадат със стойностите на степента на окисление.

Тъй като и двата кислородни атома в супероксидния анион имат различни степени на окисление, можем да изчислим средно аритметично състояние на окислениекислород.

Тя ще бъде равна на / 2 \u003d - 1/2 \u003d -0,5.

Стойностите на средните аритметични степени на окисление обикновено се посочват в брутни формули или формулни единици, за да се покаже, че сумата от степени на окисление е равна на общия заряд на системата.

За случая със супероксид: +1 + 2(-0,5) = 0

Лесно е да се определят степените на окисление, като се използват формули за електронна точка, в които несподелените електронни двойки и електроните на ковалентните връзки са обозначени с точки.

Кислородът е елемент от групата VIA, следователно в неговия атом има 6 валентни електрона. Представете си, че връзките във водната молекула са йонни, в който случай кислородният атом би получил октет електрони.

Степента на окисление на кислорода е съответно равна на: 6 - 8 \u003d -2.

И водородни атоми: 1 - 0 = +1

Способността да се определи степента на окисление с помощта на графични формули е безценна за разбирането на същността на тази концепция, тъй като това умение ще се изисква в хода на органичната химия. Ако имаме работа с неорганични вещества, тогава е необходимо да можем да определим степента на окисление чрез молекулни формули и формулни единици.

За да направите това, на първо място, трябва да разберете, че степента на окисление е постоянна и променлива. Елементите, които показват постоянно състояние на окисление, трябва да бъдат запомнени.

Всеки химичен елемент се характеризира с по-високи и по-ниски степени на окисление.

Най-ниска степен на окислениее зарядът, който атомът придобива в резултат на получаване на максимален брой електрони върху външния електронен слой.

С оглед на това, най-ниската степен на окисление е отрицателна,с изключение на металите, чиито атоми никога не приемат електрони поради ниските стойности на електроотрицателност. Металите имат най-ниска степен на окисление от 0.

Повечето неметали от основните подгрупи се опитват да запълнят външния си електронен слой с до осем електрона, след което атомът придобива стабилна конфигурация ( октетно правило). Следователно, за да се определи най-ниската степен на окисление, е необходимо да се разбере колко валентни електрона липсват на един атом до октет.

Например, азотът е елемент от групата VA, което означава, че има пет валентни електрона в азотния атом. Азотният атом е с три електрона по-малко от един октет. Така че най-ниската степен на окисление на азота е: 0 + (-3) = -3

Валентносте сложно понятие. Този термин претърпя значителна трансформация едновременно с развитието на теорията за химическото свързване. Първоначално валентността е способността на атома да свързва или замества определен брой други атоми или атомни групи, за да образува химична връзка.

Количествената мярка за валентността на атома на елемента е броят на водородните или кислородните атоми (тези елементи се считат съответно за едно- и двувалентни), които елементът добавя, за да образува хидрид с формула EH x или оксид с формула E n O m .

И така, валентността на азотния атом в молекулата на амоняка NH3 е три, а на серния атом в молекулата на H2S е две, тъй като валентността на водородния атом е една.

В съединенията Na 2 O, BaO, Al 2 O 3, SiO 2 валентностите на натрий, барий и силиций са съответно 1, 2, 3 и 4.

Концепцията за валентност е въведена в химията преди да стане известна структурата на атома, а именно през 1853 г. от английския химик Франкланд. Вече е установено, че валентността на даден елемент е тясно свързана с броя на външните електрони на атомите, тъй като електроните на вътрешните обвивки на атомите не участват в образуването на химични връзки.

В електронната теория на ковалентната връзка се смята, че атомна валентностсе определя от броя на неговите несдвоени електрони в основно или възбудено състояние, участващи в образуването на общи електронни двойки с електрони на други атоми.

За някои елементи валентността е постоянна стойност. И така, натрият или калият във всички съединения е едновалентен, калцият, магнезият и цинкът са двувалентни, алуминият е тривалентен и т.н. Но повечето химични елементи проявяват променлива валентност, която зависи от природата на партньорския елемент и условията на процеса. И така, желязото може да образува две съединения с хлор - FeCl2 и FeCl3, в които валентността на желязото е съответно 2 и 3.

Степен на окисление- концепция, която характеризира състоянието на елемент в химично съединение и поведението му в окислително-възстановителни реакции; числено степента на окисление е равна на формалния заряд, който може да бъде приписан на елемента, въз основа на предположението, че всички електрони на всяка от неговите връзки са преминали към по-електроотрицателния атом.

Електроотрицателност- мярка за способността на атома да придобие отрицателен заряд по време на образуването на химическа връзка или способността на атом в молекула да привлича валентни електрони, участващи в образуването на химическа връзка. Електроотрицателността не е абсолютна стойност и се изчислява по различни методи. Следователно стойностите на електроотрицателността, дадени в различни учебници и справочници, могат да се различават.

Таблица 2 показва електроотрицателността на някои химични елементи по скалата на Сандерсън, а таблица 3 показва електроотрицателността на елементите по скалата на Полинг.

Стойността на електроотрицателността е дадена под символа на съответния елемент. Колкото по-голяма е числената стойност на електроотрицателността на атома, толкова по-електроотрицателен е елементът. Най-електроотрицателен е атомът на флуора, най-малко електроотрицателен е атомът на рубидия. В молекула, образувана от атоми на два различни химични елемента, формалният отрицателен заряд ще бъде върху атома, чиято числена стойност на електроотрицателността ще бъде по-висока. И така, в молекулата на серен диоксид SO 2 електроотрицателността на серния атом е 2,5, а стойността на електроотрицателността на кислородния атом е по-голяма - 3,5. Следователно отрицателният заряд ще бъде върху кислородния атом, а положителният заряд върху серния атом.

В амонячната молекула NH3 стойността на електроотрицателността на азотния атом е 3,0, а на водорода е 2,1. Следователно азотният атом ще има отрицателен заряд, а водородният атом ще има положителен заряд.

Трябва ясно да знаете общите тенденции в електроотрицателността. Тъй като атомът на всеки химичен елемент има тенденция да придобие стабилна конфигурация на външния електронен слой - октетна обвивка от инертен газ, електроотрицателността на елементите в периода се увеличава, а в групата електроотрицателността обикновено намалява с увеличаване на атомния номер на елемента. Следователно, например, сярата е по-електроотрицателна от фосфора и силиция, а въглеродът е по-електроотрицателен от силиция.

При съставяне на формули за съединения, състоящи се от два неметала, по-електроотрицателният от тях винаги се поставя отдясно: PCl 3, NO 2. Има някои исторически изключения от това правило, като NH 3 , PH 3 и т.н.

Степента на окисление обикновено се обозначава с арабска цифра (със знак пред цифрата), разположена над символа на елемента, например:

За да се определи степента на окисление на атомите в химичните съединения, се спазват следните правила:

1. Степента на окисление на елементите в простите вещества е нула.
2. Алгебричната сума на степените на окисление на атомите в една молекула е нула.
3. Кислородът в съединенията проявява основно степен на окисление –2 (в кислороден флуорид OF 2 + 2, в метални пероксиди като M 2 O 2 –1).
4. Водородът в съединенията проявява степен на окисление + 1, с изключение на активните метални хидриди, например алкални или алкалоземни, в които степента на окисление на водорода е -1.
5. За едноатомните йони степента на окисление е равна на заряда на йона, например: K + - +1, Ba 2+ - +2, Br - - -1, S 2- - -2 и т.н.
6. В съединения с ковалентна полярна връзка степента на окисление на по-електроотрицателния атом има знак минус, а по-малко електроотрицателния атом има знак плюс.
7. В органичните съединения степента на окисление на водорода е +1.

Нека илюстрираме горните правила с няколко примера.

Пример 1Определете степента на окисление на елементите в оксиди на калий K 2 O, селен SeO 3 и желязо Fe 3 O 4.

Калиев оксид K 2 O.Алгебричната сума на степените на окисление на атомите в една молекула е нула. Степента на окисление на кислорода в оксидите е –2. Нека означим степента на окисление на калия в неговия оксид като n, тогава 2n + (–2) = 0 или 2n = 2, следователно n = +1, т.е. степента на окисление на калия е +1.

Селенов оксид SeO 3 .Молекулата SeO 3 е електрически неутрална. Общият отрицателен заряд на трите кислородни атома е –2 × 3 = –6. Следователно, за да се изравни този отрицателен заряд до нула, степента на окисление на селена трябва да бъде +6.

Молекула Fe 3 O 4електрически неутрален. Общият отрицателен заряд на четирите кислородни атома е –2 × 4 = –8. За да се изравни този отрицателен заряд, общият положителен заряд на трите железни атома трябва да бъде +8. Следователно един железен атом трябва да има заряд 8/3 = +8/3.

Трябва да се подчертае, че степента на окисление на елемент в съединение може да бъде дробно число. Такива фракционни степени на окисление нямат смисъл при обяснението на връзката в химично съединение, но могат да се използват за формулиране на уравнения за редокс реакции.

Пример 2Определете степента на окисление на елементите в съединенията NaClO 3, K 2 Cr 2 O 7.

Молекулата NaClO 3 е електрически неутрална. Степента на окисление на натрия е +1, степента на окисление на кислорода е -2. Нека означим степента на окисление на хлора като n, тогава +1 + n + 3 × (–2) = 0, или +1 + n – 6 = 0, или n – 5 = 0, следователно n = +5. Така степента на окисление на хлора е +5.

Молекулата K 2 Cr 2 O 7 е електрически неутрална. Степента на окисление на калия е +1, степента на окисление на кислорода е -2. Нека означим степента на окисление на хрома като n, тогава 2 × 1 + 2n + 7 × (–2) = 0, или +2 + 2n – 14 = 0, или 2n – 12 = 0, 2n = 12, следователно n = +6. По този начин степента на окисление на хрома е +6.

Пример 3Нека определим степени на окисление на сярата в сулфатния йон SO 4 2– . Йонът SO 4 2– има заряд –2. Степента на окисление на кислорода е –2. Нека означим степента на окисление на сярата като n, тогава n + 4 × (–2) = –2, или n – 8 = –2, или n = –2 – (–8), следователно n = +6. Така степента на окисление на сярата е +6.

Трябва да се помни, че степента на окисление понякога не е равна на валентността на даден елемент.

Например степента на окисление на азотния атом в молекулата на амоняка NH 3 или в молекулата на хидразин N 2 H 4 е съответно -3 и -2, докато валентността на азота в тези съединения е три.

Максималното положително състояние на окисление за елементи от основните подгрупи, като правило, е равно на номера на групата (изключения: кислород, флуор и някои други елементи).

Максималната отрицателна степен на окисление е 8 - номерът на групата.

Тренировъчни задачи

1. В кое съединение степента на окисление на фосфора е +5?

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Li 3 P
4) AlP

2. Кое съединение има степен на окисление на фосфор -3?

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Li3PO4
4) AlP

3. В кое съединение степента на окисление на азота е равна на +4?

1) HNO2
2) N 2 O 4
3) N 2 O
4) HNO3

4. В кое съединение окислителното число на азота е равно на -2?

1) NH3
2) N 2 H 4
3) N 2 O 5
4) HNO2

5. В кое съединение степента на окисление на сярата е равна на +2?

1) Na 2 SO 3
2) SO2
3) SCI2
4) H2SO4

6. В кое съединение степента на окисление на сярата е равна на +6?

1) Na 2 SO 3
2) SO3
3) SCI2
4) H2SO3

7. Във вещества, чиито формули са CrBr 2, K 2 Cr 2 O 7, Na 2 CrO 4, съответно степента на окисление на хрома е

1) +2, +3, +6
2) +3, +6, +6
3) +2, +6, +5
4) +2, +6, +6

8. Минималната отрицателна степен на окисление на химичния елемент обикновено е равна на

1) номер на периода
3) броят на липсващите електрони преди завършването на външния електронен слой

9. Максималното положително състояние на окисление на химичните елементи, разположени в основните подгрупи, обикновено е равно на

1) номер на периода
2) поредният номер на химичния елемент
3) номер на групата
4) общият брой електрони в елемента

10. Фосфорът проявява максимално положително окислително състояние в съединението

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Na 3 P
4) Ca 3 P 2

11. Фосфорът показва най-ниската степен на окисление в съединението

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Na3PO4
4) Ca 3 P 2

12. Азотните атоми в амониевия нитрит, които са част от катиона и аниона, показват съответно окислителни степени

1) –3, +3
2) –3, +5
3) +3, –3
4) +3, +5

13. Валентността и степента на окисление на кислорода във водородния прекис, съответно, са

1) II, -2
2) II, -1
3) аз, +4
4) III, -2

14. Валентността и степента на окисление на сярата в пирит FeS2 са съответно

1) IV, +5
2) II, -1
3) II, +6
4) III, +4

15. Валентността и степента на окисление на азотния атом в амониевия бромид, съответно, са

1) IV, -3
2) III, +3
3) IV, -2
4) III, +4

16. Въглеродният атом проявява отрицателно състояние на окисление, когато се комбинира с

1) кислород
2) натрий
3) флуор
4) хлор

17. Проявява постоянна степен на окисление в неговите съединения

1) стронций
2) желязо
3) сяра
4) хлор

18. +3 степен на окисление в техните съединения може да се прояви

1) хлор и флуор
2) фосфор и хлор
3) въглерод и сяра
4) кислород и водород

19. +4 степен на окисление в техните съединения може да се прояви

1) въглерод и водород
2) въглерод и фосфор
3) въглерод и калций
4) азот и сяра

20. Степента на окисление, равна на номера на групата, в неговите съединения показва

1) хлор
2) желязо
3) кислород
4) флуор