Tentukan keadaan pengoksidaan atom. Valensi unsur kimia

Persediaan kimia untuk kanser dan DPA
Edisi komprehensif

BAHAGIAN DAN

KIMIA AM

IKATAN KIMIA DAN STRUKTUR BAHAN

Keadaan pengoksidaan

Keadaan pengoksidaan ialah caj bersyarat pada atom dalam molekul atau kristal yang akan timbul padanya apabila semua ikatan kutub yang dicipta olehnya adalah bersifat ionik.

Tidak seperti valens, keadaan pengoksidaan boleh positif, negatif, atau sifar. Secara ringkas sebatian ion Keadaan pengoksidaan bertepatan dengan caj ion. Contohnya, dalam natrium klorida NaCl (Na + Cl - ) Natrium mempunyai keadaan pengoksidaan +1, dan Klorin -1, dalam kalsium oksida CaO (Ca +2 O -2). Peraturan ini terpakai kepada semua oksida asas: keadaan pengoksidaan unsur logam adalah sama dengan cas ion logam (Natrium +1, Barium +2, Aluminium +3), dan keadaan pengoksidaan Oksigen ialah -2. Keadaan pengoksidaan ditunjukkan oleh angka Arab, yang diletakkan di atas simbol unsur, seperti valensi, dan tanda caj ditunjukkan terlebih dahulu, dan kemudian nilai berangkanya:

Jika modulus keadaan pengoksidaan adalah sama dengan satu, maka nombor "1" boleh ditinggalkan dan hanya tanda boleh ditulis: Na + Cl - .

Nombor pengoksidaan dan valens adalah konsep yang berkaitan. Dalam banyak sebatian, nilai mutlak keadaan pengoksidaan unsur bertepatan dengan valensinya. Walau bagaimanapun, terdapat banyak kes di mana valensi berbeza daripada keadaan pengoksidaan.

DALAM bahan mudah- dalam bukan logam terdapat ikatan kovalen bukan kutub, pasangan elektron yang dikongsi disesarkan kepada salah satu atom, oleh itu keadaan pengoksidaan unsur dalam bahan mudah sentiasa sifar. Tetapi atom-atom bersambung antara satu sama lain, iaitu, ia menunjukkan valensi tertentu, seperti, sebagai contoh, dalam oksigen valensi Oksigen ialah II, dan dalam nitrogen valensi Nitrogen ialah III:

Dalam molekul hidrogen peroksida, valensi Oksigen juga II, dan Hidrogen ialah I:

Definisi darjah yang mungkin pengoksidaan unsur

Keadaan pengoksidaan, unsur yang boleh dipamerkan pelbagai sambungan, dalam kebanyakan kes boleh ditentukan oleh struktur luaran tahap elektronik atau mengikut tempat unsur dalam Jadual Berkala.

Atom unsur logam hanya boleh menderma elektron, jadi ia menunjukkan keadaan pengoksidaan positif dalam sebatian. miliknya nilai mutlak dalam banyak kes (kecuali d -elemen) adalah sama dengan bilangan elektron setiap peringkat luaran, iaitu nombor kumpulan dalam Jadual Berkala. Atom d -elemen juga boleh menderma elektron dari aras yang lebih tinggi iaitu daripada tidak terisi d -orbital. Oleh itu untuk d -elemen, menentukan semua keadaan pengoksidaan yang mungkin adalah lebih sukar daripada untuk s- dan elemen p. Ia adalah selamat untuk mengatakan bahawa majoriti d -elemen mempamerkan keadaan pengoksidaan +2 disebabkan oleh elektron dalam paras elektron luar, dan keadaan pengoksidaan maksimum dalam kebanyakan kes adalah sama dengan nombor kumpulan.

Atom unsur bukan logam boleh mempamerkan kedua-dua keadaan pengoksidaan positif dan negatif, bergantung pada atom unsur yang membentuk ikatan dengannya. Jika unsur lebih elektronegatif, maka ia mempamerkan keadaan pengoksidaan negatif, dan jika ia kurang elektronegatif, ia mempamerkan keadaan pengoksidaan positif.

Nilai mutlak keadaan pengoksidaan unsur bukan logam boleh ditentukan oleh struktur lapisan elektronik luar. Atom mampu menerima begitu banyak elektron sehingga lapan elektron terletak pada paras luarnya: unsur bukan logam kumpulan VII menerima satu elektron dan mempamerkan keadaan pengoksidaan -1, kumpulan VI - dua elektron dan mempamerkan keadaan pengoksidaan - 2, dsb.

Unsur bukan logam mampu mengeluarkan nombor yang berbeza elektron: maksimum sebanyak yang terdapat di bahagian luar tahap tenaga. Dalam erti kata lain, keadaan pengoksidaan maksimum unsur bukan logam adalah sama dengan nombor kumpulan. Disebabkan oleh peredaran elektron pada paras luar atom, bilangannya elektron tidak berpasangan, yang mana atom boleh menyerah dalam tindak balas kimia berbeza-beza, jadi unsur bukan logam mampu mempamerkan nilai perantaraan keadaan pengoksidaan yang berbeza.

Keadaan pengoksidaan yang mungkin s- dan elemen p

Kumpulan PS
Keadaan pengoksidaan tertinggi
Keadaan pengoksidaan pertengahan
Keadaan pengoksidaan yang lebih rendah

Penentuan keadaan pengoksidaan dalam sebatian

Mana-mana molekul neutral elektrik, oleh itu jumlah keadaan pengoksidaan atom semua unsur mestilah sama dengan sifar. Mari kita tentukan tahap pengoksidaan dalam sulfur(I) V) oksida SO 2 taufosforus (V) sulfida P 2 S 5.

Sulfur(I V) oksida SO 2 dibentuk oleh atom dua unsur. Daripada jumlah ini, Oksigen mempunyai elektronegativiti terbesar, jadi atom Oksigen akan mempunyai keadaan pengoksidaan negatif. Untuk Oksigen ia bersamaan dengan -2. Dalam kes ini, Sulfur mempunyai keadaan pengoksidaan positif. Dalam pelbagai sebatian, Sulfur boleh mempamerkan darjah yang berbeza pengoksidaan, jadi dalam kes ini ia mesti dikira. Dalam molekul JADI 2 dua atom Oksigen dengan keadaan pengoksidaan -2, jadi jumlah cas bagi atom Oksigen ialah -4. Agar molekul menjadi neutral elektrik, atom Sulfur perlu meneutralkan sepenuhnya cas kedua-dua atom Oksigen, oleh itu keadaan pengoksidaan Sulfur ialah +4:

Dalam molekul terdapat fosforus ( V) sulfida P 2 S 5 Unsur yang lebih elektronegatif ialah Sulfur, iaitu, ia menunjukkan keadaan pengoksidaan negatif, dan Fosforus mempunyai keadaan pengoksidaan positif. Bagi Sulfur, nombor pengoksidaan negatif hanya 2. Bersama-sama, lima atom Sulfur membawa cas negatif, sama dengan -10. Oleh itu dua atom Fosfor perlu meneutralkan cas ini dengan jumlah cas +10. Oleh kerana terdapat dua atom Fosfor dalam molekul, setiap satu mesti mempunyai keadaan pengoksidaan +5:

Ia adalah lebih sukar untuk mengira keadaan pengoksidaan tidak masuk sebatian binari- garam, bes dan asid. Tetapi untuk ini anda juga harus menggunakan prinsip neutraliti elektrik, dan juga ingat bahawa dalam kebanyakan sebatian keadaan pengoksidaan Oksigen ialah -2, Hidrogen +1.

Mari kita lihat ini menggunakan kalium sulfat sebagai contoh. K2SO4. Keadaan pengoksidaan Kalium dalam sebatian hanya boleh menjadi +1, dan Oksigen -2:

Dengan menggunakan prinsip neutraliti elektrik, kami mengira keadaan pengoksidaan Sulfur:

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

Apabila menentukan keadaan pengoksidaan unsur dalam sebatian, peraturan berikut harus diikuti:

1. Keadaan pengoksidaan unsur dalam bahan ringkas ialah sifar.

2. Fluorin ialah unsur kimia yang paling elektronegatif, oleh itu keadaan pengoksidaan Fluorin dalam semua sebatian adalah sama dengan -1.

3. Oksigen ialah unsur paling elektronegatif selepas Fluorin, oleh itu keadaan pengoksidaan Oksigen dalam semua sebatian kecuali fluorida adalah negatif: dalam kebanyakan kes ia adalah -2, dan dalam peroksida - -1.

4. Keadaan pengoksidaan Hidrogen dalam kebanyakan sebatian ialah +1, dan dalam sebatian dengan unsur logam (hidrida) - -1.

5. Keadaan pengoksidaan logam dalam sebatian sentiasa positif.

6. Unsur yang lebih elektronegatif sentiasa mempunyai keadaan pengoksidaan negatif.

7. Jumlah keadaan pengoksidaan semua atom dalam molekul ialah sifar.

Apabila mengkaji kutub ionik dan kovalen ikatan kimia anda menjadi biasa dengan bahan kompleks yang terdiri daripada dua unsur kimia. Bahan sedemikian dipanggil bi-pasangan (dari bahasa Latin bi - "dua") atau dua unsur.

Mari kita ingat semula sebatian bpnar biasa yang kita sebutkan sebagai contoh untuk mempertimbangkan mekanisme pembentukan ikatan kimia polar ionik dan kovalen: NaHl - natrium klorida dan HCl - hidrogen klorida. Dalam kes pertama, ikatan adalah ionik: atom natrium memindahkan elektron luarnya ke atom klorin dan pada masa yang sama bertukar menjadi ion dengan caj -1. dan atom klorin menerima elektron dan menjadi ion dengan cas -1. Secara skematik, proses penukaran atom menjadi ion boleh digambarkan seperti berikut:

Dalam molekul HCl, ikatan terbentuk disebabkan oleh pasangan elektron luar yang tidak berpasangan dan pembentukan pasangan elektron biasa atom hidrogen dan klorin.

Idea pendidikan yang lebih baik ikatan kovalen dalam molekul hidrogen klorida sebagai pertindihan awan satu elektron atom hidrogen dengan awan p satu elektron atom klorin:

Pada interaksi kimia pasangan elektron yang dikongsi dialihkan ke arah atom klorin yang lebih elektronegatif:

Caj bersyarat sedemikian dipanggil keadaan pengoksidaan. Apabila mentakrifkan konsep ini, secara konvensional diandaikan bahawa dalam sebatian polar kovalen, elektron ikatan dipindahkan sepenuhnya kepada atom yang lebih elektronegatif, dan oleh itu sebatian hanya terdiri daripada ion bercas positif dan negatif.

ialah caj bersyarat bagi atom unsur kimia dalam sebatian, dikira berdasarkan andaian bahawa semua sebatian (kedua-dua ion dan polar kovalen) hanya terdiri daripada ion.

Keadaan pengoksidaan boleh negatif, positif atau nilai sifar, yang biasanya diletakkan di atas simbol elemen di bahagian atas, sebagai contoh:

Atom-atom yang telah menerima elektron daripada atom lain atau yang mana pasangan elektron biasa disesarkan, iaitu atom unsur yang lebih elektronegatif, mempunyai keadaan pengoksidaan negatif. Fluorin sentiasa mempunyai keadaan pengoksidaan -1 dalam semua sebatian. Oksigen, unsur kedua paling elektronegatif selepas fluorin, hampir selalu mempunyai keadaan pengoksidaan -2, kecuali untuk sebatian dengan fluorin, contohnya:

Keadaan pengoksidaan positif diberikan kepada atom-atom yang mendermakan elektronnya kepada atom lain atau dari mana pasangan elektron yang dikongsi diambil, iaitu, atom unsur kurang elektronegatif. Logam sentiasa ada darjah positif pengoksidaan. Logam subkumpulan utama:

Kumpulan I dalam semua sebatian keadaan pengoksidaan ialah +1,
Kumpulan II adalah bersamaan dengan +2. Kumpulan III— +3, sebagai contoh:

Dalam sebatian, jumlah keadaan pengoksidaan sentiasa sifar. Mengetahui ini dan keadaan pengoksidaan salah satu unsur, anda sentiasa boleh mencari keadaan pengoksidaan unsur lain menggunakan formula sebatian binari. Sebagai contoh, mari kita cari keadaan pengoksidaan klorin dalam sebatian Cl2O2. Mari kita nyatakan keadaan pengoksidaan -2
oksigen: Cl2O2. Oleh itu, tujuh atom oksigen akan mempunyai jumlah cas negatif (-2) 7 =14. Maka jumlah cas dua atom klorin ialah +14, dan satu atom klorin:
(+14):2 = +7.

Begitu juga, mengetahui keadaan pengoksidaan unsur, anda boleh mencipta formula untuk sebatian, contohnya, aluminium karbida (sebatian aluminium dan karbon). Mari kita tuliskan tanda aluminium dan karbon di sebelah AlC, dengan tanda aluminium dahulu, kerana ia adalah logam. Dengan menggunakan jadual berkala unsur, kita menentukan bilangan elektron luar: Al mempunyai 3 elektron, C mempunyai 4. Atom aluminium akan menyerahkan 3 elektron luarnya kepada karbon dan menerima keadaan pengoksidaan +3, sama dengan cas ion itu. Atom karbon, sebaliknya, akan membawa 4 elektron yang hilang kepada "lapan yang dihargai" dan menerima keadaan pengoksidaan -4.

Mari kita tulis nilai-nilai ini ke dalam formula: AlC, dan cari gandaan sepunya terkecil untuk mereka, ia bersamaan dengan 12. Kemudian kita mengira indeks:

Mengetahui keadaan pengoksidaan unsur juga perlu untuk dapat menamakan sebatian kimia dengan betul.

Nama sebatian binari terdiri daripada dua perkataan - nama unsur kimia yang membentuknya. Perkataan pertama menandakan bahagian elektronegatif sebatian - bukan logam, nya nama latin dengan akhiran -id sentiasa masuk kes nominatif. Perkataan kedua menandakan bahagian elektropositif - logam atau unsur kurang elektronegatif namanya sentiasa muncul kes genitif. Jika unsur elektropositif menunjukkan darjah pengoksidaan yang berbeza, maka ini dicerminkan dalam nama, menunjukkan tahap pengoksidaan dengan angka Rom, yang diletakkan di hujungnya.

Kepada ahli kimia negara yang berbeza memahami antara satu sama lain, adalah perlu untuk mewujudkan satu terminologi dan tatanama bahan yang bersatu. Prinsip tatanama kimia pertama kali dibangunkan oleh ahli kimia Perancis A. Lavoisier, A. Fourqutois, L. Guiton dan C. Berthollet pada tahun 1785. Pada masa ini Kesatuan Antarabangsa Institut Kimia Tulen dan Gunaan (IUPAC) menyelaras aktiviti saintis dari beberapa negara dan mengeluarkan cadangan mengenai tatanama bahan dan istilah yang digunakan dalam kimia.

Topik Pengekod Peperiksaan Negeri Bersatu: Keelektronegatifan. Keadaan pengoksidaan dan valensi unsur kimia.

Apabila atom berinteraksi dan membentuk, elektron di antara mereka dalam kebanyakan kes diagihkan tidak sekata, kerana sifat-sifat atom berbeza. Lagi elektronegatif atom menarik ketumpatan elektron dengan lebih kuat kepada dirinya sendiri. Atom yang telah menarik ketumpatan elektron kepada dirinya sendiri memperoleh cas negatif separa δ — , "rakan kongsi"nya adalah separa caj positif δ+ . Jika perbezaan keelektronegatifan atom yang membentuk ikatan tidak melebihi 1.7, kita panggil ikatan polar kovalen . Jika perbezaan elektronegativiti membentuk ikatan kimia melebihi 1.7, maka kita panggil ikatan sedemikian ionik .

Keadaan pengoksidaan ialah cas bersyarat tambahan bagi atom unsur dalam sebatian, dikira daripada andaian bahawa semua sebatian terdiri daripada ion (semua ikatan kutub adalah ion).

Apakah maksud "caj bersyarat"? Kami hanya bersetuju bahawa kami akan mempermudahkan sedikit perkara: kami akan menganggap mana-mana ikatan kutub menjadi ionik sepenuhnya, dan kami akan menganggap bahawa elektron benar-benar meninggalkan atau datang dari satu atom ke atom yang lain, walaupun sebenarnya ini tidak berlaku. Dan elektron bersyarat meninggalkan atom yang kurang elektronegatif kepada atom yang lebih elektronegatif.

Contohnya, dalam ikatan H-Cl kami percaya bahawa hidrogen secara bersyarat "melepaskan" elektron, dan casnya menjadi +1, dan klorin "menerima" elektron, dan casnya menjadi -1. Malah, tiada jumlah caj sedemikian pada atom-atom ini.

Sudah tentu, anda mempunyai soalan - mengapa mencipta sesuatu yang tidak wujud? Ini bukan rancangan ahli kimia yang berbahaya, semuanya mudah: model ini sangat mudah. Idea tentang keadaan pengoksidaan unsur berguna semasa menyusun klasifikasi bahan kimia, perihalan sifatnya, penyusunan formula sebatian dan tatanama. Keadaan pengoksidaan terutamanya sering digunakan apabila bekerja dengan tindak balas redoks.

Terdapat keadaan pengoksidaan lebih tinggi, rendah diri Dan perantaraan.

Lebih tinggi keadaan pengoksidaan adalah sama dengan nombor kumpulan dengan tanda tambah.

Terendah ditakrifkan sebagai nombor kumpulan tolak 8.

DAN perantaraan Nombor pengoksidaan ialah hampir semua nombor bulat dari keadaan pengoksidaan terendah hingga tertinggi.

Contohnya, nitrogen dicirikan oleh: darjat tertinggi pengoksidaan +5, terendah 5 - 8 = -3, dan keadaan pengoksidaan pertengahan dari -3 hingga +5. Sebagai contoh, dalam hidrazin N 2 H 4 keadaan pengoksidaan nitrogen adalah perantaraan, -2.

Selalunya, keadaan pengoksidaan atom dalam bahan kompleks ditunjukkan dahulu dengan tanda, kemudian dengan nombor, contohnya +1, +2, -2 dll. bila kita bercakap tentang tentang caj ion (dengan mengandaikan bahawa ion itu benar-benar wujud dalam sebatian), kemudian nyatakan nombor, kemudian tanda. Contohnya: Ca 2+ , CO 3 2- .

Untuk mencari keadaan pengoksidaan, gunakan yang berikut peraturan :

1. Keadaan pengoksidaan atom dalam bahan mudah sama dengan sifar;
2. DALAM molekul neutral jumlah algebra bagi keadaan pengoksidaan ialah sifar, untuk ion jumlah ini adalah sama dengan cas ion;
3. Keadaan pengoksidaan logam alkali (elemen kumpulan I subkumpulan utama) dalam sebatian ialah +1, keadaan pengoksidaan logam alkali tanah (elemen kumpulan II subkumpulan utama) dalam sebatian ialah +2; keadaan pengoksidaan aluminium dalam hubungan ia adalah sama dengan +3;
4. Keadaan pengoksidaan hidrogen dalam sebatian dengan logam (- NaH, CaH 2, dll.) adalah sama dengan -1 ; dalam sebatian dengan bukan logam () +1 ;
5. Keadaan pengoksidaan oksigen sama dengan -2 . Pengecualian mekap peroksida– sebatian yang mengandungi kumpulan –O-O-, di mana keadaan pengoksidaan oksigen adalah sama dengan -1 , dan beberapa sebatian lain ( superoksida, ozonida, oksigen fluorida DARI 2 dll.);
6. Keadaan pengoksidaan fluorida dalam semua bahan kompleks adalah sama -1 .

Disenaraikan di atas ialah situasi apabila kita mempertimbangkan keadaan pengoksidaan tetap . Semua unsur kimia lain mempunyai keadaan pengoksidaan — pembolehubah, dan bergantung kepada susunan dan jenis atom dalam sebatian.

Contoh:

Bersenam: tentukan keadaan pengoksidaan unsur-unsur dalam molekul kalium dikromat: K 2 Cr 2 O 7 .

Penyelesaian: Keadaan pengoksidaan kalium ialah +1, keadaan pengoksidaan kromium dilambangkan sebagai X, keadaan pengoksidaan oksigen ialah -2. Jumlah semua keadaan pengoksidaan semua atom dalam molekul adalah sama dengan 0. Kami mendapat persamaan: +1*2+2*x-2*7=0. Menyelesaikannya, kita mendapat keadaan pengoksidaan kromium +6.

Dalam sebatian binari, unsur yang lebih elektronegatif mempunyai keadaan pengoksidaan negatif, dan unsur yang kurang elektronegatif mempunyai keadaan pengoksidaan positif.

ambil perhatian bahawa Konsep keadaan pengoksidaan adalah sangat sewenang-wenang! Keadaan pengoksidaan tidak menunjukkan cas sebenar atom dan tidak mempunyai nyata makna fizikal . Ini ialah model ringkas yang berfungsi dengan berkesan apabila kita perlu, sebagai contoh, untuk menyamakan pekali dalam persamaan tindak balas kimia, atau untuk algoritma pengkelasan bahan.

Nombor pengoksidaan bukan valens! Keadaan pengoksidaan dan valensi tidak bertepatan dalam banyak kes. Sebagai contoh, valens hidrogen dalam bahan ringkas H2 adalah sama dengan I, dan keadaan pengoksidaan, mengikut peraturan 1, adalah sama dengan 0.

ini peraturan asas, yang akan membantu anda menentukan keadaan pengoksidaan atom dalam sebatian dalam kebanyakan kes.

Dalam sesetengah situasi, anda mungkin mengalami kesukaran untuk menentukan nombor pengoksidaan atom. Mari lihat beberapa situasi ini dan lihat cara menyelesaikannya:

1. Dalam oksida berganda (seperti garam), darjah atom biasanya dua keadaan pengoksidaan. Sebagai contoh, dalam skala besi Fe 3 O 4, besi mempunyai dua keadaan pengoksidaan: +2 dan +3. Yang manakah harus saya nyatakan? Kedua-duanya. Untuk memudahkan, kita boleh membayangkan sebatian ini sebagai garam: Fe(FeO 2) 2. Dalam kes ini, sisa berasid membentuk atom dengan keadaan pengoksidaan +3. Atau oksida berganda boleh diwakili seperti berikut: FeO*Fe 2 O 3.
2. Dalam sebatian perokso, keadaan pengoksidaan atom oksigen yang disambungkan oleh ikatan nonpolar kovalen, sebagai peraturan, berubah. Sebagai contoh, dalam hidrogen peroksida H 2 O 2 dan peroksida logam alkali, keadaan pengoksidaan oksigen ialah -1, kerana salah satu ikatan ialah kovalen nonpolar (H-O-O-H). Contoh lain ialah asid peroxomonosulfurik (asid Caro) H 2 SO 5 (lihat rajah) mengandungi dua atom oksigen dengan keadaan pengoksidaan -1, atom yang tinggal dengan keadaan pengoksidaan -2, jadi entri berikut akan lebih mudah difahami: H 2 SO 3 (O2). Sebatian kromium perokso juga dikenali - contohnya, kromium (VI) peroksida CrO(O 2) 2 atau CrO 5, dan banyak lagi.
3. Satu lagi contoh sebatian dengan keadaan pengoksidaan yang tidak jelas ialah superoksida (NaO 2) dan ozonida seperti garam KO 3. Dalam kes ini, adalah lebih sesuai untuk bercakap tentang ion molekul O 2 dengan cas -1 dan O 3 dengan cas -1. Struktur zarah tersebut diterangkan oleh beberapa model, yang dalam bahasa Rusia kurikulum diambil pada tahun pertama universiti kimia: MO LCAO, kaedah menindih skim valens, dsb.
4. DALAM sebatian organik Konsep keadaan pengoksidaan tidak begitu mudah digunakan, kerana antara atom karbon ada bilangan yang besar kovalen ikatan bukan kutub. Walau bagaimanapun, jika anda melukis formula struktur molekul, keadaan pengoksidaan setiap atom juga boleh ditentukan oleh jenis dan bilangan atom yang atom itu terikat secara langsung. Sebagai contoh, keadaan pengoksidaan atom karbon primer dalam hidrokarbon ialah -3, untuk atom sekunder -2, untuk atom tertier -1, dan untuk atom kuaternari - 0.

Mari kita berlatih menentukan keadaan pengoksidaan atom dalam sebatian organik. Untuk melakukan ini, perlu melukis formula struktur lengkap atom, dan pilih atom karbon dengan persekitaran terdekatnya - atom yang bersambung secara langsung.

• Untuk memudahkan pengiraan, anda boleh menggunakan jadual keterlarutan - ia menunjukkan caj ion yang paling biasa. Pada kebanyakan peperiksaan Rusia dalam kimia (USE, GIA, DVI), penggunaan jadual keterlarutan adalah dibenarkan. Ini adalah helaian cheat siap pakai, yang dalam banyak kes boleh menjimatkan masa dengan ketara.
• Apabila mengira keadaan pengoksidaan unsur-unsur dalam bahan kompleks, kita mula-mula menunjukkan keadaan pengoksidaan unsur-unsur yang kita ketahui dengan pasti (elemen dengan keadaan pengoksidaan malar), dan menyatakan keadaan pengoksidaan unsur-unsur dengan keadaan pengoksidaan berubah-ubah sebagai x. Jumlah semua cas semua zarah adalah sifar dalam molekul atau sama dengan cas ion dalam ion. Daripada data ini adalah mudah untuk mencipta dan menyelesaikan persamaan.

Banyak buku teks dan manual sekolah mengajar cara mencipta formula berdasarkan valency, walaupun untuk sebatian dengan ikatan ionik. Untuk memudahkan prosedur untuk membuat formula, ini, pada pendapat kami, boleh diterima. Tetapi anda perlu memahami bahawa ini tidak sepenuhnya betul kerana sebab-sebab di atas.

Lagi konsep universal ialah konsep keadaan pengoksidaan. Berdasarkan nilai keadaan pengoksidaan atom, serta pada nilai valens, seseorang boleh menyusun formula kimia dan tulis unit formula.

Keadaan pengoksidaan- ini ialah caj bersyarat bagi atom dalam zarah (molekul, ion, radikal), dikira dalam anggaran bahawa semua ikatan dalam zarah adalah ionik.

Sebelum menentukan keadaan pengoksidaan, adalah perlu untuk membandingkan keelektronegatifan atom terikat. Atom c nilai hebat keelektronegatifan mempunyai darjah negatif pengoksidaan, dan dengan kurang positif.

Untuk membandingkan nilai elektronegativiti atom secara objektif apabila mengira keadaan pengoksidaan, pada tahun 2013 IUPAC mengesyorkan menggunakan skala Allen.

* Jadi, sebagai contoh, mengikut skala Allen, keelektronegatifan nitrogen ialah 3.066, dan klorin ialah 2.869.

Mari kita jelaskan definisi di atas dengan contoh. Mari kita karang formula struktur molekul air.

kutub kovalen Sambungan O-H ditandakan dengan warna biru.

Mari kita bayangkan bahawa kedua-dua ikatan bukan kovalen, tetapi ionik. Jika ia adalah ionik, maka satu elektron akan dipindahkan dari setiap atom hidrogen ke atom oksigen yang lebih elektronegatif. Mari kita nyatakan peralihan ini dengan anak panah biru.

*Dalam inicontoh, anak panah berfungsi untuk menggambarkan secara visual pemindahan elektron yang lengkap, dan bukan untuk menggambarkan kesan induktif.

Adalah mudah untuk melihat bahawa bilangan anak panah menunjukkan bilangan elektron yang dipindahkan, dan arahnya menunjukkan arah pemindahan elektron.

Terdapat dua anak panah diarahkan pada atom oksigen, yang bermaksud bahawa dua elektron dipindahkan ke atom oksigen: 0 + (-2) = -2. Caj sebanyak -2 terbentuk pada atom oksigen. Ini adalah keadaan pengoksidaan oksigen dalam molekul air.

Setiap atom hidrogen kehilangan satu elektron: 0 - (-1) = +1. Ini bermakna atom hidrogen mempunyai keadaan pengoksidaan +1.

Jumlah keadaan pengoksidaan sentiasa sama dengan jumlah cas zarah.

Sebagai contoh, jumlah keadaan pengoksidaan dalam molekul air adalah sama dengan: +1(2) + (-2) = 0. Molekul ialah zarah neutral elektrik.

Jika kita mengira keadaan pengoksidaan dalam ion, maka jumlah keadaan pengoksidaan adalah, dengan itu, sama dengan casnya.

Nilai keadaan pengoksidaan biasanya ditunjukkan di sudut kanan atas simbol unsur. Lebih-lebih lagi, tanda itu ditulis di hadapan nombor. Jika tanda datang selepas nombor, maka ini adalah caj ion.

Contohnya, S -2 ialah atom sulfur dalam keadaan pengoksidaan -2, S 2- ialah anion sulfur dengan cas -2.

S +6 O -2 4 2- - nilai keadaan pengoksidaan atom dalam anion sulfat (cas ion diserlahkan dalam warna hijau).

Sekarang pertimbangkan kes apabila sebatian mempunyai ikatan campuran: Na 2 SO 4. Ikatan antara anion sulfat dan kation natrium adalah ion, ikatan antara atom sulfur dan atom oksigen dalam ion sulfat adalah kovalen polar. Mari tuliskan formula grafik natrium sulfat, dan gunakan anak panah untuk menunjukkan arah peralihan elektron.

*Formula struktur memaparkan susunan ikatan kovalen dalam zarah (molekul, ion, radikal). Formula struktur digunakan hanya untuk zarah dengan ikatan kovalen. Bagi zarah dengan ikatan ionik, konsepnya formula struktur tidak masuk akal. Jika zarah mengandungi ikatan ionik, maka formula grafik digunakan.

Kita melihat bahawa enam elektron meninggalkan atom sulfur pusat, yang bermaksud keadaan pengoksidaan sulfur ialah 0 - (-6) = +6.

Atom oksigen terminal masing-masing mengambil dua elektron, yang bermaksud keadaan pengoksidaannya ialah 0 + (-2) = -2

Atom oksigen penyambung masing-masing menerima dua elektron dan mempunyai keadaan pengoksidaan -2.

Ia juga mungkin untuk menentukan tahap pengoksidaan menggunakan formula struktur-grafik, di mana ikatan kovalen ditunjukkan dengan tanda sempang, dan cas ion ditunjukkan.

Dalam formula ini, atom oksigen penyambung sudah mempunyai cas negatif tunggal dan elektron tambahan datang kepada mereka daripada atom sulfur -1 + (-1) = -2, yang bermaksud keadaan pengoksidaan mereka adalah sama dengan -2.

Tahap pengoksidaan ion natrium adalah sama dengan casnya, i.e. +1.

Mari kita tentukan keadaan pengoksidaan unsur-unsur dalam kalium superoksida (superoksida). Untuk melakukan ini, mari kita cipta formula grafik untuk kalium superoksida dan tunjukkan pengagihan semula elektron dengan anak panah. komunikasi O-O adalah kovalen nonpolar, oleh itu pengagihan semula elektron tidak ditunjukkan di dalamnya.

* Anion superoksida ialah ion radikal. Caj formal satu atom oksigen ialah -1, dan satu lagi, dengan elektron tidak berpasangan, ialah 0.

Kami melihat bahawa keadaan pengoksidaan kalium ialah +1. Keadaan pengoksidaan atom oksigen yang ditulis bertentangan dengan kalium dalam formula ialah -1. Keadaan pengoksidaan atom oksigen kedua ialah 0.

Dengan cara yang sama, anda boleh menentukan tahap pengoksidaan menggunakan formula grafik struktur.

Bulatan menunjukkan caj formal ion kalium dan salah satu atom oksigen. Dalam kes ini, nilai cas formal bertepatan dengan nilai keadaan pengoksidaan.

Oleh kerana kedua-dua atom oksigen dalam anion superoksida mempunyai makna yang berbeza keadaan pengoksidaan, kita boleh mengira aritmetik min keadaan pengoksidaan oksigen.

Ia akan sama dengan / 2 = - 1/2 = -0.5.

Nilai untuk keadaan pengoksidaan purata aritmetik biasanya ditunjukkan dalam formula kasar atau unit formula untuk menunjukkan bahawa jumlah keadaan pengoksidaan adalah sama dengan jumlah caj sistem.

Untuk kes dengan superoksida: +1 + 2(-0.5) = 0

Adalah mudah untuk menentukan keadaan pengoksidaan menggunakan formula titik elektron, di mana pasangan elektron tunggal dan elektron ikatan kovalen ditunjukkan oleh titik.

Oksigen adalah unsur kumpulan VIA, oleh itu atomnya mempunyai 6 elektron valens. Mari kita bayangkan bahawa ikatan dalam molekul air adalah ionik, dalam kes ini atom oksigen akan menerima oktet elektron.

Keadaan pengoksidaan oksigen adalah sama dengan: 6 - 8 = -2.

A atom hidrogen: 1 - 0 = +1

Keupayaan untuk menentukan keadaan pengoksidaan menggunakan formula grafik adalah tidak ternilai untuk memahami intipati konsep ini juga diperlukan dalam kursus ini; kimia organik. Jika kita berurusan dengan bahan bukan organik, maka adalah perlu untuk dapat menentukan keadaan pengoksidaan dengan formula molekul dan unit formula.

Untuk melakukan ini, pertama sekali anda perlu memahami bahawa keadaan pengoksidaan boleh menjadi malar dan berubah-ubah. Unsur-unsur yang mempamerkan keadaan pengoksidaan yang berterusan mesti diingati.

Mana-mana unsur kimia dicirikan oleh keadaan pengoksidaan yang lebih tinggi dan lebih rendah.

Keadaan pengoksidaan terendah- ini ialah caj yang diperoleh oleh atom sebagai hasil daripada penerimaan kuantiti maksimum elektron ke lapisan elektron terluar.

Memandangkan perkara ini, darjat paling rendah pengoksidaan mempunyai nilai negatif, dengan pengecualian logam, yang atomnya tidak pernah menerima elektron kerana nilai elektronegativiti yang rendah. Logam mempunyai keadaan pengoksidaan terendah 0.

Kebanyakan bukan logam subkumpulan utama cuba mengisi lapisan elektron luarnya dengan sehingga lapan elektron, selepas itu atom memperoleh konfigurasi yang stabil ( peraturan oktet). Oleh itu, untuk menentukan keadaan pengoksidaan yang paling rendah, adalah perlu untuk memahami berapa banyak elektron valens yang kekurangan atom untuk mencapai oktet.

Sebagai contoh, nitrogen ialah unsur VA kumpulan, yang bermaksud bahawa atom nitrogen mempunyai lima elektron valens. Atom nitrogen adalah kurang tiga elektron daripada oktet. Ini bermakna keadaan pengoksidaan nitrogen terendah ialah: 0 + (-3) = -3

Valence adalah konsep yang kompleks. Istilah ini mengalami perubahan ketara serentak dengan perkembangan teori ikatan kimia. Pada mulanya, valensi ialah keupayaan atom untuk melekatkan atau menggantikan sejumlah atom atau kumpulan atom lain untuk membentuk ikatan kimia.

Ukuran kuantitatif bagi valensi atom unsur ialah bilangan atom hidrogen atau oksigen (unsur-unsur ini dianggap mono- dan divalen, masing-masing) yang unsur itu melekat untuk membentuk hidrida formula EH x atau oksida formula E n O m.

Oleh itu, valensi atom nitrogen dalam molekul ammonia NH 3 adalah sama dengan tiga, dan atom sulfur dalam molekul H 2 S adalah sama dengan dua, kerana valens atom hidrogen adalah sama dengan satu.

Dalam sebatian Na 2 O, BaO, Al 2 O 3, SiO 2, valens natrium, barium dan silikon masing-masing ialah 1, 2, 3 dan 4.

Konsep valens diperkenalkan ke dalam kimia sebelum struktur atom diketahui, iaitu pada tahun 1853 oleh ahli kimia Inggeris Frankland. Kini telah ditetapkan bahawa valensi unsur berkait rapat dengan bilangan elektron luar atom, kerana elektron kulit dalam atom tidak mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan kimia.

Dalam teori elektronik ikatan kovalen dipercayai bahawa valens suatu atom ditentukan oleh bilangan elektronnya yang tidak berpasangan di dalam tanah atau keadaan teruja, mengambil bahagian dalam pembentukan pasangan elektron dengan elektron atom lain.

Bagi sesetengah unsur, valens ialah nilai tetap. Oleh itu, natrium atau kalium dalam semua sebatian adalah monovalen, kalsium, magnesium dan zink adalah divalen, aluminium adalah trivalen, dan lain-lain. Tetapi kebanyakan unsur kimia mempamerkan valensi berubah-ubah, yang bergantung pada sifat unsur pasangan dan keadaan proses. Oleh itu, besi boleh membentuk dua sebatian dengan klorin - FeCl 2 dan FeCl 3, di mana valens besi adalah 2 dan 3, masing-masing.

Keadaan pengoksidaan- konsep yang mencirikan keadaan unsur dalam sebatian kimia dan kelakuannya dalam tindak balas redoks; secara berangka, keadaan pengoksidaan adalah sama dengan cas formal yang boleh diberikan kepada unsur, berdasarkan andaian bahawa semua elektron dalam setiap ikatannya telah dipindahkan ke atom yang lebih elektronegatif.

Keelektronegatifan- ukuran keupayaan atom memperoleh cas negatif apabila membentuk ikatan kimia atau keupayaan atom dalam molekul untuk menarik elektron valens yang terlibat dalam pembentukan ikatan kimia. Keelektronegatifan tidak nilai mutlak dan dikira pelbagai kaedah. Oleh itu, nilai keelektronegatifan yang diberikan dalam buku teks dan buku rujukan yang berbeza mungkin berbeza.

Jadual 2 menunjukkan keelektronegatifan beberapa unsur kimia pada skala Sanderson, dan Jadual 3 menunjukkan keelektronegatifan unsur pada skala Pauling.

Nilai keelektronegatifan diberikan di bawah simbol unsur yang sepadan. Semakin tinggi nilai berangka keelektronegatifan atom, semakin elektronegatif unsur tersebut. Yang paling elektronegatif ialah atom fluorin, yang paling elektronegatif ialah atom rubidium. Dalam molekul yang dibentuk oleh atom dua unsur kimia yang berbeza, cas negatif formal akan berada pada atom yang nilai keelektronegatifan berangkanya lebih tinggi. Oleh itu, dalam molekul sulfur dioksida SO2, elektronegativiti atom sulfur ialah 2.5, dan elektronegativiti atom oksigen lebih besar - 3.5. Oleh itu, cas negatif akan berada pada atom oksigen, dan cas positif akan berada pada atom sulfur.

Dalam molekul ammonia NH 3, nilai elektronegativiti atom nitrogen ialah 3.0, dan nilai atom hidrogen ialah 2.1. Oleh itu, atom nitrogen akan mempunyai cas negatif, dan atom hidrogen akan mempunyai cas positif.

Anda harus mengetahui dengan jelas arah aliran umum dalam perubahan elektronegativiti. Oleh kerana atom mana-mana unsur kimia cenderung untuk memperoleh konfigurasi yang stabil bagi lapisan elektronik luar - cangkang oktet bagi gas lengai, keelektronegatifan unsur dalam suatu tempoh meningkat, dan dalam kumpulan keelektronegatifan meningkat sebanyak kes am berkurang dengan bertambahnya nombor atom unsur. Oleh itu, sebagai contoh, sulfur lebih elektronegatif berbanding dengan fosforus dan silikon, dan karbon lebih elektronegatif berbanding silikon.

Apabila membuat formula untuk sebatian yang terdiri daripada dua bukan logam, lebih elektronegatif daripadanya sentiasa diletakkan di sebelah kanan: PCl 3, NO 2. Terdapat beberapa pengecualian sejarah untuk peraturan ini, contohnya NH 3, PH 3, dsb.

Nombor pengoksidaan biasanya ditunjukkan dengan angka Arab (dengan tanda di hadapan nombor) yang terletak di atas simbol unsur, contohnya:

Untuk menentukan tahap pengoksidaan atom dalam sebatian kimia, peraturan berikut diikuti:

1. Keadaan pengoksidaan unsur dalam bahan ringkas ialah sifar.
2. Jumlah algebra keadaan pengoksidaan atom dalam molekul ialah sifar.
3. Oksigen dalam sebatian mempamerkan terutamanya keadaan pengoksidaan –2 (dalam oksigen fluorida OF 2 + 2, dalam peroksida logam seperti M 2 O 2 –1).
4. Hidrogen dalam sebatian menunjukkan keadaan pengoksidaan + 1, kecuali hidrida logam aktif, sebagai contoh, alkali atau alkali tanah, di mana keadaan pengoksidaan hidrogen ialah – 1.
5. Untuk ion monoatomik, keadaan pengoksidaan adalah sama dengan cas ion, contohnya: K + - +1, Ba 2+ - +2, Br – - –1, S 2– - –2, dsb.
6. Dalam sebatian dengan ikatan polar kovalen, keadaan pengoksidaan atom yang lebih elektronegatif mempunyai tanda tolak, dan atom kurang elektronegatif mempunyai tanda tambah.
7. Dalam sebatian organik, keadaan pengoksidaan hidrogen ialah +1.

Mari kita jelaskan peraturan di atas dengan beberapa contoh.

Contoh 1. Tentukan tahap pengoksidaan unsur dalam oksida kalium K 2 O, selenium SeO 3 dan besi Fe 3 O 4.

Kalium oksida K 2 O. Jumlah algebra bagi keadaan pengoksidaan atom dalam molekul ialah sifar. Keadaan pengoksidaan oksigen dalam oksida ialah –2. Mari kita nyatakan keadaan pengoksidaan kalium dalam oksidanya sebagai n, kemudian 2n + (–2) = 0 atau 2n = 2, maka n = +1, iaitu, keadaan pengoksidaan kalium ialah +1.

Selenium oksida SeO 3. Molekul SeO 3 adalah neutral secara elektrik. Jumlah cas negatif bagi tiga atom oksigen ialah –2 × 3 = –6. Oleh itu, untuk mengurangkan cas negatif ini kepada sifar, keadaan pengoksidaan selenium mestilah +6.

Molekul Fe3O4 neutral elektrik. Jumlah cas negatif bagi empat atom oksigen ialah –2 × 4 = –8. Untuk menyamakan cas negatif ini, jumlah cas positif pada tiga atom besi mestilah +8. Oleh itu, satu atom besi mesti mempunyai cas 8/3 = +8/3.

Perlu ditegaskan bahawa keadaan pengoksidaan unsur dalam sebatian boleh nombor pecahan. Keadaan pengoksidaan pecahan sedemikian tidak bermakna apabila menerangkan ikatan dalam sebatian kimia, tetapi boleh digunakan untuk membina persamaan untuk tindak balas redoks.

Contoh 2. Tentukan tahap pengoksidaan unsur dalam sebatian NaClO 3, K 2 Cr 2 O 7.

Molekul NaClO 3 adalah neutral secara elektrik. Keadaan pengoksidaan natrium ialah +1, keadaan pengoksidaan oksigen ialah –2. Mari kita nyatakan keadaan pengoksidaan klorin sebagai n, kemudian +1 + n + 3 × (–2) = 0, atau +1 + n – 6 = 0, atau n – 5 = 0, maka n = +5. Oleh itu, keadaan pengoksidaan klorin ialah +5.

Molekul K 2 Cr 2 O 7 adalah neutral secara elektrik. Keadaan pengoksidaan kalium ialah +1, keadaan pengoksidaan oksigen ialah –2. Mari kita nyatakan keadaan pengoksidaan kromium sebagai n, kemudian 2 × 1 + 2n + 7 × (–2) = 0, atau +2 + 2n – 14 = 0, atau 2n – 12 = 0, 2n = 12, maka n = +6. Oleh itu, keadaan pengoksidaan kromium ialah +6.

Contoh 3. Mari kita tentukan tahap pengoksidaan sulfur dalam ion sulfat SO 4 2–. Ion SO 4 2– mempunyai cas –2. Keadaan pengoksidaan oksigen ialah –2. Mari kita nyatakan keadaan pengoksidaan sulfur sebagai n, kemudian n + 4 × (–2) = –2, atau n – 8 = –2, atau n = –2 – (–8), maka n = +6. Oleh itu, keadaan pengoksidaan sulfur ialah +6.

Perlu diingat bahawa keadaan pengoksidaan kadangkala tidak sama dengan valensi unsur tertentu.

Sebagai contoh, keadaan pengoksidaan atom nitrogen dalam molekul ammonia NH 3 atau dalam molekul hidrazin N 2 H 4 ialah –3 dan –2, masing-masing, manakala valens nitrogen dalam sebatian ini ialah tiga.

Keadaan pengoksidaan positif maksimum untuk unsur-unsur subkumpulan utama, sebagai peraturan, adalah sama dengan nombor kumpulan (pengecualian: oksigen, fluorin dan beberapa unsur lain).

Keadaan pengoksidaan negatif maksimum ialah 8 - nombor kumpulan.

Tugas latihan

1. Dalam sebatian yang manakah keadaan pengoksidaan fosforus ialah +5?

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

2. Dalam sebatian yang manakah keadaan pengoksidaan fosforus sama dengan –3?

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

3. Dalam sebatian yang manakah keadaan pengoksidaan nitrogen sama dengan +4?

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

4. Dalam sebatian yang manakah keadaan pengoksidaan nitrogen sama dengan –2?

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

5. Dalam sebatian yang manakah keadaan pengoksidaan sulfur ialah +2?

1) Na 2 SO 3
2) JADI 2
3) SCl 2
4) H2SO4

6. Dalam sebatian yang manakah keadaan pengoksidaan sulfur ialah +6?

1) Na 2 SO 3
2) JADI 3
3) SCl 2
4) H 2 SO 3

7. Dalam bahan yang formulanya CrBr 2, K 2 Cr 2 O 7, Na 2 CrO 4, keadaan pengoksidaan kromium masing-masing sama dengan

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

8. Keadaan pengoksidaan negatif minimum unsur kimia biasanya sama dengan

1) nombor tempoh
3) bilangan elektron yang hilang sehingga lapisan elektron luar selesai

9. Keadaan pengoksidaan positif maksimum unsur kimia yang terletak dalam subkumpulan utama, sebagai peraturan, adalah sama dengan

1) nombor tempoh
2) nombor siri unsur kimia
3) nombor kumpulan
4) jumlah bilangan elektron dalam sesuatu unsur

10. Fosforus mempamerkan keadaan pengoksidaan positif maksimum dalam sebatian

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Na3P
4) Ca 3 P 2

11. Pameran fosforus ijazah minimum pengoksidaan dalam sebatian

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

12. Atom nitrogen dalam ammonium nitrit, terletak dalam kation dan anion, masing-masing menunjukkan keadaan pengoksidaan.

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

13. Keadaan valens dan pengoksidaan oksigen dalam hidrogen peroksida adalah sama

1) II, –2
2) II, -1
3) Saya, +4
4) III, –2

14. Valensi dan darjah pengoksidaan sulfur dalam pirit FeS2 masing-masing adalah sama

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

15. Keadaan valensi dan pengoksidaan atom nitrogen dalam ammonium bromida masing-masing sama dengan

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

16. Atom karbon menunjukkan keadaan pengoksidaan negatif apabila digabungkan dengan

1) oksigen
2) natrium
3) fluorin
4) klorin

17. mempamerkan keadaan pengoksidaan yang berterusan dalam sebatiannya

1) strontium
2) besi
3) sulfur
4) klorin

18. Keadaan pengoksidaan +3 dalam sebatian mereka boleh mempamerkan

1) klorin dan fluorin
2) fosforus dan klorin
3) karbon dan sulfur
4) oksigen dan hidrogen

19. Keadaan pengoksidaan +4 dalam sebatian mereka boleh mempamerkan

1) karbon dan hidrogen
2) karbon dan fosforus
3) karbon dan kalsium
4) nitrogen dan sulfur

20. Keadaan pengoksidaan yang sama dengan nombor kumpulan dalam sebatiannya ditunjukkan

1) klorin
2) besi
3) oksigen
4) fluorin