Keadaan pengoksidaan semua unsur kimia dalam sebatian. Keadaan pengoksidaan

Dalam kimia, istilah "pengoksidaan" dan "pengurangan" bermaksud tindak balas di mana atom atau sekumpulan atom kehilangan atau, masing-masing, memperoleh elektron. Keadaan pengoksidaan ialah nilai berangka yang dikaitkan dengan satu atau lebih atom yang mencirikan bilangan elektron yang diagihkan semula dan menunjukkan cara elektron ini diagihkan antara atom semasa tindak balas. Menentukan kuantiti ini boleh menjadi prosedur yang mudah dan agak kompleks, bergantung pada atom dan molekul yang terdiri daripadanya. Selain itu, atom beberapa unsur boleh mempunyai beberapa keadaan pengoksidaan. Nasib baik, terdapat peraturan mudah yang tidak jelas untuk menentukan tahap pengoksidaan, untuk kegunaan yakin yang cukup untuk mengetahui asas-asas kimia dan algebra.

Langkah-langkah

Bahagian 1

Penentuan tahap pengoksidaan mengikut undang-undang kimia

Tentukan sama ada bahan yang dimaksudkan adalah unsur. Keadaan pengoksidaan atom di luar sebatian kimia ialah sifar. Peraturan ini adalah benar untuk bahan yang terbentuk daripada atom bebas individu, dan bagi mereka yang terdiri daripada dua atau molekul poliatomik satu unsur.

• Sebagai contoh, Al(s) dan Cl 2 mempunyai keadaan pengoksidaan 0 kerana kedua-duanya berada dalam keadaan unsur kimia tidak bergabung.
• Sila ambil perhatian bahawa bentuk alotropik sulfur S 8, atau oktasulfur, walaupun struktur atipikalnya, juga dicirikan oleh keadaan pengoksidaan sifar.

1. Tentukan sama ada bahan yang dimaksudkan terdiri daripada ion. Keadaan pengoksidaan ion adalah sama dengan casnya. Ini benar untuk ion bebas dan bagi mereka yang merupakan sebahagian daripada sebatian kimia.

   • Sebagai contoh, keadaan pengoksidaan ion Cl ialah -1.
   • Keadaan pengoksidaan ion Cl dalam sebatian kimia NaCl juga adalah -1. Oleh kerana ion Na, mengikut definisi, mempunyai caj +1, kami membuat kesimpulan bahawa cas ion Cl ialah -1, dan dengan itu keadaan pengoksidaannya ialah -1.

2. Perhatikan bahawa ion logam boleh mempunyai beberapa keadaan pengoksidaan. Atom daripada banyak unsur logam boleh diionkan pada takat yang berbeza. Contohnya, cas bagi ion logam seperti besi (Fe) ialah +2 atau +3. Caj ion logam (dan tahap pengoksidaannya) boleh ditentukan oleh caj ion unsur lain yang logam ini merupakan sebahagian daripada sebatian kimia; dalam teks, caj ini ditunjukkan dengan angka Rom: sebagai contoh, besi (III) mempunyai keadaan pengoksidaan +3.

   • Sebagai contoh, pertimbangkan sebatian yang mengandungi ion aluminium. Jumlah cas bagi sebatian AlCl 3 ialah sifar. Oleh kerana kita tahu bahawa ion Cl - mempunyai cas -1, dan terdapat 3 ion sedemikian dalam sebatian, untuk jumlah neutraliti bahan yang dimaksudkan, ion Al mesti mempunyai cas +3. Oleh itu, dalam kes ini, keadaan pengoksidaan aluminium ialah +3.

3. Keadaan pengoksidaan oksigen ialah -2 (dengan beberapa pengecualian). Dalam hampir semua kes, atom oksigen mempunyai keadaan pengoksidaan -2. Terdapat beberapa pengecualian kepada peraturan ini:

   • Jika oksigen berada dalam keadaan unsur (O 2 ), keadaan pengoksidaannya ialah 0, seperti halnya bagi bahan unsur lain.
   • Jika oksigen dimasukkan peroksida, keadaan pengoksidaannya ialah -1. Peroksida ialah sekumpulan sebatian yang mengandungi ikatan oksigen-oksigen tunggal (iaitu anion peroksida O 2 -2). Sebagai contoh, dalam komposisi molekul H 2 O 2 (hidrogen peroksida), oksigen mempunyai cas dan keadaan pengoksidaan -1.
   • Dalam kombinasi dengan fluorin, oksigen mempunyai keadaan pengoksidaan +2, lihat peraturan untuk fluorin di bawah.

4. Hidrogen mempunyai keadaan pengoksidaan +1, dengan beberapa pengecualian. Seperti oksigen, terdapat juga pengecualian. Sebagai peraturan, keadaan pengoksidaan hidrogen ialah +1 (melainkan ia berada dalam keadaan unsur H 2). Walau bagaimanapun, dalam sebatian yang dipanggil hidrida, keadaan pengoksidaan hidrogen ialah -1.

   • Sebagai contoh, dalam H 2 O, keadaan pengoksidaan hidrogen ialah +1, kerana atom oksigen mempunyai cas -2, dan dua cas +1 diperlukan untuk neutraliti keseluruhan. Walau bagaimanapun, dalam komposisi natrium hidrida, keadaan pengoksidaan hidrogen sudah -1, kerana ion Na membawa cas +1, dan untuk jumlah keelektroneruan, cas atom hidrogen (dan dengan itu keadaan pengoksidaannya) mestilah -1.

5. Fluorin Sentiasa mempunyai keadaan pengoksidaan -1. Seperti yang telah dinyatakan, tahap pengoksidaan beberapa unsur (ion logam, atom oksigen dalam peroksida, dan sebagainya) boleh berbeza-beza bergantung kepada beberapa faktor. Keadaan pengoksidaan fluorin, bagaimanapun, adalah sentiasa -1. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa unsur ini mempunyai keelektronegatifan tertinggi - dengan kata lain, atom fluorin paling tidak bersedia untuk berpisah dengan elektron mereka sendiri dan paling aktif menarik elektron orang lain. Oleh itu, pertuduhan mereka kekal tidak berubah.

6. Jumlah keadaan pengoksidaan dalam sebatian adalah sama dengan casnya. Keadaan pengoksidaan semua atom yang membentuk sebatian kimia, secara keseluruhan, harus memberikan cas bagi sebatian ini. Sebagai contoh, jika sebatian adalah neutral, jumlah keadaan pengoksidaan semua atomnya mestilah sifar; jika sebatian itu ialah ion poliatomik dengan cas -1, jumlah keadaan pengoksidaan ialah -1, dan seterusnya.

   • Ini adalah kaedah pemeriksaan yang baik - jika jumlah keadaan pengoksidaan tidak sama dengan jumlah caj sebatian, maka anda salah di suatu tempat.

   Bahagian 2

   Menentukan keadaan pengoksidaan tanpa menggunakan hukum kimia

   1. Cari atom yang tidak mempunyai peraturan ketat mengenai keadaan pengoksidaan. Berhubung dengan beberapa unsur, tidak ada peraturan yang kukuh untuk mencari tahap pengoksidaan. Jika atom tidak berada di bawah mana-mana peraturan yang disenaraikan di atas, dan anda tidak mengetahui casnya (contohnya, atom adalah sebahagian daripada kompleks, dan casnya tidak ditunjukkan), anda boleh menentukan keadaan pengoksidaan atom melalui penyingkiran. Mula-mula, tentukan cas semua atom lain bagi sebatian, dan kemudian daripada jumlah cas sebatian yang diketahui, kirakan keadaan pengoksidaan atom ini.

      • Sebagai contoh, dalam sebatian Na 2 SO 4, cas atom sulfur (S) tidak diketahui - kita hanya tahu bahawa ia bukan sifar, kerana sulfur tidak berada dalam keadaan asas. Kompaun ini berfungsi sebagai contoh yang baik untuk menggambarkan kaedah algebra untuk menentukan keadaan pengoksidaan.

   2. Cari keadaan pengoksidaan bagi unsur-unsur lain dalam sebatian itu. Dengan menggunakan peraturan yang diterangkan di atas, tentukan keadaan pengoksidaan bagi baki atom sebatian. Jangan lupa tentang pengecualian kepada peraturan dalam kes O, H, dan seterusnya.

      • Untuk Na 2 SO 4 , menggunakan peraturan kami, kami mendapati bahawa cas (dan dengan itu keadaan pengoksidaan) ion Na ialah +1, dan bagi setiap atom oksigen ia adalah -2.

   3. Cari keadaan pengoksidaan yang tidak diketahui daripada cas sebatian itu. Kini anda mempunyai semua data untuk pengiraan mudah keadaan pengoksidaan yang diingini. Tuliskan persamaan, di sebelah kirinya akan terdapat jumlah nombor yang diperolehi dalam langkah pengiraan sebelumnya dan keadaan pengoksidaan yang tidak diketahui, dan di sebelah kanan - jumlah caj sebatian. Dalam kata lain, (Jumlah keadaan pengoksidaan yang diketahui) + (keadaan pengoksidaan yang dikehendaki) = (cas kompaun).

      • Dalam kes kami Na 2 SO 4 penyelesaiannya kelihatan seperti ini:
        • (Jumlah keadaan pengoksidaan yang diketahui) + (keadaan pengoksidaan yang dikehendaki) = (cas kompaun)
        • -6+S=0
        • S=0+6
        • S = 6. Dalam Na 2 SO 4, sulfur mempunyai keadaan pengoksidaan 6 .
   • Dalam sebatian, jumlah semua keadaan pengoksidaan mestilah sama dengan cas. Sebagai contoh, jika sebatian itu ialah ion diatomik, jumlah keadaan pengoksidaan atom mestilah sama dengan jumlah cas ionik.
   • Ia sangat berguna untuk dapat menggunakan jadual berkala Mendeleev dan mengetahui di mana unsur logam dan bukan logam terletak di dalamnya.
   • Keadaan pengoksidaan atom dalam bentuk asas sentiasa sifar. Keadaan pengoksidaan ion tunggal adalah sama dengan casnya. Unsur kumpulan 1A jadual berkala, seperti hidrogen, litium, natrium, dalam bentuk unsur mempunyai keadaan pengoksidaan +1; keadaan pengoksidaan logam kumpulan 2A, seperti magnesium dan kalsium, dalam bentuk unsurnya ialah +2. Oksigen dan hidrogen, bergantung kepada jenis ikatan kimia, boleh mempunyai 2 keadaan pengoksidaan yang berbeza.

Di sekolah, kimia masih merupakan salah satu mata pelajaran yang paling sukar, yang, kerana fakta bahawa ia menyembunyikan banyak kesukaran, menyebabkan pelajar (biasanya dalam tempoh 8 hingga 9 kelas) lebih benci dan tidak peduli untuk belajar daripada minat. Semua ini mengurangkan kualiti dan kuantiti pengetahuan mengenai subjek, walaupun banyak bidang masih memerlukan pakar dalam bidang ini. Ya, kadang-kadang terdapat saat-saat yang lebih sukar dan peraturan yang tidak dapat difahami dalam kimia daripada yang kelihatan. Salah satu soalan yang membimbangkan kebanyakan pelajar ialah apakah keadaan pengoksidaan dan bagaimana untuk menentukan keadaan pengoksidaan unsur.

Peraturan penting ialah peraturan penempatan, algoritma

Terdapat banyak perbincangan di sini tentang sebatian seperti oksida. Sebagai permulaan, setiap pelajar mesti belajar penentuan oksida- Ini adalah sebatian kompleks dua unsur, ia mengandungi oksigen. Oksida dikelaskan sebagai sebatian binari kerana oksigen berada di barisan kedua dalam algoritma. Apabila menentukan penunjuk, adalah penting untuk mengetahui peraturan penempatan dan mengira algoritma.

Algoritma untuk Asid Oksida

Keadaan pengoksidaan - ini adalah ungkapan berangka bagi valensi unsur. Sebagai contoh, oksida asid terbentuk mengikut algoritma tertentu: bukan logam atau logam didahulukan (valensinya biasanya dari 4 hingga 7), dan kemudian oksigen datang, seperti yang sepatutnya, kedua dalam urutan, valensinya adalah dua. Ia ditentukan dengan mudah - mengikut jadual berkala unsur kimia Mendeleev. Ia juga penting untuk mengetahui bahawa keadaan pengoksidaan unsur adalah penunjuk yang mencadangkan sama ada nombor positif atau negatif.

Pada permulaan algoritma, sebagai peraturan, bukan logam, dan keadaan pengoksidaannya adalah positif. Oksigen bukan logam dalam sebatian oksida mempunyai nilai yang stabil, iaitu -2. Untuk menentukan ketepatan susunan semua nilai, anda perlu mendarabkan semua nombor yang tersedia dengan indeks satu elemen tertentu, jika produk, dengan mengambil kira semua tolak dan tambah, ialah 0, maka susunan itu boleh dipercayai.

Susunan dalam asid yang mengandungi oksigen

Asid adalah bahan yang kompleks, ia dikaitkan dengan beberapa sisa berasid dan mengandungi satu atau lebih atom hidrogen. Di sini, untuk mengira tahap, kemahiran dalam matematik diperlukan, kerana penunjuk yang diperlukan untuk pengiraan adalah digital. Untuk hidrogen atau proton, ia sentiasa sama - +1. Ion oksigen negatif mempunyai keadaan pengoksidaan negatif -2.

Selepas menjalankan semua tindakan ini, anda boleh menentukan tahap pengoksidaan dan unsur pusat formula. Ungkapan untuk pengiraannya ialah formula dalam bentuk persamaan. Sebagai contoh, untuk asid sulfurik, persamaannya adalah dengan satu yang tidak diketahui.

Istilah asas dalam OVR

ORR ialah tindak balas pengurangan-pengoksidaan.

• Keadaan pengoksidaan mana-mana atom - mencirikan keupayaan atom ini untuk melekat atau memberi elektron kepada atom ion (atau atom) yang lain;
• Adalah lazim untuk menganggap sama ada atom bercas atau ion tidak bercas sebagai agen pengoksida;
• Agen penurunan dalam kes ini akan dikenakan ion atau, sebaliknya, atom tidak bercas yang kehilangan elektronnya dalam proses interaksi kimia;
• Pengoksidaan ialah pendermaan elektron.

Bagaimana untuk menyusun keadaan pengoksidaan dalam garam

Garam terdiri daripada satu logam dan satu atau lebih sisa asid. Prosedur penentuan adalah sama seperti dalam asid yang mengandungi asid.

Logam yang secara langsung membentuk garam terletak di subkumpulan utama, darjahnya akan sama dengan bilangan kumpulannya, iaitu, ia akan sentiasa kekal sebagai penunjuk positif yang stabil.

Sebagai contoh, pertimbangkan susunan keadaan pengoksidaan dalam natrium nitrat. Garam dibentuk menggunakan unsur subkumpulan utama kumpulan 1, masing-masing, keadaan pengoksidaan akan menjadi positif dan sama dengan satu. Dalam nitrat, oksigen mempunyai nilai yang sama - -2. Untuk mendapatkan nilai berangka, mula-mula satu persamaan dibuat dengan satu yang tidak diketahui, dengan mengambil kira semua tolak dan tambah nilai: +1+X-6=0. Dengan menyelesaikan persamaan, anda boleh sampai kepada fakta bahawa penunjuk berangka adalah positif dan sama dengan + 5. Ini adalah penunjuk nitrogen. Kunci penting untuk mengira tahap pengoksidaan - jadual.

Peraturan susunan dalam oksida asas

• Oksida logam biasa dalam mana-mana sebatian mempunyai indeks pengoksidaan yang stabil, ia sentiasa tidak lebih daripada +1, atau dalam kes lain +2;
• Penunjuk digital logam dikira menggunakan jadual berkala. Jika elemen terkandung dalam subkumpulan utama kumpulan 1, maka nilainya ialah +1;
• Nilai oksida, dengan mengambil kira indeksnya, selepas pendaraban, dijumlahkan hendaklah sama dengan sifar, kerana molekul di dalamnya adalah neutral, zarah tanpa cas;
• Logam subkumpulan utama kumpulan 2 juga mempunyai penunjuk positif yang stabil, iaitu +2.

Dalam banyak buku teks dan manual sekolah, mereka mengajar cara menulis formula untuk valens, walaupun untuk sebatian dengan ikatan ionik. Untuk memudahkan prosedur untuk menyusun formula, ini, pada pendapat kami, boleh diterima. Tetapi anda perlu memahami bahawa ini tidak sepenuhnya betul kerana sebab-sebab di atas.

Konsep yang lebih universal ialah konsep tahap pengoksidaan. Dengan nilai keadaan pengoksidaan atom, serta dengan nilai valens, formula kimia boleh disusun dan unit formula boleh ditulis.

Keadaan pengoksidaan ialah cas 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 ikatan. Atom dengan elektronegativiti yang lebih tinggi mempunyai keadaan pengoksidaan negatif, manakala atom dengan elektronegativiti yang lebih rendah mempunyai keadaan positif.

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

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

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

Ikatan O-H polar kovalen ditunjukkan dalam warna biru.

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

*Dalam itucontoh, anak panah berfungsi untuk menggambarkan pemindahan lengkap elektron, dan bukan untuk menggambarkan kesan induktif.

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

Dua anak panah diarahkan ke atom oksigen, yang bermaksud bahawa dua elektron berpindah ke atom oksigen: 0 + (-2) = -2. Atom oksigen mempunyai cas -2. Ini ialah tahap pengoksidaan oksigen dalam molekul air.

Satu elektron meninggalkan setiap atom hidrogen: 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 ialah: +1(2) + (-2) = 0. Molekul ialah zarah neutral elektrik.

Jika kita mengira keadaan pengoksidaan dalam ion, maka jumlah keadaan pengoksidaan, masing-masing, adalah 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 adalah 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 di mana sebatian mempunyai ikatan bercampur: Na 2 SO 4 . Ikatan antara anion sulfat dan kation natrium adalah ion, ikatan antara atom sulfur dan atom oksigen dalam ion sulfat adalah polar kovalen. Kami menulis formula grafik untuk natrium sulfat, dan anak panah menunjukkan arah peralihan elektron.

*Formula struktur mencerminkan susunan ikatan kovalen dalam zarah (molekul, ion, radikal). Formula struktur digunakan hanya untuk zarah dengan ikatan kovalen. Bagi zarah dengan ikatan ionik, konsep formula struktur tidak bermakna. Jika terdapat ikatan ion dalam zarah, 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 jambatan menerima dua elektron setiap satu, keadaan pengoksidaannya ialah -2.

Ia juga mungkin untuk menentukan tahap pengoksidaan oleh formula grafik struktur, di mana sempang menunjukkan ikatan kovalen, dan ion menunjukkan cas.

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 ialah -2.

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

Mari kita tentukan keadaan pengoksidaan unsur-unsur dalam kalium superoksida (superoksida). Untuk melakukan ini, kami akan membuat formula grafik untuk kalium superoksida, kami akan menunjukkan pengagihan semula elektron dengan anak panah. Ikatan O-O adalah kovalen bukan kutub, jadi 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 dalam formula bertentangan dengan kalium ialah -1. Keadaan pengoksidaan atom oksigen kedua ialah 0.

Dengan cara yang sama, adalah mungkin untuk menentukan tahap pengoksidaan oleh formula struktur-grafik.

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 keadaan pengoksidaan yang berbeza, kita boleh mengira aritmetik min keadaan pengoksidaan oksigen.

Ia akan sama dengan / 2 \u003d - 1/2 \u003d -0.5.

Nilai 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 terdapat 6 elektron valens dalam atomnya. Bayangkan bahawa ikatan dalam molekul air adalah ionik, di mana atom oksigen akan menerima oktet elektron.

Keadaan pengoksidaan oksigen masing-masing sama dengan: 6 - 8 \u003d -2.

Dan atom hidrogen: 1 - 0 = +1

Keupayaan untuk menentukan tahap pengoksidaan menggunakan formula grafik adalah tidak ternilai untuk memahami intipati konsep ini, kerana kemahiran ini akan diperlukan dalam kursus kimia organik. Jika kita berurusan dengan bahan bukan organik, maka adalah perlu untuk menentukan tahap pengoksidaan oleh formula molekul dan unit formula.

Untuk melakukan ini, pertama sekali, anda perlu memahami bahawa keadaan pengoksidaan adalah malar dan berubah-ubah. Unsur-unsur yang mempamerkan keadaan pengoksidaan malar mesti dihafal.

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

Keadaan pengoksidaan terendah ialah cas yang diperolehi oleh atom hasil daripada menerima bilangan maksimum elektron pada lapisan elektron luar.

Memandangkan perkara ini, keadaan pengoksidaan terendah adalah negatif, dengan pengecualian logam, yang atomnya tidak pernah mengambil 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 kepada oktet.

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

Keelektronegatifan, seperti sifat atom unsur kimia yang lain, berubah secara berkala dengan peningkatan nombor ordinal unsur:

Graf di atas menunjukkan keberkalaan perubahan dalam keelektronegatifan unsur-unsur subkumpulan utama, bergantung pada nombor ordinal unsur tersebut.

Apabila bergerak ke bawah subkumpulan jadual berkala, keelektronegatifan unsur kimia berkurangan, apabila bergerak ke kanan sepanjang tempoh, ia meningkat.

Keelektronegatifan mencerminkan bukan logam unsur: semakin tinggi nilai elektronegativiti, lebih banyak sifat bukan logam dinyatakan dalam unsur.

Keadaan pengoksidaan

Bagaimana untuk mengira keadaan pengoksidaan unsur dalam sebatian?

1) Keadaan pengoksidaan unsur kimia dalam bahan ringkas sentiasa sifar.

2) Terdapat unsur yang menunjukkan keadaan pengoksidaan yang berterusan dalam bahan kompleks:

3) Terdapat unsur kimia yang mempamerkan keadaan pengoksidaan yang berterusan dalam sebahagian besar sebatian. Elemen ini termasuk:

unsur	Keadaan pengoksidaan dalam hampir semua sebatian	Pengecualian
hidrogen H	+1	Hidrida logam alkali dan alkali tanah, contohnya:
oksigen O	-2	Hidrogen dan logam peroksida: Oksigen fluorida -

4) Jumlah algebra bagi keadaan pengoksidaan semua atom dalam molekul sentiasa sifar. Jumlah algebra bagi keadaan pengoksidaan semua atom dalam ion adalah sama dengan cas ion itu.

5) Keadaan pengoksidaan (maksimum) tertinggi adalah sama dengan nombor kumpulan. Pengecualian yang tidak termasuk dalam peraturan ini ialah unsur subkumpulan sekunder kumpulan I, unsur subkumpulan sekunder kumpulan VIII, serta oksigen dan fluorin.

Unsur kimia yang nombor kumpulannya tidak sepadan dengan keadaan pengoksidaan tertingginya (wajib dihafal)

6) Keadaan pengoksidaan terendah logam sentiasa sifar, dan keadaan pengoksidaan terendah bukan logam dikira dengan formula:

keadaan pengoksidaan terendah bagi bukan logam = nombor kumpulan - 8

Berdasarkan peraturan yang dibentangkan di atas, adalah mungkin untuk mewujudkan tahap pengoksidaan unsur kimia dalam sebarang bahan.

Mencari keadaan pengoksidaan unsur dalam pelbagai sebatian

Contoh 1

Tentukan keadaan pengoksidaan semua unsur dalam asid sulfurik.

Penyelesaian:

Mari kita tulis formula untuk asid sulfurik:

Keadaan pengoksidaan hidrogen dalam semua bahan kompleks ialah +1 (kecuali hidrida logam).

Keadaan pengoksidaan oksigen dalam semua bahan kompleks ialah -2 (kecuali peroksida dan oksigen fluorida OF 2). Mari kita susun keadaan pengoksidaan yang diketahui:

Mari kita nyatakan keadaan pengoksidaan sulfur sebagai x:

Molekul asid sulfurik, seperti molekul mana-mana bahan, secara amnya neutral secara elektrik, kerana. jumlah keadaan pengoksidaan semua atom dalam molekul ialah sifar. Secara skematik, ini boleh digambarkan seperti berikut:

Itu. kami mendapat persamaan berikut:

Mari selesaikan:

Oleh itu, keadaan pengoksidaan sulfur dalam asid sulfurik ialah +6.

Contoh 2

Tentukan keadaan pengoksidaan semua unsur dalam ammonium dikromat.

Penyelesaian:

Mari kita tulis formula ammonium dikromat:

Seperti dalam kes sebelumnya, kita boleh mengatur keadaan pengoksidaan hidrogen dan oksigen:

Walau bagaimanapun, kita melihat bahawa keadaan pengoksidaan dua unsur kimia sekaligus, nitrogen dan kromium, tidak diketahui. Oleh itu, kita tidak boleh mencari keadaan pengoksidaan dengan cara yang sama seperti dalam contoh sebelumnya (satu persamaan dengan dua pembolehubah tidak mempunyai penyelesaian yang unik).

Marilah kita perhatikan fakta bahawa bahan yang ditunjukkan tergolong dalam kelas garam dan, dengan itu, mempunyai struktur ionik. Maka kita boleh mengatakan dengan betul bahawa komposisi ammonium dikromat termasuk NH 4 + kation (cas kation ini boleh dilihat dalam jadual keterlarutan). Oleh itu, oleh kerana terdapat dua kation NH 4 + bercas tunggal positif dalam unit formula ammonium dikromat, cas ion dikromat ialah -2, kerana bahan secara keseluruhannya neutral secara elektrik. Itu. bahan itu dibentuk oleh NH 4 + kation dan Cr 2 O 7 2- anion.

Kita tahu keadaan pengoksidaan hidrogen dan oksigen. Mengetahui bahawa jumlah keadaan pengoksidaan atom semua unsur dalam ion adalah sama dengan cas, dan menandakan keadaan pengoksidaan nitrogen dan kromium sebagai x Dan y dengan itu, kita boleh menulis:

Itu. kita mendapat dua persamaan bebas:

Menyelesaikan yang mana, kita dapati x Dan y:

Oleh itu, dalam ammonium dikromat, keadaan pengoksidaan nitrogen ialah -3, hidrogen +1, kromium +6, dan oksigen -2.

Cara menentukan keadaan pengoksidaan unsur dalam bahan organik boleh dibaca.

Valence

Valensi atom ditunjukkan oleh angka Rom: I, II, III, dll.

Kemungkinan valens atom bergantung pada kuantiti:

1) elektron tidak berpasangan

2) pasangan elektron yang tidak dikongsi dalam orbital tahap valens

3) orbital elektron kosong tahap valens

Kemungkinan valensi atom hidrogen

Mari kita gambarkan formula grafik elektronik atom hidrogen:

Dikatakan bahawa tiga faktor boleh mempengaruhi kemungkinan valensi - kehadiran elektron tidak berpasangan, kehadiran pasangan elektron tidak dikongsi di peringkat luar, dan kehadiran orbital kosong (kosong) pada tahap luar. Kami melihat satu elektron tidak berpasangan dalam tahap tenaga luar (dan sahaja). Berdasarkan ini, hidrogen betul-betul boleh mempunyai valensi sama dengan I. Walau bagaimanapun, pada tahap tenaga pertama hanya terdapat satu sublevel - s, mereka. atom hidrogen di peringkat luar tidak mempunyai pasangan elektron yang tidak dikongsi atau orbital kosong.

Oleh itu, satu-satunya valensi yang boleh ditunjukkan oleh atom hidrogen ialah I.

Kemungkinan valensi atom karbon

Pertimbangkan struktur elektronik atom karbon. Dalam keadaan dasar, konfigurasi elektronik paras luarnya adalah seperti berikut:

Itu. Dalam keadaan dasar, aras tenaga luar bagi atom karbon yang tidak teruja mengandungi 2 elektron tidak berpasangan. Dalam keadaan ini, ia boleh mempamerkan valensi sama dengan II. Walau bagaimanapun, atom karbon sangat mudah masuk ke dalam keadaan teruja apabila tenaga diberikan kepadanya, dan konfigurasi elektronik lapisan luar dalam kes ini mengambil bentuk:

Walaupun beberapa tenaga dibelanjakan dalam proses pengujaan atom karbon, perbelanjaan itu lebih daripada dikompensasikan oleh pembentukan empat ikatan kovalen. Atas sebab ini, valens IV adalah lebih ciri atom karbon. Jadi, sebagai contoh, karbon mempunyai valensi IV dalam molekul karbon dioksida, asid karbonik dan semua bahan organik.

Sebagai tambahan kepada elektron tidak berpasangan dan pasangan elektron tunggal, kehadiran orbital kosong () pada aras valens juga mempengaruhi kemungkinan valens. Kehadiran orbital sedemikian dalam tahap terisi membawa kepada fakta bahawa atom boleh bertindak sebagai penerima pasangan elektron, i.e. membentuk ikatan kovalen tambahan oleh mekanisme penderma-penerima. Jadi, sebagai contoh, bertentangan dengan jangkaan, dalam molekul karbon monoksida CO, ikatan tidak dua kali ganda, tetapi tiga kali ganda, yang jelas ditunjukkan dalam ilustrasi berikut:

Kemungkinan valensi atom nitrogen

Mari kita tuliskan formula grafik elektron bagi tahap tenaga luaran atom nitrogen:

Seperti yang dapat dilihat daripada ilustrasi di atas, atom nitrogen dalam keadaan normalnya mempunyai 3 elektron tidak berpasangan, dan oleh itu adalah logik untuk mengandaikan bahawa ia boleh mempamerkan valensi yang sama dengan III. Malah, valensi tiga diperhatikan dalam molekul ammonia (NH 3), asid nitrus (HNO 2), nitrogen triklorida (NCl 3), dll.

Dikatakan di atas bahawa valensi atom unsur kimia bergantung bukan sahaja pada bilangan elektron yang tidak berpasangan, tetapi juga pada kehadiran pasangan elektron yang tidak dikongsi. Ini disebabkan oleh fakta bahawa ikatan kimia kovalen boleh terbentuk bukan sahaja apabila dua atom membekalkan satu sama lain dengan satu elektron setiap satu, tetapi juga apabila satu atom yang mempunyai pasangan elektron yang tidak dikongsi - penderma () membekalkannya kepada atom lain yang kosong. () aras valens orbital (penerima). Itu. untuk atom nitrogen, valensi IV juga mungkin disebabkan oleh ikatan kovalen tambahan yang dibentuk oleh mekanisme penerima-penderma. Jadi, sebagai contoh, empat ikatan kovalen, salah satunya dibentuk oleh mekanisme penerima-penderma, diperhatikan semasa pembentukan kation ammonium:

Walaupun fakta bahawa salah satu ikatan kovalen dibentuk oleh mekanisme penerima-penderma, semua ikatan N-H dalam kation ammonium adalah sama sekali dan tidak berbeza antara satu sama lain.

Valensi sama dengan V, atom nitrogen tidak dapat ditunjukkan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa peralihan kepada keadaan teruja adalah mustahil untuk atom nitrogen, di mana pasangan dua elektron berlaku dengan peralihan salah satu daripadanya ke orbital bebas, yang merupakan tahap tenaga yang paling hampir. Atom nitrogen tidak mempunyai d-sublevel, dan peralihan kepada orbital 3s secara bertenaga begitu mahal sehingga kos tenaga tidak dilindungi oleh pembentukan ikatan baru. Mungkin ramai yang tertanya-tanya, apakah valensi nitrogen, contohnya, dalam molekul asid nitrik HNO 3 atau oksida nitrik N 2 O 5? Anehnya, valensi di sana juga IV, seperti yang dapat dilihat dari formula struktur berikut:

Garis putus-putus dalam ilustrasi menunjukkan apa yang dipanggil dinyahlokasi π -sambungan. Atas sebab ini, NO bon terminal boleh dipanggil "satu setengah". Ikatan satu setengah yang serupa juga terdapat dalam molekul ozon O 3 , benzena C 6 H 6 , dsb.

Kemungkinan valensi fosforus

Mari kita gambarkan formula grafik elektron bagi tahap tenaga luaran atom fosforus:

Seperti yang dapat kita lihat, struktur lapisan luar atom fosforus dalam keadaan dasar dan atom nitrogen adalah sama, dan oleh itu adalah logik untuk mengharapkan untuk atom fosforus, serta untuk atom nitrogen, kemungkinan valens yang sama. kepada I, II, III dan IV, yang diperhatikan dalam amalan.

Walau bagaimanapun, tidak seperti nitrogen, atom fosforus juga mempunyai d-sublevel dengan 5 orbital kosong.

Dalam hal ini, ia dapat melepasi ke dalam keadaan teruja, mengukus elektron 3 s-orbital:

Oleh itu, valensi V untuk atom fosforus, yang tidak boleh diakses oleh nitrogen, adalah mungkin. Jadi, sebagai contoh, atom fosforus mempunyai valensi lima dalam molekul sebatian seperti asid fosforik, fosforus (V) halida, fosforus (V) oksida, dll.

Kemungkinan valensi atom oksigen

Formula grafik elektron bagi tahap tenaga luaran atom oksigen mempunyai bentuk:

Kami melihat dua elektron tidak berpasangan pada tahap ke-2, dan oleh itu valens II adalah mungkin untuk oksigen. Perlu diingatkan bahawa valensi atom oksigen ini diperhatikan dalam hampir semua sebatian. Di atas, apabila mempertimbangkan kemungkinan valens atom karbon, kami membincangkan pembentukan molekul karbon monoksida. Ikatan dalam molekul CO adalah tiga kali ganda, oleh itu, oksigen adalah trivalen di sana (oksigen ialah penderma pasangan elektron).

Kerana fakta bahawa atom oksigen tidak mempunyai tahap luaran d-subperingkat, kehilangan daya elektron s Dan p- orbital adalah mustahil, itulah sebabnya keupayaan valens atom oksigen adalah terhad berbanding unsur lain subkumpulannya, contohnya, sulfur.

Kemungkinan valensi atom sulfur

Tahap tenaga luaran atom sulfur dalam keadaan tidak teruja:

Atom sulfur, seperti atom oksigen, mempunyai dua elektron tidak berpasangan dalam keadaan normalnya, jadi kita boleh membuat kesimpulan bahawa valensi dua adalah mungkin untuk sulfur. Sesungguhnya, sulfur mempunyai valensi II, contohnya, dalam molekul hidrogen sulfida H 2 S.

Seperti yang dapat kita lihat, atom sulfur di peringkat luar mempunyai d sublevel dengan orbital kosong. Atas sebab ini, atom sulfur dapat mengembangkan keupayaan valensnya, tidak seperti oksigen, disebabkan oleh peralihan kepada keadaan teruja. Jadi, apabila menyahpasang pasangan elektron tunggal 3 hlm- sublevel, atom sulfur memperoleh konfigurasi elektronik paras luar dalam bentuk berikut:

Dalam keadaan ini, atom sulfur mempunyai 4 elektron tidak berpasangan, yang memberitahu kita tentang kemungkinan atom sulfur menunjukkan valensi sama dengan IV. Sesungguhnya, sulfur mempunyai valensi IV dalam molekul SO 2, SF 4, SOCl 2, dll.

Apabila menyahpasang pasangan elektron tunggal kedua yang terletak pada 3 s- sublevel, tahap tenaga luaran memperoleh konfigurasi berikut:

Dalam keadaan sedemikian, manifestasi valensi VI sudah menjadi mungkin. Contoh sebatian dengan sulfur VI-valent ialah SO 3 , H 2 SO 4 , SO 2 Cl 2 dsb.

Begitu juga, kita boleh mempertimbangkan kemungkinan valens unsur kimia lain.

Darjah pengoksidaan unsur. Bagaimana untuk mencari keadaan pengoksidaan?

1) Dalam bahan ringkas, keadaan pengoksidaan mana-mana unsur ialah 0. Contoh: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Adalah perlu untuk mengingati unsur-unsur yang dicirikan oleh keadaan pengoksidaan yang berterusan. Kesemuanya disenaraikan dalam jadual.

3) Pencarian untuk keadaan pengoksidaan unsur-unsur yang tinggal adalah berdasarkan peraturan mudah:

Dalam molekul neutral, jumlah keadaan pengoksidaan semua unsur adalah sama dengan sifar, dan dalam ion - caj ion.

Pertimbangkan penggunaan peraturan ini pada contoh mudah.

Contoh 1. Ia adalah perlu untuk mencari keadaan pengoksidaan unsur dalam ammonia (NH 3).

Penyelesaian. Kita sudah tahu (lihat 2) bahawa Seni. OKEY. hidrogen ialah +1. Ia kekal untuk mencari ciri ini untuk nitrogen. Biarkan x ialah keadaan pengoksidaan yang dikehendaki. Kami menyusun persamaan paling mudah: x + 3 * (+1) \u003d 0. Penyelesaiannya jelas: x \u003d -3. Jawapan: N -3 H 3 +1.

Contoh 2. Nyatakan keadaan pengoksidaan semua atom dalam molekul H 2 SO 4.

Penyelesaian. Keadaan pengoksidaan hidrogen dan oksigen sudah diketahui: H(+1) dan O(-2). Kami menyusun persamaan untuk menentukan tahap pengoksidaan sulfur: 2*(+1) + x + 4*(-2) = 0. Menyelesaikan persamaan ini, kita dapati: x = +6. Jawapan: H +1 2 S +6 O -2 4 .

Contoh 3. Kirakan keadaan pengoksidaan semua unsur dalam molekul Al(NO 3) 3.

Penyelesaian. Algoritma kekal tidak berubah. Komposisi "molekul" aluminium nitrat termasuk satu atom Al (+3), 9 atom oksigen (-2) dan 3 atom nitrogen, keadaan pengoksidaan yang perlu kita kira. Persamaan sepadan: 1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0. Jawapan: Al +3 (N +5 O -2 3) 3 .

Contoh 4. Tentukan keadaan pengoksidaan semua atom dalam (AsO 4) 3- ion.

Penyelesaian. Dalam kes ini, jumlah keadaan pengoksidaan tidak lagi akan sama dengan sifar, tetapi dengan cas ion, iaitu, -3. Persamaan: x + 4*(-2) = -3. Jawapan: As(+5), O(-2).

Adakah mungkin untuk menentukan keadaan pengoksidaan beberapa unsur sekaligus menggunakan persamaan yang serupa? Jika kita menganggap masalah ini dari sudut matematik, jawapannya akan menjadi negatif. Persamaan linear dengan dua pembolehubah tidak boleh mempunyai penyelesaian yang unik. Tetapi kita bukan hanya menyelesaikan persamaan!

Contoh 5. Tentukan keadaan pengoksidaan semua unsur dalam (NH 4) 2 SO 4.

Penyelesaian. Keadaan pengoksidaan hidrogen dan oksigen diketahui, tetapi sulfur dan nitrogen tidak. Contoh klasik masalah dengan dua perkara yang tidak diketahui! Kami akan menganggap ammonium sulfat bukan sebagai "molekul" tunggal, tetapi sebagai gabungan dua ion: NH 4 + dan SO 4 2-. Kita tahu cas ion, setiap satunya mengandungi hanya satu atom dengan tahap pengoksidaan yang tidak diketahui. Menggunakan pengalaman yang diperoleh dalam menyelesaikan masalah sebelumnya, kita boleh mencari keadaan pengoksidaan nitrogen dan sulfur dengan mudah. Jawapan: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Kesimpulan: jika molekul mengandungi beberapa atom dengan keadaan pengoksidaan yang tidak diketahui, cuba "pecahkan" molekul kepada beberapa bahagian.

Contoh 6. Nyatakan keadaan pengoksidaan semua unsur dalam CH 3 CH 2 OH.

Penyelesaian. Mencari keadaan pengoksidaan dalam sebatian organik mempunyai spesifiknya sendiri. Khususnya, adalah perlu untuk mencari secara berasingan keadaan pengoksidaan bagi setiap atom karbon. Anda boleh membuat alasan seperti berikut. Pertimbangkan, sebagai contoh, atom karbon dalam kumpulan metil. Atom C ini disambungkan kepada 3 atom hidrogen dan atom karbon bersebelahan. Pada ikatan C-H, ketumpatan elektron beralih ke arah atom karbon (kerana keelektronegatifan C melebihi EO hidrogen). Jika anjakan ini selesai, atom karbon akan memperoleh cas -3.

Atom C dalam kumpulan -CH 2 OH terikat kepada dua atom hidrogen (anjakan ketumpatan elektron ke arah C), satu atom oksigen (anjakan ketumpatan elektron ke arah O) dan satu atom karbon (kita boleh mengandaikan bahawa peralihan ketumpatan elektron dalam ini. kes tidak berlaku). Keadaan pengoksidaan karbon ialah -2 +1 +0 = -1.

Jawapan: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.

Hak Cipta Repetitor2000.ru, 2000-2015