Minimalno negativno oksidacijsko stanje nemetalnih elemenata. Valencija kemijskih elemenata

U kemijskim procesima glavnu ulogu imaju atomi i molekule čija svojstva određuju ishod kemijskih reakcija. Jedna od važnih karakteristika atoma je oksidacijski broj, koji pojednostavljuje metodu uzimanja u obzir prijenosa elektrona u čestici. Kako odrediti oksidacijsko stanje ili formalni naboj čestice i koja pravila za to treba znati?

Svaka kemijska reakcija nastaje zbog interakcije atoma različitih tvari. Reakcijski proces i njegov rezultat ovise o karakteristikama najmanjih čestica.

Pojam oksidacija (oksidacija) u kemiji označava reakciju tijekom koje grupa atoma ili jedan od njih gubi ili dobiva elektrone, u slučaju akvizicije, reakcija se naziva "redukcija".

Oksidacijsko stanje je veličina koja se kvantitativno mjeri i karakterizira redistribuirane elektrone tijekom reakcije. Oni. u procesu oksidacije, elektroni u atomu se smanjuju ili povećavaju, preraspodjeljuju se među drugim česticama koje međusobno djeluju, a razina oksidacije točno pokazuje kako su oni reorganizirani. Ovaj koncept je usko povezan s elektronegativnošću čestica – njihovom sposobnošću da privlače i odbijaju slobodne ione od sebe.

Određivanje razine oksidacije ovisi o karakteristikama i svojstvima određene tvari, tako da se postupak izračuna ne može jednoznačno nazvati lakim ili složenim, ali njegovi rezultati pomažu u konvencionalnom bilježenju procesa redoks reakcija. Treba imati na umu da je dobiveni rezultat izračuna rezultat uzimanja u obzir prijenosa elektrona i nema fizičko značenje, te nije pravi naboj jezgre.

Važno je znati! Anorganska kemija često koristi pojam valencija umjesto oksidacijskog stanja elemenata, to nije pogreška, ali treba imati na umu da je drugi pojam univerzalniji.

Pojmovi i pravila za izračunavanje kretanja elektrona osnova su za klasifikaciju kemikalija (nomenklatura), opisivanje njihovih svojstava i sastavljanje komunikacijskih formula. Ali najčešće se ovaj koncept koristi za opisivanje i rad s redoks reakcijama.

Pravila za određivanje stupnja oksidacije

Kako saznati stupanj oksidacije? Kada radite s redoks reakcijama, važno je znati da će formalni naboj čestice uvijek biti jednak veličini elektrona, izraženoj numeričkom vrijednošću. Ova značajka je povezana s pretpostavkom da su elektronski parovi koji tvore vezu uvijek potpuno pomaknuti prema negativnijim česticama. Treba imati na umu da je riječ o ionskim vezama, au slučaju reakcije na , elektroni će biti jednako podijeljeni između identičnih čestica.

Oksidacijski broj može imati pozitivne i negativne vrijednosti. Stvar je u tome što tijekom reakcije atom mora postati neutralan, a za to trebate ili pričvrstiti određeni broj elektrona na ion, ako je pozitivan, ili ih oduzeti ako je negativan. Za označavanje ovog pojma, prilikom pisanja formula, iznad oznake elementa obično se piše arapski broj s odgovarajućim znakom. Na primjer, ili sl.

Trebali biste znati da će formalni naboj metala uvijek biti pozitivan, au većini slučajeva možete koristiti periodni sustav da biste ga odredili. Postoji niz značajki koje se moraju uzeti u obzir kako bi se ispravno odredili pokazatelji.

Stupanj oksidacije:

Upamtivši ove značajke, bit će vrlo jednostavno odrediti oksidacijski broj elemenata, bez obzira na složenost i broj atomskih razina.

Korisni video: određivanje stupnja oksidacije

Periodni sustav Mendelejeva sadrži gotovo sve potrebne informacije za rad s kemijskim elementima. Na primjer, školarci ga koriste samo za opisivanje kemijskih reakcija. Dakle, kako bi se odredile maksimalne pozitivne i negativne vrijednosti oksidacijskog broja, potrebno je provjeriti oznaku kemijskog elementa u tablici:

1. Maksimalno pozitivno je broj skupine u kojoj se element nalazi.
2. Maksimalno negativno oksidacijsko stanje je razlika između maksimalne pozitivne granice i broja 8.

Dakle, dovoljno je jednostavno saznati krajnje granice formalnog naboja elementa. Takva se radnja može izvesti pomoću izračuna na temelju periodnog sustava.

Važno je znati! Jedan element može imati više različitih indeksa oksidacije u isto vrijeme.

Postoje dva glavna načina za određivanje razine oksidacije, čiji su primjeri prikazani u nastavku. Prva od njih je metoda koja zahtijeva znanje i vještine za primjenu zakona kemije. Kako ovom metodom rasporediti oksidacijska stanja?

Pravilo za određivanje oksidacijskih stanja

Za ovo vam je potrebno:

1. Odredite je li određena tvar elementarna i je li izvan veze. Ako da, tada će njegov oksidacijski broj biti jednak 0, bez obzira na sastav tvari (pojedinačni atomi ili višerazinski atomski spojevi).
2. Odredite sastoji li se tvar u pitanju od iona. Ako da, tada će stupanj oksidacije biti jednak njihovom naboju.
3. Ako je dotična tvar metal, tada pogledajte pokazatelje drugih tvari u formuli i izračunajte očitanja metala aritmetički.
4. Ako cijeli spoj ima jedan naboj (u stvari, ovo je zbroj svih čestica prikazanih elemenata), tada je dovoljno odrediti pokazatelje jednostavnih tvari, zatim ih oduzeti od ukupne količine i dobiti podatke o metalu.
5. Ako je odnos neutralan, tada zbroj mora biti nula.

Na primjer, razmislite o kombinaciji s aluminijevim ionom čiji je ukupni naboj nula. Pravila kemije potvrđuju činjenicu da Cl ion ima oksidacijski broj -1, au ovom slučaju u spoju ih ima tri. Dakle, Al ion mora biti +3 da bi cijeli spoj bio neutralan.

Ova metoda je dosta dobra, budući da se ispravnost rješenja uvijek može provjeriti zbrajanjem svih razina oksidacije.

Druga metoda može se primijeniti bez poznavanja kemijskih zakona:

1. Pronađite podatke o česticama za koje ne postoje stroga pravila i nepoznat je točan broj njihovih elektrona (moguće eliminacijom).
2. Odredite pokazatelje svih ostalih čestica i zatim od ukupnog iznosa oduzimanjem pronađite željenu česticu.

Razmotrimo drugu metodu na primjeru tvari Na2SO4, u kojoj atom sumpora S nije definiran, samo je poznato da je različit od nule.

Da biste pronašli koja su sva oksidacijska stanja jednaka:

1. Pronađite poznate elemente, imajući na umu tradicionalna pravila i iznimke.
2. Na ion = +1 i svaki kisik = -2.
3. Pomnožite broj čestica svake tvari s njihovim elektronima i dobijete oksidacijska stanja svih atoma osim jednog.
4. Na2SO4 sastoji se od 2 natrija i 4 kisika, kada se pomnoži ispada: 2 X +1 \u003d 2 je oksidacijski broj svih čestica natrija i 4 X -2 \u003d -8 - kisik.
5. Zbrojite rezultate 2+(-8) = -6 - ovo je ukupni naboj spoja bez čestica sumpora.
6. Izrazite kemijski zapis kao jednadžbu: zbroj poznatih podataka + nepoznati broj = ukupni naboj.
7. Na2SO4 je predstavljen na sljedeći način: -6 + S = 0, S = 0 + 6, S = 6.

Dakle, za korištenje druge metode dovoljno je poznavati jednostavne zakone aritmetike.

Tablica oksidacije

Radi lakšeg rada i izračuna pokazatelja oksidacije za svaku kemikaliju koriste se posebne tablice u kojima se bilježe svi podaci.

Ovako izgleda:

Korisni video: naučiti odrediti stupanj oksidacije formulama

Zaključak

Pronalaženje oksidacijskog stanja za kemikaliju jednostavna je operacija koja zahtijeva samo brigu i poznavanje osnovnih pravila i iznimaka. Poznavajući iznimke i koristeći posebne tablice, ova radnja neće oduzeti puno vremena.

Pri definiranju ovog koncepta uvjetno se pretpostavlja da vezni (valentni) elektroni prelaze na više elektronegativnih atoma (vidi Elektronegativnost), pa se stoga spojevi sastoje, takoreći, od pozitivno i negativno nabijenih iona. Oksidacijsko stanje može imati nulte, negativne i pozitivne vrijednosti, koje se obično nalaze iznad simbola elementa na vrhu.

Nulta vrijednost oksidacijskog stupnja dodijeljena je atomima elemenata u slobodnom stanju, npr.: Cu, H 2 , N 2 , P 4 , S 6 . Negativnu vrijednost stupnja oksidacije imaju oni atomi, prema kojima se pomiče vezni elektronski oblak (elektronski par). Za fluor u svim njegovim spojevima, to je -1. Atomi koji doniraju valentne elektrone drugim atomima imaju pozitivno oksidacijsko stanje. Na primjer, za alkalijske i zemnoalkalijske metale to je +1 odnosno +2. U jednostavnim ionima kao što su Cl − , S 2− , K + , Cu 2+ , Al 3+ , jednak je naboju iona. U većini spojeva oksidacijsko stanje atoma vodika je +1, ali u metalnim hidridima (njihovim spojevima s vodikom) - NaH, CaH 2 i drugima - to je -1. Za kisik je oksidacijsko stanje -2, ali, na primjer, u kombinaciji s fluorom OF 2 bit će +2, au peroksidnim spojevima (BaO 2, itd.) -1. U nekim slučajevima, ova se vrijednost može izraziti i kao frakcijski broj: za željezo u željeznom oksidu (II, III) Fe 3 O 4 jednaka je +8/3.

Algebarski zbroj oksidacijskih stanja atoma u spoju je nula, a u složenom ionu to je naboj iona. Pomoću ovog pravila izračunavamo npr. oksidacijsko stanje fosfora u fosfornoj kiselini H 3 PO 4 . Označimo ga s x i pomnožimo oksidacijsko stanje vodika (+1) i kisika (−2) s brojem njihovih atoma u spoju, dobivamo jednadžbu: (+1) 3+x+(−2) 4=0 , odakle je x=+5 . Slično, izračunavamo oksidacijsko stanje kroma u ionu Cr 2 O 7 2−: 2x+(−2) 7=−2; x=+6. U spojevima MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, Mn 3 O 4, K 2 MnO 4, KMnO 4, oksidacijsko stanje mangana bit će +2, +3, +4, +8/3, +6, +7, odnosno.

Najviše oksidacijsko stanje je njegova najveća pozitivna vrijednost. Za većinu elemenata jednak je broju skupine u periodnom sustavu i važna je kvantitativna karakteristika elementa u njegovim spojevima. Najniža vrijednost oksidacijskog stupnja elementa koja se javlja u njegovim spojevima obično se naziva najnižim oksidacijskim stupnjem; svi ostali su srednji. Dakle, za sumpor je najviše oksidacijsko stanje +6, najniže -2, a međuproizvod +4.

Promjena oksidacijskih stanja elemenata po skupinama periodnog sustava odražava periodičnost promjena njihovih kemijskih svojstava s povećanjem serijskog broja.

Pojam oksidacijskog stanja elemenata koristi se u klasifikaciji tvari, opisivanju njihovih svojstava, formuliranju spojeva i njihovih međunarodnih naziva. Ali posebno se široko koristi u proučavanju redoks reakcija. Koncept "oksidacijskog stanja" često se koristi u anorganskoj kemiji umjesto koncepta "valencije" (vidi.

U kemiji pojmovi "oksidacija" i "redukcija" označavaju reakcije u kojima atom ili skupina atoma gubi, odnosno dobiva elektrone. Oksidacijsko stanje je numerička vrijednost pripisana jednom ili više atoma koja karakterizira broj redistribuiranih elektrona i pokazuje kako su ti elektroni raspoređeni između atoma tijekom reakcije. Određivanje ove količine može biti jednostavan i prilično složen postupak, ovisno o atomima i molekulama koje se od njih sastoje. Štoviše, atomi nekih elemenata mogu imati nekoliko oksidacijskih stanja. Srećom, postoje jednostavna nedvosmislena pravila za određivanje stupnja oksidacije, za čiju je pouzdanu upotrebu dovoljno poznavati osnove kemije i algebre.

Koraci

1. dio

Određivanje stupnja oksidacije prema zakonima kemije

Odredite je li dotična tvar elementarna. Oksidacijsko stanje atoma izvan kemijskog spoja je nula. Ovo pravilo vrijedi kako za tvari nastale od pojedinačnih slobodnih atoma, tako i za one koje se sastoje od dvije ili višeatomnih molekula jednog elementa.

• Na primjer, Al(s) i Cl 2 imaju oksidacijsko stanje 0 jer su oba u kemijski nekombiniranom elementarnom stanju.
• Imajte na umu da je alotropni oblik sumpora S 8, ili oktasumpor, unatoč svojoj atipičnoj strukturi, također karakteriziran nultim oksidacijskim stanjem.

1. Odredite sastoji li se tvar u pitanju od iona. Oksidacijsko stanje iona jednako je njihovom naboju. To vrijedi i za slobodne ione i za one koji su dio kemijskih spojeva.

   • Na primjer, stupanj oksidacije Cl iona je -1.
   • Oksidacijsko stanje Cl iona u kemijskom spoju NaCl također je -1. Kako ion Na po definiciji ima naboj +1, zaključujemo da je naboj iona Cl -1, a time i njegovo oksidacijsko stanje -1.

2. Imajte na umu da metalni ioni mogu imati nekoliko oksidacijskih stanja. Atomi mnogih metalnih elemenata mogu biti ionizirani u različitoj mjeri. Na primjer, naboj iona metala kao što je željezo (Fe) je +2 ili +3. Naboj metalnih iona (i njihov stupanj oksidacije) može se odrediti nabojima iona drugih elemenata s kojima je ovaj metal dio kemijskog spoja; u tekstu je taj naboj označen rimskim brojevima: npr. željezo (III) ima oksidacijski stupanj +3.

   • Kao primjer, razmotrite spoj koji sadrži aluminijev ion. Ukupni naboj spoja AlCl 3 je nula. Kako znamo da Cl - ioni imaju naboj -1, a spoj sadrži 3 takva iona, za potpunu neutralnost dotične tvari Al ion mora imati naboj +3. Dakle, u ovom slučaju, stupanj oksidacije aluminija je +3.

3. Oksidacijsko stanje kisika je -2 (uz neke iznimke). U gotovo svim slučajevima atomi kisika imaju oksidacijsko stanje -2. Postoji nekoliko iznimaka od ovog pravila:

   • Ako je kisik u elementarnom stanju (O 2 ), njegovo oksidacijsko stanje je 0, kao i kod ostalih elementarnih tvari.
   • Ako je uključen kisik peroksidi, njegovo oksidacijsko stanje je -1. Peroksidi su skupina spojeva koji sadrže jednostruku vezu kisik-kisik (tj. peroksidni anion O 2 -2). Primjerice, u sastavu molekule H 2 O 2 (vodikov peroksid) kisik ima naboj i oksidacijsko stanje -1.
   • U kombinaciji s fluorom, kisik ima oksidacijsko stanje +2, pogledajte pravilo za fluor u nastavku.

4. Vodik ima oksidacijsko stanje +1, uz nekoliko iznimaka. Kao i kod kisika, postoje iznimke. U pravilu je oksidacijsko stanje vodika +1 (osim ako nije u elementarnom stanju H 2). Međutim, u spojevima koji se nazivaju hidridi, oksidacijsko stanje vodika je -1.

   • Na primjer, u H 2 O, oksidacijsko stanje vodika je +1, budući da atom kisika ima naboj -2, a dva naboja +1 potrebna su za ukupnu neutralnost. Međutim, u sastavu natrijevog hidrida, oksidacijsko stanje vodika je već -1, budući da Na ion nosi naboj od +1, a za potpunu elektroneutralnost, naboj atoma vodika (a time i njegovo oksidacijsko stanje) mora biti -1.

5. Fluor stalno ima oksidacijsko stanje -1. Kao što je već navedeno, stupanj oksidacije nekih elemenata (metalni ioni, atomi kisika u peroksidima i tako dalje) može varirati ovisno o nizu čimbenika. Međutim, stupanj oksidacije fluora uvijek je -1. To je zbog činjenice da ovaj element ima najveću elektronegativnost - drugim riječima, atomi fluora su najmanje voljni odvojiti se od vlastitih elektrona i najaktivnije privlače elektrone drugih ljudi. Dakle, njihov naboj ostaje nepromijenjen.

6. Zbroj oksidacijskih stanja u spoju jednak je njegovom naboju. Stanja oksidacije svih atoma koji čine kemijski spoj, ukupno, trebala bi dati naboj ovog spoja. Na primjer, ako je spoj neutralan, zbroj oksidacijskih stanja svih njegovih atoma mora biti nula; ako je spoj poliatomski ion s nabojem -1, zbroj oksidacijskih stanja je -1, i tako dalje.

   • Ovo je dobra metoda provjere - ako zbroj oksidacijskih stanja nije jednak ukupnom naboju spoja, onda negdje griješite.

   2. dio

   Određivanje oksidacijskog stanja bez korištenja kemijskih zakona

   1. Pronađite atome koji nemaju stroga pravila glede oksidacijskog stanja. U odnosu na neke elemente ne postoje čvrsto utvrđena pravila za određivanje stupnja oksidacije. Ako atom ne odgovara nijednom od gore navedenih pravila i ne znate njegov naboj (na primjer, atom je dio kompleksa, a njegov naboj nije naznačen), možete odrediti oksidacijsko stanje takvog atoma eliminacijom. Prvo odredite naboj svih ostalih atoma spoja, a zatim iz poznatog ukupnog naboja spoja izračunajte oksidacijsko stanje tog atoma.

      • Na primjer, u spoju Na 2 SO 4 naboj atoma sumpora (S) je nepoznat - znamo samo da nije nula, budući da sumpor nije u elementarnom stanju. Ovaj spoj služi kao dobar primjer za ilustraciju algebarske metode određivanja oksidacijskog stanja.

   2. Odredite oksidacijska stanja ostalih elemenata u spoju. Pomoću gore opisanih pravila odredite oksidacijska stanja preostalih atoma spoja. Ne zaboravite na iznimke od pravila u slučaju O, H i tako dalje.

      • Za Na 2 SO 4 , korištenjem naših pravila, nalazimo da je naboj (a time i oksidacijsko stanje) iona Na +1, a za svaki od atoma kisika -2.

   3. Pronađite nepoznato oksidacijsko stanje iz naboja spoja. Sada imate sve podatke za jednostavan izračun željenog oksidacijskog stanja. Zapišite jednadžbu na čijoj lijevoj strani će biti zbroj broja dobivenog u prethodnom koraku izračuna i nepoznatog oksidacijskog stanja, a na desnoj strani - ukupni naboj spoja. Drugim riječima, (Zbroj poznatih oksidacijskih stanja) + (željeno oksidacijsko stanje) = (naboj spoja).

      • U našem slučaju Na 2 SO 4 rješenje izgleda ovako:
        • (Zbroj poznatih oksidacijskih stanja) + (željeno oksidacijsko stanje) = (naboj spoja)
        • -6+S=0
        • S=0+6
        • S = 6. U Na 2 SO 4 sumpor ima oksidacijsko stanje 6 .
   • U spojevima zbroj svih oksidacijskih stanja mora biti jednak naboju. Na primjer, ako je spoj dvoatomni ion, zbroj oksidacijskih stanja atoma mora biti jednak ukupnom ionskom naboju.
   • Vrlo je korisno znati koristiti periodni sustav Mendeljejeva i znati gdje se u njemu nalaze metalni i nemetalni elementi.
   • Oksidacijsko stanje atoma u elementarnom obliku uvijek je nula. Oksidacijsko stanje jednog iona jednako je njegovom naboju. Elementi skupine 1A periodnog sustava, kao što su vodik, litij, natrij, u elementarnom obliku imaju oksidacijski stupanj +1; oksidacijsko stanje metala skupine 2A, kao što su magnezij i kalcij, u svom elementarnom obliku je +2. Kisik i vodik, ovisno o vrsti kemijske veze, mogu imati 2 različita oksidacijska stanja.

U mnogim školskim udžbenicima i priručnicima uči se kako napisati formule za valencije, čak i za spojeve s ionskim vezama. Kako bi se pojednostavio postupak sastavljanja formula, to je, po našem mišljenju, prihvatljivo. Ali morate shvatiti da to nije sasvim točno zbog gore navedenih razloga.

Univerzalniji koncept je koncept stupnja oksidacije. Prema vrijednostima oksidacijskih stanja atoma, kao i prema vrijednostima valencije, mogu se sastaviti kemijske formule i zapisati formulske jedinice.

Oksidacijsko stanje je uvjetni naboj atoma u čestici (molekuli, ionu, radikalu), izračunat u aproksimaciji da su sve veze u čestici ionske.

Prije određivanja oksidacijskih stanja potrebno je usporediti elektronegativnost veznih atoma. Atom s većom elektronegativnošću ima negativno oksidacijsko stanje, dok atom s manjom elektronegativnošću ima pozitivno.

Kako bi se objektivno usporedile vrijednosti elektronegativnosti atoma pri izračunu oksidacijskih stanja, IUPAC je 2013. godine preporučio korištenje Allenove ljestvice.

* Tako je, primjerice, na Allenovoj ljestvici elektronegativnost dušika 3,066, a klora 2,869.

Ilustrirajmo gornju definiciju primjerima. Napravimo strukturnu formulu molekule vode.

Kovalentne polarne O-H veze prikazane su plavom bojom.

Zamislite da obje veze nisu kovalentne, već ionske. Da su ionski, tada bi jedan elektron prešao od svakog atoma vodika do elektronegativnijeg atoma kisika. Ove prijelaze označavamo plavim strelicama.

*U tomeNa primjer, strelica služi za ilustraciju potpunog prijenosa elektrona, a ne za ilustraciju induktivnog učinka.

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 prelaze na atom kisika: 0 + (-2) = -2. Atom kisika ima naboj -2. To je stupanj oksidacije kisika u molekuli vode.

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

Zbroj oksidacijskih stanja uvijek je jednak ukupnom naboju čestice.

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

Ako izračunamo oksidacijska stanja u ionu, tada je zbroj oksidacijskih stanja jednak njegovom naboju.

Vrijednost oksidacijskog stanja obično je naznačena u gornjem desnom kutu simbola elementa. Štoviše, znak se ispisuje ispred broja. Ako je znak iza broja, onda je to naboj iona.

Na primjer, S -2 je atom sumpora u oksidacijskom stanju -2, S 2- je anion sumpora s nabojem -2.

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

Sada razmotrite slučaj kada spoj ima mješovite veze: Na 2 SO 4 . Veza između sulfatnog aniona i natrijevih kationa je ionska, veze između atoma sumpora i atoma kisika u sulfatnom ionu su kovalentne polarne. Zapisujemo grafičku formulu natrijevog sulfata, a strelice označavaju smjer prijelaza elektrona.

*Strukturna formula odražava redoslijed kovalentnih veza u čestici (molekula, ion, radikal). Strukturne formule koriste se samo za čestice s kovalentnom vezom. Za čestice s ionskim vezama pojam strukturne formule je besmislen. Ako u čestici postoje ionske veze, koristi se grafička formula.

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

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

Mosni atomi kisika prihvaćaju svaki po dva elektrona, njihovo oksidacijsko stanje je -2.

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

U ovoj formuli, premošćujući atomi kisika već imaju pojedinačne negativne naboje i dodatni elektron im dolazi od atoma sumpora -1 + (-1) = -2, što znači da su njihova oksidacijska stanja -2.

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

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

* Superoksidni anion je radikalni ion. Formalni naboj jednog atoma kisika je -1, a drugog, s nesparenim elektronom, je 0.

Vidimo da je oksidacijsko stanje kalija +1. Oksidacijsko stanje atoma kisika zapisano u formuli nasuprot kalija je -1. Oksidacijsko stanje drugog atoma kisika je 0.

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

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

Budući da oba atoma kisika u superoksidnom anionu imaju različita oksidacijska stanja, možemo izračunati aritmetičko srednje oksidacijsko stanje kisik.

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

Vrijednosti aritmetičkih srednjih oksidacijskih stanja obično su naznačene u bruto formulama ili formulskim jedinicama kako bi se pokazalo da je zbroj oksidacijskih stanja jednak ukupnom naboju sustava.

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

Lako je odrediti oksidacijska stanja pomoću formule elektronske točke, u kojoj su usamljeni elektronski parovi i elektroni kovalentnih veza označeni točkama.

Kisik je element VIA skupine, stoga u njegovom atomu ima 6 valentnih elektrona. Zamislite da su veze u molekuli vode ionske, u kojem bi slučaju atom kisika primio oktet elektrona.

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

A atomi vodika: 1 - 0 = +1

Sposobnost određivanja stupnja oksidacije grafičkim formulama neprocjenjiva je za razumijevanje suštine ovog koncepta, jer će ta vještina biti potrebna u tijeku organske kemije. Ako se radi o anorganskim tvarima, tada je potrebno znati odrediti stupanj oksidacije pomoću molekulskih formula i formulskih jedinica.

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

Svaki kemijski element karakteriziraju viša i niža oksidacijska stanja.

Najniže oksidacijsko stanje je naboj koji atom dobiva kao rezultat primanja maksimalnog broja elektrona na vanjski elektronski sloj.

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

Većina nemetala glavnih podskupina pokušava ispuniti svoj vanjski elektronski sloj s do osam elektrona, nakon čega atom dobiva stabilnu konfiguraciju ( pravilo okteta). Stoga, da bi se odredilo najniže oksidacijsko stanje, potrebno je razumjeti koliko valentnih elektrona nedostaje atomu do okteta.

Na primjer, dušik je element VA skupine, što znači da u atomu dušika postoji pet valentnih elektrona. Atom dušika ima tri elektrona manje od okteta. Dakle, najniže oksidacijsko stanje dušika je: 0 + (-3) = -3

Za karakterizaciju stanja elemenata u spojevima uveden je pojam stupnja oksidacije. Oksidacijsko stanje shvaća se kao uvjetni naboj atoma u spoju, izračunat pod pretpostavkom da se spoj sastoji od iona. Stupanj oksidacije označava se arapskim brojem, koji se nalazi ispred simbola elementa, sa znakom "+" ili "-", što odgovara donaciji ili akviziciji elektrona. Oksidacijsko stanje je samo prikladan oblik za uzimanje u obzir prijenosa elektrona, ne treba ga smatrati efektivnim nabojem atoma u molekuli (na primjer, u molekuli LiF, efektivni naboji Li i F su jednaki do +0,89 odnosno -0,89, dok su stupnjevi oksidacije +1 i -1), ili kao valencija elementa (na primjer, u spojevima CH 4, CH 3 OH, HCOOH, CO 2, valencija ugljika je 4, a oksidacijska stanja su -4, -2, +2, +4).

Brojčane vrijednosti valencije i stupnja oksidacije mogu se podudarati u apsolutnoj vrijednosti samo kada se formiraju spojevi s ionskom vezom. Pri određivanju stupnja oksidacije koriste se sljedeća pravila:

1. Atomi elemenata koji su u slobodnom stanju ili u obliku molekula jednostavnih tvari imaju oksidacijsko stanje jednako nuli, na primjer, Fe, Cu, H 2, N 2 itd.

2. Oksidacijsko stanje elementa u obliku monoatomskog iona u spoju koji ima ionsku strukturu jednako je naboju tog iona, na primjer,

3. Vodik u većini spojeva ima oksidacijsko stanje +1, osim metalnih hidrida (NaH, LiH), u kojima je oksidacijsko stanje vodika -1.

Najčešće oksidacijsko stanje kisika u spojevima je –2, s izuzetkom peroksida (Na 2 O 2, H 2 O 2 - oksidacijsko stanje kisika je -1) i F 2 O (oksidacijsko stanje kisika je + 2).

Za elemente s promjenjivim oksidacijskim stanjem, njegova se vrijednost može izračunati poznavajući formulu spoja i uzimajući u obzir da je zbroj oksidacijskih stanja svih atoma u molekuli nula. U složenom ionu ta je suma jednaka naboju iona. Na primjer, oksidacijsko stanje atoma klora u molekuli HClO 4, izračunato na temelju ukupnog naboja molekule = 0, x je oksidacijsko stanje atoma klora), je +7. Oksidacijsko stanje atoma sumpora u SO ionu je +6.

Redoks svojstva elementa ovise o stupnju njegove oksidacije. Atomi istog elementa imaju niži , viši i srednja oksidacijska stanja.

Poznavajući oksidacijsko stanje elementa u spoju, može se predvidjeti pokazuje li spoj oksidacijska ili redukcijska svojstva.

Kao primjer, razmotrite sumpor S i njegove spojeve H2S, SO2 i SO3. Odnos između elektronske strukture atoma sumpora i njegovih redoks svojstava u ovim spojevima jasno je prikazan u tablici 7.1.