Odrediti oksidaciono stanje atoma. Valencija hemijskih elemenata

Hemijska priprema za ZNO i DPA
Sveobuhvatno izdanje

DIO I

OPĆA HEMIJA

HEMIJSKA VEZA I STRUKTURA SUPSTANCI

Oksidacijsko stanje

Oksidacijsko stanje je uvjetni naboj atoma u molekuli ili kristalu koji je nastao na njemu kada su sve polarne veze koje je stvorio bile ionske prirode.

Za razliku od valencije, oksidaciona stanja mogu biti pozitivna, negativna ili nula. U jednostavnim ionskim jedinjenjima, oksidacijsko stanje se poklapa s nabojima iona. Na primjer, u natrijum hloridu NaCl (Na + Cl - ) Natrijum ima oksidaciono stanje +1, a hlor -1, u kalcijum oksidu CaO (Ca +2 O -2) Kalcijum pokazuje oksidaciono stanje +2, a oksisen - -2. Ovo pravilo važi za sve osnovne okside: oksidaciono stanje metalnog elementa je jednako naelektrisanju iona metala (Natrijum +1, Barijum +2, Aluminijum +3), a oksidaciono stanje kiseonika je -2. Stepen oksidacije označen je arapskim brojevima, koji se postavljaju iznad simbola elementa, poput valencije, i prvo označavaju znak naboja, a zatim njegovu brojčanu vrijednost:

Ako je modul oksidacionog stanja jednak jedan, tada se broj "1" može izostaviti i samo znak može biti napisan: Na + Cl - .

Oksidacijsko stanje i valencija su povezani koncepti. U mnogim jedinjenjima apsolutna vrijednost oksidacijskog stanja elemenata poklapa se s njihovom valencijom. Međutim, postoji mnogo slučajeva u kojima se valencija razlikuje od oksidacionog stanja.

U jednostavnim supstancama - nemetalima, postoji kovalentna nepolarna veza, zajednički elektronski par je pomaknut na jedan od atoma, stoga je stupanj oksidacije elemenata u jednostavnim tvarima uvijek jednak nuli. Ali atomi su međusobno povezani, to jest, pokazuju određenu valenciju, kao što je, na primjer, u kisiku, valencija kisika je II, a u dušiku, valencija dušika je III:

U molekuli vodikovog peroksida, valencija kisika je također II, a vodika I:

Definicija mogućih stepena oksidacija elemenata

Stanja oksidacije, koja elementi mogu pokazati u različitim jedinjenjima, u većini slučajeva mogu se odrediti strukturom vanjskog elektronskog nivoa ili mjestom elementa u periodnom sistemu.

Atomi metalnih elemenata mogu donirati samo elektrone, pa u jedinjenjima pokazuju pozitivna oksidaciona stanja. Njegova apsolutna vrijednost u mnogim slučajevima (s izuzetkom d -elementi) jednak je broju elektrona na vanjskom nivou, odnosno broju grupe u Periodnom sistemu. atomi d -elementi takođe mogu donirati elektrone sa prednjeg nivoa, odnosno sa nepopunjenog d -orbitale. Stoga, za d -elemenata, mnogo je teže odrediti sva moguća oksidaciona stanja nego za s- i p-elementi. Može se reći da je većina d -elementi pokazuju oksidaciono stanje od +2 zbog elektrona spoljašnjeg elektronskog nivoa, a maksimalno oksidaciono stanje u većini slučajeva je jednako broju grupe.

Atomi nemetalnih elemenata mogu pokazivati ​​i pozitivna i negativna oksidaciona stanja, ovisno o tome s kojim atomom kog elementa formiraju vezu. Ako je element više elektronegativan, tada pokazuje negativno oksidacijsko stanje, a ako je manje elektronegativan - pozitivno.

Apsolutna vrijednost oksidacijskog stanja nemetalnih elemenata može se odrediti iz strukture vanjskog elektronskog sloja. Atom je u stanju prihvatiti toliko elektrona da se osam elektrona nalazi na njegovom vanjskom nivou: nemetalni elementi grupe VII uzimaju jedan elektron i pokazuju oksidacijsko stanje od -1, grupe VI - dva elektrona i pokazuju oksidacijsko stanje od - 2 itd.

Nemetalni elementi su sposobni da odaju različit broj elektrona: najviše onoliko koliko se nalazi na vanjskom energetskom nivou. Drugim riječima, maksimalno oksidacijsko stanje nemetalnih elemenata jednako je broju grupe. Zbog spajanja elektrona na vanjskom nivou atoma, broj nesparenih elektrona koje atom može donirati u kemijskim reakcijama varira, tako da nemetalni elementi mogu pokazivati ​​različita srednja oksidaciona stanja.

Moguća oksidaciona stanja s - i p-elementi

PS Group
Najveće oksidaciono stanje
Srednje oksidaciono stanje
Niže oksidaciono stanje

Određivanje oksidacijskih stanja u spojevima

Bilo koja električki neutralna molekula, tako da zbir oksidacijskih stanja atoma svih elemenata mora biti nula. Odredimo stepen oksidacije sumpora (I V) oksid SO 2 taufosfor (V) sulfid P 2 S 5.

Sumpor (I V) oksid SO 2 formirana od atoma dva elementa. Od njih, kisik ima najveću elektronegativnost, tako da će atomi kisika imati negativno oksidacijsko stanje. Za kiseonik je -2. U ovom slučaju sumpor ima pozitivno oksidaciono stanje. U različitim jedinjenjima, sumpor može pokazati različita oksidaciona stanja, pa se u ovom slučaju mora izračunati. U molekulu SO2 dva atoma kiseonika sa oksidacionim stanjem od -2, tako da je ukupni naboj atoma kiseonika -4. Da bi molekula bila električno neutralna, atom sumpora mora potpuno neutralizirati naboj oba atoma kisika, tako da je oksidacijsko stanje sumpora +4:

U molekulu fosfora V) sulfid P 2 S 5 elektronegativniji element je sumpor, odnosno pokazuje negativno stanje oksidacije, a fosfor pozitivno. Za sumpor, negativno oksidaciono stanje je samo 2. Zajedno, pet atoma sumpora nosi negativan naboj od -10. Dakle, dva atoma fosfora moraju neutralizirati ovaj naboj s ukupnim nabojem od +10. Pošto postoje dva atoma fosfora u molekuli, svaki mora imati oksidaciono stanje od +5:

Teže je izračunati stepen oksidacije u nebinarnim jedinjenjima - solima, bazama i kiselinama. Ali za to treba koristiti i princip električne neutralnosti, a također zapamtiti da je u većini spojeva oksidacijsko stanje kisika -2, vodonika +1.

Razmotrite ovo na primjeru kalijum sulfata K2SO4. Stanje oksidacije kalijuma u jedinjenjima može biti samo +1, a kiseonika -2:

Iz principa elektroneutralnosti izračunavamo oksidacijsko stanje sumpora:

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

Prilikom određivanja oksidacionog stanja elemenata u jedinjenjima treba se pridržavati sljedećih pravila:

1. Oksidacijsko stanje elementa u jednostavnoj tvari je nula.

2. Fluor je najelektronegativniji hemijski element, tako da je oksidaciono stanje fluora u svim jedinjenjima -1.

3. Kiseonik je najelektronegativniji element posle fluora, pa je oksidaciono stanje kiseonika u svim jedinjenjima, osim fluorida, negativno: u većini slučajeva je -2, a u peroksidima -1.

4. Oksidacijsko stanje vodonika u većini jedinjenja je +1, au jedinjenjima sa metalnim elementima (hidridi) - -1.

5. Oksidacijsko stanje metala u jedinjenjima je uvijek pozitivno.

6. Elektronegativniji element uvijek ima negativno oksidacijsko stanje.

7. Zbir oksidacionih stanja svih atoma u molekulu je nula.

Proučavajući jonske i kovalentne polarne hemijske veze, upoznali ste se sa složenim supstancama koje se sastoje od dva hemijska elementa. Takve tvari se nazivaju bi-par (od latinskog bi - "dva") ili dvoelementni.

Prisjetimo se tipičnih binarnih spojeva koje smo naveli kao primjer za razmatranje mehanizama za stvaranje ionskih i kovalentnih polarnih kemijskih veza: NaHl - natrijum hlorid i HCl - klorovodik. U prvom slučaju, veza je jonska: atom natrija je prenio svoj vanjski elektron na atom klora i pretvorio se u ion s nabojem od -1. a atom hlora je prihvatio elektron i pretvorio se u jon sa nabojem od -1. Šematski se proces transformacije atoma u ione može prikazati na sljedeći način:

U molekuli HCl, veza nastaje zbog uparivanja nesparenih vanjskih elektrona i formiranja zajedničkog elektronskog para atoma vodika i klora.

Ispravnije je formiranje kovalentne veze u molekuli klorovodika predstaviti kao preklapanje jednoelektronskog s-oblaka atoma vodika s jednoelektronskim p-oblakom atoma klora:

Tokom hemijske interakcije, zajednički elektronski par se pomera prema elektronegativnijem atomu hlora:

Takve uslovne naknade se nazivaju oksidacijskom stanju. Prilikom definiranja ovog koncepta, uvjetno se pretpostavlja da su u kovalentnim polarnim spojevima vezni elektroni u potpunosti prešli na elektronegativniji atom, te se stoga spojevi sastoje samo od pozitivno i negativno nabijenih jona.

je uslovni naboj atoma hemijskog elementa u jedinjenju, izračunat na osnovu pretpostavke da se sva jedinjenja (i jonska i kovalentno polarna) sastoje samo od jona.

Oksidacijsko stanje može imati negativnu, pozitivnu ili nultu vrijednost, koja se obično postavlja iznad simbola elementa na vrhu, na primjer:

Oni atomi koji su primili elektrone od drugih atoma ili na koje su premješteni zajednički elektronski parovi, odnosno atomi više elektronegativnih elemenata, imaju negativnu vrijednost za stupanj oksidacije. Fluor uvijek ima oksidacijsko stanje -1 u svim jedinjenjima. Kisik, drugi najelektronegativniji element nakon fluora, gotovo uvijek ima oksidacijsko stanje od -2, osim spojeva s fluorom, na primjer:

Oni atomi koji daju svoje elektrone drugim atomima ili iz kojih se izvlače zajednički elektronski parovi, odnosno atomi manje elektronegativnih elemenata, imaju pozitivno oksidaciono stanje. Metali uvijek imaju pozitivno oksidacijsko stanje. Za metale glavnih podgrupa:

Grupa I u svim jedinjenjima, oksidaciono stanje je +1,
Grupa II je jednaka +2. Grupa III - +3, na primjer:

U jedinjenjima, ukupno stanje oksidacije je uvijek nula. Znajući ovo i stanje oksidacije jednog od elemenata, uvijek možete pronaći oksidacijsko stanje drugog elementa koristeći formulu binarnog spoja. Na primjer, pronađimo oksidacijsko stanje hlora u spoju Cl2O2. Označimo stanje oksidacije -2
kiseonik: Cl2O2. Dakle, sedam atoma kiseonika će imati ukupan negativni naboj (-2) 7 =14. Tada će ukupni naboj dva atoma hlora biti +14 i jednog atoma hlora:
(+14):2 = +7.

Slično, znajući oksidaciona stanja elemenata, može se formulirati formula spoja, na primjer, aluminij karbida (spoj aluminija i ugljika). Upišimo pored AlC znake aluminijuma i ugljenika, a prvo znak aluminijuma, pošto je metal. Određujemo broj vanjskih elektrona iz periodnog sistema elemenata: Al ima 3 elektrona, C ima 4. Atom aluminija će predati svoja 3 vanjska elektrona ugljiku i dobiti oksidacijsko stanje od +3, jednako naboju ion. Atom ugljika će, naprotiv, odnijeti 4 elektrona koja nedostaju do "njegovanih osam" i dobit će oksidacijsko stanje od -4.

Zapišimo ove vrijednosti u formulu: AlS, i pronađemo najmanji zajednički višekratnik za njih, jednak je 12. Zatim izračunavamo indekse:

Poznavanje oksidacionih stanja elemenata je takođe neophodno da bi se moglo pravilno imenovati hemijsko jedinjenje.

Nazivi binarnih jedinjenja sastoje se od dvije riječi - imena hemijskih elemenata koji ih formiraju. Prva riječ označava elektronegativni dio spoja - nemetal, njegovo latinsko ime sa sufiksom -id uvijek je u nominativu. Druga riječ označava elektropozitivni dio - metal ili manje elektronegativan element, njegovo ime je uvijek u genitivu. Ako elektropozitivni element pokazuje različite stupnjeve oksidacije, to se odražava u nazivu, označavajući stupanj oksidacije rimskim brojem koji se nalazi na kraju.

Da bi se hemičari iz različitih zemalja razumjeli, bilo je potrebno stvoriti jedinstvenu terminologiju i nomenklaturu supstanci. Principe hemijske nomenklature prvi su razvili francuski hemičari A. Lavoisier, A. Fourctua, L. Giton i C. Berthollet 1785. godine. Trenutno, Međunarodna unija čiste i primijenjene hemije (IUPAC) koordinira aktivnosti naučnika iz nekoliko zemalja i izdaje preporuke o nomenklaturi supstanci i terminologiji koja se koristi u hemiji.

Teme USE kodifikatora: Elektronegativnost. Stepen oksidacije i valencije hemijskih elemenata.

Kada atomi interaguju i formiraju se, elektroni između njih su u većini slučajeva neravnomjerno raspoređeni, jer se svojstva atoma razlikuju. Više elektronegativni atom jače privlači k sebi gustinu elektrona. Atom koji je privukao gustinu elektrona na sebe dobiva djelomični negativni naboj. δ — , njegov "partner" je djelomični pozitivan naboj δ+ . Ako razlika u elektronegativnosti atoma koji formiraju vezu ne prelazi 1,7, vezu nazivamo kovalentna polarna . Ako razlika u elektronegativnosti koja formira hemijsku vezu prelazi 1,7, onda takvu vezu nazivamo jonski .

Oksidacijsko stanje je pomoćni uslovni naboj atoma elementa u spoju, izračunat iz pretpostavke da su sva jedinjenja sastavljena od jona (sve polarne veze su jonske).

Šta znači "uslovna optužba"? Jednostavno se slažemo da ćemo malo pojednostaviti stvari: smatrat ćemo sve polarne veze potpuno ionskim i smatrat ćemo da elektron potpuno napušta ili dolazi iz jednog atoma u drugi, čak i ako u stvari nije. I uslovno, elektron ostavlja manje elektronegativni atom za elektronegativniji.

Na primjer, u H-Cl vezi, vjerujemo da je vodonik uslovno "dao" elektron, a njegov naboj je postao +1, a hlor je "prihvatio" elektron, a njegov naboj je postao -1. U stvari, ne postoje takvi ukupni naboji na ovim atomima.

Sigurno imate pitanje - zašto izmišljati nešto što ne postoji? Ovo nije podmukli plan hemičara, sve je jednostavno: takav model je vrlo zgodan. Ideje o oksidacionom stanju elemenata korisne su pri sastavljanju klasifikacija hemikalije, opisujući njihova svojstva, formulisanje jedinjenja i nomenklaturu. Posebno se često koriste oksidaciona stanja kada se radi sa redoks reakcije.

Stanja oksidacije su viši, niže i srednji.

Više oksidaciono stanje je jednako broju grupe sa predznakom plus.

Inferiorni definira se kao broj grupe minus 8.

I srednji oksidacijsko stanje je gotovo bilo koji cijeli broj u rasponu od najnižeg oksidacijskog stanja do najvišeg.

Na primjer, dušik karakterizira: najveće oksidacijsko stanje je +5, najniže 5 - 8 \u003d -3, a srednja oksidacijska stanja su od -3 do +5. Na primjer, u hidrazinu N 2 H 4, oksidacijsko stanje dušika je srednje, -2.

Najčešće se oksidacijsko stanje atoma u složenim tvarima prvo označava znakom, a zatim brojem, npr. +1, +2, -2 itd. Kada je u pitanju naboj jona (pod pretpostavkom da ion zaista postoji u spoju), onda prvo navedite broj, a zatim znak. Na primjer: Ca 2+ , CO 3 2- .

Za pronalaženje stanja oksidacije koristite sljedeće pravila :

1. Oksidacijsko stanje atoma u jednostavne supstance jednaka je nuli;
2. AT neutralnih molekula algebarski zbir oksidacionih stanja je nula, za ione je ovaj zbir jednak naboju jona;
3. Oksidacijsko stanje alkalni metali (elementi grupe I glavne podgrupe) u jedinjenjima je +1, oksidaciono stanje zemnoalkalni metali (elementi II grupe glavne podgrupe) u jedinjenjima je +2; oksidacijskom stanju aluminijum u jedinjenjima je +3;
4. Oksidacijsko stanje vodonik u jedinjenjima sa metalima (- NaH, CaH 2, itd.) jednaka je -1 ; u spojevima s nemetalima () +1 ;
5. Oksidacijsko stanje kiseonik je jednako -2 . Izuzetak konstituisati peroksidi- jedinjenja koja sadrže -O-O- grupu, gde je oksidaciono stanje kiseonika -1 , i neka druga jedinjenja ( superoksidi, ozonidi, kiseonik fluoridi OF 2 i sl.);
6. Oksidacijsko stanje fluor u svim složenim supstancama jednaka je -1 .

Gore navedene su situacije kada se uzme u obzir stepen oksidacije konstantan . Za sve ostale hemijske elemente, oksidaciono stanje — varijabla, i ovisi o redu i vrsti atoma u spoju.

Primjeri:

Vježbajte: odrediti oksidaciona stanja elemenata u molekulu kalijum dihromata: K 2 Cr 2 O 7.

Rješenje: oksidaciono stanje kalijuma je +1, oksidaciono stanje hroma je označeno kao X, oksidacijsko stanje kisika -2. Zbir svih oksidacionih stanja svih atoma u molekulu je 0. Dobijamo jednačinu: +1*2+2*x-2*7=0. Riješimo to, dobijemo oksidacijsko stanje hroma +6.

U binarnim spojevima, elektronegativniji element karakterizira negativno oksidacijsko stanje, manje elektronegativni element karakterizira pozitivno.

Zapiši to koncept oksidacijskog stanja je vrlo uvjetovan! Oksidacijsko stanje ne pokazuje pravi naboj atoma i nema pravo fizičko značenje.. Ovo je pojednostavljeni model koji efikasno funkcioniše kada treba, na primer, da izjednačimo koeficijente u jednačini hemijske reakcije, ili da algoritamiziramo klasifikaciju supstanci.

Oksidacijsko stanje nije valencija! Oksidacijsko stanje i valencija se u mnogim slučajevima ne poklapaju. Na primjer, valencija vodika u jednostavnoj tvari H 2 je I, a oksidacijsko stanje, prema pravilu 1, je 0.

Ovo su osnovna pravila koja će vam u većini slučajeva pomoći da odredite oksidacijsko stanje atoma u spojevima.

U nekim situacijama može vam biti teško odrediti oksidacijsko stanje atoma. Pogledajmo neke od ovih situacija i kako ih riješiti:

1. U dvostrukim (solinim) oksidima, stepen kod atoma, po pravilu, je dva oksidaciona stanja. Na primjer, u oksidu željeza Fe 3 O 4 željezo ima dva oksidaciona stanja: +2 i +3. Koju naznačiti? Oba. Da pojednostavimo, ovo jedinjenje se može predstaviti kao so: Fe (FeO 2) 2. U ovom slučaju, kiselinski ostatak formira atom sa oksidacijskim stanjem +3. Ili se dvostruki oksid može predstaviti na sljedeći način: FeO * Fe 2 O 3.
2. U perokso spojevima se u pravilu mijenja stupanj oksidacije atoma kisika povezanih kovalentnim nepolarnim vezama. Na primjer, u vodikovom peroksidu H 2 O 2 i peroksidima alkalnih metala, oksidacijsko stanje kisika je -1, jer jedna od veza je kovalentna nepolarna (H-O-O-H). Drugi primjer je peroksomonosumporna kiselina (Caro kiselina) H 2 SO 5 (vidi sliku) sadrži dva atoma kisika s oksidacijskim stanjem od -1, a preostali atomi sa oksidacijskim stanjem od -2, tako da će sljedeći unos biti razumljiviji: H 2 SO 3 (O2). Poznata su i hrom perokso jedinjenja - na primer, hrom (VI) peroksid CrO (O 2) 2 ili CrO 5, i mnogi drugi.
3. Drugi primjer spojeva sa nejasnim oksidacijskim stanjima su superoksidi (NaO 2) i soli slični ozonidi KO 3 . U ovom slučaju, prikladnije je govoriti o molekularnom ionu O 2 sa nabojem od -1 i O 3 sa nabojem od -1. Strukturu takvih čestica opisuju neki modeli koji se izučavaju u ruskom nastavnom planu i programu na prvim kursevima hemijskih univerziteta: MO LCAO, metoda superpozicije valentnih šema itd.
4. U organskim jedinjenjima koncept oksidacijskog stanja nije baš prikladan za korištenje, jer postoji veliki broj kovalentnih nepolarnih veza između ugljikovih atoma. Međutim, ako nacrtate strukturnu formulu molekule, tada se oksidacijsko stanje svakog atoma može odrediti i vrstom i brojem atoma s kojima je ovaj atom direktno vezan. Na primjer, za primarne atome ugljika u ugljovodonicima, oksidacijsko stanje je -3, za sekundarne -2, za tercijarne atome -1, za kvartarne - 0.

Vježbajmo određivanje oksidacijskog stanja atoma u organskim jedinjenjima. Da biste to učinili, morate nacrtati punu strukturnu formulu atoma i odabrati atom ugljika s njegovim neposrednim okruženjem - atome s kojima je direktno povezan.

• Da biste pojednostavili proračune, možete koristiti tablicu rastvorljivosti - tamo su naznačeni naboji najčešćih iona. U većini ruskih ispita iz hemije (USE, GIA, DVI) je dozvoljena upotreba tabele rastvorljivosti. Ovo je gotova varalica koja u mnogim slučajevima može uštedjeti mnogo vremena.
• Prilikom izračunavanja oksidacijskog stanja elemenata u složenim tvarima, prvo naznačimo oksidaciona stanja elemenata za koja sigurno znamo (elementi s konstantnim oksidacijskim stanjem), a oksidacijsko stanje elemenata s promjenjivim oksidacijskim stanjem označavamo sa x. Zbir svih naboja svih čestica jednak je nuli u molekulu ili jednak naboju jona u jonu. Lako je formirati i riješiti jednačinu iz ovih podataka.

U mnogim školskim udžbenicima i priručnicima oni podučavaju kako pisati formule za valencije, čak i za jedinjenja sa jonskim vezama. Da bi se pojednostavio postupak sastavljanja formula, ovo je, po našem mišljenju, prihvatljivo. Ali morate shvatiti da to nije sasvim točno zbog gore navedenih razloga.

Univerzalni koncept je koncept stepena oksidacije. Po vrijednostima oksidacijskih stanja atoma, kao i prema vrijednostima valencije, mogu se sastaviti kemijske formule i zapisati jedinice formule.

Oksidacijsko stanje je uslovni naboj atoma u čestici (molekula, jon, radikal), izračunat u aproksimaciji da su sve veze u čestici jonske.

Prije određivanja oksidacijskih stanja potrebno je uporediti elektronegativnost veznih atoma. Atom sa višom elektronegativnošću ima negativno oksidaciono stanje, dok atom sa nižom elektronegativnošću ima pozitivno.

Kako bi se objektivno uporedile vrijednosti elektronegativnosti atoma pri izračunavanju oksidacijskih stanja, IUPAC je 2013. preporučio korištenje Allenove skale.

* Tako, na primjer, na Alenovoj skali, elektronegativnost dušika je 3,066, a hlora 2,869.

Ilustrirajmo gornju definiciju primjerima. Napravimo strukturnu formulu molekule vode.

Kovalentne polarne O-H veze su prikazane plavom bojom.

Zamislite da obje veze nisu kovalentne, već jonske. Da su ionski, tada bi jedan elektron prešao sa svakog atoma vodika na elektronegativniji atom kisika. Ove prijelaze označavamo plavim strelicama.

*U tomeNa primjer, strelica služi da ilustruje potpuni prijenos elektrona, a ne da ilustruje induktivni efekat.

Lako je vidjeti da broj strelica pokazuje broj prenesenih elektrona, a njihov smjer - smjer prijenosa elektrona.

Dvije strelice su usmjerene na atom kisika, što znači da dva elektrona prolaze do atoma kisika: 0 + (-2) = -2. Atom kiseonika ima naelektrisanje od -2. Ovo je stepen oksidacije kiseonika u molekulu vode.

Jedan elektron napušta svaki atom vodonika: 0 - (-1) = +1. To znači da atomi vodika imaju oksidacijsko stanje +1.

Zbir oksidacijskih stanja uvijek je jednak ukupnom naboju čestice.

Na primjer, zbir oksidacijskih stanja u molekuli vode je: +1(2) + (-2) = 0. Molekul je električki neutralna čestica.

Ako izračunamo oksidaciona stanja u jonu, tada je zbroj oksidacionih stanja, respektivno, jednak njegovom naboju.

Vrijednost oksidacijskog stanja obično je naznačena u gornjem desnom kutu simbola elementa. Štaviše, znak je ispisan ispred broja. Ako je znak iza broja, onda je to naboj jona.

Na primjer, S -2 je atom sumpora u oksidacionom stanju -2, S 2- je anjon sumpora sa nabojem od -2.

S +6 O -2 4 2- - vrijednosti oksidacijskih stanja atoma u sulfatnom anionu (naboj jona je označen zelenom bojom).

Sada razmotrite slučaj kada jedinjenje ima mješovite veze: Na 2 SO 4 . Veza između sulfatnog anjona i kationa natrijuma je jonska, veze između atoma sumpora i atoma kiseonika u sulfatnom jonu su kovalentno polarne. Zapisujemo grafičku formulu za natrijum sulfat, a strelice pokazuju smjer prijelaza elektrona.

*Strukturna formula odražava red kovalentnih veza u čestici (molekula, jon, radikal). Strukturne formule se koriste samo za čestice sa kovalentnim vezama. Za čestice s ionskim vezama koncept strukturne formule je besmislen. Ako u čestici postoje ionske veze, tada se koristi grafička formula.

Vidimo da šest elektrona napušta centralni atom sumpora, što znači da je oksidaciono stanje sumpora 0 - (-6) = +6.

Terminalni atomi kiseonika uzimaju po dva elektrona, što znači da su njihova oksidaciona stanja 0 + (-2) = -2

Premosni atomi kiseonika prihvataju po dva elektrona, njihovo oksidaciono stanje je -2.

Stepen oksidacije moguće je odrediti i strukturno-grafičkom formulom, gdje crtice označavaju kovalentne veze, a joni naboj.

U ovoj formuli, premosni atomi kiseonika već imaju jedinične negativne naboje i dodatni elektron im dolazi od atoma sumpora -1 + (-1) = -2, što znači da su njihova oksidaciona stanja -2.

Oksidacijsko stanje natrijevih jona je jednako njihovom naboju, tj. +1.

Odredimo oksidaciona stanja elemenata u kalijevom superoksidu (superoksidu). Da bismo to učinili, nacrtat ćemo grafičku formulu za kalijev superoksid, strelicom ćemo pokazati preraspodjelu elektrona. O-O veza je kovalentna nepolarna, tako da u njoj nije naznačena preraspodjela elektrona.

* Superoksidni anion je radikalni jon. Formalni naboj jednog atoma kiseonika je -1, a drugog, sa nesparenim elektronom, je 0.

Vidimo da je oksidaciono stanje kalijuma +1. Oksidacijsko stanje atoma kiseonika zapisano u formuli suprotnoj od kalijuma je -1. Oksidacijsko stanje drugog atoma kisika je 0.

Na isti način moguće je odrediti stepen oksidacije strukturno-grafičkom formulom.

Krugovi označavaju formalne naboje jona kalija i jednog od atoma kisika. U ovom slučaju, vrijednosti formalnih naboja poklapaju se s vrijednostima oksidacijskih stanja.

Budući da oba atoma kisika u superoksidnom anionu imaju različita oksidacijska stanja, možemo izračunati aritmetička sredina oksidacionog stanja kiseonik.

Bit će jednako / 2 \u003d - 1/2 \u003d -0,5.

Vrijednosti srednjih aritmetičkih oksidacijskih stanja obično su naznačene u bruto formulama ili jedinicama formule kako bi se pokazalo da je zbir oksidacijskih stanja jednak ukupnom naboju sistema.

Za slučaj sa superoksidom: +1 + 2(-0,5) = 0

Lako je odrediti oksidaciona stanja pomoću formula za elektronske tačke, u kojima su usamljeni elektronski parovi i elektroni kovalentnih veza označeni tačkama.

Kiseonik je element VIA grupe, stoga u njegovom atomu ima 6 valentnih elektrona. Zamislite da su veze u molekuli vode jonske, u kom slučaju bi atom kiseonika primio oktet elektrona.

Oksidacijsko stanje kisika je, respektivno, jednako: 6 - 8 \u003d -2.

I atomi vodonika: 1 - 0 = +1

Sposobnost određivanja stepena oksidacije korišćenjem grafičkih formula je neprocenjiva za razumevanje suštine ovog koncepta, jer će ta veština biti potrebna u toku organske hemije. Ako je riječ o neorganskim tvarima, onda je potrebno znati odrediti stupanj oksidacije po molekulskim formulama i formulama.

Da biste to učinili, prije svega, morate razumjeti da su oksidacijska stanja konstantna i promjenjiva. Elementi koji pokazuju konstantno stanje oksidacije moraju se zapamtiti.

Svaki kemijski element karakteriziraju viša i niža oksidacijska stanja.

Najniže oksidaciono stanje je naboj koji atom stječe kao rezultat primanja maksimalnog broja elektrona na vanjskom sloju elektrona.

S obzirom na ovo, najniže oksidaciono stanje je negativno, s izuzetkom metala, čiji atomi nikada ne preuzimaju elektrone zbog niskih vrijednosti elektronegativnosti. Metali imaju najniže oksidaciono stanje 0.

Većina nemetala glavnih podgrupa pokušava ispuniti svoj vanjski elektronski sloj sa do osam elektrona, nakon čega atom poprima stabilnu konfiguraciju ( pravilo okteta). Stoga, da bi se odredilo najniže stanje oksidacije, potrebno je razumjeti koliko valentnih elektrona nedostaje atomu u oktetu.

Na primjer, dušik je element VA grupe, što znači da postoji pet valentnih elektrona u atomu dušika. Atomu dušika nedostaju tri elektrona od okteta. Dakle, najniže stanje oksidacije dušika je: 0 + (-3) = -3

Valence je kompleksan koncept. Ovaj termin je doživio značajnu transformaciju istovremeno sa razvojem teorije hemijskog vezivanja. U početku, valencija je bila sposobnost atoma da veže ili zamijeni određeni broj drugih atoma ili atomskih grupa kako bi formirao kemijsku vezu.

Kvantitativna mjera valentnosti atoma elementa bio je broj atoma vodika ili kisika (ovi elementi su smatrani mono- i dvovalentnim, respektivno), koje element dodaje kako bi formirao hidrid formule EH x ili oksid formule E n O m .

Dakle, valencija atoma dušika u molekulu NH 3 amonijaka je tri, a atoma sumpora u molekuli H 2 S je dva, jer je valencija atoma vodika jedan.

U jedinjenjima Na 2 O, BaO, Al 2 O 3, SiO 2, valencije natrijuma, barijuma i silicijuma su 1, 2, 3 i 4, respektivno.

Koncept valencije uveden je u hemiju prije nego što je postala poznata struktura atoma, naime 1853. godine od strane engleskog hemičara Franklanda. Sada je utvrđeno da je valencija elementa usko povezana s brojem vanjskih elektrona atoma, budući da elektroni unutrašnjih omotača atoma ne sudjeluju u formiranju kemijskih veza.

U elektronskoj teoriji kovalentne veze vjeruje se da valencija atoma određen je brojem njegovih nesparenih elektrona u osnovnom ili pobuđenom stanju, koji učestvuju u formiranju zajedničkih elektronskih parova sa elektronima drugih atoma.

Za neke elemente, valencija je konstantna vrijednost. Dakle, natrijum ili kalijum u svim jedinjenjima je jednovalentan, kalcijum, magnezijum i cink su dvovalentni, aluminijum je trovalentan, itd. Ali većina hemijskih elemenata pokazuje promenljivu valenciju, koja zavisi od prirode elementa partnera i uslova procesa. Dakle, gvožđe može formirati dva jedinjenja sa hlorom - FeCl 2 i FeCl 3, u kojima je valencija gvožđa 2 i 3, respektivno.

Oksidacijsko stanje- koncept koji karakteriše stanje elementa u hemijskom spoju i njegovo ponašanje u redoks reakcijama; numerički, oksidaciono stanje je jednako formalnom naboju koji se može pripisati elementu, na osnovu pretpostavke da su svi elektroni svake od njegovih veza prešli na elektronegativniji atom.

Elektronegativnost- mjera sposobnosti atoma da stekne negativan naboj tokom formiranja hemijske veze, ili sposobnosti atoma u molekulu da privuče valentne elektrone uključene u formiranje hemijske veze. Elektronegativnost nije apsolutna vrijednost i izračunava se različitim metodama. Stoga se vrijednosti elektronegativnosti date u različitim udžbenicima i referentnim knjigama mogu razlikovati.

Tabela 2 prikazuje elektronegativnost nekih hemijskih elemenata na Sandersonovoj skali, a tabela 3 prikazuje elektronegativnost elemenata na Paulingovoj skali.

Vrijednost elektronegativnosti je data ispod simbola odgovarajućeg elementa. Što je veća numerička vrijednost elektronegativnosti atoma, to je element elektronegativniji. Najelektronegativniji je atom fluora, a najmanje elektronegativan atom rubidijuma. U molekulu formiranom od atoma dva različita hemijska elementa, formalni negativni naboj će biti na atomu čija će numerička vrijednost elektronegativnosti biti veća. Dakle, u molekulu sumpor-dioksida SO 2, elektronegativnost atoma sumpora je 2,5, a vrijednost elektronegativnosti atoma kisika je veća - 3,5. Stoga će negativni naboj biti na atomu kisika, a pozitivan na atomu sumpora.

U molekulu amonijaka NH 3, vrijednost elektronegativnosti atoma dušika je 3,0, a vodonika 2,1. Stoga će atom dušika imati negativan naboj, a atom vodika pozitivan.

Trebali biste jasno znati opšte trendove u elektronegativnosti. Budući da atom bilo kojeg kemijskog elementa teži da stekne stabilnu konfiguraciju vanjskog elektronskog sloja - oktetnu ljusku inertnog plina, elektronegativnost elemenata u periodu raste, a u grupi se elektronegativnost općenito smanjuje s povećanjem atomskog broja elementa. Stoga je, na primjer, sumpor elektronegativniji od fosfora i silicija, a ugljik je elektronegativniji od silicija.

Prilikom sastavljanja formula za spojeve koji se sastoje od dva nemetala, elektronegativniji od njih se uvijek nalazi desno: PCl 3, NO 2. Postoje neki istorijski izuzeci od ovog pravila, kao što su NH 3 , PH 3 , itd.

Oksidacijsko stanje se obično označava arapskim brojem (sa znakom ispred cifre) koji se nalazi iznad simbola elementa, na primjer:

Da bi se odredilo oksidaciono stanje atoma u hemijskim jedinjenjima, poštuju se sljedeća pravila:

1. Oksidacijsko stanje elemenata u jednostavnim tvarima je nula.
2. Algebarski zbir oksidacionih stanja atoma u molekulu je nula.
3. Kiseonik u jedinjenjima uglavnom pokazuje oksidaciono stanje –2 (u kiseoniku fluoridu OF 2 + 2, u metalnim peroksidima kao što je M 2 O 2 –1).
4. Vodik u spojevima pokazuje oksidacijsko stanje od +1, s izuzetkom aktivnih metalnih hidrida, na primjer, zemnoalkalnih ili zemnoalkalnih, u kojima je oksidacijsko stanje vodonika -1.
5. Za jednoatomne jone, oksidaciono stanje je jednako naelektrisanju jona, na primer: K + - +1, Ba 2+ - +2, Br - - -1, S 2- - -2, itd.
6. U spojevima s kovalentnom polarnom vezom, oksidacijsko stanje elektronegativnijeg atoma ima predznak minus, a manje elektronegativnog atoma ima predznak plus.
7. U organskim jedinjenjima oksidacijsko stanje vodonika je +1.

Ilustrirajmo gornja pravila s nekoliko primjera.

Primjer 1 Odrediti stepen oksidacije elemenata u oksidima kalijuma K 2 O, selena SeO 3 i gvožđa Fe 3 O 4.

Kalijum oksid K 2 O. Algebarski zbir oksidacionih stanja atoma u molekulu je nula. Oksidacijsko stanje kisika u oksidima je –2. Označimo oksidaciono stanje kalijuma u njegovom oksidu sa n, tada je 2n + (–2) = 0 ili 2n = 2, dakle n = +1, tj. oksidaciono stanje kalijuma je +1.

Selen oksid SeO 3 . Molekul SeO 3 je električno neutralan. Ukupni negativni naboj tri atoma kiseonika je –2 × 3 = –6. Stoga, da bi se ovaj negativni naboj izjednačio na nulu, oksidacijsko stanje selena mora biti +6.

Molekul Fe 3 O 4 električno neutralan. Ukupni negativni naboj četiri atoma kiseonika je –2 × 4 = –8. Da bi se izjednačio ovaj negativni naboj, ukupni pozitivni naboj na tri atoma željeza mora biti +8. Dakle, jedan atom gvožđa treba da ima naelektrisanje od 8/3 = +8/3.

Treba naglasiti da oksidacijsko stanje elementa u spoju može biti razlomak. Takva frakciona oksidaciona stanja nemaju smisla u objašnjavanju veze u hemijskom spoju, ali se mogu koristiti za formulisanje jednadžbi za redoks reakcije.

Primjer 2 Odrediti stepen oksidacije elemenata u jedinjenjima NaClO 3, K 2 Cr 2 O 7.

Molekul NaClO 3 je električno neutralan. Oksidacijsko stanje natrijuma je +1, oksidacijsko stanje kisika je -2. Označimo stanje oksidacije hlora sa n, tada +1 + n + 3 × (–2) = 0, ili +1 + n – 6 = 0, ili n – 5 = 0, dakle n = +5. Dakle, oksidaciono stanje hlora je +5.

Molekul K 2 Cr 2 O 7 je električno neutralan. Oksidacijsko stanje kalija je +1, oksidacijsko stanje kisika je -2. Označimo stanje oksidacije hroma sa n, zatim 2 × 1 + 2n + 7 × (–2) = 0, ili +2 + 2n – 14 = 0, ili 2n – 12 = 0, 2n = 12, dakle n = +6. Dakle, oksidaciono stanje hroma je +6.

Primjer 3 Odredimo oksidaciona stanja sumpora u sulfatnom jonu SO 4 2– . Jon SO 4 2– ima naelektrisanje od –2. Oksidacijsko stanje kiseonika je –2. Označimo stanje oksidacije sumpora sa n, zatim n + 4 × (–2) = –2, ili n – 8 = –2, ili n = –2 – (–8), dakle n = +6. Dakle, oksidaciono stanje sumpora je +6.

Treba imati na umu da oksidacijsko stanje ponekad nije jednako valenciji datog elementa.

Na primjer, oksidacijska stanja atoma dušika u molekulu amonijaka NH 3 ili u molekulu hidrazina N 2 H 4 su -3 i -2, respektivno, dok je valencija dušika u ovim spojevima tri.

Maksimalno pozitivno oksidaciono stanje za elemente glavnih podgrupa, po pravilu, jednako je broju grupe (izuzeci: kiseonik, fluor i neki drugi elementi).

Maksimalno negativno oksidaciono stanje je 8 - broj grupe.

Zadaci obuke

1. U kojem spoju je oksidacijsko stanje fosfora +5?

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

2. Koji spoj ima oksidacijsko stanje fosfora -3?

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

3. U kom spoju je oksidacijsko stanje dušika jednako +4?

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

4. U kom spoju je oksidacijski broj dušika jednak -2?

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

5. U kom spoju je oksidacijsko stanje sumpora jednako +2?

1) Na 2 SO 3
2) SO2
3) SCl2
4) H2SO4

6. U kom spoju je oksidacijsko stanje sumpora jednako +6?

1) Na 2 SO 3
2) SO3
3) SCl2
4) H2SO3

7. U supstancama čije su formule CrBr 2, K 2 Cr 2 O 7, Na 2 CrO 4, oksidaciono stanje hroma je

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

8. Minimalno negativno oksidaciono stanje hemijskog elementa je obično jednako

1) broj perioda
3) broj elektrona koji nedostaju prije završetka vanjskog elektronskog sloja

9. Maksimalno pozitivno oksidaciono stanje hemijskih elemenata koji se nalaze u glavnim podgrupama obično je jednako

1) broj perioda
2) serijski broj hemijskog elementa
3) broj grupe
4) ukupan broj elektrona u elementu

10. Fosfor pokazuje maksimalno pozitivno oksidaciono stanje u jedinjenju

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

11. Fosfor pokazuje najniže stanje oksidacije u spoju

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

12. Atomi dušika u amonijum nitritu, koji su dio kationa i aniona, pokazuju oksidaciona stanja, respektivno

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

13. Valentnost i oksidaciono stanje kiseonika u vodikovom peroksidu su, respektivno

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

14. Valentnost i oksidaciono stanje sumpora u piritu FeS2 su, respektivno,

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

15. Valentnost i oksidaciono stanje atoma azota u amonijum bromidu su

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

16. Atom ugljika pokazuje negativno oksidacijsko stanje kada je u kombinaciji s

1) kiseonik
2) natrijum
3) fluor
4) hlor

17. Konstantan stepen oksidacije u njegovim jedinjenjima pokazuje

1) stroncijum
2) gvožđe
3) sumpor
4) hlor

18. +3 oksidacijsko stanje u njihovim jedinjenjima može pokazati

1) hlor i fluor
2) fosfor i hlor
3) ugljenik i sumpor
4) kiseonik i vodonik

19. +4 oksidacijsko stanje u njihovim jedinjenjima može pokazati

1) ugljenik i vodonik
2) ugljenik i fosfor
3) ugljenik i kalcijum
4) azot i sumpor

20. Oksidacijsko stanje, jednako broju grupe, u njegovim spojevima pokazuje

1) hlor
2) gvožđe
3) kiseonik
4) fluor