สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดในสารประกอบ สถานะออกซิเดชัน

ในวิชาเคมี คำว่า "ออกซิเดชัน" และ "การรีดักชัน" หมายถึงปฏิกิริยาที่อะตอมหรือกลุ่มอะตอมสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอนตามลำดับ สถานะออกซิเดชันเป็นค่าตัวเลขที่กำหนดให้กับอะตอมตั้งแต่หนึ่งอะตอมขึ้นไปที่ระบุลักษณะของจำนวนอิเล็กตรอนที่กระจายตัวใหม่และแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนเหล่านี้มีการกระจายตัวระหว่างอะตอมอย่างไรในระหว่างปฏิกิริยา การกำหนดค่านี้อาจเป็นได้ทั้งขั้นตอนง่ายๆ หรือค่อนข้างซับซ้อน ขึ้นอยู่กับอะตอมและโมเลกุลที่ประกอบด้วยพวกมัน นอกจากนี้อะตอมของธาตุบางชนิดอาจมีสถานะออกซิเดชันหลายสถานะ โชคดีที่มีกฎง่ายๆ ที่ชัดเจนในการกำหนดสถานะออกซิเดชัน หากต้องการใช้อย่างมั่นใจ ความรู้พื้นฐานทางเคมีและพีชคณิตก็เพียงพอแล้ว

ขั้นตอน

ส่วนที่ 1

การหาสถานะออกซิเดชันตามกฎเคมี

พิจารณาว่าสารที่เป็นปัญหานั้นเป็นธาตุหรือไม่.สถานะออกซิเดชันของอะตอมภายนอกสารประกอบเคมีเป็นศูนย์ กฎนี้ใช้ได้กับทั้งสารที่เกิดจากอะตอมอิสระแต่ละอะตอม และสำหรับสารที่ประกอบด้วยโมเลกุลสองอะตอมหรือโมเลกุลหลายอะตอมของธาตุเดียว

• ตัวอย่างเช่น Al(s) และ Cl 2 มีสถานะออกซิเดชันเป็น 0 เนื่องจากทั้งสองอยู่ในสถานะองค์ประกอบทางเคมีที่ไม่ได้ผูกกัน
• โปรดทราบว่า แบบฟอร์ม allotropicซัลเฟอร์ S8 หรือออคตาซัลเฟอร์ แม้จะมีโครงสร้างผิดปรกติ แต่ก็มีสถานะออกซิเดชันเป็นศูนย์เช่นกัน

1. ตรวจสอบว่าสารที่เป็นปัญหาประกอบด้วยไอออนหรือไม่สถานะออกซิเดชันของไอออนเท่ากับประจุ สิ่งนี้เป็นจริงทั้งกับไอออนอิสระและไอออนที่เป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบเคมี

   • ตัวอย่างเช่น สถานะออกซิเดชันของ Cl - ไอออนคือ -1
   • สถานะออกซิเดชันของ Cl ไอออนในสารประกอบทางเคมี NaCl ก็คือ -1 เช่นกัน เนื่องจากตามคำจำกัดความแล้ว Na ไอออนมีประจุ +1 เราจึงสรุปได้ว่า Cl ไอออนมีประจุ -1 ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของมันคือ -1

2. โปรดทราบว่าไอออนของโลหะสามารถมีสถานะออกซิเดชันได้หลายสถานะอะตอมของธาตุโลหะหลายชนิดสามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ในระดับที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ประจุของไอออนของโลหะ เช่น เหล็ก (Fe) คือ +2 หรือ +3 ประจุของไอออนโลหะ (และสถานะออกซิเดชัน) สามารถกำหนดได้โดยประจุของไอออนขององค์ประกอบอื่น ๆ ที่โลหะเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบเคมี ในข้อความประจุนี้ระบุด้วยเลขโรมัน ตัวอย่างเช่น เหล็ก (III) มีสถานะออกซิเดชันที่ +3

   • ตัวอย่างเช่น พิจารณาสารประกอบที่มีอะลูมิเนียมไอออน ประจุรวมของสารประกอบ AlCl 3 เป็นศูนย์ เนื่องจากเรารู้ว่า Cl - ไอออนมีประจุ -1 และมีไอออนดังกล่าว 3 ตัวในสารประกอบ เพื่อให้สารดังกล่าวมีความเป็นกลางโดยรวม อัลไอออนจะต้องมีประจุ +3 ดังนั้นใน ในกรณีนี้สถานะออกซิเดชันของอะลูมิเนียมคือ +3

3. สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2 (มีข้อยกเว้นบางประการ)ในเกือบทุกกรณี อะตอมออกซิเจนมีสถานะออกซิเดชันที่ -2 มีข้อยกเว้นบางประการสำหรับกฎนี้:

   • ถ้าออกซิเจนอยู่ในสถานะธาตุ (O2) สถานะออกซิเดชันจะเป็น 0 เช่นเดียวกับในกรณีของสารธาตุอื่นๆ
   • ถ้ารวมออกซิเจนด้วย เปอร์ออกไซด์สถานะออกซิเดชันของมันคือ -1 เปอร์ออกไซด์เป็นกลุ่มของสารประกอบที่มีพันธะออกซิเจน-ออกซิเจนอย่างง่าย (นั่นคือ ไอออนเปอร์ออกไซด์ O 2 -2) ตัวอย่างเช่น ในองค์ประกอบของโมเลกุล H 2 O 2 (ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) ออกซิเจนมีประจุและสถานะออกซิเดชันเป็น -1
   • เมื่อรวมกับฟลูออรีน ออกซิเจนจะมีสถานะออกซิเดชันเป็น +2 อ่านกฎสำหรับฟลูออรีนด้านล่าง

4. ไฮโดรเจนมีสถานะออกซิเดชันที่ +1 โดยมีข้อยกเว้นบางประการเช่นเดียวกับออกซิเจน ก็มีข้อยกเว้นเช่นกัน โดยทั่วไป สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ +1 (เว้นแต่จะอยู่ในสถานะองค์ประกอบ H2) อย่างไรก็ตาม ในสารประกอบที่เรียกว่าไฮไดรด์ สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ -1

   • ตัวอย่างเช่น ใน H2O สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ +1 เนื่องจากอะตอมของออกซิเจนมีประจุ -2 และจำเป็นต้องมีประจุ +1 สองประจุเพื่อให้ความเป็นกลางโดยรวม อย่างไรก็ตาม ในองค์ประกอบของโซเดียมไฮไดรด์ สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนอยู่ที่ -1 อยู่แล้ว เนื่องจาก Na ไอออนมีประจุ +1 และสำหรับความเป็นกลางทางไฟฟ้าโดยรวม ประจุของอะตอมไฮโดรเจน (และด้วยเหตุนี้จึงมีสถานะออกซิเดชันด้วย) จะต้อง เท่ากับ -1

5. ฟลูออรีน เสมอมีสถานะออกซิเดชันเป็น -1ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบบางชนิด (ไอออนของโลหะ อะตอมของออกซิเจนในเปอร์ออกไซด์ ฯลฯ) อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ อย่างไรก็ตาม สถานะออกซิเดชันของฟลูออรีนมีค่าคงที่ -1 สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าองค์ประกอบนี้มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงที่สุด - กล่าวอีกนัยหนึ่งอะตอมของฟลูออรีนมีความเต็มใจที่จะแยกส่วนกับอิเล็กตรอนของตัวเองน้อยที่สุดและดึงดูดอิเล็กตรอนจากต่างประเทศอย่างแข็งขันมากที่สุด ดังนั้นค่าธรรมเนียมของพวกเขาจึงยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

6. ผลรวมของสถานะออกซิเดชันในสารประกอบเท่ากับประจุของมันสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดรวมอยู่ในนั้น สารประกอบเคมีโดยรวมแล้วควรให้ประจุของสารประกอบนี้ ตัวอย่างเช่น ถ้าสารประกอบมีความเป็นกลาง ผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดจะต้องเป็นศูนย์ หากสารประกอบนั้นเป็นไอออนหลายอะตอมที่มีประจุ -1 ผลรวมของสถานะออกซิเดชันจะเป็น -1 และต่อๆ ไป

   • นี้ วิธีการที่ดีตรวจสอบ - หากผลรวมของสถานะออกซิเดชันไม่เท่ากับประจุรวมของสารประกอบแสดงว่าคุณทำผิดพลาดที่ไหนสักแห่ง

   ส่วนที่ 2

   การกำหนดสถานะออกซิเดชันโดยไม่ต้องใช้กฎเคมี

   1. ค้นหาอะตอมที่ไม่มีกฎเกณฑ์ที่เข้มงวดเกี่ยวกับเลขออกซิเดชันสำหรับองค์ประกอบบางอย่างไม่มีกฎตายตัวในการค้นหาสถานะออกซิเดชัน หากอะตอมไม่อยู่ภายใต้กฎใดๆ ข้างต้นและคุณไม่ทราบประจุของมัน (เช่น อะตอมเป็นส่วนหนึ่งของสารเชิงซ้อนและไม่ได้ระบุประจุ) คุณสามารถกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมดังกล่าวได้โดย การกำจัด ขั้นแรก หาประจุของอะตอมอื่นๆ ทั้งหมดของสารประกอบ จากนั้นคำนวณสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่กำหนดจากประจุทั้งหมดที่ทราบของสารประกอบ

      • ตัวอย่างเช่น ในสารประกอบ Na 2 SO 4 ไม่ทราบประจุของอะตอมกำมะถัน (S) - เรารู้เพียงว่ามันไม่ใช่ศูนย์เนื่องจากกำมะถันไม่อยู่ในสถานะองค์ประกอบ การเชื่อมต่อนี้ทำหน้าที่ ตัวอย่างที่ดีสำหรับภาพประกอบ วิธีพีชคณิตกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชัน

   2. ค้นหาสถานะออกซิเดชันของธาตุที่เหลืออยู่ในสารประกอบใช้กฎที่อธิบายไว้ข้างต้น เพื่อกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่เหลือของสารประกอบ อย่าลืมข้อยกเว้นของกฎในกรณีของอะตอม O, H และอื่นๆ

      • สำหรับ Na 2 SO 4 เมื่อใช้กฎของเรา เราพบว่าประจุ (และสถานะออกซิเดชัน) ของ Na ไอออนคือ +1 และสำหรับอะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอมจะเป็น -2

   3. ค้นหาเลขออกซิเดชันที่ไม่ทราบจากประจุของสารประกอบตอนนี้คุณมีข้อมูลทั้งหมดที่สามารถคำนวณสถานะออกซิเดชันที่ต้องการได้อย่างง่ายดาย เขียนสมการทางด้านซ้ายซึ่งจะมีผลรวมของตัวเลขที่ได้รับในขั้นตอนการคำนวณก่อนหน้าและสถานะออกซิเดชันที่ไม่รู้จักและทางด้านขวา - ประจุรวมของสารประกอบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง (ผลรวมของสถานะออกซิเดชันที่ทราบ) + (สถานะออกซิเดชันที่ต้องการ) = (ประจุของสารประกอบ)

      • ในกรณีของเรา โซลูชัน Na 2 SO 4 มีลักษณะดังนี้:
        • (ผลรวมของสถานะออกซิเดชันที่ทราบ) + (สถานะออกซิเดชันที่ต้องการ) = (ประจุของสารประกอบ)
        • -6 + ส = 0
        • ส = 0 + 6
        • S = 6 ใน Na 2 SO 4 ซัลเฟอร์มีสถานะออกซิเดชัน 6 .
   • ในสารประกอบ ผลรวมของสถานะออกซิเดชันทั้งหมดจะต้องเท่ากับประจุ ตัวอย่างเช่น หากสารประกอบนั้นเป็นไดอะตอมมิกไอออน ผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมจะต้องเท่ากับประจุไอออนิกทั้งหมด
   • การใช้ตารางธาตุและรู้ว่าธาตุที่เป็นโลหะและอโลหะอยู่ในนั้นมีประโยชน์มาก
   • สถานะออกซิเดชันของอะตอมใน แบบฟอร์มประถมศึกษาเท่ากับศูนย์เสมอ สถานะออกซิเดชันของไอออนเดี่ยวมีค่าเท่ากับประจุของมัน ธาตุหมู่ 1A ในตารางธาตุ เช่น ไฮโดรเจน ลิเธียม โซเดียม ในรูปแบบธาตุจะมีสถานะออกซิเดชันเป็น +1 โลหะกลุ่ม 2A เช่น แมกนีเซียมและแคลเซียม มีสถานะออกซิเดชันที่ +2 ในรูปของธาตุ ออกซิเจนและไฮโดรเจนสามารถมีได้ 2 ชนิด ขึ้นอยู่กับชนิดของพันธะเคมี ความหมายที่แตกต่างกันระดับของการเกิดออกซิเดชัน

ที่โรงเรียน วิชาเคมียังคงเป็นวิชาเคมีอันดับหนึ่ง วิชาที่ซับซ้อนซึ่งเนื่องจากความจริงที่ว่ามันซ่อนความยากลำบากมากมายทำให้นักเรียน (โดยปกติในช่วงเกรด 8 ถึงเกรด 9) มีความเกลียดชังและไม่แยแสต่อการเรียนรู้มากกว่าความสนใจ ทั้งหมดนี้ลดคุณภาพและปริมาณความรู้ในสาขาวิชานี้ แม้ว่าหลายพื้นที่ยังต้องการผู้เชี่ยวชาญในสาขานี้ก็ตาม ใช่ บางครั้งอาจมีช่วงเวลาที่ยากลำบากและมีกฎเกณฑ์ทางเคมีที่ไม่ชัดเจนมากกว่าที่คิด คำถามข้อหนึ่งที่ทำให้นักเรียนส่วนใหญ่กังวลคือเลขออกซิเดชันคืออะไร และจะทราบเลขออกซิเดชันของธาตุได้อย่างไร

กฎสำคัญ – กฎตำแหน่ง อัลกอริธึม

มีการพูดคุยกันมากมายเกี่ยวกับสารประกอบเช่นออกไซด์ ในการเริ่มต้นนักเรียนทุกคนจะต้องเรียนรู้ การหาปริมาณออกไซด์- นี้ การเชื่อมต่อที่ซับซ้อนธาตุทั้งสองประกอบด้วยออกซิเจน ไปที่ชั้นเรียน สารประกอบไบนารีรวมออกไซด์ไว้ด้วยเนื่องจากออกซิเจนมาเป็นอันดับสองในอัลกอริทึม เมื่อพิจารณาตัวบ่งชี้ สิ่งสำคัญคือต้องทราบกฎตำแหน่งและคำนวณอัลกอริทึม

อัลกอริทึมสำหรับกรดออกไซด์

สถานะออกซิเดชัน -สิ่งเหล่านี้เป็นการแสดงออกเชิงตัวเลขของความจุขององค์ประกอบ ตัวอย่างเช่น, กรดออกไซด์ได้รับการศึกษาตาม อัลกอริธึมบางอย่าง: มาเป็นอันดับแรกที่ไม่ใช่โลหะหรือโลหะ (โดยปกติความจุของพวกมันจะอยู่ที่ 4 ถึง 7) ตามมาด้วยออกซิเจน ตามที่ควรจะเป็น รองลงมาคือความจุของมันคือ 2 สามารถกำหนดได้อย่างง่ายดายโดยใช้ตารางธาตุ องค์ประกอบทางเคมีเมนเดเลเยฟ. สิ่งสำคัญคือต้องรู้ด้วยว่าสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบเป็นตัวบ่งชี้ที่แนะนำ บวกหรือ จำนวนลบ .

ตามกฎแล้วในช่วงเริ่มต้นของอัลกอริธึมโลหะจะเป็นอโลหะและสถานะออกซิเดชันของมันจะเป็นค่าบวก ออกซิเจนอโลหะในสารประกอบออกไซด์มีค่าคงที่ -2 ในการพิจารณาความถูกต้องของการจัดเรียงค่าทั้งหมด คุณจะต้องคูณตัวเลขที่มีอยู่ทั้งหมดด้วยดัชนีขององค์ประกอบเฉพาะหนึ่งรายการ หากผลิตภัณฑ์โดยคำนึงถึงเครื่องหมายลบและเครื่องหมายบวกทั้งหมดเท่ากับ 0 แสดงว่าการจัดเรียงนั้นมีความน่าเชื่อถือ

การจัดเรียงกรดที่มีออกซิเจน

กรดเป็นสารที่ซับซ้อนพวกมันเกี่ยวข้องกับสารตกค้างที่เป็นกรดและมีอะตอมไฮโดรเจนตั้งแต่หนึ่งอะตอมขึ้นไป ในการคำนวณระดับนี้จำเป็นต้องมีทักษะทางคณิตศาสตร์เนื่องจากตัวบ่งชี้ที่จำเป็นสำหรับการคำนวณเป็นแบบดิจิทัล สำหรับไฮโดรเจนหรือโปรตอนจะเท่ากันเสมอ – +1 ไอออนออกซิเจนเชิงลบมีสถานะออกซิเดชันเป็นลบที่ -2

หลังจากทำตามขั้นตอนเหล่านี้ทั้งหมดแล้ว คุณสามารถกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันและได้ องค์ประกอบกลางสูตร นิพจน์ในการคำนวณเป็นสูตรในรูปสมการ ตัวอย่างเช่น สำหรับกรดซัลฟิวริก สมการจะไม่ทราบค่าหนึ่ง

คำศัพท์พื้นฐานใน OVR

ORR คือปฏิกิริยารีดักชัน-ออกซิเดชัน.

• สถานะออกซิเดชันของอะตอมใด ๆ แสดงถึงความสามารถของอะตอมนี้ในการยึดหรือปล่อยอิเล็กตรอนของไอออน (หรืออะตอม) ให้กับอะตอมอื่น
• เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าสารออกซิไดซ์นั้นเป็นอะตอมที่มีประจุหรือไอออนที่ไม่มีประจุ
• ตัวรีดิวซ์ในกรณีนี้จะเป็นไอออนที่มีประจุหรือในทางกลับกันอะตอมที่ไม่มีประจุซึ่งจะสูญเสียอิเล็กตรอนไปในกระบวนการ ปฏิกิริยาทางเคมี;
• ออกซิเดชันเกี่ยวข้องกับการสละอิเล็กตรอน

วิธีกำหนดเลขออกซิเดชันในเกลือ

เกลือประกอบด้วยโลหะหนึ่งชนิดและสารตกค้างที่เป็นกรดหนึ่งชนิดหรือมากกว่า ขั้นตอนการพิจารณาจะเหมือนกับกรดที่มีกรด

โลหะที่ก่อให้เกิดเกลือโดยตรงนั้นตั้งอยู่ กลุ่มย่อยหลักระดับของมันจะเท่ากับจำนวนกลุ่มของมัน นั่นคือมันจะยังคงเป็นตัวบ่งชี้เชิงบวกที่มีเสถียรภาพเสมอ

ตัวอย่างเช่น เราสามารถพิจารณาการจัดเรียงสถานะออกซิเดชันในโซเดียมไนเตรตได้ เกลือเกิดขึ้นโดยใช้องค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม 1 ดังนั้นสถานะออกซิเดชันจะเป็นบวกและเท่ากับหนึ่ง ในไนเตรต ออกซิเจนมีค่าหนึ่งค่าคือ -2 เพื่อให้ได้ค่าตัวเลข ขั้นแรกให้เขียนสมการที่ไม่ทราบค่าหนึ่งขึ้นมา โดยคำนึงถึงข้อดีและข้อเสียทั้งหมดของค่านั้น: +1+X-6=0 เมื่อแก้สมการแล้วคุณสามารถสรุปได้ว่าตัวบ่งชี้ตัวเลขเป็นบวกและเท่ากับ + 5 นี่คือตัวบ่งชี้ไนโตรเจน กุญแจสำคัญในการคำนวณสถานะออกซิเดชันคือตาราง.

กฎการจัดเรียงออกไซด์พื้นฐาน

• ออกไซด์ของโลหะทั่วไปในสารประกอบใด ๆ มีดัชนีออกซิเดชันที่เสถียร โดยจะไม่เกิน +1 เสมอ หรือในกรณีอื่น ๆ คือ +2
• ตัวบ่งชี้ดิจิตอลโลหะคำนวณโดยใช้ ตารางธาตุ- หากองค์ประกอบอยู่ในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม 1 ค่าขององค์ประกอบนั้นจะเป็น +1
• ค่าของออกไซด์โดยคำนึงถึงดัชนีหลังการคูณและผลรวมจะต้องเท่ากับศูนย์เพราะ โมเลกุลในนั้นเป็นกลางซึ่งเป็นอนุภาคไร้ประจุ
• โลหะของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม 2 ก็มีตัวบ่งชี้เชิงบวกที่เสถียรเช่นกัน ซึ่งเท่ากับ +2

หนังสือเรียนและคู่มือของโรงเรียนหลายเล่มสอนวิธีสร้างสูตรโดยอิงจากความจุ แม้แต่สารประกอบที่มีพันธะไอออนิกก็ตาม เพื่อให้ขั้นตอนการวาดสูตรง่ายขึ้น เราถือว่าเป็นที่ยอมรับได้ แต่คุณต้องเข้าใจว่าสิ่งนี้ไม่ถูกต้องทั้งหมดเนื่องจากเหตุผลข้างต้น

มากกว่า แนวคิดสากลเป็นแนวคิดเรื่องสถานะออกซิเดชัน ขึ้นอยู่กับค่าของสถานะออกซิเดชันของอะตอมรวมถึงค่าของเวเลนซ์เราสามารถรวบรวมได้ สูตรเคมีและเขียนหน่วยสูตร

สถานะออกซิเดชัน- นี่คือประจุตามเงื่อนไขของอะตอมในอนุภาค (โมเลกุล, ไอออน, อนุมูล) ซึ่งคำนวณจากการประมาณว่าพันธะทั้งหมดในอนุภาคนั้นเป็นไอออนิก

ก่อนที่จะระบุสถานะออกซิเดชัน จำเป็นต้องเปรียบเทียบอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่ถูกพันธะ อะตอม ค คุ้มค่ามากอิเลคโตรเนกาติวีตี้มี ระดับลบออกซิเดชันและมีประจุบวกน้อยกว่า

เพื่อเปรียบเทียบค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมอย่างเป็นกลางเมื่อคำนวณสถานะออกซิเดชันในปี 2556 IUPAC แนะนำให้ใช้สเกลอัลเลน

* ตัวอย่างเช่น ตามสเกลอัลเลน อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของไนโตรเจนคือ 3.066 และคลอรีนคือ 2.869

ให้เราแสดงคำจำกัดความข้างต้นพร้อมตัวอย่าง มาเขียนสูตรโครงสร้างของโมเลกุลน้ำกันดีกว่า

โควาเลนต์ พันธะขั้วโลก O-H จะแสดงด้วยสีน้ำเงิน

ลองจินตนาการว่าพันธะทั้งสองไม่ใช่โควาเลนต์ แต่เป็นไอออนิก หากพวกมันเป็นไอออนิก อิเล็กตรอนหนึ่งตัวก็จะถ่ายโอนจากอะตอมไฮโดรเจนแต่ละอะตอมไปยังอะตอมออกซิเจนที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่า เรามาแสดงช่วงการเปลี่ยนภาพเหล่านี้ด้วยลูกศรสีน้ำเงิน

*ในนี้ตัวอย่างเช่น ลูกศรทำหน้าที่แสดงการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยสมบูรณ์ด้วยสายตา และไม่แสดงผลแบบอุปนัย

สังเกตได้ง่ายว่าจำนวนลูกศรแสดงจำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายโอน และทิศทางของลูกศรนั้นบ่งบอกถึงทิศทางของการถ่ายโอนอิเล็กตรอน

มีลูกศรสองลูกชี้ไปที่อะตอมออกซิเจน ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนสองตัวถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมออกซิเจน: 0 + (-2) = -2 มีประจุ -2 เกิดขึ้นบนอะตอมออกซิเจน นี่คือสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำ

อะตอมไฮโดรเจนแต่ละอะตอมสูญเสียอิเล็กตรอนหนึ่งตัว: 0 - (-1) = +1 ซึ่งหมายความว่าอะตอมไฮโดรเจนมีสถานะออกซิเดชันที่ +1

ผลรวมของสถานะออกซิเดชันจะเท่ากับประจุรวมของอนุภาคเสมอ

ตัวอย่างเช่น ผลรวมของสถานะออกซิเดชันในโมเลกุลของน้ำเท่ากับ: +1(2) + (-2) = 0 โมเลกุลนี้เป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า

หากเราคำนวณสถานะออกซิเดชันในไอออน ผลรวมของสถานะออกซิเดชันจะเท่ากับประจุของมันตามลำดับ

โดยทั่วไปค่าสถานะออกซิเดชันจะแสดงอยู่ที่มุมขวาบนของสัญลักษณ์องค์ประกอบ นอกจากนี้, ป้ายเขียนไว้หน้าหมายเลข- หากเครื่องหมายอยู่หลังตัวเลข แสดงว่านี่คือประจุของไอออน

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

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

ตอนนี้ให้พิจารณากรณีที่สารประกอบมีพันธะผสม: Na 2 SO 4 พันธะระหว่างซัลเฟตไอออนและโซเดียมไอออนบวกคือไอออนิก พันธะระหว่างอะตอมของกำมะถันกับอะตอมออกซิเจนในซัลเฟตไอออนนั้นเป็นโควาเลนต์เชิงขั้ว ลองเขียนสูตรกราฟิกของโซเดียมซัลเฟต และใช้ลูกศรเพื่อระบุทิศทางของการเปลี่ยนผ่านอิเล็กตรอน

*สูตรโครงสร้างแสดงลำดับ พันธะโควาเลนต์ในอนุภาค (โมเลกุล, ไอออน, อนุมูล) สูตรโครงสร้างใช้สำหรับอนุภาคที่มีพันธะโควาเลนต์เท่านั้น สำหรับอนุภาคที่มีพันธะไอออนิก แนวคิดนี้ สูตรโครงสร้างไม่สมเหตุสมผล หากอนุภาคมีพันธะไอออนิก จะใช้สูตรกราฟิก

เราจะเห็นว่าอิเล็กตรอน 6 ตัวออกจากอะตอมกำมะถันส่วนกลาง ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันของกำมะถันคือ 0 - (-6) = +6

อะตอมออกซิเจนส่วนปลายแต่ละตัวรับอิเล็กตรอนสองตัว ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันของพวกมันคือ 0 + (-2) = -2

อะตอมออกซิเจนในการเชื่อมแต่ละอะตอมรับอิเล็กตรอนสองตัวและมีสถานะออกซิเดชันที่ -2

นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันได้โดยใช้สูตรโครงสร้าง-กราฟิก โดยที่พันธะโควาเลนต์ถูกระบุด้วยเส้นประ และระบุประจุของไอออน

ในสูตรนี้ อะตอมของออกซิเจนที่เชื่อมโยงมีอะตอมเดี่ยวอยู่แล้ว ประจุลบและอิเล็กตรอนเพิ่มเติมเข้ามาจากอะตอมกำมะถัน -1 + (-1) = -2 ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันของพวกมันเท่ากับ -2

ระดับการออกซิเดชันของโซเดียมไอออนเท่ากับประจุของพวกมันนั่นคือ +1.

ให้เราตรวจสอบสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในโพแทสเซียมซูเปอร์ออกไซด์ (ซูเปอร์ออกไซด์) เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เรามาสร้างสูตรกราฟิกสำหรับโพแทสเซียมซูเปอร์ออกไซด์และแสดงการกระจายตัวของอิเล็กตรอนด้วยลูกศร การสื่อสาร O-Oเป็นโควาเลนต์ไม่มีขั้ว ดังนั้นจึงไม่ได้ระบุการกระจายตัวของอิเล็กตรอนไว้ในนั้น

* ซูเปอร์ออกไซด์ไอออนเป็นไอออนหัวรุนแรง ประจุอย่างเป็นทางการของอะตอมออกซิเจนหนึ่งคือ -1 และอีกอะตอมหนึ่งซึ่งมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่คือ 0

เราจะเห็นว่าสถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมคือ +1 สถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนที่เขียนตรงข้ามโพแทสเซียมในสูตรคือ -1 สถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนตัวที่สองคือ 0

ในทำนองเดียวกัน คุณสามารถกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันได้โดยใช้สูตรโครงสร้างกราฟิก

วงกลมแสดงถึงประจุอย่างเป็นทางการของโพแทสเซียมไอออนและอะตอมออกซิเจนตัวใดตัวหนึ่ง ในกรณีนี้ค่าของประจุที่เป็นทางการจะตรงกับค่าของสถานะออกซิเดชัน

เนื่องจากอะตอมออกซิเจนทั้งสองในไอออนซูเปอร์ออกไซด์มี ความหมายที่แตกต่างกันสถานะออกซิเดชันที่เราสามารถคำนวณได้ เลขคณิตหมายถึงสถานะออกซิเดชันออกซิเจน

จะเท่ากับ / 2 = - 1/2 = -0.5

ค่าสำหรับสถานะออกซิเดชันเฉลี่ยทางคณิตศาสตร์มักจะระบุไว้ในสูตรรวมหรือหน่วยสูตรเพื่อแสดงว่าผลรวมของสถานะออกซิเดชันเท่ากับประจุรวมของระบบ

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

ง่ายต่อการระบุสถานะออกซิเดชันโดยใช้สูตรจุดอิเล็กตรอน ซึ่งคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวและอิเล็กตรอนของพันธะโควาเลนต์จะถูกระบุด้วยจุด

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบของหมู่ VIA ดังนั้นอะตอมจึงมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 6 ตัว ลองจินตนาการว่าพันธะในโมเลกุลของน้ำนั้นเป็นไอออนิก ในกรณีนี้ อะตอมออกซิเจนจะได้รับออคเต็ตของอิเล็กตรอน

สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนจะเท่ากับ: 6 - 8 = -2

อะตอมไฮโดรเจน: 1 - 0 = +1

ความสามารถในการระบุสถานะออกซิเดชันโดยใช้สูตรกราฟิกเป็นสิ่งที่ประเมินค่าไม่ได้สำหรับการทำความเข้าใจแก่นแท้ของแนวคิดนี้ และทักษะนี้จำเป็นต้องมีในหลักสูตรด้วย เคมีอินทรีย์- หากเรากำลังเผชิญกับ สารอนินทรีย์จึงจำเป็นต้องสามารถระบุสถานะออกซิเดชันได้ สูตรโมเลกุลและหน่วยสูตร

ในการดำเนินการนี้ ก่อนอื่นคุณต้องเข้าใจว่าสถานะออกซิเดชันสามารถคงที่และแปรผันได้ ต้องจดจำองค์ประกอบที่แสดงสถานะออกซิเดชันคงที่

องค์ประกอบทางเคมีใด ๆ มีลักษณะเฉพาะด้วยสถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้นและต่ำลง

สถานะออกซิเดชันต่ำสุด- นี่คือประจุที่อะตอมได้มาจากการได้รับ ปริมาณสูงสุดอิเล็กตรอนไปยังชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอก

ด้วยเหตุนี้ ระดับต่ำสุดออกซิเดชันมีค่าเป็นลบยกเว้นโลหะซึ่งอะตอมไม่ยอมรับอิเล็กตรอนเนื่องจากค่าอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ต่ำ โลหะมีสถานะออกซิเดชันต่ำสุดที่ 0

อโลหะส่วนใหญ่ของกลุ่มย่อยหลักพยายามเติมชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกด้วยอิเล็กตรอนมากถึงแปดตัว หลังจากนั้นอะตอมจะมีโครงสร้างที่เสถียร ( กฎออคเต็ต- ดังนั้น เพื่อที่จะหาสถานะออกซิเดชันที่ต่ำที่สุด จำเป็นต้องเข้าใจว่าอะตอมขาดวาเลนซ์อิเล็กตรอนจำนวนเท่าใดจึงจะถึงออคเต็ต

ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบหมู่ VA ซึ่งหมายความว่าอะตอมไนโตรเจนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว อะตอมไนโตรเจนนั้นมีอิเล็กตรอน 3 ตัวสั้นจากออคเต็ต ซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันต่ำสุดของไนโตรเจนคือ: 0 + (-3) = -3

อิเลคโตรเนกาติวีตี้ก็เหมือนกับคุณสมบัติอื่น ๆ ของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่มีการเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้น หมายเลขซีเรียลองค์ประกอบเป็นระยะ:

กราฟด้านบนแสดงคาบของการเปลี่ยนแปลงอิเลคโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลัก ขึ้นอยู่กับเลขอะตอมขององค์ประกอบ

เมื่อเลื่อนลงไปตามกลุ่มย่อยของตารางธาตุ อิเลคโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบทางเคมีจะลดลง และเมื่อเคลื่อนที่ไปทางขวาตามคาบจะเพิ่มขึ้น

อิเล็กโทรเนกาติวีตี้สะท้อนถึงความเป็นอโลหะขององค์ประกอบ ยิ่งค่าอิเล็กโทรเนกาติวีตี้สูงเท่าไร องค์ประกอบก็จะยิ่งมีคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะมากขึ้นเท่านั้น

สถานะออกซิเดชัน

จะคำนวณสถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบได้อย่างไร?

1) สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีในสารอย่างง่ายจะเป็นศูนย์เสมอ

2) มีองค์ประกอบที่ปรากฏอยู่ในนั้น สารที่ซับซ้อนสถานะออกซิเดชันคงที่:

3) มีองค์ประกอบทางเคมีที่แสดงสถานะออกซิเดชันคงที่ในสารประกอบส่วนใหญ่ องค์ประกอบเหล่านี้ได้แก่:

องค์ประกอบ	สถานะออกซิเดชันในสารประกอบเกือบทั้งหมด	ข้อยกเว้น
ไฮโดรเจนเอช	+1	ไฮไดรด์ของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ เช่น
ออกซิเจนโอ	-2	ไฮโดรเจนและเปอร์ออกไซด์ของโลหะ: ออกซิเจนฟลูออไรด์ -

4) ผลรวมพีชคณิตสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุลจะเป็นศูนย์เสมอ ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในไอออนจะเท่ากับประจุของไอออน

5) สถานะออกซิเดชันสูงสุด (สูงสุด) เท่ากับหมายเลขกลุ่ม ข้อยกเว้นที่ไม่อยู่ภายใต้กฎนี้คือ องค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองของกลุ่ม I องค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองของกลุ่ม VIII ตลอดจนออกซิเจนและฟลูออรีน

ธาตุเคมีที่มีเลขหมู่ไม่ตรงกัน ระดับสูงสุดออกซิเดชัน (ต้องจำ)

6) สถานะออกซิเดชันต่ำสุดของโลหะจะเป็นศูนย์เสมอ และสถานะออกซิเดชันต่ำสุดของอโลหะคำนวณโดยสูตร:

สถานะออกซิเดชันต่ำสุดของอโลหะ = หมายเลขหมู่ − 8

ตามกฎที่นำเสนอข้างต้น คุณสามารถสร้างสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีในสารใดๆ ได้

การหาสถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบต่างๆ

ตัวอย่างที่ 1

กำหนดสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทั้งหมดในกรดซัลฟิวริก

สารละลาย:

ลองเขียนสูตรของกรดซัลฟิวริก:

สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนในสารเชิงซ้อนทั้งหมดคือ +1 (ยกเว้นโลหะไฮไดรด์)

สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในสารเชิงซ้อนทั้งหมดคือ -2 (ยกเว้นเปอร์ออกไซด์และออกซิเจนฟลูออไรด์เท่ากับ 2) มาจัดกัน องศาที่รู้จักออกซิเดชัน:

ให้เราแสดงสถานะออกซิเดชันของกำมะถันเป็น x:

โมเลกุลของกรดซัลฟูริกก็เหมือนกับโมเลกุลของสารใดๆ โดยทั่วไปมีความเป็นกลางทางไฟฟ้าเพราะว่า ผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุลเป็นศูนย์ แผนผังนี้สามารถอธิบายได้ดังนี้:

เหล่านั้น. เราได้สมการต่อไปนี้:

มาแก้กัน:

ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของซัลเฟอร์ในกรดซัลฟิวริกคือ +6

ตัวอย่างที่ 2

กำหนดสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทั้งหมดในแอมโมเนียมไดโครเมต

สารละลาย:

ลองเขียนสูตรของแอมโมเนียมไดโครเมต:

เช่นเดียวกับในกรณีก่อนหน้านี้ เราสามารถจัดเรียงสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนและออกซิเจนได้:

อย่างไรก็ตาม เราจะเห็นว่าสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีสององค์ประกอบในคราวเดียวนั้นไม่เป็นที่รู้จัก - ไนโตรเจนและโครเมียม ดังนั้นเราจึงไม่สามารถค้นหาสถานะออกซิเดชันเหมือนกับตัวอย่างก่อนหน้านี้ได้ (สมการหนึ่งที่มีตัวแปรสองตัวไม่มีคำตอบเดียว)

ให้เราให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าสารนี้อยู่ในประเภทเกลือและมีโครงสร้างไอออนิกตามลำดับ จากนั้นเราสามารถพูดได้อย่างถูกต้องว่าองค์ประกอบของแอมโมเนียมไดโครเมตนั้นรวมถึง NH 4 + แคตไอออน (สามารถดูประจุของแคตไอออนนี้ได้ในตารางความสามารถในการละลาย) ด้วยเหตุนี้ เนื่องจากหน่วยสูตรของแอมโมเนียม ไดโครเมตประกอบด้วยแคตไอออนที่มีประจุบวก NH 4 + บวกสองตัว ประจุของไดโครเมตไอออนจึงเท่ากับ -2 เนื่องจากสารโดยรวมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า เหล่านั้น. สารนี้เกิดขึ้นจากไอออนบวกของ NH 4 + และ Cr 2 O 7 2- แอนไอออน

เรารู้สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนและออกซิเจน รู้ว่าผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบทั้งหมดในไอออนเท่ากับประจุ และแสดงถึงสถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนและโครเมียมเป็น xและ ยดังนั้นเราสามารถเขียนได้:

เหล่านั้น. เราได้สมการอิสระสองสมการ:

การแก้ปัญหาที่เราพบ xและ ย:

ดังนั้นในแอมโมเนียมไดโครเมต สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนคือ -3, ไฮโดรเจน +1, โครเมียม +6 และออกซิเจน -2

วิธีการตรวจสอบสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบต่างๆ สารอินทรีย์คุณสามารถอ่านมันได้

วาเลนซ์

ความจุของอะตอมระบุด้วยเลขโรมัน: I, II, III เป็นต้น

ความสามารถของเวเลนซ์ของอะตอมขึ้นอยู่กับปริมาณ:

1) อิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่

2) คู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยวในวงโคจรของระดับเวเลนซ์

3) ออร์บิทัลอิเล็กตรอนว่างของระดับวาเลนซ์

ความเป็นไปได้ของเวเลนซ์ของอะตอมไฮโดรเจน

ให้เราพรรณนาสูตรกราฟิกอิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจน:

ว่ากันว่าเมื่อ ความเป็นไปได้ของความจุปัจจัยสามประการที่มีอิทธิพล ได้แก่ การมีอยู่ของอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ การมีอยู่ของคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวที่ระดับด้านนอก และการมีอยู่ของวงโคจรที่ว่าง (ว่างเปล่า) ระดับภายนอก- เราเห็นอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่หนึ่งตัวที่ระดับพลังงานด้านนอก (และเท่านั้น) จากนี้ ไฮโดรเจนสามารถมีวาเลนซ์เป็น I ได้อย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม ในระดับพลังงานแรกจะมีระดับย่อยเพียงระดับเดียวเท่านั้น - ส,เหล่านั้น. อะตอมไฮโดรเจนที่ระดับด้านนอกไม่มีคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวหรือออร์บิทัลว่าง

ดังนั้นวาเลนซีเดียวที่อะตอมไฮโดรเจนสามารถแสดงได้คือ I

ความเป็นไปได้ของเวเลนซ์ของอะตอมคาร์บอน

ลองพิจารณาดู โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์อะตอมคาร์บอน ในสถานะกราวด์ การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับภายนอกจะเป็นดังนี้:

เหล่านั้น. ในสถานะพื้นดินที่ระดับพลังงานภายนอกของอะตอมคาร์บอนที่ไม่ได้รับการกระตุ้นจะมีค่าเป็น 2 อิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่- ในสถานะนี้สามารถแสดงความจุของ II ได้ อย่างไรก็ตาม อะตอมของคาร์บอนจะเข้าสู่สถานะตื่นเต้นได้ง่ายมากเมื่อมีการจ่ายพลังงานเข้าไป และในกรณีนี้ โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นนอกจะอยู่ในรูปแบบ:

แม้ว่าจะมีการใช้พลังงานจำนวนหนึ่งในกระบวนการกระตุ้นอะตอมของคาร์บอน แต่ค่าใช้จ่ายนั้นมากกว่าการชดเชยด้วยการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์สี่พันธะ ด้วยเหตุนี้ วาเลนซี IV จึงเป็นลักษณะของอะตอมคาร์บอนมากกว่ามาก ตัวอย่างเช่น คาร์บอนวาเลนซ์ IV มีอยู่ในโมเลกุล คาร์บอนไดออกไซด์กรดคาร์บอนิกและสารอินทรีย์ทั้งหมดอย่างแน่นอน

นอกจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่และคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวแล้ว การมีอยู่ของวงโคจรระดับเวเลนซ์ที่ว่างยังส่งผลต่อความเป็นไปได้ของเวเลนซ์ด้วย การมีอยู่ของวงโคจรดังกล่าวในระดับที่เต็มไปนั้นนำไปสู่ความจริงที่ว่าอะตอมสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรับได้ คู่อิเล็กตรอน, เช่น. สร้างพันธะโควาเลนต์เพิ่มเติมผ่านกลไกผู้บริจาคและผู้รับ ตัวอย่างเช่น ตรงกันข้ามกับที่คาดไว้ ในโมเลกุลของคาร์บอนมอนอกไซด์ CO พันธะไม่เป็นสองเท่า แต่เป็นสามเท่า ดังที่แสดงไว้อย่างชัดเจนในภาพประกอบต่อไปนี้:

ความเป็นไปได้ของเวเลนซ์ของอะตอมไนโตรเจน

ให้เราเขียนสูตรกราฟิกอิเล็กทรอนิกส์สำหรับระดับพลังงานภายนอกของอะตอมไนโตรเจน:

ดังที่เห็นได้จากภาพประกอบด้านบน อะตอมของไนโตรเจนที่อยู่ในนั้น สภาพปกติมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ 3 ตัว ดังนั้นจึงมีเหตุผลที่จะถือว่ามันมีเวเลนซ์เป็น III อันที่จริงมีการสังเกตความจุของสามในโมเลกุลของแอมโมเนีย (NH 3), กรดไนตรัส (HNO 2), ไนโตรเจนไตรคลอไรด์ (NCl 3) เป็นต้น

กล่าวไว้ข้างต้นว่าความจุของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวด้วย นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าโควาเลนต์ พันธะเคมีสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เพียงเมื่ออะตอมสองอะตอมให้อิเล็กตรอนตัวเดียวซึ่งกันและกันเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นเมื่ออะตอมหนึ่งมีอิเล็กตรอนคู่เดียว - ผู้บริจาค () มอบให้กับอะตอมอีกอะตอมหนึ่งที่มีระดับวงโคจรว่าง () (ตัวรับ) เหล่านั้น. สำหรับอะตอมไนโตรเจน วาเลนซ์ IV ก็เป็นไปได้เช่นกันเนื่องจากมีพันธะโควาเลนต์เพิ่มเติมที่เกิดขึ้นตามกลไกของผู้บริจาคและผู้รับ ตัวอย่างเช่น พันธะโควาเลนต์สี่พันธะ ซึ่งหนึ่งในนั้นถูกสร้างขึ้นโดยกลไกของผู้บริจาคและผู้รับ จะถูกสังเกตในระหว่างการก่อตัวของแอมโมเนียมไอออนบวก:

แม้ว่าพันธะโควาเลนต์พันธะหนึ่งจะเกิดขึ้นตามกลไกของผู้บริจาคและผู้รับ แต่พันธะ N-H ทั้งหมดในแอมโมเนียมไอออนบวกจะเหมือนกันทุกประการและไม่แตกต่างกัน

อะตอมไนโตรเจนไม่สามารถแสดงวาเลนซีเท่ากับ V ได้ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเป็นไปไม่ได้ที่อะตอมไนโตรเจนจะเปลี่ยนไปสู่สถานะที่ตื่นเต้นซึ่งอิเล็กตรอนสองตัวจะถูกจับคู่กับการเปลี่ยนของหนึ่งในนั้นไปเป็นวงโคจรอิสระที่มีระดับพลังงานใกล้เคียงที่สุด อะตอมไนโตรเจนไม่มี ง-ระดับย่อยและการเปลี่ยนไปสู่ออร์บิทัล 3s นั้นมีราคาแพงมากจนต้นทุนพลังงานไม่ครอบคลุมโดยการสร้างพันธะใหม่ หลายคนอาจสงสัยว่าความจุของไนโตรเจนในโมเลกุลเป็นเท่าใด กรดไนตริก HNO 3 หรือไนโตรเจนออกไซด์ N 2 O 5? น่าแปลกที่วาเลนซีก็มี IV เช่นกัน ดังที่เห็นได้จากสูตรโครงสร้างต่อไปนี้:

เส้นประในภาพประกอบแสดงถึงสิ่งที่เรียกว่า แยกส่วน π -การเชื่อมต่อ. ด้วยเหตุนี้ พันธบัตร Terminal NO จึงเรียกว่า "พันธบัตรหนึ่งครึ่ง" พันธะครึ่งหนึ่งที่คล้ายกันมีอยู่ในโมเลกุลของโอโซน O 3, เบนซิน C 6 H 6 เป็นต้น

ความเป็นไปได้ของวาเลนซ์ของฟอสฟอรัส

ให้เราพรรณนาสูตรกราฟิกอิเล็กทรอนิกส์ของระดับพลังงานภายนอกของอะตอมฟอสฟอรัส:

ดังที่เราเห็นโครงสร้างของชั้นนอกของอะตอมฟอสฟอรัสในสถานะพื้นดินและอะตอมไนโตรเจนเหมือนกัน ดังนั้นจึงมีเหตุผลที่จะคาดหวังสำหรับอะตอมฟอสฟอรัส เช่นเดียวกับอะตอมไนโตรเจน วาเลนซ์ที่เป็นไปได้เท่ากับ I, II, III และ IV ตามที่สังเกตในทางปฏิบัติ

อย่างไรก็ตาม อะตอมฟอสฟอรัสก็มีไม่เหมือนกับไนโตรเจน ง-ระดับย่อยที่มีวงโคจรว่าง 5 วง

ในเรื่องนี้สามารถเปลี่ยนไปสู่สถานะที่ตื่นเต้นโดยไออิเล็กตรอน 3 ได้ ส-ออร์บิทัล:

ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่วาเลนซ์ V สำหรับอะตอมฟอสฟอรัสซึ่งไม่สามารถเข้าถึงไนโตรเจนได้ ตัวอย่างเช่น อะตอมฟอสฟอรัสมีเวเลนซ์ 5 ในโมเลกุลของสารประกอบเช่น กรดฟอสฟอริก, ฟอสฟอรัส (V) เฮไลด์, ฟอสฟอรัส (V) ออกไซด์ ฯลฯ

ความเป็นไปได้ของเวเลนซ์ของอะตอมออกซิเจน

สูตรกราฟิกอิเล็กตรอนสำหรับระดับพลังงานภายนอกของอะตอมออกซิเจนมีรูปแบบดังนี้

เราเห็นอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่จับคู่กันที่ระดับที่ 2 ดังนั้นวาเลนซ์ II จึงเป็นไปได้สำหรับออกซิเจน ควรสังเกตว่าความจุของอะตอมออกซิเจนนี้พบได้ในสารประกอบเกือบทั้งหมด ข้างต้น เมื่อพิจารณาความสามารถความจุของอะตอมคาร์บอน เราได้กล่าวถึงการก่อตัวของโมเลกุลคาร์บอนมอนอกไซด์ พันธะในโมเลกุล CO นั้นเป็นสามเท่า ดังนั้นออกซิเจนจึงมีไตรวาเลนท์ (ออกซิเจนคือผู้บริจาคคู่อิเล็กตรอน)

เนื่องจากอะตอมออกซิเจนไม่มีภายนอก ง-ระดับย่อยการจับคู่อิเล็กตรอน สและ พี-วงโคจรเป็นไปไม่ได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมความสามารถความจุของอะตอมออกซิเจนจึงถูกจำกัดเมื่อเทียบกับองค์ประกอบอื่นๆ ของกลุ่มย่อย เช่น ซัลเฟอร์

ความเป็นไปได้ของเวเลนซ์ของอะตอมซัลเฟอร์

ภายนอก ระดับพลังงานอะตอมของกำมะถันอยู่ในสถานะไม่ตื่นเต้น:

อะตอมของกำมะถันก็เหมือนกับอะตอมของออกซิเจน โดยปกติจะมีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่จับคู่กัน ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าความจุของกำมะถันที่เท่ากับ 2 นั้นเป็นไปได้ อันที่จริงซัลเฟอร์มีวาเลนซี II เช่นในโมเลกุลไฮโดรเจนซัลไฟด์ H 2 S

ดังที่เราเห็นอะตอมของกำมะถันจะปรากฏที่ระดับภายนอก ง-ระดับย่อยที่มีวงโคจรว่าง ด้วยเหตุนี้ อะตอมของกำมะถันจึงสามารถขยายขีดความสามารถของความจุได้ ซึ่งแตกต่างจากออกซิเจน เนื่องจากการเปลี่ยนไปสู่สภาวะตื่นเต้น ดังนั้นเมื่อจับคู่อิเล็กตรอนคู่เดียว 3 พี- ย่อยอะตอมกำมะถันที่ได้รับ การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ระดับภายนอกของแบบฟอร์มต่อไปนี้:

ในสถานะนี้ อะตอมของกำมะถันมีอิเล็กตรอน 4 ตัวที่ไม่จับคู่กัน ซึ่งบอกเราว่าอะตอมของกำมะถันสามารถแสดงความจุของ IV ได้ อันที่จริงซัลเฟอร์มีความจุ IV ในโมเลกุล SO 2, SF 4, SOCl 2 เป็นต้น

เมื่อจับคู่อิเล็กตรอนคู่ที่สองซึ่งอยู่ที่ 3 ส-ระดับย่อย ระดับพลังงานภายนอกได้รับการกำหนดค่า:

ในสถานะนี้ การสำแดงของวาเลนซี VI จะเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างของสารประกอบที่มีซัลเฟอร์ VI-valent ได้แก่ SO 3, H 2 SO 4, SO 2 Cl 2 เป็นต้น

ในทำนองเดียวกัน เราสามารถพิจารณาความเป็นไปได้ของเวเลนซ์ขององค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ได้

สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ จะหาสถานะออกซิเดชันได้อย่างไร?

1) บี เรื่องง่ายๆสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบใด ๆ คือ 0 ตัวอย่าง: นา 0, H 0 2, P 0 4

2) จำเป็นต้องจดจำองค์ประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันคงที่ ทั้งหมดแสดงอยู่ในตาราง

3) การค้นหาสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบอื่น ๆ เป็นไปตามกฎง่ายๆ:

ในโมเลกุลที่เป็นกลาง ผลรวมของสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทั้งหมดจะเป็นศูนย์ และในไอออน - ประจุของไอออน

ลองดูการประยุกต์ใช้กฎนี้โดยใช้ตัวอย่างง่ายๆ

ตัวอย่างที่ 1- จำเป็นต้องค้นหาสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในแอมโมเนีย (NH 3)

สารละลาย- เรารู้อยู่แล้ว (ดูข้อ 2) ข้อนั้น ตกลง. ไฮโดรเจนคือ +1 ยังคงต้องค้นหาคุณลักษณะนี้ของไนโตรเจน ให้ x เป็นสถานะออกซิเดชันที่ต้องการ เราสร้างสมการที่ง่ายที่สุด: x + 3*(+1) = 0 วิธีแก้ชัดเจน: x = -3 คำตอบ: N -3 H 3 +1

ตัวอย่างที่ 2- ระบุสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุล H 2 SO 4

สารละลาย- ทราบสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนและออกซิเจนแล้ว: H(+1) และ O(-2) เราสร้างสมการเพื่อกำหนดสถานะออกซิเดชันของกำมะถัน: 2*(+1) + x + 4*(-2) = 0 สมการที่กำหนดเราพบ: x = +6 คำตอบ: H +1 2 S +6 O -2 4.

ตัวอย่างที่ 3- คำนวณสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทั้งหมดในโมเลกุล Al (NO 3) 3

สารละลาย- อัลกอริทึมยังคงไม่เปลี่ยนแปลง องค์ประกอบของ "โมเลกุล" ของอะลูมิเนียมไนเตรตประกอบด้วยอะตอมอัลหนึ่งอะตอม (+3), อะตอมออกซิเจน 9 อะตอม (-2) และอะตอมไนโตรเจน 3 อะตอมซึ่งเราต้องคำนวณสถานะออกซิเดชัน สมการที่สอดคล้องกัน: 1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0. คำตอบ: อัล +3 (N +5 O -2 3) 3.

ตัวอย่างที่ 4- กำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดใน (AsO 4) 3- ไอออน

สารละลาย- ในกรณีนี้ ผลรวมของสถานะออกซิเดชันจะไม่เท่ากับศูนย์อีกต่อไป แต่จะเท่ากับประจุของไอออน นั่นคือ -3 สมการ: x + 4*(-2) = -3 คำตอบ: As(+5), O(-2)

เป็นไปได้หรือไม่ที่จะระบุสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบหลายอย่างพร้อมกันโดยใช้สมการที่คล้ายกัน ถ้าเราพิจารณา งานนี้จากมุมมองทางคณิตศาสตร์ คำตอบคือไม่ สมการเชิงเส้นด้วยตัวแปรสองตัวไม่สามารถมีวิธีแก้ปัญหาเฉพาะได้ แต่เรากำลังแก้มากกว่าสมการ!

ตัวอย่างที่ 5- กำหนดสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทั้งหมดใน (NH 4) 2 SO 4

สารละลาย- ทราบสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนและออกซิเจน แต่ไม่ทราบสถานะออกซิเดชันของซัลเฟอร์และไนโตรเจน ตัวอย่างคลาสสิกมีปัญหากับสองสิ่งไม่รู้! เราจะถือว่าแอมโมเนียมซัลเฟตไม่ใช่ "โมเลกุล" เดี่ยว แต่เป็นการรวมกันของไอออนสองตัว: NH 4 + และ SO 4 2- เราทราบประจุของไอออนแต่ละอะตอมมีเพียงอะตอมเดียวที่มีสถานะออกซิเดชันที่ไม่รู้จัก จากประสบการณ์ที่ได้รับในการแก้ปัญหาก่อนหน้านี้ เราสามารถค้นหาสถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนและซัลเฟอร์ได้อย่างง่ายดาย คำตอบ: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2

สรุป: หากโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมหลายอะตอมโดยไม่ทราบสถานะออกซิเดชัน ให้ลอง "แยก" โมเลกุลออกเป็นหลายส่วน

ตัวอย่างที่ 6- ระบุสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทั้งหมดใน CH 3 CH 2 OH

สารละลาย- ค้นหาสถานะออกซิเดชันใน สารประกอบอินทรีย์มีลักษณะเฉพาะของตัวเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จำเป็นต้องค้นหาสถานะออกซิเดชันของอะตอมคาร์บอนแต่ละอะตอมแยกจากกัน คุณสามารถให้เหตุผลได้ดังนี้ ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาอะตอมของคาร์บอนในกลุ่มเมทิล อะตอม C นี้เชื่อมต่อกับอะตอมไฮโดรเจน 3 อะตอมและอะตอมคาร์บอนที่อยู่ใกล้เคียง โดย การเชื่อมต่อ S-Nความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเปลี่ยนไปทางอะตอมคาร์บอน (เนื่องจากอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ของ C มากกว่า EO ของไฮโดรเจน) หากการกระจัดนี้เสร็จสมบูรณ์ อะตอมของคาร์บอนจะมีประจุเท่ากับ -3

อะตอม C ในกลุ่ม -CH 2 OH ถูกพันธะกับไฮโดรเจน 2 อะตอม (ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเปลี่ยนไปทาง C) อะตอมออกซิเจน 1 อะตอม (ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเปลี่ยนไปทาง O) และอะตอมของคาร์บอน 1 อะตอม (สามารถสันนิษฐานได้ว่าการเปลี่ยนแปลงนี้ ในความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในกรณีนี้จะไม่เกิดขึ้น) สถานะออกซิเดชันของคาร์บอนคือ -2 +1 +0 = -1

คำตอบ: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1

ลิขสิทธิ์ Repetitor2000.ru, 2000-2015