Як визначати можливі ступені окислення елементів. Ступінь окислення

Частина I

1. Ступінь окислення (с. о.) – цеумовний заряд атомів хімічного елемента у складному речовині, обчислений з урахуванням припущення, що складається з простих іонів.

Слід знати!

1) У з'єднаннях с. о. водню = +1, крім гідридів.
2) У з'єднаннях с. о. кисню = -2, крім пероксидів та фторидів
3) Ступінь окиснення металів завжди позитивна.

Для металів головних підгруп перших трьох груп с. о. постійна:
метали ІА групи - с. о. = +1,
метали IIA групи – с. о. = +2,
метали IIIA групи – с. о. = +3.
4) У вільних атомів та простих речовин с. о. = 0.
5) Сумарна с. о. всіх елементів у поєднанні = 0.

2. Спосіб утворення назвдвоелементних (бінарних) з'єднань.

4. Доповніть таблицю «Назви та формули бінарних сполук».

5. Визначте рівень окислення виділеного шрифтом елемента складного з'єднання.

Частина II

1. Визначте ступеня окиснення хімічних елементів у сполуках за їх формулами. Напишіть назви цих речовин.

2. Розділіть речовини FeO, Fe2O3, CaCl2, AlBr3, CuO, K2O, BaCl2, SO3на дві групи. Запишіть назви речовин, вказавши ступінь окислення.

3. Встановіть відповідність між назвою та ступенем окислення атома хімічного елемента та формулою сполуки.

4. Складіть формули речовин за назвою.

5. Скільки молекул міститься в 48 г оксиду сірки (IV)?

6. За допомогою Інтернету та інших джерел інформації підготуйте повідомлення про застосування будь-якого бінарного з'єднання за таким планом:
1) формула;
2) назву;
3) властивості;
4) застосування.

Вода H2O, оксид водню.
Вода за звичайних умов рідина, без кольору, запаху, у товстому шарі – блакитна. Температура кипіння близько 100? Є гарним розчинником. Складається молекула води з двох атомів водню та одного атома кисню, це його якісний та кількісний склад. Це складне речовина, йому характерні такі хімічні властивості: взаємодія з лужними металами, лужноземельними металами. Реакції обміну із водою називаються гідролізом. Ці реакції мають велике значення у хімії.

7. Ступінь окислення марганцю у поєднанні К2МnO4 дорівнює:
3) +6

8. Найменший ступінь окислення хром має у поєднанні, формула якого:
1) Сг2O3

9. Максимальний ступінь окислення хлор виявляє у поєднанні, формула якого:
3) Сl2O7

У хімічних процесах головну роль грають атоми та молекули, властивості яких визначають результат хімічних реакцій. Однією з важливих характеристик атома є окисне число, яке полегшує метод обліку перенесення електронів у частинці. Як визначити ступінь окислення чи формальний заряд частинки та які правила необхідно знати для цього?

Будь-яка хімічна реакція обумовлена ​​взаємодією атомів різних речовин. Від характеристик найдрібніших частинок залежить процес реакції та її результат.

Термін окислення (оксидація) в хімії означає реакцію, в ході якої група атомів або один з них втрачають електрони або набувають, у разі придбання реакцію називають відновленням.

Ступінь окислення – це величина, яка вимірюється кількісно і характеризує електрони, що перерозподіляються, в ході реакції. Тобто. в процесі оксидації електрони в атомі зменшуються або збільшуються, перерозподіляючись між іншими частинками, що взаємодіють, і рівень оксидації показує, як саме вони реорганізуються. Дане поняття тісно пов'язане з електронегативністю частинок – їх умінням притягувати та відштовхувати від себе вільні іони.

Визначення рівня оксидації залежить від характеристик та властивостей конкретної речовини, тому не можна однозначно назвати процедуру обчислення легкою чи складною, але її результати допомагають умовно записати процеси окисно-відновних реакцій. Слід розуміти, що отриманий результат обчислень є результатом обліку перенесення електронів і немає фізичного сенсу, і навіть є істинним зарядом ядра.

Важливо знати! Неорганічна хімія часто використовує термін валентності замість ступеня окислення елементів, це помилка, але слід враховувати, що друге поняття універсальніше.

Поняття та правила обчислень руху електронів є основою для класифікації хімічних речовин (номенклатура), опису їх властивостей та складання формул зв'язку. Але найчастіше це поняття використовується для опису та роботи з окислювально-відновними реакціями.

Правила визначення ступеня окиснення

Як дізнатися ступінь окиснення? Працюючи з окислювально-відновними реакціями важливо знати, що формальний заряд частки завжди дорівнюватиме величині електрона, вираженого в числовому значенні. Ця особливість пов'язана з припущенням, що електронні пари, що утворюють зв'язок, завжди повністю зміщуються в бік більш негативних частинок. Слід розуміти, що йдеться про іонні зв'язки, а у разі реакції при електрони будуть ділитися порівну між однаковими частинками.

Окисне число може мати як позитивні, так і негативні значення. Вся справа в тому, що в процесі реакції атом повинен стати нейтральним, а для цього потрібно або приєднати до іону деяку кількість електронів, якщо він позитивний, або забрати їх, якщо він негативний. Для позначення цього поняття під час запису формули зазвичай прописують над позначенням елемента арабську цифру з відповідним знаком. Наприклад, або т.д.

Слід знати, що формальний заряд металів завжди буде позитивним, а здебільшого, щоб визначити його, можна скористатися таблицею Менделєєва. Існує ряд особливостей, які необхідно враховувати, щоб правильно визначати показники.

Ступінь оксидації:

Запам'ятавши ці особливості, досить просто визначатиме окисне число в елементів, незалежно від складності та кількості рівнів атомів.

Корисне відео: визначення ступеня окиснення

Періодична таблиця Менделєєва містить майже всю інформацію для роботи з хімічними елементами. Наприклад, школярі використовують лише її для опису хімічних реакцій. Так, щоб визначити максимальні позитивні та негативні значення окисного числа необхідно звіритися з позначенням хімічного елемента в таблиці:

1. Максимально позитивне – це номер групи, де знаходиться елемент.
2. Максимально негативний ступінь окислення – це різниця між максимально позитивним кордоном та числом 8.

Таким чином, досить просто дізнатися про крайні межі формального заряду того чи іншого елемента. Таку дію можна зробити за допомогою обчислень на основі таблиці Менделєєва.

Важливо знати! В одного елемента може бути одночасно кілька різних показників оксидації.

Розрізняють два основні способи визначення рівня оксидації, приклади яких представлені нижче. Перший – це спосіб, який вимагає знань і умінь застосовувати закони хімії. Як розставляти ступені окислення за допомогою цього способу?

Правило визначення ступенів окиснення

Для цього необхідно:

1. Визначити, чи ця речовина є елементарною і чи знаходиться вона поза зв'язком. Якщо так, то його окисне число дорівнюватиме 0, незалежно від складу речовини (окремі атоми або багаторівневі атомні сполуки).
2. Визначити, чи складається речовина, що розглядається, з іонів. Якщо так, то ступінь оксидації дорівнюватиме їх заряду.
3. Якщо речовина, що розглядається метал, то подивитися на показники інших речовин у формулі і обчислити показання металу шляхом арифметичних дій.
4. Якщо все з'єднання має один заряд (по суті це сума всіх частинок представлених елементів), достатньо визначити показники простих речовин, потім відняти їх від загальної суми і отримати дані металу.
5. Якщо зв'язок нейтральний, то загальна сума повинна дорівнювати нулю.

Наприклад можна розглянути об'єднання з іоном алюмінію, загальний заряд якого дорівнює нулю. Правила хімії підтверджують той факт, що іон Cl має окисне число -1, а в даному випадку їх три у поєднанні. Значить іон Al повинен дорівнювати +3, щоб все з'єднання було нейтральним.

Цей спосіб дуже хороший, оскільки правильність рішення можна перевірити, якщо скласти всі рівні оксидації разом.

Другий метод можна застосовувати без знання хімічних законів:

1. Знайти дані частинок, щодо яких немає строгих правил і точну кількість їх електронів невідомо (можна шляхом виключення).
2. З'ясувати показники всіх інших частинок і після загальної суми шляхом віднімання знайти потрібну частинку.

Розглянемо другий метод з прикладу речовини Na2SO4, у якому визначено атом сірки S, відомо лише, що він відмінний від нуля.

Щоб знайти, чому рівні всі ступені окислення необхідно:

1. Знайти відомі елементи, пам'ятаючи про традиційні правила та винятки.
2. Іон Na = +1, а кожен кисень = -2.
3. Помножити кількість частинок кожної речовини на їх електрони та одержати ступеня оксидації всіх атомів, крім одного.
4. У Na2SO4 складаються 2 натрію та 4 кисні, при множенні виходить: 2 X +1 = 2 – це окисне число всіх частинок натрію та 4 X -2 = -8 – киснів.
5. Скласти отримані результати 2+(-8) =-6 – це загальний заряд з'єднання без сірки.
6. Подати хімічний запис у вигляді рівняння: сума відомих даних + невідоме число = загальний заряд.
7. Na2SO4 представлено так: -6 + S = 0, S = 0 + 6, S = 6.

Отже, щоб використати другий метод, досить знати прості закони арифметики.

Таблиця оксидації

Для простоти роботи та обчислення показників оксидації для кожної хімічної речовини використовують спеціальні таблиці, де прописані всі дані.

Вона виглядає так:

Корисне відео: вчимося визначати ступінь окислення за формулами

Висновок

Знаходження ступеня окислення для хімічної речовини – це проста дія, яка потребує лише уважності та знання основних правил та винятків. Знаючи винятки та користуючись спеціальними таблицями, ця дія не займатиме багато часу.

У школі хімія досі займає місце одного з найскладніших предметів, який, зважаючи на те, що приховує безліч труднощів, викликає у учнів (зазвичай це в період з 8 по 9 класи) більше ненависті та байдужості до вивчення, ніж інтересу. Все це знижує якість та кількість знань з предмету, хоча у багатьох сферах досі потрібні фахівці у цій галузі. Так, складних моментів та незрозумілих правил у хімії іноді навіть більше, ніж здається. Одне з питань, які хвилюють більшість учнів, це те, що таке ступінь окислення і як визначати ступеня окислення елементів.

Важливе правило - правило розміщення, алгоритми

Тут багато говориться про такі сполуки, як оксиди. Для початку будь-який учень повинен вивчити визначення оксидів- це складні сполуки двох елементів, у складі перебуває кисень. До класу бінарних сполук оксиди відносять через те, що в алгоритмі кисень стоїть другим по черзі. При визначенні показника важливо знати правила розміщення та розрахувати алгоритм.

Алгоритми для кислотних оксидів

Ступені окислення -це чисельні вирази валентності елементів. Наприклад, кислотні оксиди утворені за певним алгоритмом: спочатку йдуть неметали або метали (їх валентність зазвичай від 4 до 7), а потім йде кисень, як і має бути, другим по порядку, його валентність дорівнює двом. Визначається вона легко – за періодичною таблицею хімічних елементів Менделєєва. Ступінь окислення елементів - це показник, який передбачає або позитивне, або негативне число.

На початку алгоритму, зазвичай, неметал, та її ступінь окислення - позитивна. Неметал кисень в оксидних сполуках має стабільне значення, яке дорівнює -2. Щоб визначити вірність розміщення всіх значень, необхідно помножити всі наявні цифри на індекси в одного конкретного елемента, якщо добуток з урахуванням всіх мінусів і плюсів дорівнює 0, то розташування достовірна.

Розстановка в кислотах, що містять кисень

Кислоти є складними речовинами, вони пов'язані з будь-яким кислотним залишком і містять один або кілька атомів водню. Тут, для обчислення ступеня, потрібні навички з математики, оскільки показники, необхідні обчислення, цифрові. У водню чи протона він завжди однаковий – +1. У негативного іона кисню негативний ступінь окиснення -2.

Після всіх цих дій можна визначити ступінь окислення і центрального елемента формули. Вираз для її обчислення є формулою у вигляді рівняння. Наприклад, для сірчаної кислоти рівняння буде одним невідомим.

Основні терміни в ОВР

ОВР – це відновлювально-окисні реакції.

• Ступінь окислення будь-якого атома – характеризує здатність цього атома приєднувати або віддавати іншим атомам електрони іонів (або атомів);
• Прийнято вважати окислювачами або заряджені атоми або незаряджені іони;
• Відновником у цьому випадку будуть заряджені іони або, навпаки, незаряджені атоми, які втрачають свої електрони в процесі хімічної взаємодії;
• Окислення полягає у віддачі електронів.

Як розставляти ступінь окислення в солях

Солі складаються з одного металу та одного або кількох кислотних залишків. Методика визначення така сама, як і в кислотовмісних кислотах.

Метал, який безпосередньо утворює сіль, розташовується в головній підгрупі, його ступінь дорівнюватиме номеру його групи, тобто завжди залишатиметься стабільним, позитивним показником.

Як приклад можна розглянути розстановку ступенів окиснення в нітраті натрію. Сіль утворюється за допомогою елемента головної підгрупи 1 групи, відповідно, ступінь окислення буде позитивною і дорівнює одиниці. У нітратах кисень має значення – -2. Для того щоб отримати чисельне значення, для початку складається рівняння з одним невідомим, враховуючи всі мінуси та плюси значень: +1+Х-6=0. Вирішивши рівняння, можна дійти того факту, що чисельний показник позитивний і дорівнює +5. Це показник азоту. Важливий ключ, щоб вирахувати ступінь окислення – таблиця.

Правило розміщення в основних оксидах

• Оксиди типових металів у будь-яких сполуках мають стабільний показник окислення, він завжди не більший за +1, або в інших випадках +2;
• Цифровий показник металу обчислюється з допомогою періодичної таблиці. Якщо елемент міститься у головній підгрупі 1 групи, його значення буде +1;
• Значення оксидів, враховуючи та його індекси, після множення суммовано повинні дорівнювати нулю, т.к. молекула у яких нейтральна, частка, позбавлена ​​заряду;
• Метали основної підгрупи 2 групи мають стійкий позитивний показник, який дорівнює +2.

Завдання щодо визначення ступеня окислення може виявитися як простою формальністю, так і складною головоломкою. Насамперед це залежатиме від формули хімічної сполуки, а також наявності елементарних знань з хімії та математики.

Знаючи основні правила та алгоритм послідовно-логічних дій, про які йтиметься у цій статті, при вирішенні завдань подібного типу, кожен з легкістю зможе впоратися з цим завданням. А потренувавшись і навчившись визначати ступеня окислення різнопланових хімічних сполук, можна сміливо братися за вирівнювання складних окислювально-відновних реакцій шляхом складання електронного балансу.

Поняття ступеня окиснення

Щоб навчитися визначати ступінь окислення, спочатку необхідно розібратися, що це поняття означає?

• Ступінь окислення застосовують під час запису в окислювально-відновних реакціях, коли відбувається передача електронів від атома до атома.
• Ступінь окиснення фіксує кількість перенесених електронів, позначаючи умовний заряд атома.
• Ступінь окислення та валентність найчастіше тотожні.

Дане позначення пишеться зверху хімічного елемента, у його правому кутку, і є ціле число зі знаком «+» або «-». Нульове значення ступеня окиснення знака несе.

Правила визначення ступеня окиснення

Розглянемо основні канони визначення ступеня окиснення:

• Прості елементарні речовини, тобто ті, що складаються з одного виду атомів, завжди матимуть нульовий ступінь окислення. Наприклад, Na0, H02, P04
• Існує ряд атомів, що мають завжди один, постійний, ступінь окислення. Наведені у таблиці значення краще запам'ятати.

• Як видно, виняток буває лише у водню у поєднанні з металами, де він набуває не властивого йому ступеня окислення «-1».
• Кисень також приймає ступінь окислення «+2» у хімічному з'єднанні з фтором і «-1» у складах перекисів, надперекисів або озонідів, де атоми кисню з'єднані один з одним.

• Іони металів мають кілька значень ступеня окислення (причому лише позитивні), тому її визначають за сусідніми елементами у поєднанні. Наприклад, FeCl3, хлор має ступінь окислення «-1», він має 3 атома, отже множимо -1 на 3, отримуємо «-3». Щоб у сумі ступенів окислення сполуки вийшла «0», залізо повинно мати ступінь окислення «+3». У формулі FeCl2 залізо, відповідно, змінить свій ступінь на «+2».
• Математично підсумовуючи ступеня окислення всіх атомів у формулі (з урахуванням знаків), завжди має виходити нульове значення. Наприклад, у соляній кислоті H+1Cl-1 (+1 і -1 = 0), а в сірчистій кислоті H2+1S+4O3-2(+1 * 2 = +2 у водню,+4 у сірки та -2 * 3 = - 6 у кисню, у сумі +6 і -6 дають 0).
• Ступінь окислення одноатомного іона дорівнюватиме його заряду. Наприклад: Na+, Ca+2.
• Найвищий ступінь окислення, як правило, співвідноситься з номером групи в періодичній системі Д. І. Менделєєва.

Алгоритм дій визначення ступеня окиснення

Порядок знаходження ступеня окислення не складний, але потребує уваги та виконання певних дій.

Завдання: розставити ступеня окиснення у з'єднанні KMnO4

• Перший елемент – калій, що має постійний ступінь окислення «+1».
  Для перевірки можна переглянути в періодичну систему, де калій знаходиться в 1 групі елементів.
• З двох елементів, кисень, як правило, приймає ступінь окислення «-2».
• Отримуємо таку формулу: К+1MnхO4-2. Залишається визначити ступінь окислення марганцю.
  Отже, х – невідомий нам ступінь окислення марганцю. Тепер важливо звернути увагу до кількість атомів у соединении.
  Кількість атомів калію – 1, марганцю – 1, кисню – 4.
  З урахуванням електронейтральності молекули, коли загальний (сумарний) заряд дорівнює нулю,

1*(+1) + 1*(х) + 4(-2) = 0,
+1+1х+(-8) = 0,
-7+1х = 0,
(при перенесенні міняємо знак)
1х = +7, х = +7

Таким чином, ступінь окислення марганцю у поєднанні дорівнює «+7».

Завдання: розставити ступеня окиснення у поєднанні Fe2O3.

• Кисень, як відомо, має ступінь окислення "-2" і виступає окислювачем. З урахуванням кількості атомів (3), у сумі кисню виходить значення «-6» (-2*3= -6), тобто. множимо ступінь окиснення на кількість атомів.
• Щоб урівноважити формулу та призвести до нуля, 2 атоми заліза матимуть ступінь окислення «+3» (2*+3=+6).
• У сумі отримуємо нуль (-6 та +6 = 0).

Завдання: розставити ступеня окиснення з'єднання Al(NO3)3.

• Атом алюмінію – один і має постійний рівень окислення «+3».
• Атомів кисню у молекулі – 9 (3*3), ступінь окислення кисню, як відомо «-2», отже, помножуючи ці значення, отримуємо «-18».
• Залишилося вирівняти негативні та позитивні значення, визначивши таким чином ступінь окислення азоту. -18 і +3, не вистачає + 15. А з огляду на те, що є 3 атоми азоту, легко визначити його ступінь окислення: 15 ділимо на 3 і отримуємо 5.
• Ступінь окислення азоту «+5», а формула матиме вигляд: Al+3(N+5O-23)3
• Якщо складно в такий спосіб визначати потрібне значення, можна складати і розв'язувати рівняння:

1 * (+3) + 3х + 9 * (-2) = 0.
+3+3х-18=0
3х = 15
х = 5

Отже, ступінь окислення - досить важливе поняття в хімії, що символізує стан атомів у молекулі.
Без знання певних положень чи основ, що дозволяють правильно визначати ступінь окислення, неможливо впоратися із виконанням цього завдання. Отже, висновок один: досконально ознайомитися та вивчити правила знаходження ступеня окислення, чітко та лаконічно представлені у статті, і сміливо рухатися далі нелегким шляхом хімічних премудростей.

Вміння знаходити ступінь окислення хімічних елементів є необхідною умовою для успішного вирішення хімічних рівнянь, що описують окисно-відновлювальні реакції. Без нього ви не зможете скласти точну формулу речовини, що вийшла в результаті реакції між різними хімічними елементами. В результаті вирішення хімічних завдань, побудованих на подібних рівняннях, буде або неможливим або помилковим.

Поняття ступеня окиснення хімічного елемента
Ступінь окислення- Це умовна величина, за допомогою якої прийнято описувати окисно-відновлювальні реакції. Чисельно вона дорівнює кількості електронів, що віддає атом, що набуває позитивного заряду, або кількості електронів, яке приєднує до себе атом, що набуває негативного заряду.

В окислювально-відновлювальних реакціях поняття ступінь окислення використовується для визначення хімічних формул сполук елементів, що виходять в результаті взаємодії кількох речовин.

На перший погляд може здатися, що ступінь окислення еквівалентний поняттю валентності хімічного елемента, але це не так. Концепція валентністьвикористовується для кількісного вираження електронної взаємодії у ковалентних з'єднаннях, тобто у з'єднаннях, утворених за рахунок утворення загальних електронних пар. Ступінь окиснення використовується для опису реакцій, що супроводжуються віддачею або приєднанням електронів.

На відміну від валентності, що є нейтральною характеристикою, ступінь окислення може мати позитивне, негативне або нульове значення. Позитивне значення відповідає числу відданих електронів, а негативна числу приєднаних. Нульове значення означає, що елемент знаходиться у формі простої речовини, або він був відновлений до 0 після окислення, або окислений до нуля після попереднього відновлення.

Як визначити ступінь окислення конкретного хімічного елемента
Визначення ступеня окиснення для конкретного хімічного елемента підпорядковується наступним правилам:

1. Ступінь окиснення простих речовин завжди дорівнює нулю.
   
2. Лужні метали, що у першій групі періодичної таблиці, мають ступінь окислення +1.
   
3. Лужноземельні метали, які у періодичної таблиці другу групу, мають ступінь окислення +2.
   
4. Водень у сполуках з різними неметалами завжди виявляє ступінь окиснення +1, а сполуках з металами +1.
   
5. Ступінь окислення молекулярного кисню у всіх сполуках, що розглядаються у шкільному курсі неорганічної хімії, дорівнює -2. Фтору -1.
   
6. При визначенні ступеня окиснення в продуктах хімічних реакцій виходять із правила електронейтральності, відповідно до якого сума ступенів окиснення різних елементів, що входять до складу речовини, повинна дорівнювати нулю.
   
7. Алюміній у всіх сполуках виявляє ступінь окислення рівний +3.
   

Далі, зазвичай, починаються складності, оскільки інші хімічні елементи демонструють і виявляють змінну ступінь окислення залежно від типів атомів інших речовин, що у з'єднанні.

Розрізняють вищий, нижчий та проміжний ступінь окислення. Вища ступінь окислення, як і валентність, відповідає номеру групи хімічного елемента періодичної таблиці, але має у своїй позитивне значення. Нижчий ступінь окислення чисельно дорівнює різниці між числом 8 групою елемента. Проміжним ступенем окиснення буде будь-яке число в діапазоні від нижчого ступеня окиснення до вищого.

Щоб допомогти вам зорієнтуватися в різноманітті ступенів окислення хімічних елементів, пропонуємо до вашої уваги наступну допоміжну таблицю. Виберіть в ній елемент, що вас цікавить, і ви отримаєте значення його можливих ступенів окислення. У дужках будуть вказані значення, що рідко зустрічаються.