Валентність та ступінь окислення хімічних елементів. Електронегативність, ступінь окислення та валентність хімічних елементів

Частина 1. Завдання А5.

Перевірені елементи: Електронегативність. Ступінь окислення та

валентність хімічних елементів

Електронегативність-величина, що характеризує здатність атома до поляризації ковалентних зв'язків Якщо двоатомної молекулі А - У утворюють зв'язок електрони притягуються до атома В сильніше, ніж до атома А, то атом вважається більш електронегативним, ніж А.

Електронегативність атома називається здатність атома в молекулі (з'єднанні) притягувати електрони, що зв'язують його з іншими атомами.

Поняття електронегативності (ЕО) ввів Л. Полінг (США, 1932). Кількісна характеристика електронегативності атома дуже умовна і може бути виражена в одиницях будь-яких фізичних величин, для кількісного визначення ЕО запропоновано кілька шкал. Найбільше визнання та поширення отримала шкала відносних ЕО:

Значення електронегативності елементів за Полінгом

Електронегативність χ (грец. хі) - здатність атома утримувати зовнішні (валентні) електрони. Вона визначається ступенем тяжіння цих електронів до позитивно зарядженого ядра.

Ця властивість проявляється у хімічних зв'язках як усунення електронів зв'язку у бік більш електронегативного атома.

Электроотрицательность атомів, що у освіті хімічної зв'язку, – одне із головних чинників, який визначає як ТІП, а й ВЛАСТИВОСТІ цього зв'язку, і цим впливає характер взаємодії між атомами під час протікання хімічної реакції.

У шкалі відносних електронегативностей елементів Л. Полінга (складеної на основі енергій зв'язків двоатомних молекул) метали та елементи-органогени розташовуються в наступний ряд:

Електронегативність елементів підпорядковується періодичному закону: вона зростає зліва направо в періодах і знизу вгору в головних підгрупах Періодичної системи елементів Д.І. Менделєєва.

Електронегативність не є абсолютною константою елемента. Вона залежить від ефективного заряду ядра атома, який може змінюватися під впливом сусідніх атомів або груп атомів типу атомних орбіталей і характеру їх гібридизації.

Ступінь окислення- це умовний заряд атомів хімічного елемента у поєднанні, обчислений з припущення, що сполуки складаються лише з іонів.

Ступеня окислення може мати позитивне, негативне чи нульове значення, причому знак ставиться перед числом:-1, -2, +3, на відміну заряду іона, де знак ставиться після числа.

У молекулах алгебраїчна сума ступенів окислення елементів з урахуванням їх числа атомів дорівнює 0.

Ступені окислення металів у сполуках завжди позитивні, найвищий ступінь окислення відповідає номеру групи періодичної системи, де знаходиться даний елемент (виключаючи деякі елементи: золото Au+3 (I група), Cu+2 (II), з VIII групи ступінь окислення +8 може бути тільки у осмію Os та рутенію Ru.

Ступені неметалів можуть бути як позитивними так і негативними, залежно від того з яким атомом він з'єднаний: якщо з атомом металу завжди негативна, якщо з неметалом може бути і +, і - (про це ви дізнаєтеся при вивченні ряду електронегативностей) . Вищий негативний ступінь окислення неметалів можна знайти, віднімаючи з 8 номер групи, в якій знаходиться даний елемент, вища позитивна дорівнює числу електронів на зовнішньому шарі (число електронів відповідає номеру групи).

Ступені окислення простих речовин дорівнюють 0, незалежно від того метал це або неметал.

Таблиця, де вказані постійні ступені для найчастіше використовуваних елементів:

Ступінь окислення (окислювальне число, формальний заряд) - допоміжна умовна величина для запису процесів окислення, відновлення та окислювально-відновних реакцій, чисельна величина електричного заряду, що приписується атому в молекулі в припущенні, що електронні пари, що здійснюють зв'язок, повністю зміщені в сторону атомів.

Уявлення про рівень окислення покладено основою класифікації та номенклатури неорганічних сполук.

Ступінь окислення є суто умовною величиною, яка не має фізичного сенсу, але характеризує утворення хімічного зв'язку міжатомарної взаємодії в молекулі.

Валентність хімічних елементів-(Від лат. Valens - має силу) - здатність атомів хімічних елементів утворювати певну кількість хімічних зв'язків з атомами інших елементів. У з'єднаннях, утворених за допомогою іонних зв'язків, валентність атомів визначається кількістю приєднаних або відданих електронів. У з'єднаннях з ковалентними зв'язками валентність атомів визначається числом узагальнених електронних пар, що утворилися.

Постійна валентність:

Запам'ятати:

Ступенем окислення називають умовний заряд атомів хімічного елемента у поєднанні, обчислений з припущення, що зв'язки мають іонний характер.

1. Елемент у простій речовині має нульовий ступінь окислення. (Cu, H2)

2. Сума ступенів окиснення всіх атомів у молекулі речовини дорівнює нулю.

3. Усі метали мають позитивний ступінь окиснення.

4. Бор та кремній у сполуках мають позитивні ступені окислення.

5. Водень має в сполуках ступінь окиснення (+1).

(з'єднання водню з металами головної підгрупи першої-другої груп, ступінь окислення -1, наприклад Na + H -)

6. Кисень має ступінь окиснення (-2), за винятком з'єднання кисню з фтором OF2, ступінь окиснення кисню (+2), ступінь окиснення фтору (-1). І в перекисах Н 2 Про 2 - ступінь окиснення кисню (-1);

7. Фтор має ступінь окиснення (-1).

Електронегативність-властивість атомів НеМе притягувати до себе загальні електронні пари. У електронегативності така ж залежність, що й у неметалічних властивостей: по преіоду (ліворуч-напрво) збільшується, по групі (зверху) слабшає.

Найбільш електронегативний елемент Фтор, потім Кисень, Азот і т.д.

Алгоритм виконання завдання у демонстраційному варіанті:

Завдання:

Потім хлор розташований у 7 групі, тому може мати максимальний ступінь окислення +7.

Такий ступінь окислення атом хлору виявляє у речовині НClO4.

Перевіримо це: У двох хімічних елементів водню та кисню ступеня окислення постійні та рівні відповідно +1 та -2. Число ступенів окислення у кисню дорівнює (-2) · 4 = (-8), у водню (+1) · 1 = (+1). Число позитивних ступенів окислення дорівнює числу негативних. Отже (-8) + (+1) = (-7). Значить у атома хрому число позитивних ступенів дорівнює 7 записуємо ступеня окислення над елементами. Ступінь окислення хлору дорівнює +7 у поєднанні НClO4.

Відповідь: Варіант 4. Ступінь окиснення хлору дорівнює +7 у поєднанні НClO4.

Різні формулювання завдання А5:

3. Ступінь окислення хлору в Ca(ClO 2) 2

1) 0 2) -3 3) +3 4) +5

4. Найменшою електронегативністю має елемент

5. Найменший ступінь окислення марганець має у поєднанні

1) MnSO 4 2) MnO 2 3) K 2 MnO 4 4) Mn 2 O 3

6.Азот виявляє ступінь окислення +3 у кожному з двох сполук

1)N 2 O 3 NH 3 2)NH 4 Cl N 2 O 3)HNO 2 N 2 H 4 4)NaNO 2 N 2 O 3

7.Валентність елемента дорівнює

1) кількості утворених ним σ зв'язків

2) кількості утворених ним зв'язків

3) кількості утворюваних ним ковалентних зв'язків

4) ступеня окислення з протилежним знаком

8. Свою максимальну ступінь окислення азот виявляє у поєднанні

1) NH 4 Cl 2) NO 2 3) NH 4 NO 3 4) NOF

утворювати певну кількість із атомами інших елементів.

Валентність атомів фтору завжди дорівнює I

Li, Na, K, F,H, Rb, Cs- одновалентні;

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn,O, Ra- мають валентність, що дорівнює II;

Al, BGa, In- Тривалентні.

Максимальна валентність атомів даного елемента збігається з номером групи, в якій він знаходиться в Періодичній системі. Наприклад, для Са цеIIдля сірки -VIдля хлору -VII. Винятків із цього правила теж чимало:

ЕлементVIгрупи, О, має валентність II (H 3 O+ - III);
- одновалентний F(замістьVII);
- дво- та тривалентно зазвичай залізо, елемент VIII групи;
- N може утримати біля себе лише 4 атоми, а не 5, як випливає з номера групи;
- одно- та двовалентна мідь, розташована в I групі.

Мінімальне значення валентності для елементів, у яких вона змінна, визначається за формулою: № групи в ПС - 8. Так, нижча валентність сірки 8 - 6 = 2, фтору та інших галогенів - (8 - 7) = 1, азоту та фосфору - (8 - 5) = 3 і так далі.

У поєднанні сума одиниць валентності атомів одного елемента повинна відповідати сумарній валентності іншого (або загальна кількість валентностей одного хімічного елемента дорівнює загальному числу атомів валентностей іншого хімічного елемента). Так, у молекулі води Н-О-Н валентність Н дорівнює I, таких атомів 2, отже, всього одиниць валентності у водню 2 (1×2=2). Таке значення має і валентність кисню.

При з'єднанні металів з неметалами останні виявляють нижчу валентність

У поєднанні, що складається з атомів двох видів, елемент, розташований на другому місці, має нижчу валентність. Так при поєднанні неметалів між собою, нижчу валентність виявляє той елемент, який знаходиться в ПСХЕ Менделєєва правіше і вище, а вищу відповідно ліворуч і нижче.

Валентність кислотного залишку збігається з кількістю атомів Н у формулі кислоти, валентність групи OH дорівнює I.

У поєднанні, утвореному атомами трьох елементів, той атом, що знаходиться в середині формули, називають центральним. З ним пов'язані атоми Про, і з киснем утворюють зв'язку інші атоми.

Правила визначення ступеня окиснення хімічних елементів.

Ступінь окислення - це умовний заряд атомів хімічного елемента у поєднанні, обчислений з припущення, що сполуки складаються лише з іонів. Ступеня окислення може мати позитивне, негативне чи нульове значення, причому знак ставиться перед числом:-1, -2, +3, на відміну заряду іона, де знак ставиться після числа.
Ступені окислення металів у з'єднаннях завжди позитивні, вищий ступінь окислення відповідає номеру групи періодичної системи, де знаходиться даний елемент (за винятком деяких елементів: золото Au +3 (I група), Cu +2 (II), з VIII групи ступінь окислення +8 може бути тільки у осмію Os та рутенію Ru).
Ступені неметалів можуть бути як позитивними так і негативними, залежно від того з яким атомом він з'єднаний: якщо з атомом металу завжди негативна, якщо з неметаллом-то може бути і +, і -. При визначенні ступенів окиснення необхідно використовувати такі правила:

Ступінь окислення будь-якого елемента у простій речовині дорівнює 0.

Сума ступенів окислення всіх атомів, що входять до складу частки (молекул, іонів і т. д.) дорівнює заряду цієї частки.

Сума ступенів окиснення всіх атомів у складі нейтральної молекули дорівнює 0.

Якщо з'єднання утворено двома елементами, то у елемента з більшою електронегативністю ступінь окислення менший за нуль, а у елемента з меншою електронегативністю – більше за нуль.

Максимальний позитивний ступінь окислення будь-якого елемента дорівнює номеру групи в періодичній системі елементів, а мінімальна негативна дорівнює N-8, де N - номер групи.

Ступінь окислення фтору в з'єднаннях дорівнює -1.

Ступінь окислення лужних металів (літію, натрію, калію, рубідії, цезію) дорівнює +1.

Ступінь окислення металів головної підгрупи II групи періодичної системи (магнію, кальцію, стронцію, барію) дорівнює +2.

Ступінь окислення алюмінію дорівнює +3.

Ступінь окислення водню в сполуках дорівнює +1 (виняток - сполуки з металами NaH, CaH 2 , У цих сполуках ступінь окислення у водню дорівнює -1).

Ступінь окислення кисню дорівнює -2 (виключення - перекису H 2 O 2 , Na 2 O 2 , BaO 2 у яких ступінь окислення кисню дорівнює -1, а поєднанні з фтором - +2).

У молекулах алгебраїчна сума ступенів окислення елементів з урахуванням їх числа атомів дорівнює 0.

приклад. Визначити ступеня окиснення в з'єднанні K 2 Cr 2 O 7 .
У двох хімічних елементів калію та кисню ступеня окислення постійні та рівні відповідно +1 та -2. Число ступенів окислення у кисню дорівнює (-2) · 7 = (-14), у калію (+1) · 2 = (+2). Число позитивних ступенів окислення дорівнює числу негативних. Отже (-14) + (+2) = (-12). Значить у атома хрому число позитивних ступенів дорівнює 12, але атомів 2, отже на один атом припадає (+12):2=(+6), записуємо ступеня окислення над елементамиДо + 2 Cr +6 2 O -2 7

Серед хімічних реакцій, у тому числі й у природі, окисно-відновні реакціїє найпоширенішими. До них відносяться, наприклад, фотосинтез, обмін речовин, біологічні процеси, а також спалювання палива, отримання металів та багато інших реакцій. Окисно-відновні реакції здавна успішно використовувалися людством у різних цілях, але сама електронна теорія окисно-відновних процесів з'явилася зовсім недавно - на початку XX століття.

Щоб перейти до сучасної теорії окислення-відновлення, необхідно запровадити кілька понять – це валентність, ступінь окислення та будова електронних оболонок атомів. Вивчаючи такі розділи, як , елементи та , ми вже стикалися з цими поняттями. Далі розглянемо їх докладніше.

Валентність та ступінь окислення

Валентність– поняття складне, що виникло разом із поняттям хімічного зв'язку і визначається, як властивість атомів приєднувати чи замінювати певну кількість атомів іншого елемента, тобто. це здатність атомів утворювати хімічні зв'язки у сполуках. Спочатку валентність визначали воднем (його валентність приймали рівною 1) або кисню (валентність дорівнює 2). Пізніше стали розрізняти позитивну та негативну валентність. Кількісно, позитивна валентність характеризується кількістю відданих атомом електронів, а негативна валентність – числом електронів, які необхідно приєднати атому для реалізації правила октету (тобто завершення зовнішнього енергетичного рівня). Пізніше поняття валентності стало поєднувати в собі також і природу хімічних зв'язків, що виникають між атомами в їх поєднанні.

Як правило, найвища валентність елементів відповідає номеру групи в періодичній системі. Але, як і всіх правилах, є винятки: наприклад, мідь і золото перебувають у першій групі періодичної системи та його валентність має дорівнювати номеру групи, тобто. 1, але насправді ж найвища валентність міді дорівнює 2, а золота - 3.

Ступінь окисленняіноді називають окисним числом, електрохімічною валентністю або станом окиснення і є умовним поняттям. Так, при обчисленні ступеня окислення передбачається припущення, що молекулу становлять лише іони, хоча більшість сполук зовсім не є іонними. Кількісно ступінь окислення атомів елемента у поєднанні визначається числом приєднаних до атома або зміщених від атома електронів. Таким чином, за відсутності зміщення електронів ступінь окислення буде нульовим, при зміщенні електронів у бік даного атома – негативним, при зміщенні від даного атома – позитивним.

Визначаючи ступінь окислення атомівнеобхідно дотримуватися таких правил:

У молекулах простих речовин та металів ступінь окислення атомів дорівнює 0.
Водень майже у всіх сполуках має ступінь окислення рівну +1 (і тільки в гідридах активних металів рівну -1).
Для атомів кисню в його сполуках типовий ступінь окиснення -2 (виключення: OF 2 і пероксиди металів, ступінь окиснення кисню відповідно дорівнює +2 і -1).
Постійний ступінь окислення мають також атоми лужних (+1) та лужноземельних (+2) металів, а також фтору (-1)
У простих іонних з'єднаннях, ступінь окислення дорівнює за величиною та знаком його електричного заряду.
Для ковалентного з'єднання більш електронегативний атом має ступінь окислення зі знаком «-», а менш електронегативний – зі знаком «+».
Для комплексних сполук вказують ступінь окиснення центрального атома.
Сума ступенів окиснення атомів у молекулі дорівнює нулю.

Наприклад, визначимо ступінь окислення Se у поєднанні H 2 SeO 3

Так, ступінь окислення водню дорівнює +1, кисню -2, а сума всіх ступенів окислення дорівнює 0, складемо вираз, враховуючи число атомів у поєднанні H 2 + Se х O 3 -2:

(+1)2+х+(-2)3=0, звідки

тобто. H 2 + Se +4 O 3 -2

Знаючи яку величину має ступінь окислення елемента у поєднанні, можливо передбачити його хімічні властивості та реакційну активність по відношенню до інших сполук, а також чи є дана сполука. відновникомабо окислювачем. Ці поняття повною мірою розкриваються в теорії окислення-відновлення:

Окислення- Це процес втрати електронів атомом, іоном або молекулою, що призводить до підвищення ступеня окиснення.

Al 0 -3e - = Al +3;

2O -2 -4e - = O 2;

2Cl - -2e - = Cl 2

Відновлення –це процес у якому атом, іон чи молекула набувають електрони, що зумовлює зниження ступеня окислення.

Ca +2 +2e - = Ca 0;

2H + +2e - = H 2

Окислювачі– сполуки, які приймають електрони під час хімічної реакції, а відновники- Віддають електрони з'єднання. Відновники під час реакції окислюються, а окислювачі відновлюються.
Сутність окислювально-відновних реакцій– переміщення електронів (або усунення електронних пар) від одних речовин до інших, що супроводжуються зміною ступенів окиснення атомів або іонів. У таких реакціях один елемент неспроможна окислитися без відновлення іншого, т.к. передача електронів завжди викликає і окислення та відновлення. Таким чином, загальна кількість електронів, що забирається при окисленні в одного елемента, збігається з числом електронів, одержуваних іншим елементом при відновленні.

Так, якщо елементи в з'єднаннях знаходяться у своїх вищих ступенях окиснення, то вони виявлятимуть лише окисні властивості, у зв'язку з тим, що віддавати електрони вони вже не можуть. Навпаки, якщо елементи в сполуках перебувають у нижчих ступенях окислення, всі вони виявляють лише відновлювальні властивості, т.к. приєднувати електрони вони не можуть. Атоми елементів у проміжному ступені окислення, залежно від умов перебігу реакції, можуть бути як окислювачами, так і відновниками. Наведемо приклад: сірка у своєму вищому ступені окислення +6 у поєднанні H 2 SO 4 може проявляти тільки окислювальні властивості, у поєднанні H 2 S – сірка знаходиться у своєму нижчому ступені окислення -2 і виявлятиме тільки відновлювальні властивості, а в поєднанні H 2 SO 3 перебуваючи в проміжному ступені окислення +4, сірка може бути як окислювачем, і відновником.

На підставі значень ступенів окислення елементів можна передбачити можливість реакції між речовинами. Зрозуміло, що й обидва елементи у своїх сполуках перебувають у вищих чи нижчих ступенях окислення, то реакція з-поміж них неможлива. Реакція можлива, якщо одна із сполук може виявляти окислювальні властивості, а інша – відновлювальні. Наприклад, в HI і H 2 S як йод, так і сірка знаходяться у своїх нижчих ступенях окислення (-1 і -2) і можуть бути тільки відновниками, отже реагувати один з одним не будуть. Зате вони чудово будуть взаємодіяти з H 2 SO 4 для якої характерні відновлювальні властивості, т.к. сірка тут знаходиться у своєму вищому ступені окислення.

Найважливіші відновники та окислювачі представлені у наступній таблиці.

Відновлювачі
Нейтральні атоми	Загальна схема M -ne →M n + Всі метали, а також водень і вуглець. Найбільш сильні відновники – лужні та лужноземельні метали, а також лантаноїди та актиноїди. Слабкі відновники - благородні метали - Au, Ag, Pt, Ir, Os, Pd, Ru, Rh.
негативно заряджені іони неметалів	Загальна схема Е+ne — → Еn- Негативно заряджені іони є сильними відновниками, у зв'язку з тим, що можуть віддавати як надлишкові електрони, і свої зовнішні електрони. Відновна здатність при однаковому заряді зростає зі збільшенням радіуса атома. Наприклад, I - сильніший відновник, ніж Br - і Cl -. Відновниками також можуть бути S 2-, Se 2-, Te 2- та інші.
позитивно заряджені іони металів нижчого ступеня окислення	Іони металів нижчого ступеня окиснення можуть виявляти відновлювальні властивості, якщо для них характерні стани з більш високим ступенем окиснення. Наприклад, Sn 2+ -2e - → Sn 4+ Cr 2+ -e - → Cr 3+ Cu + -e - → Cu 2+
Складні іони та молекули, що містять атоми в проміжному ступені окислення	Складні або комплексні іони, а також молекули можуть проявляти відновлювальні властивості, якщо атоми, що входять до їх складу, знаходяться в проміжному ступені окислення. Наприклад, SO 3 2- , NO 2 - , AsO 3 3- , 4- , SO 2 , CO, NO та інші.
	Вуглець, Оксид вуглецю (II), Залізо, Цинк, Алюміній, Олово, Сірчиста кислота, Сульфіт та бісульфіт натрію, Сульфід натрію, Тіосульфат натрію, Водень, Електричний струм
Окислювачі
Нейтральні атоми	Загальна схема Е + ne- → Е n- Окислювачами є атоми р – елементів. Типові неметали – фтор, кисень, хлор. Найсильніші окислювачі – галогени та кисень. У основних підгрупах 7, 6, 5 і 4 груп зверху вниз окислювальна активність атомів знижується
позитивно заряджені іони металів	Усі позитивно заряджені іони металів різною мірою виявляють окислювальні властивості. З них найбільш сильні окислювачі - це іони у високому ступені окислення, наприклад, Sn 4+, Fe 3+, Cu 2+. Іони благородних металів навіть низькою мірою окислення є сильними окислювачами.
Складні іони та молекули, що містять атоми металу в стані вищого ступеня окислення	Типовими окислювачами є речовини, до складу яких входять атоми металу у стані найвищого ступеня окиснення. Наприклад, KMnO4, K2Cr2O7, K2CrO4, HAuCl4.
Складні іони та молекули, що містять атоми неметалу в стані позитивного ступеня окислення	В основному це кислоти, що містять кисень, а також відповідні їм оксиди і солі. Наприклад, SO 3 , H 2 SO 4 , HClO, HClO 3 , NaOBr та інші. У ряді H 2SO4 →H 2SeO4 →H 6TeO 6окислювальна активність зростає від сірчаної до телурової кислоти. У ряді HClO -HClO 2 -HClO 3 -HClO 4 HBrO - HBrO 3 - HIO - HIO 3 - HIO 4, H5IO 6 окислювальна активність збільшується праворуч наліво, а посилення кислотних властивостей відбувається зліва направо.
Найважливіші відновники у техніці та лабораторній практиці	Кисень, Озон, Перманганат калію, Хромова і Двохромова кислоти, Азотна кислота, Азотиста кислота, Сірчана кислота (конц), Пероксид водню, Електричний струм, Хлорна кислота, Діоксид марганцю, Діоксид свинцю, Хлорне вапно, Розчини гіпохлоритів калію та , Гексаціаноферрат (ІІІ) калію.

Категорії

Атоми різних хімічних елементів можуть приєднувати різне число інших атомів, тобто виявляти різну валентність.

Валентність характеризує здатність атомів поєднуватися з іншими атомами. Тепер, вивчивши будову атома та види хімічного зв'язку, можна детальніше розглянути це поняття.

Валентністю називають число одинарних хімічних зв'язків, які утворює атом з іншими атомами в молекулі. Під числом хімічних зв'язків розуміють кількість загальних електронних пар. Так як загальні пари електронів утворюються лише у разі ковалентного зв'язку, то валентність атомів можна визначити лише у ковалентних з'єднаннях.

У структурній формулі молекули хімічні зв'язки зображують рисками. Число рис, що відходять від символу даного елемента, і є його валентність. Валентність має позитивне ціле значення від I до VIII.

Як ви пам'ятаєте, найвища валентність хімічного елемента в оксиді зазвичай дорівнює номеру групи, в якій він знаходиться. Щоб визначити валентність неметалу у водневому з'єднанні, потрібно відняти від 8 номер групи.

У найпростіших випадках валентність дорівнює числу неспарених електронів в атомі, тому, наприклад, кисень (містить два неспарені електрони) має валентність II, а водень (містить один неспарений електрон) - I.

В іонних і металевих кристалах немає спільних пар електронів, тому цих речовин поняття валентності як числа хімічних зв'язків немає сенсу. Для всіх класів сполук, незалежно від виду хімічних зв'язків, застосовується більш універсальне поняття, яке називають ступенем окиснення.

Ступінь окислення

це умовний заряд на атомі в молекулі чи кристалі. Його обчислюють, вважаючи, що це ковалентні полярні зв'язку мають іонний характер.

На відміну від валентності, ступінь окислення може бути позитивним, негативним або рівним нулю. У найпростіших іонних сполуках ступеня окиснення збігаються із зарядами іонів.

Наприклад, у хлориді калію KCl (K + Cl - ) калій має ступінь окиснення +1, а хлор -1, в оксиді кальцію CaO (Ca +2 O -2 ) кальцій виявляє ступінь окиснення +2, а кисень -2. Це поширюється попри всі основні оксиди: у яких ступінь окислення металу дорівнює заряду іона металу (натрію +1, барію +2, алюмінію +3), а ступінь окислення кисню дорівнює -2. Ступінь окислення позначають арабською цифрою, яку ставлять над символом елемента, подібно до валентності:

Cu +2 Cl 2 -1; Fe +2 S -2

Ступінь окислення елемента в простій речовині приймають рівною нулю:

Na 0, O 2 0, S 8 0, Cu 0

Розглянемо, як визначають ступеня окиснення в ковалентних сполуках.

Хлороводень HCl речовина з полярним ковалентним зв'язком. Загальна електронна пара в молекулі HCl зміщена до атома хлору, який має велику електронегативність. Подумки трансформуємо зв'язок H-Cl в іонну (це справді відбувається у водному розчині), повністю змістивши електронну пару до атома хлору. Він придбає заряд -1, а водень +1. Отже, хлор у цій речовині має ступінь окиснення -1, а водень +1:

Реальні заряди та ступеня окислення атомів у молекулі хлороводню

Ступінь окислення та валентність – споріднені поняття. У багатьох ковалентних сполуках абсолютна величина ступеня окиснення елементів дорівнює їх валентності. Існує, однак, кілька випадків, коли валентність відмінна від ступеня окиснення. Це характерно, наприклад, для простих речовин, де ступінь окислення атомів дорівнює нулю, а валентність – загальних електронних пар:

O = O.

Валентність кисню дорівнює II, а ступінь окиснення 0.

У молекулі пероксиду водню

H-O-O-H

кисень двовалентний, а водень одновалентний. У той же час ступеня окислення обох елементів за абсолютною величиною дорівнюють 1:

H 2 +1 O 2 -1

Один і той самий елемент у різних сполуках може мати як позитивні, так і негативні ступені окислення залежно від електронегативності пов'язаних з ним атомів. Розглянемо, наприклад, дві сполуки вуглецю – метан CH 4 і фторид вуглецю (IV) CF 4 .

Вуглець більш електронегативний, ніж водень, тому в метані електронна щільність зв'язків СН зміщена від водню до вуглецю, і кожен з чотирьох атомів водню має ступінь окислення +1, а атом вуглецю -4. Навпаки, в молекулі CF4 електрони всіх зв'язків зміщені від атома вуглецю до атомів фтору, ступінь окислення яких дорівнює -1, отже, вуглець перебуває у ступені окислення +4. Запам'ятайте, що рівень окислення самого електронегативного атома в з'єднанні завжди негативний.

Моделі молекул метану CH 4 та фториду вуглецю(IV) CF 4 . Полярність зв'язків позначена стрілками

Будь-яка молекула електронейтральна, тому сума ступенів окиснення всіх атомів дорівнює нулю. Використовуючи це правило, відомою мірою окислення одного елемента в поєднанні можна визначити ступінь окислення іншого, не вдаючись до міркувань про зміщення електронів.

Як приклад візьмемо оксид хлору(I) Cl 2 O. Виходимо з електронейтральності частки. Атом кисню в оксидах має ступінь окислення -2, отже, обидва атоми хлору несуть сумарний заряд +2. Звідси випливає, що у кожному їх заряд +1, т. е. хлор має ступінь окислення +1:

Cl 2 +1 O -2

Щоб правильно розставити знаки ступеня окислення різних атомів, досить порівняти їх електронегативності. Атом з більшою електронегативністю матиме негативний ступінь окислення, а з меншою – позитивну. Згідно з встановленими правилами, символ найбільш електронегативного елемента записують у формулі сполуки на останньому місці:

I +1 Cl -1 , O +2 F 2 -1 , P +5 Cl 5 -1

Реальні заряди та ступеня окислення атомів у молекулі води

При визначенні ступенів окислення елементів у сполуках дотримуються наступних правил.

Ступінь окислення елемента у простій речовині дорівнює нулю.

Фтор - найбільш електронегативний хімічний елемент, тому ступінь окислення фтору у всіх речовинах, крім F2, дорівнює -1.

Кисень – самий електронегативний елемент після фтору, тому ступінь окислення кисню у всіх сполуках, крім фторидів, негативна: у більшості випадків вона дорівнює -2, а в пероксиді водню H2O2-1.

Ступінь окислення водню дорівнює +1 у з'єднаннях з неметалами, -1 у з'єднаннях з металами (гідридах); нулю у простій речовині H 2 .

Ступені окислення металів у з'єднаннях завжди позитивні. Ступінь окислення металів головних підгруп, як правило, дорівнює номеру групи. Метали побічних підгруп часто мають кілька значень ступеня окиснення.

Максимально можлива позитивна міра окислення хімічного елемента дорівнює номеру групи (виняток – Cu +2).

Мінімальний ступінь окислення металів дорівнює нулю, а неметалів – номер групи мінус вісім.

Сума ступенів окиснення всіх атомів у молекулі дорівнює нулю.

Навігація

Вирішення комбінованих завдань на основі кількісних характеристик речовини
Розв'язання задач. Закон сталості складу речовин. Обчислення з використанням понять «молярна маса» та «хімічна кількість» речовини
Вирішення розрахункових завдань на основі кількісних характеристик речовини та стехіометричних законів
Вирішення розрахункових завдань на основі законів газового стану речовини
Електронна конфігурація атомів. Будова електронних оболонок атомів перших трьох періодів

У хімії широко застосовується поняття електронегативності (ЕО) -властивість атомів даного елемента відтягувати він електрони від атомів інших елементів сполуках називають электроотрицательностью. Електронегативність літію умовно приймається за одиницю, ЕО інших елементів обчислюють відповідно. Є шкала значень ЕО елементів.

Числові значення ЕО елементів мають приблизні значення: це безрозмірна величина. Чим вище ЕО елемента, тим яскравіше виявляються його неметалеві властивості. За ЕО елементи можна записати так:

F > O > Cl > Br > S > P > C > H > Si > Al > Mg > Ca > Na > K > Cs

Найбільше значення ЕО має фтор. Порівнюючи значення ЕО елементів від Франція (0,86) до фтору (4,1), легко помітити, що ЕО підпорядковується Періодичному закону. У Періодичній системі елементів ЕО періоді зростає зі збільшенням номера елемента (зліва направо), а головних підгрупах - зменшується (згори донизу). У періодах у міру збільшення зарядів ядер атомів число електронів на зовнішньому шарі збільшується, радіус атомів зменшується, тому легкість віддачі електронів зменшується, ЕО зростає, отже, посилюються неметалеві властивості.

Різниця електронегативності елементів у поєднанні (ΔX) дозволить судити про тип хімічного зв'язку.

Якщо величина Δ X = 0 – зв'язок ковалентний неполярний.

При різниці електронегативностей до 2,0 зв'язок називають ковалентною полярноюнаприклад: зв'язок H-F в молекулі фтороводню HF: Δ X = (3,98 – 2,20) = 1,78

Зв'язки з різницею електронегативностей більше 2,0 вважаються іонними.Наприклад: зв'язок Na-Cl у з'єднанні NaCl: X = (3,16 – 0,93) = 2,23.

Електронегативність залежить від відстані між ядром та валентними електронами, і тому, наскільки валентна оболонка близька до завершеної.Чим менший радіус атома і що більше валентних електронів, то вищий його ЭО.

Фтор є самим електронегативним елементом. По-перше, він має на валентній оболонці 7 електронів (до октету немає всього одного електрона) і, по-друге, ця валентна оболонка розташована близько до ядра.

Найменше електронегативні атоми лужних і лужноземельних металів.Вони мають великі радіуси та їх зовнішні електронні оболонки далекі від завершення. Їм набагато простіше віддати свої валентні електрони іншому атому (тоді передня оболонка стане завершеною), ніж "добирати" електрони.

Електронегативність можна висловити кількісно і побудувати елементи в ряд за її зростанням. Найчастіше використовують шкалу електронегативностей, запропоновану американським хіміком Л. Полінг.

Ступінь окислення

Складні речовини, що складаються з двох хімічних елементів, називають бінарними(від латів. бі - два), або двоелементними (NaCl, HCl). У разі іонного зв'язку в молекулі NaCl атом натрію передає свій зовнішній електрон атому хлору і перетворюється при цьому на іон із зарядом +1, а атом хлору приймає електрон і перетворюється на іон із зарядом -1. Схематично процес перетворення атомів на іони можна зобразити так:

При хімічному взаємодії молекулі HCl загальна електронна пара зміщується убік більш електронегативного атома. Наприклад, , Т. е. електрон не повністю перейде від атома водню до атома хлору, а частково, обумовлюючи тим самим частковий заряд атомів δ: Н+0.18 Сl-0.18. Якщо ж уявити, що і в молекулі HCl, як і в хлориді NaCl, електрон повністю перейшов від атома водню до атома хлору, то вони б отримали заряди +1 і -1:

Такі умовні заряди називають ступенем окиснення. При визначенні цього поняття умовно припускають, що в ковалентних полярних сполуках сполучні електрони повністю перейшли до більш негативного атома, а тому сполуки складаються тільки з позитивно і негативно заряджених атомів.

Ступінь окислення - це умовний заряд атомів хімічного елемента у поєднанні, обчислений на основі припущення, що всі сполуки (і іонні, і ковалентно-полярні) складаються лише з іонів. Ступінь окислення може мати негативне, позитивне або нульове значення, яке зазвичай ставиться над символом зверху елемента, наприклад:

Негативне значення ступеня окислення мають ті атоми, які прийняли електрони від інших атомів або яких зміщені загальні електронні пари, тобто атоми більш електронегативних елементів. Позитивне значення ступеня окислення мають ті атоми, які віддають свої електрони іншим атомам або яких відтягнуті загальні електронні пари, тобто атоми менш електронегативних елементів. Нульове значення ступеня окислення мають атоми в молекулах простих речовин та атоми у вільному стані, наприклад:

У сполуках сумарний ступінь окиснення завжди дорівнює нулю.

Валентність

Валентність атома хімічного елемента визначається насамперед числом неспарених електронів, що у освіті хімічного зв'язку.

Валентні можливості атомів визначаються:

Числом неспарених електронів (одноелектронних орбіталей);

Наявністю вільних орбіталей;

Наявністю неподілених пар електронів.

В органічній хімії поняття «валентність» замінює поняття «ступінь окислення», з яким звично працювати у неорганічній хімії. Однак це не одне й те саме. Валентність немає знака і може бути нульової, тоді як ступінь окислення обов'язково характеризується знаком і може мати значення, що дорівнює нулю.

В основному під валентністю розуміється здатність атомів до утворення певної кількості ковалентних зв'язків. Якщо атомі є n неспарених електронів і m неподілених електронних пар, цей атом може утворювати n + m ковалентних зв'язків коїться з іншими атомами, тобто. його валентність дорівнюватиме n + m. Оцінюючи максимальної валентності слід з електронної конфігурації «збудженого» стану. Наприклад, максимальна валентність атома берилію, бору та азоту дорівнює 4.

Постійні валентності:

H, Na, Li, К, Rb, Cs - Ступінь окислення I
О, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd Ступінь окислення II
B, Al, Ga, In Ступінь окислення III

Змінні валентності:

Су - I та II
Fe, Со, Ni - II та III
З, Sn, Pb - II та IV
P- III та V
Cr - II, III та VI
S - II, IV та VI
Mn- II, III, IV, VI та VII
N- II, III, IV та V
Cl- I, IV, VIіVII

Використовуючи валентність, можна скласти формулу сполуки.

Хімічна формула - це умовний запис складу речовини за допомогою хімічних знаків та індексів.

Наприклад: Н 2 O-формула води, де Н та О-хімічні знаки елементів, 2 - індекс, який показує кількість атомів даного елемента, що входять до складу молекули води.

При назві речовин із змінною валентністю обов'язково вказується його валентність, що ставиться у дужки. Наприклад, Р 2 0 5 - оксид фосфору (V)

I. Ступінь окиснення вільних атомівта атомів у молекулах простих речовиндорівнює нулю- Na 0 , Р 4 0 , Про 2 0

ІІ. У складній речовиніалгебраїчна сума З усіх атомів з урахуванням їх індексів дорівнює нулю = 0. а в складному іонійого заряду.

Наприклад:

Розберемо для прикладу кілька з'єднань та дізнаємось валентність хлору:

Довідковий матеріал для проходження тестування:

таблиця Менделєєва

Таблиця розчинності