กำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอม ความจุขององค์ประกอบทางเคมี

การเตรียมเคมีสำหรับ ZNO และ DPA
ฉบับสมบูรณ์

ส่วนและ

เคมีทั่วไป

พันธะเคมีและโครงสร้างของสาร

สถานะออกซิเดชัน

สถานะออกซิเดชันคือประจุตามเงื่อนไขของอะตอมในโมเลกุลหรือคริสตัลที่เกิดขึ้นเมื่อพันธะมีขั้วทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยธรรมชาติเป็นไอออนิก

สถานะออกซิเดชันสามารถเป็นบวก ลบ หรือศูนย์ ซึ่งแตกต่างจากวาเลนซี ในสารประกอบไอออนิกอย่างง่าย สถานะออกซิเดชันจะเกิดขึ้นพร้อมกับประจุของไอออน ตัวอย่างเช่นในโซเดียมคลอไรด์ NaCl (นา + Cl - ) โซเดียมมีสถานะออกซิเดชันที่ +1 และคลอรีน -1 ในแคลเซียมออกไซด์ CaO (Ca +2 O -2) แคลเซียมมีสถานะออกซิเดชันที่ +2 และออกซิเจน - -2 กฎนี้ใช้กับออกไซด์พื้นฐานทั้งหมด: สถานะออกซิเดชันของธาตุโลหะเท่ากับประจุของไอออนโลหะ (โซเดียม +1, แบเรียม +2, อะลูมิเนียม +3) และสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2 ระดับของการเกิดออกซิเดชันจะแสดงด้วยตัวเลขอารบิกซึ่งอยู่เหนือสัญลักษณ์ของธาตุ เช่น วาเลนซ์ และก่อนอื่นให้ระบุเครื่องหมายของประจุ จากนั้นตามด้วยค่าตัวเลข:

หากโมดูลของสถานะออกซิเดชันมีค่าเท่ากับ 1 คุณสามารถตัดหมายเลข "1" ออกได้และสามารถเขียนได้เฉพาะเครื่องหมาย:นา + คลอ - .

สถานะออกซิเดชันและความจุเป็นแนวคิดที่เกี่ยวข้องกัน ในสารประกอบหลายชนิด ค่าสัมบูรณ์ของสถานะออกซิเดชันของธาตุจะสอดคล้องกับความจุของธาตุ อย่างไรก็ตาม มีหลายกรณีที่วาเลนซ์แตกต่างจากสถานะออกซิเดชัน

ในสารธรรมดา - อโลหะมีพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วคู่อิเล็กตรอนร่วมจะถูกเลื่อนไปยังอะตอมตัวใดตัวหนึ่งดังนั้นระดับของการเกิดออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารอย่างง่ายจึงเป็นศูนย์เสมอ แต่อะตอมเชื่อมต่อกัน นั่นคือ พวกมันแสดงวาเลนซ์บางอย่าง เช่น ในออกซิเจน วาเลนซ์ของออกซิเจนคือ II และในไนโตรเจน วาเลนซ์ของไนโตรเจนคือ III:

ในโมเลกุลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ความจุของออกซิเจนคือ II และไฮโดรเจนคือ I:

คำจำกัดความขององศาที่เป็นไปได้ ออกซิเดชันของธาตุ

สถานะออกซิเดชันซึ่งองค์ประกอบสามารถแสดงในสารประกอบต่างๆ ในกรณีส่วนใหญ่สามารถกำหนดได้จากโครงสร้างของระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกหรือโดยตำแหน่งขององค์ประกอบในระบบธาตุ

อะตอมของธาตุโลหะสามารถให้อิเล็กตรอนได้เท่านั้น ดังนั้นในสารประกอบจึงแสดงสถานะออกซิเดชันในเชิงบวก ค่าสัมบูรณ์ในหลายกรณี (ยกเว้นง -ธาตุ) เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในระดับชั้นนอก นั่นคือ หมายเลขหมู่ในระบบธาตุ อะตอมง - ธาตุต่างๆ ยังสามารถบริจาคอิเล็กตรอนจากระดับด้านหน้าได้ เช่น จากส่วนที่ไม่เต็มง -วงโคจร ดังนั้นสำหรับง - องค์ประกอบ การตรวจสอบสถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ทั้งหมดนั้นยากกว่ามากเอส- และ p-องค์ประกอบ มันปลอดภัยที่จะบอกว่าคนส่วนใหญ่ง - ธาตุต่างๆ แสดงสถานะออกซิเดชันที่ +2 เนื่องจากอิเล็กตรอนในระดับอิเล็กทรอนิกภายนอก และสถานะออกซิเดชันสูงสุดในกรณีส่วนใหญ่จะเท่ากับหมายเลขหมู่

อะตอมของธาตุอโลหะสามารถแสดงสถานะออกซิเดชันได้ทั้งเชิงบวกและเชิงลบ ขึ้นอยู่กับว่าอะตอมของธาตุใดสร้างพันธะด้วย หากองค์ประกอบมีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่า แสดงว่ามีสถานะออกซิเดชันเป็นลบ และถ้าอิเล็กโทรเนกาติตีน้อยกว่า - เป็นบวก

ค่าสัมบูรณ์ของสถานะออกซิเดชันของธาตุที่ไม่ใช่โลหะสามารถกำหนดได้จากโครงสร้างของชั้นอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก อะตอมสามารถรับอิเล็กตรอนได้มากถึง 8 อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับชั้นนอก: ธาตุอโลหะในกลุ่ม VII รับอิเล็กตรอนหนึ่งตัวและแสดงสถานะออกซิเดชันเป็น -1, กลุ่ม VI - อิเล็กตรอนสองตัวและแสดงสถานะออกซิเดชันเป็น - 2 เป็นต้น

ธาตุอโลหะมีความสามารถในการปล่อยอิเล็กตรอนในจำนวนที่แตกต่างกัน: มากที่สุดเท่าที่จะอยู่ในระดับพลังงานภายนอก กล่าวอีกนัยหนึ่ง สถานะออกซิเดชันสูงสุดของธาตุอโลหะจะเท่ากับเลขหมู่ เนื่องจากการสปูลอิเล็กตรอนในระดับชั้นนอกของอะตอม จำนวนของอิเล็กตรอนคู่ที่อะตอมสามารถบริจาคได้ในปฏิกิริยาเคมีจึงแตกต่างกันไป ดังนั้นธาตุที่ไม่ใช่โลหะจึงสามารถแสดงสถานะออกซิเดชันขั้นกลางต่างๆ ได้

สถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ s - และ p-องค์ประกอบ

พี.เอส.กรุ๊ป
สถานะออกซิเดชันสูงสุด
สถานะออกซิเดชันระดับกลาง
สถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่า

การหาสถานะออกซิเดชันในสารประกอบ

โมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้าใดๆ ดังนั้น ผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมของธาตุทั้งหมดต้องเป็นศูนย์ ให้เรากำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันในกำมะถัน(I V) ออกไซด์ SO 2 เทาฟอสฟอรัส (V) ซัลไฟด์ P 2 S 5.

ซัลเฟอร์ (และ V) ออกไซด์ SO 2 เกิดจากอะตอมของธาตุสองชนิด ในจำนวนนี้ ออกซิเจนมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากที่สุด ดังนั้นอะตอมของออกซิเจนจะมีสถานะออกซิเดชันเป็นลบ สำหรับออกซิเจนคือ -2 ในกรณีนี้ ซัลเฟอร์มีสถานะออกซิเดชันเป็นบวก ในสารประกอบต่างๆ ซัลเฟอร์สามารถแสดงสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกัน ดังนั้นในกรณีนี้จึงต้องคำนวณ ในโมเลกุล SO2 ออกซิเจน 2 อะตอมที่มีสถานะออกซิเดชัน -2 ดังนั้นประจุรวมของอะตอมออกซิเจนคือ -4 เพื่อให้โมเลกุลเป็นกลางทางไฟฟ้า อะตอมของซัลเฟอร์จะต้องทำให้ประจุของอะตอมออกซิเจนทั้งสองเป็นกลางอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของซัลเฟอร์คือ +4:

ในโมเลกุลของฟอสฟอรัส V) ซัลไฟด์ P 2 S 5 องค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่าคือซัลเฟอร์ นั่นคือมันแสดงสถานะออกซิเดชันที่เป็นลบ และฟอสฟอรัสเป็นสถานะที่เป็นบวก สำหรับซัลเฟอร์ สถานะออกซิเดชันที่เป็นลบจะมีเพียง 2 เท่านั้น เมื่อรวมกันแล้ว อะตอมของซัลเฟอร์ 5 อะตอมจะมีประจุลบเท่ากับ -10 ดังนั้นฟอสฟอรัส 2 อะตอมจึงต้องทำให้ประจุนี้เป็นกลางโดยมีประจุรวมเป็น +10 เนื่องจากมีฟอสฟอรัสสองอะตอมในโมเลกุล แต่ละอะตอมต้องมีสถานะออกซิเดชันที่ +5:

การคำนวณระดับของการเกิดออกซิเดชันในสารประกอบที่ไม่ใช่เลขฐานสอง - เกลือ เบส และกรดทำได้ยากขึ้น แต่สำหรับสิ่งนี้ เราควรใช้หลักการของความเป็นกลางทางไฟฟ้า และจำไว้ว่าในสารประกอบส่วนใหญ่ สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2, ไฮโดรเจน +1

พิจารณาสิ่งนี้โดยใช้ตัวอย่างโพแทสเซียมซัลเฟต K2SO4. สถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมในสารประกอบสามารถเป็น +1 และออกซิเจน -2 เท่านั้น:

จากหลักการของความเป็นกลางทางไฟฟ้า เราคำนวณสถานะออกซิเดชันของซัลเฟอร์:

2(+1) + 1(x) + 4(-2) = 0 ดังนั้น x = +6

เมื่อพิจารณาสถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบ ควรปฏิบัติตามกฎต่อไปนี้:

1. สถานะออกซิเดชันของธาตุในสารอย่างง่ายมีค่าเป็นศูนย์

2. ฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีประจุไฟฟ้าลบมากที่สุด ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของฟลูออรีนในสารประกอบทั้งหมดจึงเท่ากับ -1

3. ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่มีประจุไฟฟ้าลบมากที่สุดรองจากฟลูออรีน ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในสารประกอบทั้งหมด ยกเว้นฟลูออไรด์ จะเป็นลบ: ในกรณีส่วนใหญ่คือ -2 และในเปอร์ออกไซด์ - -1

4. สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนในสารประกอบส่วนใหญ่เป็น +1 และในสารประกอบที่มีองค์ประกอบเป็นโลหะ (ไฮไดรด์) -1

5. สถานะออกซิเดชันของโลหะในสารประกอบเป็นบวกเสมอ

6. ธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่าจะมีสถานะออกซิเดชันเป็นลบเสมอ

7. ผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุลเป็นศูนย์

เมื่อศึกษาพันธะเคมีที่มีขั้วเป็นไอออนิกและโควาเลนต์ คุณจะคุ้นเคยกับสารเชิงซ้อนที่ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีสององค์ประกอบ สารดังกล่าวเรียกว่าคู่คู่ (จากภาษาละติน bi - "สอง") หรือสององค์ประกอบ

ให้เราระลึกถึงสารประกอบไบนารีทั่วไปที่เราอ้างถึงเป็นตัวอย่างในการพิจารณากลไกการก่อตัวของพันธะเคมีที่มีขั้วเป็นไอออนิกและโควาเลนต์: NaHl - โซเดียมคลอไรด์และ HCl - ไฮโดรเจนคลอไรด์ ในกรณีแรก พันธะเป็นไอออนิก: อะตอมของโซเดียมถ่ายโอนอิเล็กตรอนรอบนอกไปยังอะตอมของคลอรีนและกลายเป็นไอออนที่มีประจุ -1 และอะตอมของคลอรีนก็รับอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออนที่มีประจุ -1 แผนผัง กระบวนการของการเปลี่ยนแปลงของอะตอมเป็นไอออนสามารถอธิบายได้ดังนี้:

ในโมเลกุล HCl พันธะเกิดขึ้นจากการจับคู่ของอิเล็กตรอนวงนอกที่ไม่จับคู่กัน และการก่อตัวของอะตอมไฮโดรเจนและคลอรีนคู่อิเล็กตรอนทั่วไป

ถูกต้องกว่าที่จะแสดงถึงการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ในโมเลกุลของไฮโดรเจนคลอไรด์เป็นการซ้อนทับกันของเมฆ s อิเล็กตรอน 1 อิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจนกับเมฆ p อิเล็กตรอน 1 อิเล็กตรอนของอะตอมคลอรีน:

ในระหว่างการทำปฏิกิริยาทางเคมี คู่อิเล็กตรอนทั่วไปจะเลื่อนไปยังอะตอมคลอรีนที่มีประจุไฟฟ้าลบมากกว่า:

ค่าเงื่อนไขดังกล่าวเรียกว่า สถานะออกซิเดชัน. เมื่อกำหนดแนวคิดนี้ สันนิษฐานแบบมีเงื่อนไขว่าในสารประกอบที่มีขั้วโควาเลนต์ อิเล็กตรอนที่ยึดจับได้ถ่ายโอนไปยังอะตอมที่มีประจุไฟฟ้าลบมากกว่าอย่างสมบูรณ์ ดังนั้น สารประกอบจึงประกอบด้วยไอออนที่มีประจุบวกและประจุลบเท่านั้น

คือประจุตามเงื่อนไขของอะตอมของธาตุเคมีในสารประกอบ โดยคำนวณจากสมมติฐานที่ว่าสารประกอบทั้งหมด (ทั้งไอออนิกและขั้วโควาเลนต์) ประกอบด้วยไอออนเท่านั้น

สถานะออกซิเดชันสามารถมีค่าเป็นลบ ค่าบวก หรือค่าศูนย์ ซึ่งโดยปกติจะอยู่เหนือสัญลักษณ์ธาตุที่ด้านบน ตัวอย่างเช่น:

อะตอมเหล่านั้นที่ได้รับอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่นหรือคู่อิเล็กตรอนทั่วไปถูกแทนที่ นั่นคือ อะตอมของธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่า มีค่าเป็นลบสำหรับระดับของการเกิดออกซิเดชัน ฟลูออรีนมีสถานะออกซิเดชันเป็น -1 เสมอในสารประกอบทั้งหมด ออกซิเจน ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีประจุไฟฟ้าลบมากเป็นอันดับสองรองจากฟลูออรีน มักจะมีสถานะออกซิเดชันเป็น -2 ยกเว้นสารประกอบที่มีฟลูออรีน ตัวอย่างเช่น

อะตอมที่บริจาคอิเล็กตรอนให้กับอะตอมอื่นหรือจากการดึงคู่อิเล็กตรอนร่วมกัน ซึ่งก็คืออะตอมของธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยกว่าจะมีสถานะออกซิเดชันเป็นบวก โลหะมีสถานะออกซิเดชันเป็นบวกเสมอ สำหรับโลหะของกลุ่มย่อยหลัก:

หมู่ I ในสารประกอบทั้งหมด สถานะออกซิเดชันคือ +1
กลุ่ม II เท่ากับ +2 กลุ่ม III - +3 ตัวอย่างเช่น:

ในสารประกอบ สถานะออกซิเดชันทั้งหมดจะเป็นศูนย์เสมอ เมื่อรู้สิ่งนี้และสถานะออกซิเดชันของธาตุใดธาตุหนึ่งแล้ว คุณสามารถค้นหาสถานะออกซิเดชันของธาตุอื่นได้เสมอโดยใช้สูตรของสารประกอบเลขฐานสอง ตัวอย่างเช่น ลองหาสถานะออกซิเดชันของคลอรีนในสารประกอบ Cl2O2 กัน แสดงสถานะออกซิเดชัน -2
ออกซิเจน: Cl2O2 ดังนั้นออกซิเจนเจ็ดอะตอมจะมีประจุลบทั้งหมด (-2) 7 =14 จากนั้นประจุรวมของคลอรีนสองอะตอมจะเท่ากับ +14 และคลอรีนหนึ่งอะตอม:
(+14):2 = +7.

ในทำนองเดียวกัน เมื่อทราบสถานะออกซิเดชันของธาตุ เราสามารถกำหนดสูตรของสารประกอบได้ ตัวอย่างเช่น อะลูมิเนียมคาร์ไบด์ (สารประกอบของอะลูมิเนียมและคาร์บอน) เรามาเขียนสัญลักษณ์ของอะลูมิเนียมและคาร์บอนถัดจาก AlC และสัญลักษณ์ของอะลูมิเนียมก่อน เนื่องจากเป็นโลหะ เรากำหนดจำนวนอิเล็กตรอนภายนอกจากตารางธาตุ: Al มีอิเล็กตรอน 3 ตัว C มี 4 ตัว อะตอมของอะลูมิเนียมจะปล่อยอิเล็กตรอนภายนอก 3 ตัวให้กับคาร์บอนและได้รับสถานะออกซิเดชันที่ +3 เท่ากับประจุของ ไอออน. ในทางตรงกันข้าม อะตอมของคาร์บอนจะนำอิเล็กตรอน 4 ตัวที่ขาดหายไปไปยัง "cherished 8" และจะได้รับสถานะออกซิเดชันที่ -4

ลองเขียนค่าเหล่านี้ในสูตร: AlС และหาตัวคูณร่วมน้อยสำหรับพวกมัน ซึ่งเท่ากับ 12 จากนั้นเราคำนวณดัชนี:

การรู้สถานะออกซิเดชันของธาตุก็จำเป็นเช่นกันเพื่อให้สามารถตั้งชื่อสารประกอบทางเคมีได้อย่างถูกต้อง

ชื่อสารประกอบคู่ประกอบด้วยคำสองคำ - ชื่อขององค์ประกอบทางเคมีที่ก่อตัวขึ้น คำแรกหมายถึงส่วนอิเล็กโทรเนกาติตีของสารประกอบ - อโลหะ ชื่อภาษาละตินที่มีคำต่อท้าย -id จะอยู่ในกรณีประโยคเสมอ คำที่สองหมายถึงส่วนอิเล็กโทรโพสิทีฟ - โลหะหรือองค์ประกอบอิเล็กโทรเนกาตีฟน้อยกว่า ชื่อของมันมักจะอยู่ในกรณีสัมพันธการก หากองค์ประกอบอิเล็กโทรโพสิทีฟแสดงระดับการเกิดออกซิเดชันที่แตกต่างกัน สิ่งนี้จะสะท้อนให้เห็นในชื่อ โดยระบุระดับของการเกิดออกซิเดชันด้วยเลขโรมันซึ่งอยู่ที่ส่วนท้าย

เพื่อให้นักเคมีจากประเทศต่างๆ เข้าใจซึ่งกันและกัน จำเป็นต้องสร้างคำศัพท์และระบบการตั้งชื่อสารที่เป็นหนึ่งเดียว หลักการของการตั้งชื่อทางเคมีได้รับการพัฒนาขึ้นเป็นครั้งแรกโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส A. Lavoisier, A. Fourctua, L. Giton และ C. Berthollet ในปี พ.ศ. 2328 ปัจจุบัน สหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ประสานงานกิจกรรมของนักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศ และออกคำแนะนำเกี่ยวกับการตั้งชื่อสารและคำศัพท์ที่ใช้ในวิชาเคมี

หัวข้อของตัวแปลงสัญญาณ USE:อิเล็ก ระดับของการเกิดออกซิเดชันและความจุขององค์ประกอบทางเคมี

เมื่ออะตอมมีปฏิสัมพันธ์และก่อตัวขึ้น ในกรณีส่วนใหญ่อิเล็กตรอนระหว่างพวกมันจะกระจายไม่เท่ากัน เนื่องจากคุณสมบัติของอะตอมแตกต่างกัน มากกว่า ไฟฟ้าลบ อะตอมดึงดูดความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองมากขึ้น อะตอมที่ดึงดูดความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองจะได้รับประจุลบบางส่วน δ — , "พันธมิตร" ของมันคือประจุบวกบางส่วน δ+ . หากความแตกต่างของอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมที่สร้างพันธะไม่เกิน 1.7 เราจะเรียกว่าพันธะ ขั้วโควาเลนต์ . หากความแตกต่างของอิเล็กโทรเนกาติวิตีที่สร้างพันธะเคมีเกิน 1.7 เราจะเรียกพันธะดังกล่าว ไอออนิก .

สถานะออกซิเดชัน เป็นประจุตามเงื่อนไขเสริมของอะตอมของธาตุในสารประกอบ โดยคำนวณจากสมมติฐานว่าสารประกอบทั้งหมดประกอบด้วยไอออน (พันธะมีขั้วทั้งหมดเป็นไอออนิก)

"การเรียกเก็บเงินแบบมีเงื่อนไข" หมายถึงอะไร เราตกลงเพียงแค่ว่าเราจะลดความซับซ้อนของสิ่งต่างๆ ลงเล็กน้อย: เราจะถือว่าพันธะที่มีขั้วเป็นไอออนิกอย่างสมบูรณ์ และเราจะพิจารณาว่าอิเล็กตรอนออกจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งอย่างสมบูรณ์ แม้ว่าในความเป็นจริงแล้วจะไม่เป็นเช่นนั้นก็ตาม และตามเงื่อนไข อิเล็กตรอนจะปล่อยอะตอมที่มีประจุไฟฟ้าลบน้อยกว่าสำหรับอะตอมที่มีประจุไฟฟ้าลบมากกว่า

ตัวอย่างเช่นในพันธะ H-Cl เราเชื่อว่าไฮโดรเจน "ให้" อิเล็กตรอนตามเงื่อนไข และประจุของมันกลายเป็น +1 และคลอรีน "รับ" อิเล็กตรอน และประจุของมันกลายเป็น -1 ในความเป็นจริงไม่มีประจุรวมในอะตอมเหล่านี้

แน่นอนคุณมีคำถาม - ทำไมต้องประดิษฐ์สิ่งที่ไม่มีอยู่จริง? นี่ไม่ใช่แผนร้ายกาจของนักเคมี ทุกอย่างง่าย: แบบจำลองนี้สะดวกมาก แนวคิดเกี่ยวกับสถานะออกซิเดชันของธาตุมีประโยชน์ในการรวบรวม การจัดหมวดหมู่สารเคมี อธิบายคุณสมบัติ สูตรผสม และศัพท์เฉพาะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมักจะใช้สถานะออกซิเดชันเมื่อทำงานกับ ปฏิกิริยารีดอกซ์.

สถานะออกซิเดชันคือ สูงขึ้น, ต่ำกว่าและ ระดับกลาง.

สูงกว่าสถานะออกซิเดชันเท่ากับหมายเลขกลุ่มที่มีเครื่องหมายบวก

ด้อยกว่ากำหนดเป็นเลขหมู่ลบ 8

และ ระดับกลางสถานะออกซิเดชันคือจำนวนเต็มเกือบใดๆ ในช่วงตั้งแต่สถานะออกซิเดชันต่ำสุดไปจนถึงสูงสุด

ตัวอย่างเช่นไนโตรเจนมีลักษณะเฉพาะ: สถานะออกซิเดชันสูงสุดคือ +5 ต่ำสุด 5 - 8 \u003d -3 และสถานะออกซิเดชันระดับกลางอยู่ระหว่าง -3 ถึง +5 ตัวอย่างเช่น ในไฮดราซีน N 2 H 4 สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนคือ -2

ส่วนใหญ่แล้ว สถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารเชิงซ้อนจะถูกระบุด้วยเครื่องหมายก่อน จากนั้นตามด้วยตัวเลข ตัวอย่างเช่น +1, +2, -2 เป็นต้น เมื่อพูดถึงประจุของไอออน (สมมติว่าไอออนมีอยู่จริงในสารประกอบ) ก่อนอื่นให้ระบุตัวเลข แล้วจึงระบุเครื่องหมาย ตัวอย่างเช่น: Ca 2+ , CO 3 2- .

หากต้องการค้นหาสถานะออกซิเดชันให้ใช้สิ่งต่อไปนี้ ระเบียบ :

1. สถานะออกซิเดชันของอะตอมใน สารที่เรียบง่าย เท่ากับศูนย์
2. ที่ โมเลกุลที่เป็นกลาง ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันเป็นศูนย์ สำหรับไอออน ผลรวมนี้จะเท่ากับประจุของไอออน
3. สถานะออกซิเดชัน โลหะอัลคาไล (องค์ประกอบของกลุ่ม I ของกลุ่มย่อยหลัก) ในสารประกอบคือ +1 สถานะออกซิเดชัน โลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ (องค์ประกอบของกลุ่ม II ของกลุ่มย่อยหลัก) ในสารประกอบคือ +2; สถานะออกซิเดชัน อลูมิเนียมในสารประกอบคือ +3;
4. สถานะออกซิเดชัน ไฮโดรเจนในสารประกอบที่มีโลหะ (- NaH, CaH 2 เป็นต้น) เท่ากับ -1 ; ในสารประกอบที่มีอโลหะ () +1 ;
5. สถานะออกซิเดชัน ออกซิเจนเท่ากับ -2 . ข้อยกเว้นประกอบด้วย เปอร์ออกไซด์- สารประกอบที่มีหมู่ -O-O- ซึ่งมีสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนอยู่ -1 และสารประกอบอื่นๆ ( ซูเปอร์ออกไซด์ โอโซน ออกซิเจน ฟลูออไรด์ของ 2และอื่น ๆ.);
6. สถานะออกซิเดชัน ฟลูออรีนในสารเชิงซ้อนทั้งหมดเท่ากับ -1 .

ข้างต้นเป็นสถานการณ์เมื่อเราพิจารณาระดับของการเกิดออกซิเดชัน คงที่ . สำหรับองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ทั้งหมด สถานะออกซิเดชัน — ตัวแปรและขึ้นอยู่กับลำดับและชนิดของอะตอมในสารประกอบ

ตัวอย่าง:

งาน: กำหนดสถานะออกซิเดชันของธาตุในโมเลกุลโพแทสเซียมไดโครเมต: K 2 Cr 2 O 7

การตัดสินใจ:สถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมคือ +1 สถานะออกซิเดชันของโครเมียมจะแสดงเป็น เอ็กซ์, สถานะออกซิเดชันของออกซิเจน -2. ผลรวมของสถานะออกซิเดชันทั้งหมดของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุลเท่ากับ 0 เราได้สมการ: +1*2+2*x-2*7=0 เราแก้ปัญหาเราได้สถานะออกซิเดชันของโครเมียม +6

ในสารประกอบไบนารี องค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่าจะมีลักษณะเป็นสถานะออกซิเดชันที่เป็นลบ ส่วนองค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรเนกาตีฟน้อยกว่าจะมีลักษณะที่เป็นบวก

โปรดทราบว่า แนวคิดของสถานะออกซิเดชันมีเงื่อนไขมาก! สถานะออกซิเดชันไม่แสดงประจุที่แท้จริงของอะตอม และไม่มีความหมายทางกายภาพที่แท้จริง. นี่คือแบบจำลองอย่างง่ายที่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อเราต้องการ เช่น เพื่อทำให้ค่าสัมประสิทธิ์เท่ากันในสมการปฏิกิริยาเคมี หรือเพื่ออัลกอริธึมในการจำแนกประเภทของสาร

สถานะออกซิเดชันไม่ใช่วาเลนซ์! สถานะออกซิเดชันและวาเลนซ์ในหลายกรณีไม่ตรงกัน ตัวอย่างเช่น ความจุของไฮโดรเจนในสารอย่างง่าย H 2 คือ I และสถานะออกซิเดชันตามกฎข้อที่ 1 คือ 0

กฎเหล่านี้เป็นกฎพื้นฐานที่จะช่วยคุณกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารประกอบในกรณีส่วนใหญ่

ในบางสถานการณ์ คุณอาจพบว่าเป็นการยากที่จะระบุสถานะออกซิเดชันของอะตอม ลองมาดูสถานการณ์เหล่านี้บางส่วนและวิธีแก้ไข:

1. ในออกไซด์สองเท่า (คล้ายเกลือ) ระดับของอะตอมตามกฎแล้วคือสถานะออกซิเดชันสองสถานะ ตัวอย่างเช่น ในเหล็กออกไซด์ Fe 3 O 4 เหล็กมีสถานะออกซิเดชันสองสถานะ: +2 และ +3 อันไหนที่จะระบุ? ทั้งคู่. เพื่อทำให้ง่ายขึ้น สารประกอบนี้สามารถแสดงเป็นเกลือได้: Fe (FeO 2) 2 ในกรณีนี้ กรดที่ตกค้างจะสร้างอะตอมที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น +3 หรือดับเบิ้ลออกไซด์สามารถแสดงได้ดังนี้ FeO * Fe 2 O 3.
2. ในสารประกอบเปอร์ออกโซระดับของการเกิดออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วตามกฎจะเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น ในไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H 2 O 2 และเปอร์ออกไซด์ของโลหะอัลคาไล สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -1 เนื่องจาก หนึ่งในพันธะคือโควาเลนต์ไม่มีขั้ว (H-O-O-H) อีกตัวอย่างหนึ่งคือกรดเปอร์ออกโซโมโนซัลฟิวริก (กรดคาโร) H 2 SO 5 (ดูรูป) ประกอบด้วยอะตอมออกซิเจน 2 อะตอมที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น -1 และอะตอมที่เหลือมีสถานะออกซิเดชันเป็น -2 ดังนั้นรายการต่อไปนี้จะเข้าใจได้มากขึ้น: H 2 SO 3 (O2). สารประกอบโครเมียมเปอร์ออกโซเป็นที่รู้จักกันเช่นกัน ตัวอย่างเช่น โครเมียม (VI) เปอร์ออกไซด์ CrO (O 2) 2 หรือ CrO 5 และอื่น ๆ อีกมากมาย
3. อีกตัวอย่างหนึ่งของสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันคลุมเครือคือซุปเปอร์ออกไซด์ (NaO 2) และโอโซนคล้ายเกลือ KO 3 ในกรณีนี้จะเหมาะสมกว่าที่จะพูดถึงโมเลกุลไอออน O 2 ที่มีประจุ -1 และ O 3 ที่มีประจุ -1 โครงสร้างของอนุภาคดังกล่าวอธิบายโดยแบบจำลองบางแบบที่สอนในหลักสูตรภาษารัสเซียในหลักสูตรแรกของมหาวิทยาลัยเคมี: MO LCAO วิธีการซ้อนทับของโครงร่างวาเลนซ์ ฯลฯ
4. ในสารประกอบอินทรีย์ แนวคิดของสถานะออกซิเดชันไม่สะดวกที่จะใช้เพราะ มีพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วจำนวนมากระหว่างอะตอมของคาร์บอน อย่างไรก็ตาม หากคุณวาดสูตรโครงสร้างของโมเลกุล สถานะออกซิเดชันของแต่ละอะตอมก็สามารถกำหนดได้ด้วยประเภทและจำนวนของอะตอมที่อะตอมนี้สร้างพันธะโดยตรง ตัวอย่างเช่น สำหรับอะตอมของคาร์บอนปฐมภูมิในไฮโดรคาร์บอน สถานะออกซิเดชันคือ -3 สำหรับอะตอมทุติยภูมิ -2 สำหรับอะตอมตติยภูมิ -1 ​​สำหรับควอเทอร์นารี - 0

มาฝึกหาสถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารประกอบอินทรีย์กันเถอะ ในการทำเช่นนี้คุณต้องวาดสูตรโครงสร้างทั้งหมดของอะตอมและเลือกอะตอมของคาร์บอนที่มีสภาพแวดล้อมใกล้เคียง - อะตอมที่เชื่อมต่อโดยตรง

• เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้นคุณสามารถใช้ตารางความสามารถในการละลายได้ - มีการระบุประจุของไอออนที่พบมากที่สุด ในการสอบเคมีของรัสเซียส่วนใหญ่ (USE, GIA, DVI) อนุญาตให้ใช้ตารางการละลายได้ นี่คือสูตรโกงสำเร็จรูปซึ่งในหลาย ๆ กรณีสามารถประหยัดเวลาได้มาก
• เมื่อคำนวณสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารเชิงซ้อน ก่อนอื่นเราจะระบุสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบที่เราทราบอย่างแน่นอน (องค์ประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันคงที่) และสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันผันแปรจะแสดงเป็น x ผลรวมของประจุทั้งหมดของอนุภาคทั้งหมดมีค่าเท่ากับศูนย์ในโมเลกุลหรือเท่ากับประจุของไอออนในไอออน การสร้างและแก้สมการจากข้อมูลเหล่านี้ทำได้ง่าย

ในหนังสือเรียนและคู่มือของโรงเรียนหลายเล่ม จะสอนวิธีเขียนสูตรสำหรับวาเลนซี แม้กระทั่งสำหรับสารประกอบที่มีพันธะไอออนิก เพื่อทำให้ขั้นตอนการคอมไพล์สูตรง่ายขึ้น เป็นที่ยอมรับในความเห็นของเรา แต่คุณต้องเข้าใจว่าสิ่งนี้ไม่ถูกต้องทั้งหมดเนื่องจากเหตุผลข้างต้น

แนวคิดที่เป็นสากลมากขึ้นคือแนวคิดของระดับการเกิดออกซิเดชัน ด้วยค่าของสถานะออกซิเดชันของอะตอมรวมถึงค่าของวาเลนซ์สามารถรวบรวมสูตรทางเคมีและเขียนหน่วยสูตรได้

สถานะออกซิเดชันคือประจุตามเงื่อนไขของอะตอมในอนุภาค (โมเลกุล ไอออน อนุมูล) ซึ่งคำนวณโดยประมาณว่าพันธะทั้งหมดในอนุภาคนั้นเป็นไอออนิก

ก่อนที่จะพิจารณาสถานะออกซิเดชัน จำเป็นต้องเปรียบเทียบค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมที่มีพันธะ อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าจะมีสถานะออกซิเดชันเป็นลบ ในขณะที่อะตอมที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำกว่าจะมีสถานะเป็นบวก

เพื่อเปรียบเทียบค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมอย่างเป็นกลางเมื่อคำนวณสถานะออกซิเดชัน ในปี 2013 IUPAC แนะนำให้ใช้อัลเลนสเกล

* ตัวอย่างเช่น ในระดับอัลเลน ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของไนโตรเจนเท่ากับ 3.066 และคลอรีนเท่ากับ 2.869

ให้เราอธิบายคำจำกัดความข้างต้นพร้อมตัวอย่าง มาทำสูตรโครงสร้างของโมเลกุลน้ำกัน

พันธะ O-H ที่มีขั้วโควาเลนต์แสดงเป็นสีน้ำเงิน

ลองนึกภาพว่าพันธะทั้งสองไม่ใช่โควาเลนต์ แต่เป็นไอออนิก ถ้าพวกมันเป็นไอออนิก อิเล็กตรอนหนึ่งตัวจะผ่านจากอะตอมของไฮโดรเจนแต่ละอะตอมไปยังอะตอมของออกซิเจนที่มีประจุลบมากกว่า เราแสดงการเปลี่ยนเหล่านี้ด้วยลูกศรสีน้ำเงิน

*ในนั้นตัวอย่างเช่น ลูกศรทำหน้าที่แสดงการถ่ายโอนอิเล็กตรอนอย่างสมบูรณ์ ไม่ใช่เพื่อแสดงให้เห็นผลของการเหนี่ยวนำ

ง่ายต่อการดูว่าจำนวนลูกศรแสดงจำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายโอนและทิศทางของพวกมัน - ทิศทางของการถ่ายโอนอิเล็กตรอน

ลูกศรสองลูกชี้ไปที่อะตอมออกซิเจน ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนสองตัวผ่านไปยังอะตอมออกซิเจน: 0 + (-2) = -2 อะตอมของออกซิเจนมีประจุ -2 นี่คือระดับของการเกิดออกซิเดชันของออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำ

อิเล็กตรอนหนึ่งตัวออกจากอะตอมไฮโดรเจนแต่ละอะตอม: 0 - (-1) = +1 ซึ่งหมายความว่าอะตอมของไฮโดรเจนมีสถานะออกซิเดชันเป็น +1

ผลรวมของสถานะออกซิเดชันจะเท่ากับประจุทั้งหมดของอนุภาคเสมอ

ตัวอย่างเช่น ผลรวมของสถานะออกซิเดชันในโมเลกุลของน้ำคือ: +1(2) + (-2) = 0 โมเลกุลคืออนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า

ถ้าเราคำนวณสถานะออกซิเดชันในไอออน ผลรวมของสถานะออกซิเดชันตามลำดับจะเท่ากับประจุของมัน

ค่าของสถานะออกซิเดชันมักจะระบุไว้ที่มุมขวาบนของสัญลักษณ์ธาตุ นอกจากนี้, ป้ายเขียนไว้ข้างหน้าหมายเลข. ถ้าเครื่องหมายอยู่หลังตัวเลข แสดงว่าเป็นประจุของไอออน

ตัวอย่างเช่น S -2 เป็นอะตอมของกำมะถันในสถานะออกซิเดชัน -2, S 2- เป็นไอออนของกำมะถันที่มีประจุ -2

S +6 O -2 4 2- - ค่าของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในไอออนซัลเฟต (ประจุของไอออนจะถูกเน้นด้วยสีเขียว)

ตอนนี้ให้พิจารณากรณีที่สารประกอบมีพันธะผสม: Na 2 SO 4 . พันธะระหว่างไอออนของซัลเฟตกับไอออนบวกของโซเดียมเป็นไอออนิก พันธะระหว่างอะตอมของกำมะถันและอะตอมของออกซิเจนในไอออนของซัลเฟตนั้นเป็นขั้วโควาเลนต์ เราเขียนสูตรกราฟิกสำหรับโซเดียมซัลเฟต และลูกศรระบุทิศทางการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอน

*สูตรโครงสร้างสะท้อนลำดับของพันธะโควาเลนต์ในอนุภาค (โมเลกุล ไอออน อนุมูล) สูตรโครงสร้างใช้สำหรับอนุภาคที่มีพันธะโควาเลนต์เท่านั้น สำหรับอนุภาคที่มีพันธะไอออนิก แนวคิดของสูตรโครงสร้างนั้นไม่มีความหมาย หากมีพันธะไอออนิกในอนุภาค จะใช้สูตรกราฟิก

เราเห็นว่าอิเล็กตรอนหกตัวออกจากอะตอมของกำมะถันกลาง ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันของกำมะถันคือ 0 - (-6) = +6

อะตอมออกซิเจนที่ปลายแต่ละอะตอมรับอิเล็กตรอนสองตัว ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันของพวกมันคือ 0 + (-2) = -2

อะตอมของออกซิเจนแบบสะพานรับอิเล็กตรอนได้ 2 อิเล็กตรอนแต่ละตัว สถานะออกซิเดชันของมันคือ -2

นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันได้ด้วยสูตรกราฟิกเชิงโครงสร้าง โดยที่ขีดกลางระบุถึงพันธะโควาเลนต์ และไอออนระบุถึงประจุ

ในสูตรนี้ อะตอมของออกซิเจนที่ใช้เชื่อมมีประจุลบเป็นหน่วยอยู่แล้ว และมีอิเล็กตรอนเพิ่มเติมมาจากอะตอมของกำมะถัน -1 + (-1) = -2 ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันของพวกมันคือ -2

สถานะออกซิเดชันของโซเดียมไอออนมีค่าเท่ากับประจุ เช่น +1

ให้เราตรวจสอบสถานะออกซิเดชันของธาตุในโพแทสเซียมซูเปอร์ออกไซด์ (ซูเปอร์ออกไซด์) ในการทำเช่นนี้เราจะสร้างสูตรกราฟิกสำหรับโพแทสเซียมซูเปอร์ออกไซด์เราจะแสดงการกระจายอิเล็กตรอนด้วยลูกศร พันธะ O-O เป็นโควาเลนต์ไม่มีขั้ว ดังนั้นจึงไม่ได้ระบุการกระจายอิเล็กตรอนใหม่

* ไอออนซุปเปอร์ออกไซด์เป็นไอออนที่รุนแรง ประจุที่เป็นทางการของอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอมคือ -1 และอีกอะตอมหนึ่งที่มีอิเล็กตรอนไม่เข้าคู่คือ 0

เราเห็นว่าสถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมคือ +1 สถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนที่เขียนในสูตรตรงข้ามกับโพแทสเซียมคือ -1 สถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนที่สองคือ 0

ในทำนองเดียวกันคุณสามารถกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันได้ด้วยสูตรโครงสร้างกราฟิก

วงกลมแสดงประจุที่เป็นทางการของโพแทสเซียมไอออนและอะตอมของออกซิเจน ในกรณีนี้ค่าของประจุอย่างเป็นทางการจะตรงกับค่าของสถานะออกซิเดชัน

เนื่องจากอะตอมของออกซิเจนทั้งสองในไอออนของซุปเปอร์ออกไซด์มีสถานะออกซิเดชันต่างกัน เราจึงสามารถคำนวณได้ ค่าเฉลี่ยเลขคณิตสถานะออกซิเดชันออกซิเจน

มันจะเท่ากับ / 2 \u003d - 1/2 \u003d -0.5

ค่าของสถานะออกซิเดชันค่าเฉลี่ยเลขคณิตมักจะระบุไว้ในสูตรรวมหรือหน่วยสูตรเพื่อแสดงว่าผลรวมของสถานะออกซิเดชันเท่ากับประจุรวมของระบบ

สำหรับกรณีที่มีซุปเปอร์ออกไซด์: +1 + 2(-0.5) = 0

ง่ายต่อการระบุสถานะออกซิเดชันโดยใช้สูตรจุดอิเล็กตรอน ซึ่งในคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวและอิเล็กตรอนของพันธะโควาเลนต์จะแสดงด้วยจุด

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบของกลุ่ม VIA ดังนั้นจึงมี 6 เวเลนต์อิเล็กตรอนในอะตอม ลองนึกภาพว่าพันธะในโมเลกุลของน้ำเป็นไอออนิก ซึ่งในกรณีนี้อะตอมของออกซิเจนจะได้รับอิเล็กตรอน 1 ออคเตต

สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนมีค่าเท่ากับ: 6 - 8 \u003d -2

และอะตอมของไฮโดรเจน: 1 - 0 = +1

ความสามารถในการกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันโดยใช้สูตรกราฟิกนั้นมีค่ามากสำหรับการทำความเข้าใจสาระสำคัญของแนวคิดนี้ เนื่องจากทักษะนี้จำเป็นต้องใช้ในรายวิชาเคมีอินทรีย์ หากเรากำลังจัดการกับสารอนินทรีย์ จำเป็นต้องสามารถกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันตามสูตรโมเลกุลและหน่วยสูตรได้

ในการทำเช่นนี้ ก่อนอื่นคุณต้องเข้าใจว่าสถานะออกซิเดชันนั้นคงที่และแปรผัน ต้องจดจำองค์ประกอบที่แสดงสถานะออกซิเดชันคงที่

องค์ประกอบทางเคมีใด ๆ มีลักษณะสถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้นและต่ำลง

สถานะออกซิเดชันต่ำสุดเป็นประจุที่อะตอมได้รับจากการได้รับจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในชั้นอิเล็กตรอนรอบนอก

ในมุมมองนี้, สถานะออกซิเดชันต่ำสุดเป็นลบยกเว้นโลหะซึ่งอะตอมไม่เคยรับอิเล็กตรอนเนื่องจากค่าอิเล็กโทรเนกาติวีตีต่ำ โลหะมีสถานะออกซิเดชันต่ำสุดที่ 0

อโลหะส่วนใหญ่ในกลุ่มย่อยหลักพยายามเติมชั้นอิเล็กตรอนรอบนอกด้วยอิเล็กตรอนมากถึงแปดตัว หลังจากนั้นอะตอมจะได้รับการกำหนดค่าที่เสถียร ( กฎออกเตต). ดังนั้นเพื่อกำหนดสถานะออกซิเดชั่นที่ต่ำที่สุด จำเป็นต้องเข้าใจว่าอะตอมของอะตอมขาดจำนวนเวเลนต์กี่ตัวในออคเตต

ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบของหมู่ VA ซึ่งหมายความว่ามีเวเลนต์อิเล็กตรอนห้าตัวในอะตอมของไนโตรเจน อะตอมของไนโตรเจนมีอิเล็กตรอนสามตัวที่สั้นกว่าออกเตต ดังนั้นสถานะออกซิเดชั่นต่ำสุดของไนโตรเจนคือ 0 + (-3) = -3

วาเลนซ์เป็นแนวคิดที่ซับซ้อน คำนี้ได้รับการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญพร้อมกับการพัฒนาทฤษฎีพันธะเคมี ในขั้นต้น วาเลนซ์คือความสามารถของอะตอมในการยึดติดหรือแทนที่อะตอมหรือกลุ่มอะตอมอื่นจำนวนหนึ่งเพื่อสร้างพันธะเคมี

การวัดเชิงปริมาณของวาเลนซ์ของอะตอมของธาตุคือจำนวนของอะตอมของไฮโดรเจนหรือออกซิเจน (ธาตุเหล่านี้ถูกพิจารณาว่าเป็นธาตุเดี่ยวและธาตุคู่ตามลำดับ) ซึ่งธาตุนั้นเพิ่มเข้าไปในรูปของไฮไดรด์ตามสูตร EH x หรือออกไซด์ของสูตร อี เอ็น โอ ม .

ดังนั้น วาเลนซ์ของอะตอมไนโตรเจนในโมเลกุลแอมโมเนีย NH 3 คือ 3 และอะตอมของกำมะถันในโมเลกุล H 2 S คือ 2 เนื่องจากวาเลนซ์ของอะตอมไฮโดรเจนคือ 1

ในสารประกอบ Na 2 O, BaO, Al 2 O 3, SiO 2 วาเลนซ์ของโซเดียม แบเรียม และซิลิกอนคือ 1, 2, 3 และ 4 ตามลำดับ

แนวคิดเรื่องวาเลนซ์ถูกนำมาใช้ในวิชาเคมีก่อนที่โครงสร้างของอะตอมจะเป็นที่รู้จัก กล่าวคือในปี พ.ศ. 2396 โดยแฟรงก์แลนด์นักเคมีชาวอังกฤษ ขณะนี้ได้พิสูจน์แล้วว่าวาเลนซ์ของธาตุมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับจำนวนอิเล็กตรอนวงนอกของอะตอม เนื่องจากอิเล็กตรอนของเปลือกชั้นในของอะตอมไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี

ในทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของพันธะโควาเลนต์เชื่อว่า วาเลนซ์อะตอมถูกกำหนดโดยจำนวนของอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ในสถานะพื้นดินหรือสถานะตื่นเต้น ซึ่งมีส่วนร่วมในการสร้างคู่อิเล็กตรอนทั่วไปกับอิเล็กตรอนของอะตอมอื่น

สำหรับองค์ประกอบบางอย่าง ความจุเป็นค่าคงที่ ดังนั้น โซเดียมหรือโพแทสเซียมในสารประกอบทั้งหมดจึงเป็นโมโนวาเลนต์ แคลเซียม แมกนีเซียมและสังกะสีเป็นไดวาเลนต์ อะลูมิเนียมเป็นไตรวาเลนต์ ฯลฯ แต่องค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่มีวาเลนซ์แปรผัน ซึ่งขึ้นอยู่กับธรรมชาติขององค์ประกอบที่เป็นหุ้นส่วนและเงื่อนไขของกระบวนการ ดังนั้นเหล็กสามารถสร้างสารประกอบสองชนิดด้วยคลอรีน - FeCl 2 และ FeCl 3 ซึ่งธาตุเหล็กมีค่าเท่ากับ 2 และ 3 ตามลำดับ

สถานะออกซิเดชัน- แนวคิดที่แสดงลักษณะสถานะขององค์ประกอบในสารประกอบเคมีและพฤติกรรมในปฏิกิริยารีดอกซ์ ในทางตัวเลข สถานะออกซิเดชันจะเท่ากับประจุที่เป็นทางการซึ่งสามารถนำมาประกอบกับธาตุได้ ตามสมมติฐานที่ว่าอิเล็กตรอนทั้งหมดของแต่ละพันธะได้ผ่านไปยังอะตอมที่มีประจุไฟฟ้าลบมากกว่า

อิเล็ก- การวัดความสามารถของอะตอมในการรับประจุลบระหว่างการสร้างพันธะเคมี หรือความสามารถของอะตอมในโมเลกุลในการดึงดูดเวเลนต์อิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างพันธะเคมี ความเป็นไฟฟ้าไม่ใช่ค่าสัมบูรณ์และคำนวณด้วยวิธีต่างๆ ดังนั้นค่าอิเลคโตรเนกาติวิตีที่กำหนดในตำราเรียนและหนังสืออ้างอิงต่างๆอาจแตกต่างกัน

ตารางที่ 2 แสดงค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีขององค์ประกอบทางเคมีบางส่วนในระดับแซนเดอร์สัน และตารางที่ 3 แสดงค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีขององค์ประกอบในระดับพอลลิง

ค่าของอิเล็กโตรเนกาติวิตีจะได้รับภายใต้สัญลักษณ์ขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้อง ยิ่งค่าตัวเลขของอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมมากเท่าไร ธาตุนั้นก็มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากขึ้นเท่านั้น อิเล็กโทรเนกาติตีฟมากที่สุดคืออะตอมฟลูออรีน อิเล็กโทรเนกาตีฟน้อยที่สุดคืออะตอมรูบิเดียม ในโมเลกุลที่เกิดจากอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันสองชนิด ประจุลบที่เป็นทางการจะอยู่บนอะตอมซึ่งค่าตัวเลขของอิเล็กโทรเนกาติวิตีจะสูงขึ้น ดังนั้นในโมเลกุลซัลเฟอร์ไดออกไซด์ SO 2 ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมกำมะถันคือ 2.5 และค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมออกซิเจนจะมากกว่า - 3.5 ดังนั้นประจุลบจะอยู่ที่อะตอมของออกซิเจน และประจุบวกจะอยู่ที่อะตอมของกำมะถัน

ในโมเลกุลแอมโมเนีย NH 3 ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมไนโตรเจนคือ 3.0 และค่าของไฮโดรเจนคือ 2.1 ดังนั้นอะตอมของไนโตรเจนจะมีประจุเป็นลบ และอะตอมของไฮโดรเจนจะมีประจุเป็นบวก

คุณควรทราบแนวโน้มทั่วไปของอิเล็กโตรเนกาติวิตีอย่างชัดเจน เนื่องจากอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีใด ๆ มีแนวโน้มที่จะได้รับการกำหนดค่าที่เสถียรของชั้นอิเล็กตรอนรอบนอก - เปลือกออกเตตของก๊าซเฉื่อย ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของธาตุในช่วงเวลานั้นเพิ่มขึ้น และในกลุ่ม ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีโดยทั่วไปจะลดลงตามจำนวนอะตอมที่เพิ่มขึ้น ขององค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น กำมะถันมีประจุไฟฟ้าลบมากกว่าฟอสฟอรัสและซิลิกอน และคาร์บอนมีประจุไฟฟ้าลบมากกว่าซิลิกอน

เมื่อรวบรวมสูตรสำหรับสารประกอบที่ประกอบด้วยอโลหะ 2 ชนิด ค่าอิเล็กโทรเนกาติตีจะยิ่งอยู่ทางด้านขวาเสมอ: PCl 3, NO 2 มีข้อยกเว้นทางประวัติศาสตร์บางประการสำหรับกฎนี้ เช่น NH 3 , PH 3 เป็นต้น

สถานะออกซิเดชันมักจะระบุด้วยเลขอารบิก (โดยมีเครื่องหมายอยู่หน้าตัวเลข) ซึ่งอยู่เหนือสัญลักษณ์องค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น

ในการกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารประกอบทางเคมี ให้ปฏิบัติตามกฎต่อไปนี้:

1. สถานะออกซิเดชันของธาตุในสารอย่างง่ายคือศูนย์
2. ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุลเป็นศูนย์
3. ออกซิเจนในสารประกอบส่วนใหญ่แสดงสถานะออกซิเดชันที่ –2 (ในออกซิเจนฟลูออไรด์ของ 2 + 2 ในเปอร์ออกไซด์ของโลหะ เช่น M 2 O 2 –1)
4. ไฮโดรเจนในสารประกอบแสดงสถานะออกซิเดชันที่ + 1 ยกเว้นไฮไดรด์ของโลหะที่ใช้งาน ตัวอย่างเช่น อัลคาไลหรืออัลคาไลน์เอิร์ท ซึ่งสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ - 1
5. สำหรับไอออนเชิงเดี่ยว สถานะออกซิเดชันจะเท่ากับประจุของไอออน เช่น K + - +1, Ba 2+ - +2, Br - - -1, S 2- - -2 เป็นต้น
6. ในสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์ สถานะออกซิเดชันของอะตอมที่มีประจุไฟฟ้าลบมากกว่าจะมีเครื่องหมายลบ และอะตอมที่มีประจุไฟฟ้าลบน้อยกว่าจะมีเครื่องหมายบวก
7. ในสารประกอบอินทรีย์ สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ +1

ลองอธิบายกฎข้างต้นด้วยตัวอย่างหลายๆ ตัวอย่าง

ตัวอย่างที่ 1กำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันขององค์ประกอบในออกไซด์ของโพแทสเซียม K 2 O, ซีลีเนียม SeO 3 และเหล็ก Fe 3 O 4

โพแทสเซียมออกไซด์ K 2 O.ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุลเป็นศูนย์ สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในออกไซด์คือ –2 ให้เราแสดงสถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมในออกไซด์เป็น n จากนั้น 2n + (–2) = 0 หรือ 2n = 2 ดังนั้น n = +1 เช่น สถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมคือ +1

ซีลีเนียมออกไซด์ SeO3 .โมเลกุล SeO 3 เป็นกลางทางไฟฟ้า ประจุลบทั้งหมดของอะตอมออกซิเจนทั้งสามคือ –2 × 3 = –6 ดังนั้น เพื่อให้ประจุลบนี้เป็นศูนย์เท่ากัน สถานะออกซิเดชันของซีลีเนียมจึงต้องเป็น +6

Fe 3 O 4 โมเลกุลเป็นกลางทางไฟฟ้า ประจุลบทั้งหมดของอะตอมออกซิเจนทั้งสี่คือ –2 × 4 = –8 ในการทำให้ประจุลบเท่ากัน ประจุบวกทั้งหมดของอะตอมเหล็กทั้งสามจะต้องเป็น +8 ดังนั้น เหล็ก 1 อะตอมควรมีประจุ 8/3 = +8/3

ควรเน้นย้ำว่าสถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบสามารถเป็นเลขเศษส่วนได้ สถานะออกซิเดชันที่เป็นเศษส่วนดังกล่าวไม่สมเหตุสมผลในการอธิบายพันธะในสารประกอบทางเคมี แต่สามารถใช้ในการกำหนดสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ได้

ตัวอย่างที่ 2กำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารประกอบ NaClO 3, K 2 Cr 2 O 7

โมเลกุล NaClO 3 เป็นกลางทางไฟฟ้า สถานะออกซิเดชันของโซเดียมคือ +1 สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2 ให้เราแสดงสถานะออกซิเดชันของคลอรีนเป็น n จากนั้น +1 + n + 3 × (–2) = 0 หรือ +1 + n – 6 = 0 หรือ n – 5 = 0 ดังนั้น n = +5 ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของคลอรีนคือ +5

โมเลกุล K 2 Cr 2 O 7 เป็นกลางทางไฟฟ้า สถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมคือ +1 สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2 ให้เราแสดงสถานะออกซิเดชันของโครเมียมเป็น n จากนั้น 2 × 1 + 2n + 7 × (–2) = 0 หรือ +2 + 2n – 14 = 0 หรือ 2n – 12 = 0, 2n = 12 ดังนั้น n = +6. ดังนั้น สถานะออกซิเดชันของโครเมียมคือ +6

ตัวอย่างที่ 3ให้เราตรวจสอบสถานะออกซิเดชันของกำมะถันในซัลเฟตไอออน SO 4 2– . SO 4 2– ไอออนมีประจุเป็น –2 สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ –2 ให้เราแสดงสถานะออกซิเดชันของกำมะถันเป็น n จากนั้น n + 4 × (–2) = –2 หรือ n – 8 = –2 หรือ n = –2 – (–8) ดังนั้น n = +6 ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของกำมะถันคือ +6

ควรจำไว้ว่าสถานะออกซิเดชันบางครั้งไม่เท่ากับความจุขององค์ประกอบที่กำหนด

ตัวอย่างเช่น สถานะออกซิเดชันของอะตอมไนโตรเจนในโมเลกุลแอมโมเนีย NH 3 หรือในโมเลกุลไฮดราซีน N 2 H 4 คือ -3 และ -2 ตามลำดับ ในขณะที่ความจุของไนโตรเจนในสารประกอบเหล่านี้คือ 3

สถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกสูงสุดสำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักตามกฎแล้วจะเท่ากับจำนวนกลุ่ม (ยกเว้น: ออกซิเจน ฟลูออรีน และองค์ประกอบอื่น ๆ บางส่วน)

สถานะออกซิเดชันเชิงลบสูงสุดคือ 8 - หมายเลขกลุ่ม

งานฝึกอบรม

1. สารประกอบใดมีสถานะออกซิเดชันของฟอสฟอรัส +5?

1) ฮป.3
2) H3PO3
3) ลี่ 3 ป
4) อัลพี

2. สารประกอบใดมีสถานะออกซิเดชันของฟอสฟอรัส -3

1) ฮป.3
2) H3PO3
3) Li3PO4
4) อัลพี

3. สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนเท่ากับ +4 ในสารประกอบใด

1) HNO2
2) น 2 โอ 4
3) เอ็น 2 โอ
4) HNO3

4. สารประกอบใดมีเลขออกซิเดชันของไนโตรเจนเท่ากับ -2

1) เอ็นเอช 3
2) น 2 เอช 4
3) ไม่มี 2 O 5
4) HNO2

5. สถานะออกซิเดชันของกำมะถันเท่ากับ +2 ในสารประกอบใด

1) นา 2 SO 3
2) SO2
3) SCl2
4) H2SO4

6. สถานะออกซิเดชันของกำมะถันเท่ากับ +6 ในสารประกอบใด

1) นา 2 SO 3
2) SO3
3) SCl2
4) H2SO3

7. ในสารที่มีสูตรคือ CrBr 2, K 2 Cr 2 O 7, Na 2 CrO 4 สถานะออกซิเดชันของโครเมียมตามลำดับคือ

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

8. สถานะออกซิเดชันเชิงลบขั้นต่ำขององค์ประกอบทางเคมีมักจะเท่ากับ

1) เลขงวด
3) จำนวนอิเล็กตรอนที่ขาดหายไปก่อนที่ชั้นอิเล็กตรอนรอบนอกจะเสร็จสมบูรณ์

9. สถานะออกซิเดชันเชิงบวกสูงสุดขององค์ประกอบทางเคมีที่อยู่ในกลุ่มย่อยหลักมักจะเท่ากับ

1) เลขงวด
2) หมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบทางเคมี
3) หมายเลขกลุ่ม
4) จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดในองค์ประกอบ

10. ฟอสฟอรัสแสดงสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกสูงสุดในสารประกอบ

1) ฮป.3
2) H3PO3
3) นา 3 ป
4) Ca 3 P 2

11. ฟอสฟอรัสแสดงสถานะออกซิเดชันที่ต่ำที่สุดในสารประกอบ

1) ฮป.3
2) H3PO3
3) Na3PO4
4) Ca 3 P 2

12. อะตอมของไนโตรเจนในแอมโมเนียมไนไตรท์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไอออนบวกและไอออนจะแสดงสถานะออกซิเดชันตามลำดับ

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

13. ความจุและสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ตามลำดับคือ

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

14. ความจุและสถานะออกซิเดชันของกำมะถันในไพไรต์ FeS2 ตามลำดับ

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

15. ความจุและสถานะออกซิเดชันของอะตอมไนโตรเจนในแอมโมเนียมโบรไมด์ ตามลำดับคือ

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

16. อะตอมของคาร์บอนแสดงสถานะออกซิเดชั่นเป็นลบเมื่อรวมกับ

1) ออกซิเจน
2) โซเดียม
3) ฟลูออรีน
4) คลอรีน

17. ระดับการเกิดออกซิเดชันคงที่ในสารประกอบของมันแสดงให้เห็น

1) สตรอนเทียม
2) เหล็ก
3) กำมะถัน
4) คลอรีน

18. สถานะออกซิเดชัน +3 ในสารประกอบสามารถแสดงได้

1) คลอรีนและฟลูออรีน
2) ฟอสฟอรัสและคลอรีน
3) คาร์บอนและกำมะถัน
4) ออกซิเจนและไฮโดรเจน

19. สถานะออกซิเดชัน +4 ในสารประกอบสามารถแสดงได้

1) คาร์บอนและไฮโดรเจน
2) คาร์บอนและฟอสฟอรัส
3) คาร์บอนและแคลเซียม
4) ไนโตรเจนและกำมะถัน

20. สถานะออกซิเดชันเท่ากับหมายเลขหมู่ในสารประกอบของมัน

1) คลอรีน
2) เหล็ก
3) ออกซิเจน
4) ฟลูออรีน