Valentnost i stupanj oksidacije kemijskih elemenata. Elektronegativnost, oksidacijsko stanje i valencija kemijskih elemenata

Dio 1. Zadatak A5.

Provjerene stavke: Elektronegativnost.Oksidacijsko stanje i

valencija kemijskih elemenata.

Elektronegativnost-vrijednost koja karakterizira sposobnost atoma da polarizira kovalentne veze. Ako u dvoatomskoj molekuli A - B vezni elektroni privlače B atom jače nego atom A, tada se B atom smatra elektronegativnijim od A.

Elektronegativnost atoma je sposobnost atoma u molekuli (spoju) da privuče elektrone koji ga vežu na druge atome.

Pojam elektronegativnosti (EO) uveo je L. Pauling (SAD, 1932.). Kvantitativna karakteristika elektronegativnosti atoma vrlo je uvjetna i ne može se izraziti u jedinicama bilo koje fizičke veličine, stoga je predloženo nekoliko ljestvica za kvantitativno određivanje EO. Najveće priznanje i rasprostranjenost dobila je ljestvica relativne EC:

Vrijednosti elektronegativnosti elemenata prema Paulingu

Elektronegativnost χ (grč. chi) - sposobnost atoma da zadrži vanjske (valentne) elektrone. Određuje se stupnjem privlačenja ovih elektrona na pozitivno nabijenu jezgru.

Ovo svojstvo očituje se u kemijskim vezama kao pomak veznih elektrona prema elektronegativnijem atomu.

Elektronegativnost atoma koji sudjeluju u stvaranju kemijske veze jedan je od glavnih čimbenika koji određuje ne samo VRSTE, već i SVOJSTVA ove veze, te tako utječe na prirodu interakcije između atoma tijekom kemijske reakcije.

U skali relativne elektronegativnosti elemenata L. Paulinga (sastavljenoj na temelju energija veza dvoatomskih molekula), metali i organogeni elementi raspoređeni su u sljedeći red:

Elektronegativnost elemenata pokorava se periodičnom zakonu: raste s lijeva na desno u periodima i odozdo prema gore u glavnim podskupinama D.I. Mendeljejev.

Elektronegativnost nije apsolutna konstanta elementa. Ovisi o efektivnom naboju atomske jezgre, koji se može mijenjati pod utjecajem susjednih atoma ili skupina atoma, vrsti atomskih orbitala i prirodi njihove hibridizacije.

Oksidacijsko stanje je uvjetni naboj atoma kemijskog elementa u spoju, izračunat iz pretpostavke da se spojevi sastoje samo od iona.

Oksidacijska stanja mogu imati pozitivnu, negativnu ili nultu vrijednost, a ispred broja se stavlja predznak: -1, -2, +3, za razliku od naboja iona, gdje se predznak stavlja iza broja.

U molekulama, algebarski zbroj oksidacijskih stanja elemenata, uzimajući u obzir broj njihovih atoma, je 0.

Stanja oksidacije metala u spojevima su uvijek pozitivna, najveće oksidacijsko stanje odgovara broju grupe periodnog sustava u kojem se ovaj element nalazi (isključujući neke elemente: zlato Au + 3 (skupina I), Cu + 2 (II), iz skupine VIII oksidacijsko stanje +8 može biti samo u osmiju Os i ruteniju Ru.

Stupnjevi nemetala mogu biti pozitivni i negativni, ovisno o tome s kojim je atomom povezan: ako je s atomom metala, onda je uvijek negativan, ako je s nemetalom, onda može biti i + i - ( o tome ćete učiti pri proučavanju broja elektronegativnosti) . Najveće negativno oksidacijsko stanje nemetala može se naći tako da se od 8 oduzme broj grupe u kojoj se ovaj element nalazi, najveće pozitivno je jednako broju elektrona u vanjskom sloju (broj elektrona odgovara broj grupe).

Oksidacijsko stanje jednostavnih tvari je 0, bez obzira radi li se o metalu ili nemetalu.

Tablica koja prikazuje konstantne stupnjeve za najčešće korištene elemente:

Stupanj oksidacije (oksidacijski broj, formalni naboj) je pomoćna uvjetna vrijednost za bilježenje procesa oksidacije, redukcije i redoks reakcija, brojčana vrijednost električnog naboja koji se pripisuje atomu u molekuli uz pretpostavku da se elektronski parovi koji izvode vezu potpuno su pomaknuti prema više elektronegativnih atoma.

Ideje o stupnju oksidacije čine osnovu za klasifikaciju i nomenklaturu anorganskih spojeva.

Stupanj oksidacije je čisto uvjetna vrijednost koja nema fizičko značenje, ali karakterizira stvaranje kemijske veze međuatomske interakcije u molekuli.

Valencija kemijskih elemenata -(od latinskog valens - ima moć) - sposobnost atoma kemijskih elemenata da tvore određeni broj kemijskih veza s atomima drugih elemenata. U spojevima nastalim uz pomoć ionskih veza, valencija atoma određena je brojem vezanih ili doniranih elektrona. U spojevima s kovalentnim vezama valentnost atoma određena je brojem formiranih socijaliziranih elektronskih parova.

Trajna valencija:

Zapamtiti:

Oksidacijsko stanje je uvjetni naboj atoma kemijskog elementa u spoju, izračunat iz pretpostavke da su sve veze ionske prirode.

1. Element u jednostavnoj tvari ima nulto oksidacijsko stanje. (Cu, H2)

2. Zbroj oksidacijskih stanja svih atoma u molekuli tvari jednak je nuli.

3. Svi metali imaju pozitivno oksidacijsko stanje.

4. Bor i silicij u spojevima imaju pozitivna oksidacijska stanja.

5. Vodik ima oksidacijsko stanje (+1) u spojevima. Isključujući hidride

(vodikovi spojevi s metalima glavne podskupine prve i druge skupine, oksidacijsko stanje -1, na primjer Na + H -)

6. Kisik ima oksidacijsko stanje (-2), osim kombinacije kisika s fluorom OF2, oksidacijskog stanja kisika (+2), oksidacijskog stanja fluora (-1) . I u peroksidima H 2 O 2 - stupanj oksidacije kisika (-1);

7. Fluor ima oksidacijsko stanje (-1).

Elektronegativnost je svojstvo atoma HeMe da privlače zajedničke elektronske parove. Elektronegativnost ima istu ovisnost kao i nemetalna svojstva: povećava se u periodu (slijeva na desno), a slabi u skupini (gore).

Najelektronegativniji element je fluor, zatim kisik, dušik…itd.

Algoritam za izvršavanje zadatka u demo verziji:

Vježba:

Atom klora nalazi se u skupini 7, pa može imati maksimalno oksidacijsko stanje od +7.

Atom klora pokazuje ovaj stupanj oksidacije u tvari HClO4.

Provjerimo to: dva kemijska elementa vodik i kisik imaju konstantna oksidacijska stanja i jednaka su +1 odnosno -2. Broj oksidacijskih stanja za kisik je (-2) 4=(-8), za vodik (+1) 1=(+1). Broj pozitivnih oksidacijskih stanja jednak je broju negativnih. Stoga (-8)+(+1)=(-7). To znači da je broj pozitivnih stupnjeva atoma kroma 7, zapisujemo oksidacijska stanja elemenata. Oksidacijsko stanje klora je +7 u spoju HClO4.

Odgovor: Opcija 4. Oksidacijsko stanje klora je +7 u spoju HClO4.

Različite formulacije zadatka A5:

3. Oksidacijsko stanje klora u Ca (ClO 2) 2

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

4. Element ima najmanju elektronegativnost

5. Najniže oksidacijsko stanje mangana je u spoju

1) MnSO 4 2) MnO 2 3) K 2 MnO 4 4) Mn 2 O 3

6. Dušik pokazuje oksidacijsko stanje od +3 u svakom od dva spoja

1) N 2 O 3 NH 3 2) NH 4 Cl N 2 O 3) HNO 2 N 2 H 4 4) NaNO 2 N 2 O 3

7. Valentnost elementa je

1) broj σ veza nastalih njime

2) broj veza nastalih njime

3) broj kovalentnih veza nastalih njime

4) oksidacijska stanja s suprotnim predznakom

8. Dušik pokazuje svoje maksimalno oksidacijsko stanje u spoju

1) NH 4 Cl 2) NO 2 3) NH 4 NO 3 4) NOF

formiraju određeni broj s atomima drugih elemenata.

Valencija atoma fluora uvijek je jednaka I

Li, Na, K, F,H, Rb, Cs- monovalentna;

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn,O, Ra- imaju valenciju jednaku II;

Al, BGa, In- trovalentan.

Maksimalna valencija za atome danog elementa podudara se s brojem skupine u kojoj se nalazi u periodnom sustavu. Na primjer, za Sa jeII, za sumpor -VI, za klor -VII. Iznimke puno i ovog pravila:

ElementVIskupina, O, ima valenciju II (u H 3 O+ - III);
- monovalentni F (umjestoVII);
- obično dvo- i trovalentno željezo, element VIII skupine;
- N može držati samo 4 atoma u blizini sebe, a ne 5, kako slijedi iz broja grupe;
- jedno- i dvovalentni bakar, koji se nalazi u skupini I.

Minimalna vrijednost valencije za elemente u kojima je promjenjiva određena je formulom: broj grupe u PS - 8. Dakle, najniža valencija sumpora 8 - 6 \u003d 2, fluora i drugih halogena - (8 - 7) \u003d 1, dušik i fosfor - (8 - 5)= 3 i tako dalje.

U spoju, zbroj valentnih jedinica atoma jednog elementa mora odgovarati ukupnoj valenciji drugog (ili je ukupan broj valencija jednog kemijskog elementa jednak ukupnom broju valencija atoma drugog kemijskog elementa). Dakle, u molekuli vode H-O-H valencija H je jednaka I, postoje 2 takva atoma, što znači da u vodiku postoje 2 valentne jedinice (1 × 2 = 2). Istu vrijednost ima i valencija kisika.

Kada se metali kombiniraju s nemetalima, potonji pokazuju nižu valenciju

U spoju koji se sastoji od atoma dvije vrste, element koji se nalazi na drugom mjestu ima najnižu valenciju. Dakle, pri međusobnom povezivanju nemetala, element koji se nalazi u Mendeljejevljevom PSCE desno i iznad, odnosno najviši, lijevo i dolje, pokazuje najnižu valenciju.

Valencija kiselinskog ostatka podudara se s brojem H atoma u kiselinskoj formuli, valencija OH skupine je I.

U spoju koji čine atomi triju elemenata, atom koji se nalazi u sredini formule naziva se središnji. Atomi O su izravno povezani s njim, a ostali atomi tvore veze s kisikom.

Pravila za određivanje stupnja oksidacije kemijskih elemenata.

Oksidacijsko stanje je uvjetni naboj atoma kemijskog elementa u spoju, izračunat iz pretpostavke da se spojevi sastoje samo od iona. Oksidacijska stanja mogu imati pozitivnu, negativnu ili nultu vrijednost, a ispred broja se stavlja predznak: -1, -2, +3, za razliku od naboja iona, gdje se predznak stavlja iza broja.
Stanja oksidacije metala u spojevima su uvijek pozitivna, najviše oksidacijsko stanje odgovara broju grupe periodnog sustava u kojem se nalazi ovaj element (isključujući neke elemente: zlato Au +3 (I grupa), Cu +2 (II), iz skupine VIII, samo osmij Os i rutenij Ru mogu imati oksidacijsko stanje +8.
Stupnjevi nemetala mogu biti pozitivni i negativni, ovisno o tome s kojim je atomom povezan: ako je s atomom metala, onda je uvijek negativan, ako je s nemetalom, onda može biti i + i -. Pri određivanju oksidacijskih stanja moraju se koristiti sljedeća pravila:

Oksidacijsko stanje bilo kojeg elementa u jednostavnoj tvari je 0.

Zbroj oksidacijskih stanja svih atoma koji čine česticu (molekule, ioni itd.) jednak je naboju ove čestice.

Zbroj oksidacijskih stanja svih atoma u neutralnoj molekuli je 0.

Ako spoj tvore dva elementa, tada element s višom elektronegativnošću ima oksidacijsko stanje manje od nule, a element s nižom elektronegativnošću ima oksidacijsko stanje veće od nule.

Maksimalno pozitivno oksidacijsko stanje bilo kojeg elementa jednako je broju skupine u periodnom sustavu elemenata, a minimalno negativno oksidacijsko stanje je N-8, gdje je N broj grupe.

Oksidacijsko stanje fluora u spojevima je -1.

Oksidacijsko stanje alkalnih metala (litij, natrij, kalij, rubidij, cezij) je +1.

Oksidacijsko stanje metala glavne podskupine II skupine periodnog sustava (magnezij, kalcij, stroncij, barij) je +2.

Oksidacijsko stanje aluminija je +3.

Oksidacijsko stanje vodika u spojevima je +1 (osim spojeva s metalima NaH, CaH 2 , u tim spojevima oksidacijsko stanje vodika je -1).

Oksidacijsko stanje kisika je –2 (iznimka su peroksidi H 2 O 2 , Na 2 O 2 , BaO 2 u njima je oksidacijsko stanje kisika -1, a u kombinaciji s fluorom - +2).

U molekulama, algebarski zbroj oksidacijskih stanja elemenata, uzimajući u obzir broj njihovih atoma, je 0.

Primjer. Odrediti oksidacijska stanja u spoju K 2 Kr 2 O 7 .
Dva kemijska elementa kalij i kisik imaju konstantna oksidacijska stanja i jednaka su +1 i -2, respektivno. Broj oksidacijskih stanja za kisik je (-2) 7=(-14), za kalij (+1) 2=(+2). Broj pozitivnih oksidacijskih stanja jednak je broju negativnih. Stoga (-14)+(+2)=(-12). To znači da je broj pozitivnih stupnjeva atoma kroma 12, ali postoje 2 atoma, što znači da ima (+12):2=(+6) po atomu, zapisujemo oksidacijska stanja nad elementimaDo + 2 Kr +6 2 O -2 7

Među kemijskim reakcijama, uključujući one u prirodi, redoks reakcije su najčešći. To uključuje, na primjer, fotosintezu, metabolizam, biološke procese, kao i izgaranje goriva, proizvodnju metala i mnoge druge reakcije. Redoks reakcije čovječanstvo već dugo uspješno koristi u razne svrhe, ali sama elektronska teorija redoks procesa pojavila se sasvim nedavno - početkom 20. stoljeća.

Kako bismo prešli na modernu teoriju redoks-a, potrebno je uvesti nekoliko pojmova - to su valencija, oksidacijsko stanje i struktura elektronskih ljuski atoma. Proučavajući takve odjeljke kao što su , elementi i , već smo naišli na ove koncepte. Dalje, pogledajmo ih detaljnije.

Valentnost i oksidacijsko stanje

Valence- složen pojam koji je nastao zajedno s pojmom kemijske veze i definiran je kao svojstvo atoma da vežu ili zamjenjuju određeni broj atoma drugog elementa, t.j. je sposobnost atoma da stvaraju kemijske veze u spojevima. U početku je valenca određena vodikom (njegova valencija je uzeta jednaka 1) ili kisikom (valencija jednaka 2). Kasnije su počeli razlikovati pozitivnu i negativnu valentnost. Kvantitativno, pozitivna valencija je karakterizirana brojem elektrona koje je atom donirao, a negativna valencija je broj elektrona koji se moraju vezati na atom da bi se implementiralo oktetno pravilo (tj. dovršila vanjsku energetsku razinu). Kasnije je koncept valencije počeo kombinirati prirodu kemijskih veza koje nastaju između atoma u njihovoj kombinaciji.

U pravilu, najveća valencija elemenata odgovara broju skupine u periodnom sustavu. Ali, kao i kod svih pravila, postoje iznimke: na primjer, bakar i zlato su u prvoj skupini periodnog sustava i njihova valencija mora biti jednaka broju skupine, t.j. 1, ali u stvarnosti je najveća valencija bakra 2, a zlata - 3.

Oksidacijsko stanje ponekad se naziva oksidacijski broj, elektrokemijska valencija ili oksidacijsko stanje i uvjet je pojam. Dakle, pri izračunavanju stupnja oksidacije pretpostavlja se da samo ioni čine molekulu, iako većina spojeva uopće nije ionska. Kvantitativno, oksidacijsko stanje atoma elementa u spoju određeno je brojem elektrona vezanih na atom ili pomaknutih s atoma. Dakle, u nedostatku pomaka elektrona, oksidacijsko stanje će biti nula, s pomakom elektrona prema danom atomu ono će biti negativno, a s pomakom od danog atoma bit će pozitivno.

Definiranje oksidacijsko stanje atoma morate slijediti sljedeća pravila:

U molekulama jednostavnih tvari i metala oksidacijsko stanje atoma je 0.
Vodik u gotovo svim spojevima ima oksidacijsko stanje jednako +1 (i samo u hidridima aktivnih metala jednako -1).
Za atome kisika u njegovim spojevima, oksidacijsko stanje je -2 (izuzeci: OF 2 i metalni peroksidi, oksidacijsko stanje kisika je +2 odnosno -1).
Atomi alkalijskih (+1) i zemnoalkalijskih (+2) metala, kao i fluora (-1) također imaju konstantno oksidacijsko stanje
U jednostavnim ionskim spojevima oksidacijsko stanje je jednako po veličini i znaku njihovom električnom naboju.
Za kovalentni spoj, elektronegativniji atom ima oksidacijsko stanje sa predznakom "-", a manje elektronegativni ima predznak "+".
Za složene spojeve označite stupanj oksidacije središnjeg atoma.
Zbroj oksidacijskih stanja atoma u molekuli je nula.

Na primjer, odredimo oksidacijsko stanje Se u spoju H 2 SeO 3

Dakle, oksidacijsko stanje vodika je +1, kisika -2, a zbroj svih oksidacijskih stanja je 0, napravit ćemo izraz, uzimajući u obzir broj atoma u spoju H 2 + Se x O 3 -2 :

(+1)2+x+(-2)3=0, odakle

oni. H 2 + Se +4 O 3 -2

Znajući koju vrijednost ima oksidacijsko stanje nekog elementa u spoju, moguće je predvidjeti njegova kemijska svojstva i reaktivnost u odnosu na druge spojeve, te je li taj spoj redukcijsko sredstvo ili oksidacijsko sredstvo. Ovi koncepti su u potpunosti razvijeni u redoks teorije:

Oksidacija- je proces gubitka elektrona atomom, ionom ili molekulom, što dovodi do povećanja stupnja oksidacije.

Al 0 -3e - = Al +3;

2O -2 -4e - \u003d O 2;

2Cl - -2e - \u003d Cl 2

oporavak - je proces kojim atom, ion ili molekula dobivaju elektrone, što rezultira smanjenjem oksidacijskog stanja.

Ca +2 +2e - = Ca 0;

2H + +2e - \u003d H 2

Oksidatori- spojevi koji prihvaćaju elektrone tijekom kemijske reakcije, i sredstva za redukciju su spojevi koji doniraju elektrone. Reduktori se tijekom reakcije oksidiraju, a oksidanti se redukuju.
Bit redoks reakcija- kretanje elektrona (ili pomicanje elektronskih parova) s jedne tvari na drugu, popraćeno promjenom oksidacijskih stanja atoma ili iona. U takvim reakcijama jedan element se ne može oksidirati bez redukcije drugog, jer. prijenos elektrona uvijek uzrokuje i oksidaciju i redukciju. Dakle, ukupan broj elektrona uzetih iz jednog elementa tijekom oksidacije podudara se s brojem elektrona koje je primio drugi element tijekom redukcije.

Dakle, ako su elementi u spojevima u svojim najvišim oksidacijskim stanjima, tada će pokazivati samo oksidirajuća svojstva, zbog činjenice da više ne mogu donirati elektrone. Naprotiv, ako su elementi u spojevima u najnižim oksidacijskim stanjima, tada pokazuju samo redukcijska svojstva, jer ne mogu više dodavati elektrone. Atomi elemenata u srednjem oksidacijskom stanju, ovisno o reakcijskim uvjetima, mogu biti i oksidacijski i redukcijski agensi. Navedimo primjer: sumpor u svom najvišem oksidacijskom stanju +6 u spoju H 2 SO 4 može pokazivati samo oksidirajuća svojstva, u spoju H 2 S - sumpor je u najnižem oksidacijskom stanju -2 i pokazat će samo redukcijska svojstva, a u H2SO3 u srednjem oksidacijskom stanju od +4, sumpor može biti i oksidacijsko sredstvo i redukcijsko sredstvo.

Na temelju vrijednosti oksidacijskih stanja elemenata moguće je predvidjeti vjerojatnost reakcije između tvari. Jasno je da ako su oba elementa u svojim spojevima u višim ili nižim oksidacijskim stanjima, onda je reakcija između njih nemoguća. Reakcija je moguća ako jedan od spojeva može pokazivati oksidirajuća svojstva, dok drugi može pokazivati svojstva redukcije. Na primjer, u HI i H 2 S, i jod i sumpor su u najnižim oksidacijskim stanjima (-1 i -2) i mogu biti samo redukcioni agensi, stoga neće međusobno reagirati. Ali oni će savršeno komunicirati s H 2 SO 4, koji je karakteriziran redukcijskim svojstvima, tk. sumpor je ovdje u svom najvišem oksidacijskom stanju.

Najvažnija redukcijska i oksidacijska sredstva prikazana su u sljedećoj tablici.

Restauratori
Neutralni atomi	Opća shema M-n →Mn+ Svi metali, kao i vodik i ugljik.Najjača sredstva za redukciju su alkalijski i zemnoalkalijski metali, kao i lantanidi i aktinidi. Slaba redukcijska sredstva - plemeniti metali - Au, Ag, Pt, Ir, Os, Pd, Ru, Rh. U glavnim podskupinama periodnog sustava redukcijska sposobnost neutralnih atoma raste s povećanjem serijskog broja.
negativno nabijeni ioni nemetala	Opća shema E +ne - → En- Negativno nabijeni ioni jaki su redukcijski agensi zbog činjenice da mogu donirati i svoje suvišne elektrone i svoje vanjske elektrone. Obnavljajući kapacitet, s istim nabojem, raste s povećanjem radijusa atoma. Na primjer, I je jači redukcijski agens od Br - i Cl - S 2-, Se 2-, Te 2- i drugi također mogu biti redukcijski agensi.
pozitivno nabijeni metalni ioni najnižeg oksidacijskog stanja	Metalni ioni najnižeg oksidacijskog stanja mogu pokazivati redukcijska svojstva ako ih karakteriziraju stanja s višim oksidacijskim stanjem. Na primjer, Sn 2+ -2e - → Sn 4+ Cr 2+ -e - → Cr 3+ Cu + -e - → Cu 2+
Složeni ioni i molekule koje sadrže atome u srednjem oksidacijskom stanju	Složeni ili složeni ioni, kao i molekule, mogu pokazivati redukcijska svojstva ako su atomi koji ih čine u srednjem oksidacijskom stanju. Na primjer, SO 3 2-, NO 2 -, AsO 3 3-, 4-, SO 2, CO, NO i drugi.
	Ugljik, ugljični monoksid (II), željezo, cink, aluminij, kositar, sumporna kiselina, natrijev sulfit i bisulfit, natrijev sulfid, natrijev tiosulfat, vodik, električna struja
Oksidatori
Neutralni atomi	Opća shema E + ne- → E n- Oksidirajuća sredstva su atomi p-elemenata. Tipični nemetali su fluor, kisik, klor. Najjači oksidansi su halogeni i kisik. U glavnim podskupinama skupina 7, 6, 5 i 4, od vrha do dna, oksidativna aktivnost atoma opada
pozitivno nabijenih metalnih iona	Svi pozitivno nabijeni metalni ioni pokazuju oksidirajuća svojstva u različitim stupnjevima. Od njih su najjači oksidanti ioni u visokom stupnju oksidacije, na primjer, Sn 4+, Fe 3+, Cu 2+. Ioni plemenitih metala, čak i u niskom oksidacijskom stanju, jaki su oksidacijski agensi.
Složeni ioni i molekule koje sadrže atome metala u najvišem oksidacijskom stanju	Tipični oksidanti su tvari koje sadrže atome metala u stanju najvišeg oksidacijskog stanja. Na primjer, KMnO4, K2Cr2O7, K2CrO4, HAuCl4.
Složeni ioni i molekule koje sadrže atome nemetala u stanju pozitivnog oksidacijskog stanja	To su uglavnom kiseline koje sadrže kisik, kao i njihovi odgovarajući oksidi i soli. Na primjer, SO 3 , H 2 SO 4 , HClO, HClO 3 , NaOBr i drugi. U redu H2SO4 →H2SeO4 →H6Teo 6 oksidacijska aktivnost raste od sumporne do telurske kiseline. U redu HClO-HClO 2 -HClO 3 -HClO 4 HBrO - HBrO 3 - HIO - HIO 3 - HIO 4 , H5IO 6 oksidativna aktivnost raste s desna na lijevo, dok kiselost raste s lijeva na desno.
Najvažnija redukcijska sredstva u inženjerskoj i laboratorijskoj praksi	Kisik, ozon, kalijev permanganat, kromne i dikromne kiseline, dušična kiselina, dušična kiselina, sumporna kiselina (konc), vodikov peroksid, električna struja, perklorna kiselina, manganov dioksid, olovni dioksid, klor, otopine kalija i natrijevog hipoklorita, kalijev hipobromid Kalijev heksacijanoferat (III).

Kategorije ,

Atomi različitih kemijskih elemenata mogu vezati različit broj drugih atoma, tj. pokazati različite valencije.

Valentnost karakterizira sposobnost atoma da se kombinira s drugim atomima. Sada, nakon proučavanja strukture atoma i vrsta kemijskih veza, možemo detaljnije razmotriti ovaj koncept.

Valencija je broj jednostrukih kemijskih veza koje atom stvara s drugim atomima u molekuli. Broj kemijskih veza podrazumijeva se kao broj zajedničkih elektronskih parova. Budući da zajednički parovi elektrona nastaju samo u slučaju kovalentne veze, valentnost atoma može se odrediti samo u kovalentnim spojevima.

U strukturnoj formuli molekule kemijske veze su prikazane crticama. Broj crtica koje se protežu od simbola danog elementa je njegova valencija. Valencija je uvijek pozitivan cijeli broj od I do VIII.

Kao što se sjećate, najveća valencija kemijskog elementa u oksidu obično je jednaka broju skupine u kojoj se nalazi. Da biste odredili valenciju nemetala u vodikovom spoju, trebate oduzeti broj grupe od 8.

U najjednostavnijim slučajevima, valencija je jednaka broju nesparenih elektrona u atomu, stoga, na primjer, kisik (koji sadrži dva nesparena elektrona) ima valenciju II, a vodik (koji sadrži jedan nespareni elektron) ima I.

U ionskim i metalnim kristalima nema zajedničkih parova elektrona, stoga za ove tvari koncept valencije kao broja kemijskih veza nema smisla. Za sve klase spojeva, bez obzira na vrstu kemijskih veza, primjenjiv je univerzalniji koncept koji se naziva stupanj oksidacije.

Oksidacijsko stanje

je uvjetni naboj na atomu u molekuli ili kristalu. Izračunava se uz pretpostavku da su sve kovalentne polarne veze ionske.

Za razliku od valencije, oksidacijsko stanje može biti pozitivno, negativno ili nula. U najjednostavnijim ionskim spojevima oksidacijska stanja podudaraju se s nabojima iona.

Na primjer, u kalijevom kloridu KCl (K + Cl - ) kalij ima oksidacijsko stanje +1, a klor -1, u kalcijevom oksidu CaO (Ca +2 O -2 ) kalcij pokazuje oksidacijsko stanje +2, a kisik -2. Ovo pravilo vrijedi za sve bazične okside: u njima je oksidacijsko stanje metala jednako naboju metalnog iona (natrij +1, barij +2, aluminij +3), a oksidacijsko stanje kisika je -2. Oksidacijsko stanje je označeno arapskim brojem, koji se nalazi iznad simbola elementa, poput valencije:

Cu +2 Cl 2 -1; Fe +2 S -2

Oksidacijsko stanje elementa u jednostavnoj tvari uzima se jednakim nuli:

Na 0 , O 2 0 , S 8 0 , Cu 0

Razmotrite kako se određuju oksidacijska stanja u kovalentnim spojevima.

Klorovodik HCl je tvar s polarnom kovalentnom vezom. Zajednički elektronski par u molekuli HCl pomaknut je na atom klora, koji ima visoku elektronegativnost. Mentalno transformiramo vezu H-Cl u ionsku (to se stvarno događa u vodenoj otopini), potpuno prebacujući elektronski par na atom klora. Dobit će naboj od -1, a vodik +1. Stoga klor u ovoj tvari ima oksidacijsko stanje -1, a vodik +1:

Stvarni naboji i oksidacijska stanja atoma u molekuli klorovodika

Oksidacijsko stanje i valencija su povezani pojmovi. U mnogim kovalentnim spojevima apsolutna vrijednost oksidacijskog stanja elemenata jednaka je njihovoj valenciji. Međutim, postoji nekoliko slučajeva u kojima se valencija razlikuje od oksidacijskog stanja. To je tipično, na primjer, za jednostavne tvari, gdje je oksidacijsko stanje atoma nula, a valencija je broj uobičajenih elektronskih parova:

O=O.

Valentnost kisika je II, a oksidacijsko stanje je 0.

U molekuli vodikovog peroksida

H-O-O-H

kisik je dvovalentan, a vodik jednovalentan. Istodobno, oksidacijska stanja oba elementa su u apsolutnoj vrijednosti jednaka 1:

H2+102-1

Isti element u različitim spojevima može imati i pozitivna i negativna oksidacijska stanja, ovisno o elektronegativnosti s njim povezanih atoma. Razmotrimo, na primjer, dva ugljikova spoja, metan CH 4 i ugljik(IV) fluorid CF 4 .

Ugljik je elektronegativniji od vodika, pa je u metanu elektronska gustoća C–H veza pomaknuta s vodika na ugljik, a svaki od četiri vodikova atoma ima oksidacijsko stanje +1, a atom ugljika je -4. Naprotiv, u molekuli CF4 elektroni svih veza su pomaknuti s atoma ugljika na atome fluora, čije je oksidacijsko stanje -1, dakle, ugljik je u +4 oksidacijskom stanju. Zapamtite da je oksidacijsko stanje najelektronegativnijeg atoma u spoju uvijek negativno.

Modeli molekula metana CH 4 i ugljika(IV) CF 4 fluorida. Polaritet veza označen je strelicama.

Bilo koja molekula je električki neutralna, tako da je zbroj oksidacijskih stanja svih atoma nula. Koristeći ovo pravilo, iz poznatog oksidacijskog stanja jednog elementa u spoju, može se odrediti oksidacijsko stanje drugog bez pribjegavanja rasuđivanju o pomaku elektrona.

Kao primjer, uzmimo klor(I) oksid Cl 2 O. Polazimo od elektroneutralnosti čestice. Atom kisika u oksidima ima oksidacijsko stanje -2, što znači da oba atoma klora nose ukupni naboj od +2. Iz toga slijedi da je na svakom od njih naboj +1, tj. klor ima oksidacijsko stanje +1:

Cl 2 +1 O -2

Da bi se ispravno postavili znakovi oksidacijskog stanja različitih atoma, dovoljno je usporediti njihovu elektronegativnost. Atom s višom elektronegativnošću imat će negativno oksidacijsko stanje, a atom s nižom elektronegativnošću će imati pozitivno. Prema utvrđenim pravilima, simbol najelektronegativnijeg elementa napisan je na posljednjem mjestu u složenoj formuli:

I +1 Cl -1, O +2 F 2 -1, P +5 Cl 5 -1

Stvarni naboji i oksidacijska stanja atoma u molekuli vode

Pri određivanju oksidacijskih stanja elemenata u spojevima poštuju se sljedeća pravila.

Oksidacijsko stanje elementa u jednostavnoj tvari je nula.

Fluor je najelektronegativniji kemijski element, pa je oksidacijsko stanje fluora u svim tvarima osim F2 -1.

Kisik je najelektronegativniji element nakon fluora, stoga je oksidacijsko stanje kisika u svim spojevima osim fluorida negativno: u većini slučajeva je -2, a u vodikovom peroksidu H 2 O 2 -1.

Oksidacijsko stanje vodika je +1 u spojevima s nemetalima, -1 u spojevima s metalima (hidridi); nula u jednostavnoj materiji H 2 .

Oksidacijska stanja metala u spojevima su uvijek pozitivna. Oksidacijsko stanje metala glavnih podskupina, u pravilu, jednako je broju skupine. Metali sekundarnih podskupina često imaju nekoliko oksidacijskih stanja.

Maksimalno moguće pozitivno oksidacijsko stanje kemijskog elementa jednako je broju skupine (iznimka je Cu +2).

Minimalno oksidacijsko stanje metala je nula, a za nemetale broj grupe minus osam.

Zbroj oksidacijskih stanja svih atoma u molekuli je nula.

Navigacija

Rješavanje kombiniranih zadataka na temelju kvantitativnih karakteristika tvari
Rješavanje problema. Zakon o postojanosti sastava tvari. Proračuni pomoću pojmova "molarne mase" i "kemijske količine" tvari
Rješavanje računskih problema na temelju kvantitativnih karakteristika materije i stehiometrijskih zakona
Rješavanje računskih problema temeljenih na zakonima plinovitog stanja tvari
Elektronska konfiguracija atoma. Struktura elektronskih ljuski atoma prva tri razdoblja

Izraz se široko koristi u kemiji. elektronegativnost (EO) - svojstvo atoma danog elementa da povlače elektrone iz atoma drugih elemenata u spojevima naziva se elektronegativnost. Elektronegativnost litija se konvencionalno uzima kao jedinica, prema tome se izračunava EC ostalih elemenata. Postoji skala vrijednosti EO elemenata.

Brojčane vrijednosti EO elemenata imaju približne vrijednosti: to je bezdimenzijska veličina. Što je veći EC elementa, to su njegova nemetalna svojstva izraženija. Prema EO, elementi se mogu napisati na sljedeći način:

F > O > Cl > Br > S > P > C > H > Si > Al > Mg > Ca > Na > K > Cs

Najveću EO vrijednost ima fluor. Uspoređujući EO vrijednosti elemenata od francija (0,86) do fluora (4,1), lako je vidjeti da EO poštuje periodični zakon. U periodnom sustavu elemenata EO u razdoblju raste s povećanjem broja elemenata (slijeva na desno), a u glavnim podskupinama opada (od vrha prema dolje). U razdobljima, kako se naboji jezgri atoma povećavaju, broj elektrona na vanjskom sloju raste, radijus atoma se smanjuje, stoga se lakoća odvajanja elektrona smanjuje, EO se povećava, dakle, nemetalni svojstva se povećavaju.

Razlika u elektronegativnosti elemenata u spoju (ΔX) omogućit će prosuđivanje vrste kemijske veze.

Ako vrijednost Δ X \u003d 0 - nepolarna kovalentna veza.

Uz razliku u elektronegativnosti do 2.0 veza naziva se kovalentna polarna, na primjer: H-F veza u HF molekuli fluorovodika: Δ X = (3,98 - 2,20) = 1,78

Veze s razlikom u elektronegativnosti veći od 2,0 smatraju se ionskim. Na primjer: veza Na-Cl u spoju NaCl: Δ X \u003d (3,16 - 0,93) \u003d 2,23.

Elektronegativnost ovisi o udaljenosti između jezgre i valentnih elektrona, i o tome koliko je blizu dovršetka valentne ljuske.Što je manji polumjer atoma i više valentnih elektrona, to je veći njegov ER.

Fluor je najelektronegativniji element. Prvo, ima 7 elektrona na valentnoj ljusci (samo 1 elektron nedostaje prije okteta) i, drugo, ova valentna ljuska nalazi se blizu jezgre.

Najmanje elektronegativni atomi su alkalijski i zemnoalkalijski metali. Imaju velike radijuse i njihove vanjske elektronske ljuske su daleko od potpune. Mnogo im je lakše dati svoje valentne elektrone drugom atomu (tada će predvanjska ljuska postati potpuna) nego "dobiti" elektrone.

Elektronegativnost se može izraziti kvantitativno i poredati elemente u rastućem redoslijedu. Najčešće korišteni ljestvica elektronegativnosti koju je predložio američki kemičar L. Pauling.

Oksidacijsko stanje

Spojevi sastavljeni od dva kemijska elementa nazivaju se binarni(od lat. bi - dva), ili dvoelementni (NaCl, HCl). U slučaju ionske veze u molekuli NaCl, atom natrija prenosi svoj vanjski elektron na atom klora i pretvara se u ion s nabojem od +1, a atom klora prihvaća elektron i pretvara se u ion s nabojem. od -1. Shematski se proces transformacije atoma u ione može prikazati na sljedeći način:

Tijekom kemijske interakcije u molekuli HCl, zajednički elektronski par se pomiče prema elektronegativnijem atomu. Na primjer, , tj. elektron neće u potpunosti prijeći s atoma vodika na atom klora, već djelomično, uzrokujući na taj način djelomični naboj atoma δ: H +0,18 Sl -0,18. Ako zamislimo da je u molekuli HCl, kao i u NaCl kloridu, elektron potpuno prešao s atoma vodika na atom klora, tada bi primili naboje +1 i -1:

Takve uvjetne naknade nazivaju se oksidacijskom stanju. Pri definiranju ovog pojma 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 atoma.

Oksidacijsko stanje je uvjetni naboj atoma kemijskog elementa u spoju, izračunat na temelju pretpostavke da se svi spojevi (i ionski i kovalentno polarni) sastoje samo od iona. 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 zajednički parovi elektrona pomaknuti imaju negativnu vrijednost za oksidacijsko stanje, tj. atomi više elektronegativnih elemenata. Oni atomi koji daruju svoje elektrone drugim atomima ili iz kojih su izvučeni zajednički elektronski parovi imaju pozitivno oksidacijsko stanje, tj. atomi manje elektronegativnih elemenata. Nultu vrijednost oksidacijskog stanja imaju atomi u molekulama jednostavnih tvari i atomi u slobodnom stanju, na primjer:

U spojevima je ukupno oksidacijsko stanje uvijek nula.

Valence

Valencija atoma kemijskog elementa određena je prvenstveno brojem nesparenih elektrona koji sudjeluju u stvaranju kemijske veze.

Valentne mogućnosti atoma određene su:

Broj nesparenih elektrona (jednoelektronske orbitale);

Prisutnost slobodnih orbitala;

Prisutnost usamljenih parova elektrona.

U organskoj kemiji koncept "valencije" zamjenjuje koncept "oksidacijskog stanja", s kojim se uobičajeno radi u anorganskoj kemiji. Međutim, oni nisu isti. Valencija nema predznak i ne može biti nula, dok je oksidacijsko stanje nužno karakterizirano predznakom i može imati vrijednost jednaku nuli.

U osnovi, valencija se odnosi na sposobnost atoma da formiraju određeni broj kovalentnih veza. Ako atom ima n nesparenih elektrona i m nedijeljenih elektronskih parova, tada ovaj atom može formirati n + m kovalentnih veza s drugim atomima, t.j. njegova će valencija biti jednaka n + m. Pri ocjeni maksimalne valencije treba poći od elektroničke konfiguracije "pobuđenog" stanja. Na primjer, maksimalna valencija atoma berilija, bora i dušika je 4.

Trajne valencije:

H, Na, Li, K, Rb, Cs - Oksidacijsko stanje I
O, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd - Oksidacijsko stanje II
B, Al, Ga, In — Oksidacijsko stanje III

Valentne varijable:

Cu - I i II
Fe, Co, Ni - II i III
C, Sn, Pb - II i IV
P- III i V
Cr- II, III i VI
S- II, IV i VI
mn- II, III, IV, VI i VII
N- II, III, IV i V
Cl- I, IV, VIiVII

Koristeći valencije, možete sastaviti formulu spoja.

Kemijska formula je uvjetni zapis sastava tvari pomoću kemijskih znakova i indeksa.

Na primjer: H 2 O je formula vode, gdje su H i O kemijski znakovi elemenata, 2 je indeks koji pokazuje broj atoma ovog elementa koji čine molekulu vode.

Prilikom imenovanja tvari s promjenjivom valentnošću mora se navesti njezina valencija koja se stavlja u zagrade. Na primjer, P 2 0 5 - fosforov oksid (V)

I. Oksidacijsko stanje slobodni atomi i atomi u molekulama jednostavne tvari jednako je nula— Na 0 , R 4 0 , O 2 0

II. NA složena tvar algebarski zbroj CO svih atoma, uzimajući u obzir njihove indekse, jednak je nuli = 0. a u kompleksni ion njegov naboj.

Na primjer:

Na primjer, analizirajmo nekoliko spojeva i saznajmo valenciju klor:

Referentni materijal za polaganje ispita:

periodni sustav elemenata

Tablica topljivosti