Määrake aatomite oksüdatsiooniaste. Keemiliste elementide valents

Keemia ettevalmistus ZNO ja DPA jaoks
Põhjalik väljaanne

OSA JA

ÜLDKEEMIA

KEEMILINE SIDE JA AINE STRUKTUUR

Oksüdatsiooni olek

Oksüdatsiooniaste on molekulis või kristallis oleva aatomi tingimuslik laeng, mis tekkis sellel, kui kõik selle poolt loodud polaarsed sidemed olid ioonse iseloomuga.

Erinevalt valentsusest võivad oksüdatsiooniastmed olla positiivsed, negatiivsed või nullid. Lihtsates ioonühendites langeb oksüdatsiooniaste kokku ioonide laengutega. Näiteks naatriumkloriidis NaCl (Na + Cl - ) Naatriumi oksüdatsiooniaste on +1 ja klooril -1, kaltsiumoksiidis CaO (Ca +2 O -2) Kaltsiumi oksüdatsiooniaste on +2 ja oksüseenil -2. See reegel kehtib kõigi aluseliste oksiidide kohta: metallilise elemendi oksüdatsiooniaste on võrdne metalliiooni laenguga (naatrium +1, baarium +2, alumiinium +3) ja hapniku oksüdatsiooniaste on -2. Oksüdatsiooniastet tähistavad araabia numbrid, mis asetatakse elemendi sümboli kohale, nagu valents, ja mis näitavad esmalt laengu märki ja seejärel selle numbrilist väärtust:

Kui oksüdatsiooniastme moodul on võrdne ühega, võib numbri "1" ära jätta ja kirjutada ainult märgi: Na + Cl-.

Oksüdatsiooniaste ja valentsus on omavahel seotud mõisted. Paljudes ühendites langeb elementide oksüdatsiooniastme absoluutväärtus kokku nende valentsiga. Siiski on palju juhtumeid, kus valents erineb oksüdatsiooniastmest.

Lihtainetes - mittemetallides on kovalentne mittepolaarne side, ühine elektronpaar on nihutatud ühte aatomitest, seetõttu on lihtainetes elementide oksüdatsiooniaste alati null. Kuid aatomid on üksteisega ühendatud, see tähendab, et neil on teatud valents, kuna näiteks hapnikus on hapniku valentsus II ja lämmastikus on lämmastiku valentsus III:

Vesinikperoksiidi molekulis on ka hapniku valentsus II ja vesinik on I:

Võimalike kraadide määratlus elementide oksüdatsioon

Oksüdatsiooniastmed, mida elemendid erinevates ühendites võivad esineda, saab enamikul juhtudel määrata välise elektroonilise nivoo struktuuri või elemendi koha järgi perioodilises süsteemis.

Metallelementide aatomid võivad loovutada ainult elektrone, seega on neil ühendites positiivne oksüdatsiooniaste. Selle absoluutväärtus paljudel juhtudel (välja arvatud d -elemendid) võrdub elektronide arvuga välistasandil, see tähendab rühmanumbriga perioodilises süsteemis. aatomid d -elemendid võivad anda elektrone ka esitasandilt, nimelt täitmata d -orbitaalid. Seetõttu jaoks d -elementide puhul on kõiki võimalikke oksüdatsiooniastmeid palju keerulisem määrata kui puhul s- ja p-elemendid. Etteruttavalt võib öelda, et enamus d -elementide oksüdatsiooniaste on välise elektroonilise taseme elektronide tõttu +2 ja maksimaalne oksüdatsiooniaste on enamikul juhtudel võrdne rühma numbriga.

Mittemetalliliste elementide aatomitel võivad olla nii positiivsed kui ka negatiivsed oksüdatsiooniastmed, olenevalt sellest, millise elemendi aatomiga nad sideme moodustavad. Kui element on elektronegatiivsem, on sellel negatiivne oksüdatsiooniaste ja kui vähem elektronegatiivne - positiivne.

Mittemetalliliste elementide oksüdatsiooniastme absoluutväärtust saab määrata välise elektroonilise kihi struktuuri järgi. Aatom on võimeline vastu võtma nii palju elektrone, et selle välimisel tasandil paikneb kaheksa elektroni: VII rühma mittemetallilised elemendid võtavad ühe elektroni ja näitavad oksüdatsiooniastet -1, rühma VI - kaks elektroni ja oksüdatsiooniastet - 2 jne.

Mittemetallilised elemendid on võimelised eraldama erineva arvu elektrone: maksimaalselt nii palju, kui neid on välisel energiatasandil. Teisisõnu, mittemetalliliste elementide maksimaalne oksüdatsiooniaste on võrdne rühma numbriga. Aatomite välistasandil toimuva elektronide poolimise tõttu varieerub paaritute elektronide arv, mida aatom võib keemilistes reaktsioonides loovutada, nii et mittemetallilised elemendid on võimelised avaldama erinevaid vahepealseid oksüdatsiooniolekuid.

Võimalikud oksüdatsiooniastmed s - ja p-elemendid

PS grupp
Kõrgeim oksüdatsiooniaste
Vahepealne oksüdatsiooniaste
Madalam oksüdatsiooniaste

Oksüdatsiooniastmete määramine ühendites

Mis tahes elektriliselt neutraalne molekul, seega peab kõigi elementide aatomite oksüdatsiooniastmete summa olema null. Määrame oksüdatsiooniastme väävlis (I V) oksiid SO 2 tauphosforus (V) sulfiid P 2 S 5.

Väävel (ja V) oksiid SO 2 moodustatud kahe elemendi aatomitest. Neist hapnikul on suurim elektronegatiivsus, seega on hapnikuaatomitel negatiivne oksüdatsiooniaste. Hapniku jaoks on see -2. Sel juhul on väävel positiivne oksüdatsiooniaste. Erinevates ühendites võib väävel näidata erinevaid oksüdatsiooniastmeid, nii et sel juhul tuleb see arvutada. Molekulis SO2 kaks hapnikuaatomit oksüdatsiooniastmega -2, seega on hapnikuaatomite kogulaeng -4. Selleks, et molekul oleks elektriliselt neutraalne, peab väävliaatom täielikult neutraliseerima mõlema hapnikuaatomi laengu, seega on väävli oksüdatsiooniaste +4:

Fosfori molekulis V) sulfiid P 2 S 5 elektronegatiivsem element on väävel, see tähendab, et sellel on negatiivne oksüdatsiooniaste ja fosforil on positiivne. Väävli puhul on negatiivne oksüdatsiooniaste ainult 2. Üheskoos kannavad viis väävliaatomit negatiivset laengut -10. Seetõttu peavad kaks fosfori aatomit selle laengu neutraliseerima kogulaenguga +10. Kuna molekulis on kaks fosfori aatomit, peab mõlema oksüdatsiooniaste olema +5:

Keerulisem on arvutada oksüdatsiooniastet mittebinaarsetes ühendites - soolades, alustes ja hapetes. Kuid selleks tuleks kasutada ka elektrilise neutraalsuse põhimõtet ja meeles pidada, et enamikus ühendites on hapniku oksüdatsiooniaste -2, vesiniku oksüdatsiooniaste +1.

Mõelge sellele kaaliumsulfaadi näitel K2SO4. Kaaliumi oksüdatsiooniaste ühendites võib olla ainult +1 ja hapniku -2:

Elektroneutraalsuse põhimõtte alusel arvutame väävli oksüdatsiooniastme:

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

Ühendites elementide oksüdatsiooniastmete määramisel tuleks järgida järgmisi reegleid:

1. Lihtaines oleva elemendi oksüdatsiooniaste on null.

2. Fluor on kõige elektronegatiivsem keemiline element, seega on fluori oksüdatsiooniaste kõigis ühendites -1.

3. Hapnik on fluori järel kõige elektronegatiivsem element, seetõttu on hapniku oksüdatsiooniaste kõigis ühendites peale fluoriidide negatiivne: enamasti on see -2 ja peroksiidides -1.

4. Vesiniku oksüdatsiooniaste on enamikus ühendites +1 ja metalliliste elementidega (hüdriididega) ühendites -1.

5. Metallide oksüdatsiooniaste ühendites on alati positiivne.

6. Elektronegatiivsemal elemendil on alati negatiivne oksüdatsiooniaste.

7. Molekuli kõigi aatomite oksüdatsiooniastmete summa on null.

Ioonseid ja kovalentseid polaarseid keemilisi sidemeid uurides tutvusite kahest keemilisest elemendist koosnevate kompleksainetega. Selliseid aineid nimetatakse kahepaarideks (ladina keelest bi - "kaks") või kaheelemendiliseks.

Tuletagem meelde tüüpilisi binaarseid ühendeid, mida tõime näitena ioonsete ja kovalentsete polaarsete keemiliste sidemete moodustumise mehhanismide käsitlemiseks: NaHl - naatriumkloriid ja HCl - vesinikkloriid. Esimesel juhul on side ioonne: naatriumi aatom viis oma välise elektroni klooriaatomile ja muutus iooniks laenguga -1. ja klooriaatom võttis vastu elektroni ja muutus iooniks laenguga -1. Skemaatiliselt võib aatomite ioonideks muutumise protsessi kujutada järgmiselt:

HCl molekulis tekib side paaritute väliselektronide paaristumise ja vesiniku- ja klooriaatomitest koosneva ühise elektronpaari tõttu.

Õigem on kujutada kovalentse sideme teket vesinikkloriidi molekulis vesinikuaatomi üheelektronilise s-pilve kattumisena klooriaatomi üheelektronilise p-pilvega:

Keemilise interaktsiooni käigus nihkub ühine elektronpaar elektronegatiivsema klooriaatomi poole:

Selliseid tingimuslikke tasusid nimetatakse oksüdatsiooni olek. Selle mõiste defineerimisel eeldatakse tinglikult, et kovalentsetes polaarsetes ühendites on siduvad elektronid täielikult üle läinud elektronegatiivsemale aatomile ja seetõttu koosnevad ühendid ainult positiivse ja negatiivse laenguga ioonidest.

on keemilise elemendi aatomite tingimuslik laeng ühendis, mis on arvutatud eeldusel, et kõik ühendid (nii ioonsed kui kovalentselt polaarsed) koosnevad ainult ioonidest.

Oksüdatsiooniastmel võib olla negatiivne, positiivne või null väärtus, mis asetatakse tavaliselt ülaosas oleva elemendi sümboli kohale, näiteks:

Need aatomid, mis on saanud elektrone teistelt aatomitelt või mille külge on nihkunud ühised elektronpaarid, st elektronnegatiivsemate elementide aatomid, omavad negatiivset oksüdatsiooniastme väärtust. Fluori oksüdatsiooniaste on kõigis ühendites alati -1. Hapniku, fluori järel elektronegatiivselt teisel elemendil, on peaaegu alati oksüdatsiooniaste -2, välja arvatud näiteks fluori sisaldavad ühendid:

Need aatomid, mis loovutavad oma elektronid teistele aatomitele või millest saadakse ühiseid elektronpaare, st vähem elektronegatiivsete elementide aatomid, on positiivse oksüdatsiooniastmega. Metallidel on alati positiivne oksüdatsiooniaste. Peamiste alarühmade metallide puhul:

I rühma kõigi ühendite oksüdatsiooniaste on +1,
II grupp võrdub +2. III rühm - +3, näiteks:

Ühendites on kogu oksüdatsiooniaste alati null. Teades seda ja ühe elemendi oksüdatsiooniastet, saate kahendühendi valemi abil alati leida teise elemendi oksüdatsiooniastme. Näiteks leiame kloori oksüdatsiooniastme ühendis Cl2O2. Tähistame oksüdatsiooniastet -2
hapnik: Cl2O2. Seetõttu on seitsme hapnikuaatomi negatiivne kogulaeng (-2) 7 =14. Siis on kahe klooriaatomi kogulaeng +14 ja ühe klooriaatomi laeng:
(+14):2 = +7.

Samamoodi saab elementide oksüdatsiooniastmeid teades koostada ühendi valemi, näiteks alumiiniumkarbiidi (alumiiniumi ja süsiniku ühend). Kirjutame AlC kõrvale alumiiniumi ja süsiniku märgid ning kõigepealt alumiiniumi märgi, kuna tegemist on metalliga. Väliste elektronide arvu määrame elementide perioodilisuse tabelist: Al-l on 3 elektroni, C-l 4. Alumiiniumi aatom loovutab oma 3 välist elektroni süsinikule ja saab oksüdatsiooniastme +3, mis on võrdne elemendi laenguga. ioon. Süsinikuaatom, vastupidi, viib 4 puuduolevat elektroni "hinnatud kaheksasse" ja saab oksüdatsiooniastme -4.

Kirjutame need väärtused valemisse: AlС ja leiame nende jaoks vähima ühiskordaja, see on 12. Seejärel arvutame indeksid:

Elementide oksüdatsiooniastmete tundmine on vajalik ka keemilise ühendi õigeks nimetamiseks.

Kahendühendite nimetused koosnevad kahest sõnast – neid moodustavate keemiliste elementide nimetustest. Esimene sõna tähistab ühendi elektronegatiivset osa - mittemetalli, selle ladinakeelne nimetus sufiksiga -id on alati nimetavas käändes. Teine sõna tähistab elektropositiivset osa – metalli või vähem elektronegatiivset elementi, selle nimi on alati genitiivis. Kui elektropositiivsel elemendil on erinev oksüdatsiooniaste, kajastub see nimes, mis näitab oksüdatsiooniastet Rooma numbriga, mis asetatakse lõppu.

Et eri maade keemikud üksteist mõistaksid, oli vaja luua ühtne terminoloogia ja ainete nomenklatuur. Keemilise nomenklatuuri põhimõtted töötasid esmakordselt välja prantsuse keemikud A. Lavoisier, A. Fourctua, L. Giton ja C. Berthollet 1785. aastal. Praegu koordineerib Rahvusvaheline Puhta- ja Rakenduskeemia Liit (IUPAC) mitme riigi teadlaste tegevust ning annab välja soovitusi ainete nomenklatuuri ja keemias kasutatava terminoloogia kohta.

USE kodifitseerija teemad: Elektronegatiivsus. Keemiliste elementide oksüdatsiooniaste ja valents.

Kui aatomid interakteeruvad ja moodustuvad, jaotuvad nendevahelised elektronid enamasti ebaühtlaselt, kuna aatomite omadused on erinevad. Rohkem elektronegatiivne aatom tõmbab elektrontiheduse enda poole tugevamini. Aatom, mis on enda külge tõmbanud elektrontiheduse, omandab osalise negatiivse laengu. δ — , selle "partner" on osaline positiivne laeng δ+ . Kui sidet moodustavate aatomite elektronegatiivsuse erinevus ei ületa 1,7, nimetatakse sidet kovalentne polaarne . Kui keemilise sideme moodustava elektronegatiivsuse erinevus ületab 1,7, siis nimetatakse sellist sidet iooniline .

Oksüdatsiooni olek on ühendis oleva elemendi aatomi abitingimuslik laeng, mis on arvutatud eeldusel, et kõik ühendid koosnevad ioonidest (kõik polaarsed sidemed on ioonsed).

Mida tähendab "tingimuslik tasu"? Oleme lihtsalt nõus, et me lihtsustame asju natuke: me käsitleme kõiki polaarseid sidemeid täielikult ioonilisteks ja me arvestame, et elektron lahkub täielikult või tuleb ühest aatomist teise, isegi kui see tegelikult nii ei ole. Ja tinglikult jätab elektron elektronegatiivsema aatomi jaoks vähem elektronegatiivse aatomi.

näiteks, H-Cl sidemes usume, et vesinik "andis" tinglikult elektroni ja selle laeng sai +1 ja kloor "võttis vastu" elektroni ja selle laeng sai -1. Tegelikult pole neil aatomitel selliseid kogulaenguid.

Kindlasti on teil küsimus – miks leiutada midagi, mida pole olemas? See pole keemikute salakaval plaan, kõik on lihtne: selline mudel on väga mugav. Koostamisel tulevad kasuks ideed elementide oksüdatsiooniastme kohta klassifikatsioon kemikaalid, nende omaduste kirjeldamine, ühendite koostis ja nomenklatuur. Eriti sageli kasutatakse töötamisel oksüdatsiooniolekuid redoksreaktsioonid.

Oksüdatsiooniastmed on kõrgemale, madalam ja vahepealne.

Kõrgem oksüdatsiooniaste võrdub rühma numbriga plussmärgiga.

Halvem on määratletud kui rühma number miinus 8.

Ja vahepealne oksüdatsiooniaste on peaaegu iga täisarv vahemikus madalaimast oksüdatsiooniastmest kõrgeima.

näiteks, lämmastikku iseloomustavad: kõrgeim oksüdatsiooniaste on +5, madalaim 5 - 8 \u003d -3 ja vahepealsed oksüdatsiooniastmed on -3 kuni +5. Näiteks hüdrasiinis N 2 H 4 on lämmastiku oksüdatsiooniaste vahepealne, -2.

Kõige sagedamini näidatakse kompleksainetes aatomite oksüdatsiooniastet esmalt märgiga, seejärel näiteks numbriga +1, +2, -2 jne. Kui rääkida iooni laengust (eeldades, et ioon on ühendis tegelikult olemas), siis märkige esmalt arv, seejärel märk. näiteks: Ca 2+, CO 3 2-.

Oksüdatsiooniastmete leidmiseks kasutage järgmist määrused :

1. Aatomite oksüdatsiooniaste lihtsad ained on võrdne nulliga;
2. AT neutraalsed molekulid oksüdatsiooniastmete algebraline summa on null, ioonide puhul on see summa võrdne iooni laenguga;
3. Oksüdatsiooni olek leelismetallid (põhialarühma I rühma elemendid) ühendites on +1, oksüdatsiooniaste leelismuldmetallid (peaalarühma II rühma elemendid) ühendites on +2; oksüdatsiooni olek alumiiniumistühendites on see +3;
4. Oksüdatsiooni olek vesinikühendites metallidega (- NaH, CaH 2 jne) on võrdne -1 ; ühendites mittemetallidega () +1 ;
5. Oksüdatsiooni olek hapnikku on võrdne -2 . Erand moodustavad peroksiidid- -О-О- rühma sisaldavad ühendid, kus hapniku oksüdatsiooniaste on -1 ja mõned teised ühendid ( superoksiidid, osoniidid, hapnikufluoriidid OF 2 ja jne);
6. Oksüdatsiooni olek fluor kõigis kompleksainetes on võrdne -1 .

Ülaltoodud on olukorrad, kui arvestame oksüdatsiooniastet konstantne . Kõigi muude keemiliste elementide puhul oksüdatsiooniaste — muutuv, ja sõltub aatomite järjekorrast ja tüübist ühendis.

Näited:

Harjutus: määrata kaaliumdikromaadi molekulis olevate elementide oksüdatsiooniastmed: K 2 Cr 2 O 7.

Otsus: kaaliumi oksüdatsiooniaste on +1, kroomi oksüdatsiooniastet tähistatakse kui X, hapniku oksüdatsiooniaste -2. Molekuli kõigi aatomite kõigi oksüdatsiooniastmete summa on 0. Saame võrrandi: +1*2+2*x-2*7=0. Lahendame selle, saame kroomi oksüdatsiooniastmeks +6.

Binaarsetes ühendites iseloomustab elektronegatiivsemat elementi negatiivne oksüdatsiooniaste, vähem elektronegatiivset elementi positiivne.

pane tähele seda oksüdatsiooniastme mõiste on väga tinglik! Oksüdatsiooniaste ei näita aatomi tegelikku laengut ja sellel puudub tegelik füüsiline tähendus.. See on lihtsustatud mudel, mis töötab tõhusalt, kui meil on vaja näiteks keemilise reaktsiooni võrrandi koefitsiente võrdsustada või ainete klassifitseerimist algoritmiseerida.

Oksüdatsiooni olek ei ole valents! Oksüdatsiooniaste ja valents paljudel juhtudel ei ühti. Näiteks vesiniku valents lihtaines H 2 on I ja oksüdatsiooniaste vastavalt reeglile 1 on 0.

Need on põhireeglid, mis aitavad teil enamikul juhtudel määrata ühendite aatomite oksüdatsiooniastet.

Mõnes olukorras võib aatomi oksüdatsiooniastme määramine olla keeruline. Vaatame mõnda neist olukordadest ja nende lahendamise viise:

1. Kahekordsetes (soolataolistes) oksiidides on aatomi aste reeglina kaks oksüdatsiooniastet. Näiteks raudoksiidis Fe 3 O 4 on raual kaks oksüdatsiooniastet: +2 ja +3. Kumba märkida? Mõlemad. Lihtsustamise mõttes võib seda ühendit kujutada soolana: Fe (FeO 2) 2. Sel juhul moodustab happejääk aatomi, mille oksüdatsiooniaste on +3. Või võib topeltoksiidi kujutada järgmiselt: FeO * Fe 2 O 3.
2. Peroksoühendites muutub kovalentsete mittepolaarsete sidemetega ühendatud hapnikuaatomite oksüdatsiooniaste reeglina. Näiteks vesinikperoksiidis H 2 O 2 ja leelismetallide peroksiidides on hapniku oksüdatsiooniaste -1, kuna üks sidemetest on kovalentne mittepolaarne (H-O-O-H). Teine näide on peroksomonoväävelhape (Caro acid) H 2 SO 5 (vt joonis) sisaldab kahte hapnikuaatomit oksüdatsiooniastmega -1, ülejäänud aatomit oksüdatsiooniastmega -2, seega on järgmine kirje arusaadavam: H 2SO3 (O2). Tuntud on ka kroomperoksoühendid - näiteks kroom (VI) peroksiid CrO (O 2) 2 või CrO 5 ja paljud teised.
3. Teine näide mitmetähendusliku oksüdatsiooniastmega ühenditest on superoksiidid (NaO 2) ja soolataolised osoniidid KO 3 . Sel juhul on õigem rääkida molekulioonist O 2 laenguga -1 ja O 3 laenguga -1. Selliste osakeste struktuuri kirjeldavad mõned mudelid, mida kasutatakse Venemaa õppekavas keemiaülikoolide esimestel kursustel: MO LCAO, valentsskeemide superpositsiooni meetod jne.
4. Orgaanilistes ühendites pole oksüdatsiooniastme mõistet kuigi mugav kasutada, kuna süsinikuaatomite vahel on suur hulk kovalentseid mittepolaarseid sidemeid. Kui aga joonistada molekuli struktuurvalem, siis saab iga aatomi oksüdatsiooniastme määrata ka aatomite tüübi ja arvu järgi, millega see aatom on otseselt seotud. Näiteks süsivesinike primaarsete süsinikuaatomite oksüdatsiooniaste on -3, sekundaarsete -2, tertsiaarsete aatomite puhul -1, kvaternaarsete - 0.

Harjutame aatomite oksüdatsiooniastme määramist orgaanilistes ühendites. Selleks peate joonistama aatomi täieliku struktuurivalemi ja valima süsinikuaatomi koos selle vahetu keskkonnaga - aatomid, millega see on otseselt seotud.

• Arvutuste lihtsustamiseks võite kasutada lahustuvuse tabelit - seal on näidatud levinumate ioonide laengud. Enamikus Venemaa keemiaeksamites (USE, GIA, DVI) on lahustuvuse tabeli kasutamine lubatud. See on valmis petuleht, mis võib paljudel juhtudel säästa palju aega.
• Elementide oksüdatsiooniastme arvutamisel keerulistes ainetes märgime esmalt meile kindlalt teada olevate elementide oksüdatsiooniastmed (konstantse oksüdatsiooniastmega elemendid) ning muutuva oksüdatsiooniastmega elementide oksüdatsiooniastet tähistatakse x-ga. Kõigi osakeste kõigi laengute summa on molekulis võrdne nulliga või ioonis oleva iooni laenguga. Nendest andmetest on lihtne võrrandit moodustada ja lahendada.

Paljudes kooliõpikutes ja käsiraamatutes õpetatakse valentside valemeid kirjutama isegi ioonsidemetega ühendite jaoks. Valemite koostamise protseduuri lihtsustamiseks on see meie arvates vastuvõetav. Kuid peate mõistma, et see pole ülaltoodud põhjuste tõttu täiesti õige.

Universaalsem mõiste on oksüdatsiooniastme mõiste. Aatomite oksüdatsiooniastmete ja valentsi väärtuste järgi saab koostada keemilisi valemeid ja kirjutada üles valemiühikud.

Oksüdatsiooni olek on osakeses (molekulis, ioonis, radikaalis) oleva aatomi tingimuslik laeng, mis on arvutatud ligikaudselt, et kõik osakeses olevad sidemed on ioonsed.

Enne oksüdatsiooniastmete määramist on vaja võrrelda sidemete aatomite elektronegatiivsust. Suurema elektronegatiivsusega aatomil on negatiivne oksüdatsiooniaste, madalama elektronegatiivsusega aatomil aga positiivne.

Aatomite elektronegatiivsuse väärtuste objektiivseks võrdlemiseks oksüdatsiooniastmete arvutamisel soovitas IUPAC 2013. aastal kasutada Alleni skaalat.

* Näiteks Alleni skaalal on lämmastiku elektronegatiivsus 3,066 ja kloori 2,869.

Illustreerime ülaltoodud määratlust näidetega. Koostame veemolekuli struktuurivalemi.

Kovalentsed polaarsed OH-sidemed on näidatud sinisena.

Kujutage ette, et mõlemad sidemed ei ole kovalentsed, vaid ioonsed. Kui need oleksid ioonilised, liiguks üks elektron igalt vesinikuaatomilt elektronegatiivsemasse hapnikuaatomisse. Neid üleminekuid tähistame siniste nooltega.

*SellesNäiteks nool illustreerib elektronide täielikku ülekannet, mitte illustreerib induktiivset efekti.

On lihtne näha, et noolte arv näitab ülekantud elektronide arvu ja nende suund - elektronide ülekande suunda.

Kaks noolt on suunatud hapnikuaatomile, mis tähendab, et hapnikuaatomile läheb kaks elektroni: 0 + (-2) = -2. Hapniku aatomi laeng on -2. See on hapniku oksüdatsiooniaste veemolekulis.

Igast vesinikuaatomist lahkub üks elektron: 0 - (-1) = +1. See tähendab, et vesinikuaatomite oksüdatsiooniaste on +1.

Oksüdatsiooniastmete summa on alati võrdne osakese kogulaenguga.

Näiteks veemolekuli oksüdatsiooniastmete summa on: +1(2) + (-2) = 0. Molekul on elektriliselt neutraalne osake.

Kui arvutada iooni oksüdatsiooniastmed, siis on oksüdatsiooniastmete summa vastavalt võrdne selle laenguga.

Oksüdatsiooniastme väärtus on tavaliselt näidatud elemendi sümboli ülemises paremas nurgas. Enamgi veel, tähis kirjutatakse numbri ette. Kui märk on pärast numbrit, siis on see iooni laeng.

Näiteks S -2 on väävliaatom oksüdatsiooniastmes -2, S 2- on väävli anioon laenguga -2.

S +6 O -2 4 2- - aatomite oksüdatsiooniastmete väärtused sulfaatanioonis (iooni laeng on esile tõstetud rohelisega).

Vaatleme nüüd juhtumit, kus ühendil on segasidemed: Na 2 SO 4 . Side sulfaataniooni ja naatriumi katioonide vahel on ioonne, väävli- ja hapnikuaatomite vahelised sidemed sulfaadioonis on kovalentsed polaarsed. Kirjutame üles naatriumsulfaadi graafilise valemi ja nooled näitavad elektronide ülemineku suunda.

*Struktuurivalem peegeldab kovalentsete sidemete järjekorda osakeses (molekul, ioon, radikaal). Struktuurivalemeid kasutatakse ainult kovalentsete sidemetega osakeste jaoks. Ioonsete sidemetega osakeste puhul on struktuurivalemi mõiste mõttetu. Kui osakeses on ioonseid sidemeid, siis kasutatakse graafilist valemit.

Näeme, et tsentraalsest väävliaatomist lahkub kuus elektroni, mis tähendab, et väävli oksüdatsiooniaste on 0 - (-6) = +6.

Terminaalsed hapnikuaatomid võtavad igaüks kaks elektroni, mis tähendab, et nende oksüdatsiooniaste on 0 + (-2) = -2

Sildhapnikuaatomid võtavad vastu kaks elektroni, nende oksüdatsiooniaste on -2.

Oksüdatsiooniastet on võimalik määrata ka struktuur-graafilise valemiga, kus kriipsud tähistavad kovalentseid sidemeid, ioonid aga laengut.

Selles valemis on sildavatel hapnikuaatomitel juba üksikud negatiivsed laengud ja väävliaatomilt tuleb neile täiendav elektron -1 + (-1) = -2, mis tähendab, et nende oksüdatsiooniaste on -2.

Naatriumioonide oksüdatsiooniaste on võrdne nende laenguga, s.o. +1.

Määrame elementide oksüdatsiooniastmed kaaliumsuperoksiidis (superoksiidis). Selleks koostame kaalium-superoksiidi graafilise valemi, näitame noolega elektronide ümberjaotust. O-O side on kovalentne mittepolaarne, mistõttu elektronide ümberjaotumist selles ei näidata.

* Superoksiidi anioon on radikaalioon. Ühe hapnikuaatomi formaalne laeng on -1 ja teise, paaritu elektroniga, on 0.

Näeme, et kaaliumi oksüdatsiooniaste on +1. Kaaliumi vastas valemis kirjutatud hapnikuaatomi oksüdatsiooniaste on -1. Teise hapnikuaatomi oksüdatsiooniaste on 0.

Samamoodi on struktuur-graafilise valemiga võimalik määrata oksüdatsiooniastet.

Ringid näitavad kaaliumiiooni ja ühe hapnikuaatomi formaalseid laenguid. Sel juhul langevad formaalsete laengute väärtused kokku oksüdatsiooniastmete väärtustega.

Kuna superoksiidi aniooni mõlemal hapnikuaatomil on erinevad oksüdatsiooniastmed, saame arvutada aritmeetiline keskmine oksüdatsiooniaste hapnikku.

See on võrdne / 2 \u003d - 1/2 \u003d -0,5.

Oksüdatsiooniastmete aritmeetilise keskmise väärtused on tavaliselt näidatud brutovalemites või valemiühikutes, et näidata, et oksüdatsiooniastmete summa on võrdne süsteemi kogulaenguga.

Superoksiidi puhul: +1 + 2(-0,5) = 0

Oksüdatsiooniastmeid on lihtne määrata elektronpunkti valemite abil, milles üksikud elektronpaarid ja kovalentsete sidemete elektronid on tähistatud punktidega.

Hapnik on VIA rühma element, seetõttu on selle aatomis 6 valentselektroni. Kujutage ette, et veemolekulis olevad sidemed on ioonsed ja sel juhul võtaks hapnikuaatom vastu okteti elektrone.

Hapniku oksüdatsiooniaste on vastavalt võrdne: 6 - 8 \u003d -2.

Ja vesinikuaatomid: 1 - 0 = +1

Oskus määrata oksüdatsiooniastet graafiliste valemite abil on selle kontseptsiooni olemuse mõistmiseks hindamatu väärtusega, kuna seda oskust on vaja orgaanilise keemia käigus. Kui tegemist on anorgaaniliste ainetega, siis on vaja osata määrata oksüdatsiooniastet molekulaarvalemite ja valemiühikute järgi.

Selleks peate kõigepealt mõistma, et oksüdatsiooniastmed on püsivad ja muutuvad. Konstantse oksüdatsiooniastmega elemendid tuleb meelde jätta.

Iga keemilist elementi iseloomustavad kõrgemad ja madalamad oksüdatsiooniastmed.

Madalaim oksüdatsiooniaste on laeng, mille aatom omandab välisel elektronkihil maksimaalse arvu elektronide vastuvõtmise tulemusena.

Seda silmas pidades madalaim oksüdatsiooniaste on negatiivne, välja arvatud metallid, mille aatomid ei võta kunagi elektrone madala elektronegatiivsuse tõttu. Metallidel on madalaim oksüdatsiooniaste 0.

Enamik peamiste alarühmade mittemetalle üritab täita oma välist elektronkihti kuni kaheksa elektroniga, mille järel aatom omandab stabiilse konfiguratsiooni ( okteti reegel). Seetõttu on madalaima oksüdatsiooniastme määramiseks vaja mõista, kui palju valentselektrone puudub aatomil okteti suhtes.

Näiteks lämmastik on VA rühma element, mis tähendab, et lämmastikuaatomis on viis valentselektroni. Lämmastikuaatomil on oktettist puudu kolm elektroni. Seega on lämmastiku madalaim oksüdatsiooniaste: 0 + (-3) = -3

Valents on keeruline mõiste. See termin on läbinud olulise muutuse samaaegselt keemilise sideme teooria arenguga. Algselt oli valents aatomi võime kinnitada või asendada teatud arvu teisi aatomeid või aatomirühmi, et moodustada keemiline side.

Elemendi aatomi valentsi kvantitatiivne mõõt oli vesiniku või hapniku aatomite arv (neid elemente peeti vastavalt ühe- ja kahevalentseteks), mille element lisab, moodustades hüdriidi valemiga EH x või oksiidi valemiga E n O m .

Niisiis, lämmastikuaatomi valents NH 3 ammoniaagi molekulis on kolm ja väävliaatomi valents H 2 S molekulis on kaks, kuna vesinikuaatomi valents on üks.

Ühendites Na 2 O, BaO, Al 2 O 3, SiO 2 on naatriumi, baariumi ja räni valentsid vastavalt 1, 2, 3 ja 4.

Valentsi mõiste toodi keemiasse enne aatomi struktuuri teatavaks saamist, nimelt 1853. aastal inglise keemiku Franklandi poolt. Nüüdseks on kindlaks tehtud, et elemendi valentsus on tihedalt seotud aatomite väliselektronide arvuga, kuna aatomite sisekesta elektronid ei osale keemiliste sidemete moodustamises.

Kovalentse sideme elektroonilises teoorias arvatakse, et aatomi valents määratakse selle paaritute elektronide arvu järgi põhi- või ergastatud olekus, osaledes ühiste elektronpaaride moodustamisel teiste aatomite elektronidega.

Mõne elemendi puhul on valentsus konstantne väärtus. Seega on naatrium või kaalium kõigis ühendites ühevalentsed, kaltsium, magneesium ja tsink on kahevalentsed, alumiinium on kolmevalentne jne. Kuid enamik keemilisi elemente on muutuva valentsiga, mis sõltub partnerelemendi olemusest ja protsessi tingimustest. Seega võib raud moodustada klooriga kaks ühendit - FeCl 2 ja FeCl 3, milles raua valents on vastavalt 2 ja 3.

Oksüdatsiooni olek- mõiste, mis iseloomustab elemendi olekut keemilises ühendis ja käitumist redoksreaktsioonides; numbriliselt on oksüdatsiooniaste võrdne formaalse laenguga, mida saab elemendile omistada, lähtudes eeldusest, et iga selle sideme kõik elektronid on üle läinud elektronegatiivsemasse aatomisse.

Elektronegatiivsus– mõõt, mis näitab aatomi võimet omandada negatiivset laengut keemilise sideme moodustumisel või molekulis oleva aatomi võimet tõmmata ligi keemilise sideme moodustumisel osalevaid valentselektrone. Elektronegatiivsus ei ole absoluutväärtus ja seda arvutatakse erinevate meetoditega. Seetõttu võivad erinevates õpikutes ja teatmeteoses antud elektronegatiivsuse väärtused erineda.

Tabelis 2 on näidatud mõnede keemiliste elementide elektronegatiivsus Sandersoni skaalal ja tabelis 3 on näidatud elementide elektronegatiivsus Paulingi skaalal.

Elektronegatiivsuse väärtus on antud vastava elemendi sümboli all. Mida suurem on aatomi elektronegatiivsuse arvväärtus, seda elektronegatiivsem on element. Kõige elektronegatiivsem on fluori aatom, kõige vähem elektronegatiivne on rubiidiumi aatom. Kahe erineva keemilise elemendi aatomitest moodustatud molekulis on formaalne negatiivne laeng sellel aatomil, mille elektronegatiivsuse arvväärtus on suurem. Niisiis on vääveldioksiidi molekulis SO 2 väävliaatomi elektronegatiivsus 2,5 ja hapnikuaatomi elektronegatiivsus on suurem - 3,5. Seetõttu on negatiivne laeng hapnikuaatomil ja positiivne laeng väävliaatomil.

Ammoniaagi molekulis NH 3 on lämmastikuaatomi elektronegatiivsuse väärtus 3,0 ja vesiniku elektronegatiivsuse väärtus 2,1. Seetõttu on lämmastikuaatomil negatiivne laeng ja vesinikuaatomil positiivne laeng.

Peaksite selgelt teadma elektronegatiivsuse üldisi suundumusi. Kuna mis tahes keemilise elemendi aatom kipub omandama välise elektronkihi stabiilse konfiguratsiooni - inertgaasi oktetikihi, siis elementide elektronegatiivsus perioodis suureneb ja rühmas elektronegatiivsus üldiselt väheneb aatomarvu suurenemisega. elemendist. Seetõttu on näiteks väävel elektronegatiivsem kui fosfor ja räni ning süsinik on elektronegatiivsem kui räni.

Kahest mittemetallist koosnevate ühendite valemite koostamisel asetatakse neist alati paremale elektronnegatiivsem: PCl 3, NO 2. Sellest reeglist on mõned ajaloolised erandid, näiteks NH 3 , PH 3 jne.

Oksüdatsiooniastet tähistatakse tavaliselt araabia numbriga (tähis numbri ees), mis asub elemendi sümboli kohal, näiteks:

Aatomite oksüdatsiooniastme määramiseks keemilistes ühendites järgitakse järgmisi reegleid:

1. Lihtainete elementide oksüdatsiooniaste on null.
2. Molekuli aatomite oksüdatsiooniastmete algebraline summa on null.
3. Ühendites sisalduva hapniku oksüdatsiooniaste on peamiselt –2 (hapnikufluoriidis OF 2 + 2, metallide peroksiidides nagu M 2 O 2 –1).
4. Ühendites sisalduva vesiniku oksüdatsiooniaste on + 1, välja arvatud aktiivsed metallhüdriidid, näiteks leelis- või leelismuldmuld, mille vesiniku oksüdatsiooniaste on -1.
5. Üheaatomiliste ioonide puhul on oksüdatsiooniaste võrdne iooni laenguga, näiteks: K + - +1, Ba 2+ - +2, Br - - -1, S 2- - -2 jne.
6. Kovalentse polaarse sidemega ühendites on elektronegatiivsema aatomi oksüdatsiooniastmel miinusmärk ja vähem elektronegatiivsel aatomil plussmärk.
7. Orgaanilistes ühendites on vesiniku oksüdatsiooniaste +1.

Illustreerime ülaltoodud reegleid mitme näitega.

Näide 1 Määrake elementide oksüdatsiooniaste kaalium K 2 O, seleeni SeO 3 ja raua Fe 3 O 4 oksiidides.

Kaaliumoksiid K 2 O. Molekuli aatomite oksüdatsiooniastmete algebraline summa on null. Hapniku oksüdatsiooniaste oksiidides on –2. Tähistame kaaliumi oksüdatsiooniastet tema oksiidis kui n, siis 2n + (–2) = 0 või 2n = 2, seega n = +1, st kaaliumi oksüdatsiooniaste on +1.

Seleenoksiid SeO 3 . SeO 3 molekul on elektriliselt neutraalne. Kolme hapnikuaatomi negatiivne laeng kokku on –2 × 3 = –6. Seetõttu peab selle negatiivse laengu nulliga võrdsustamiseks seleeni oksüdatsiooniaste olema +6.

Fe 3 O 4 molekul elektriliselt neutraalne. Nelja hapnikuaatomi negatiivne laeng kokku on –2 × 4 = –8. Selle negatiivse laengu võrdsustamiseks peab kolme raua aatomi positiivne kogulaeng olema +8. Seetõttu peaks ühe raua aatomi laeng olema 8/3 = +8/3.

Tuleb rõhutada, et elemendi oksüdatsiooniaste ühendis võib olla murdarv. Sellised fraktsioneerivad oksüdatsiooniastmed ei ole keemilises ühendis esineva sideme selgitamisel mõttekad, kuid neid saab kasutada redoksreaktsioonide võrrandite koostamiseks.

Näide 2 Määrake elementide oksüdatsiooniaste ühendites NaClO 3, K 2 Cr 2 O 7.

NaClO 3 molekul on elektriliselt neutraalne. Naatriumi oksüdatsiooniaste on +1, hapniku oksüdatsiooniaste on -2. Tähistame kloori oksüdatsiooniastet kui n, siis +1 + n + 3 × (–2) = 0 või +1 + n – 6 = 0 või n – 5 = 0, seega n = +5. Seega on kloori oksüdatsiooniaste +5.

K 2 Cr 2 O 7 molekul on elektriliselt neutraalne. Kaaliumi oksüdatsiooniaste on +1, hapniku oksüdatsiooniaste on -2. Tähistame kroomi oksüdatsiooniastet kui n, siis 2 × 1 + 2n + 7 × (–2) = 0 või +2 + 2n – 14 = 0 või 2n – 12 = 0, 2n = 12, seega n = +6. Seega on kroomi oksüdatsiooniaste +6.

Näide 3 Määrame väävli oksüdatsiooniastmed sulfaadioonis SO 4 2– . SO 4 2– iooni laeng on –2. Hapniku oksüdatsiooniaste on –2. Tähistame väävli oksüdatsiooniastet kui n, siis n + 4 × (–2) = –2 või n – 8 = –2 või n = –2 – (–8), seega n = +6. Seega on väävli oksüdatsiooniaste +6.

Tuleb meeles pidada, et oksüdatsiooniaste ei ole mõnikord võrdne antud elemendi valentsiga.

Näiteks lämmastikuaatomi oksüdatsiooniastmed ammoniaagi molekulis NH 3 või hüdrasiini molekulis N 2 H 4 on vastavalt -3 ja -2, samas kui lämmastiku valents nendes ühendites on kolm.

Põhialarühmade elementide maksimaalne positiivne oksüdatsiooniaste on reeglina võrdne rühma numbriga (erandid: hapnik, fluor ja mõned muud elemendid).

Maksimaalne negatiivne oksüdatsiooniaste on 8 – rühma number.

Koolitusülesanded

1. Millises ühendis on fosfori oksüdatsiooniaste +5?

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

2. Millise ühendi oksüdatsiooniaste on fosfor -3?

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

3. Millises ühendis on lämmastiku oksüdatsiooniaste +4?

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

4. Millises ühendis on lämmastiku oksüdatsiooniarv -2?

1) NH3
2) N2H4
3) N 2 O 5
4) HNO2

5. Millises ühendis on väävli oksüdatsiooniaste +2?

1) Na2SO3
2) SO2
3) SCl2
4) H2SO4

6. Millises ühendis on väävli oksüdatsiooniaste +6?

1) Na2SO3
2) SO3
3) SCl2
4) H2SO3

7. Ainetel, mille valemid on CrBr 2, K 2 Cr 2 O 7, Na 2 CrO 4, on kroomi oksüdatsiooniaste vastavalt

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

8. Keemilise elemendi minimaalne negatiivne oksüdatsiooniaste on tavaliselt võrdne

1) perioodi number
3) enne välise elektronkihi valmimist puuduolevate elektronide arv

9. Peamistes alarühmades paiknevate keemiliste elementide maksimaalne positiivne oksüdatsiooniaste on tavaliselt võrdne

1) perioodi number
2) keemilise elemendi seerianumber
3) rühma number
4) elektronide koguarv elemendis

10. Fosforil on ühendis maksimaalne positiivne oksüdatsiooniaste

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

11. Fosforil on ühendi madalaim oksüdatsiooniaste

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

12. Ammooniumnitritis sisalduvad lämmastikuaatomid, mis on osa katioonist ja anioonist, näitavad vastavalt oksüdatsiooniastet

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

13. Hapniku valents ja oksüdatsiooniaste vesinikperoksiidis on vastavalt

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

14. Väävli valents ja oksüdatsiooniaste püriidis FeS2 on vastavalt

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

15. Ammooniumbromiidi lämmastikuaatomi valents ja oksüdatsiooniaste on vastavalt

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

16. Süsinikuaatomil on negatiivne oksüdatsiooniaste, kui see on kombineeritud

1) hapnik
2) naatrium
3) fluor
4) kloor

17. Selle ühendites on konstantne oksüdatsiooniaste

1) strontsium
2) raud
3) väävel
4) kloor

18. Nende ühendite oksüdatsiooniaste võib olla +3

1) kloor ja fluor
2) fosfor ja kloor
3) süsinik ja väävel
4) hapnik ja vesinik

19. Nende ühendite oksüdatsiooniaste võib olla +4

1) süsinik ja vesinik
2) süsinik ja fosfor
3) süsinik ja kaltsium
4) lämmastik ja väävel

20. Selle ühendite oksüdatsiooniaste, mis on võrdne rühma numbriga

1) kloor
2) raud
3) hapnik
4) fluor