Các trạng thái oxi hóa của tất cả các nguyên tố hóa học trong hợp chất. Trạng thái oxy hóa

Trong hóa học, thuật ngữ "quá trình oxy hóa" và "sự khử" có nghĩa là các phản ứng trong đó một nguyên tử hoặc một nhóm nguyên tử bị mất hoặc tương ứng, thu được các electron. Trạng thái oxy hóa là một giá trị số do một hoặc nhiều nguyên tử đặc trưng cho số lượng các electron được phân bố lại và cho biết các electron này được phân bố như thế nào giữa các nguyên tử trong phản ứng. Việc xác định đại lượng này có thể là một thủ tục đơn giản và khá phức tạp, tùy thuộc vào các nguyên tử và phân tử bao gồm chúng. Hơn nữa, nguyên tử của một số nguyên tố có thể có một số trạng thái oxi hóa. May mắn thay, có những quy tắc đơn giản rõ ràng để xác định mức độ oxy hóa, để sử dụng một cách tự tin là đủ để biết những kiến ​​thức cơ bản về hóa học và đại số.

Các bước

Phần 1

Xác định mức độ oxi hóa theo quy luật hóa học

Xác định xem chất được đề cập là nguyên tố. Trạng thái oxi hóa của các nguyên tử bên ngoài hợp chất hóa học bằng không. Quy tắc này đúng cho cả những chất được hình thành từ các nguyên tử tự do riêng lẻ và những chất bao gồm hai hoặc phân tử đa nguyên tử của một nguyên tố.

• Ví dụ, Al (s) và Cl 2 có trạng thái oxi hóa bằng 0 vì cả hai đều ở trạng thái nguyên tố không liên kết về mặt hóa học.
• Xin lưu ý rằng dạng dị hướng của lưu huỳnh S 8, hoặc octasulfur, mặc dù có cấu trúc không điển hình, cũng được đặc trưng bởi trạng thái không oxy hóa.

1. Xác định xem chất được đề cập bao gồm các ion. Trạng thái oxi hóa của các ion bằng điện tích của chúng. Điều này đúng với cả các ion tự do và những ion là một phần của các hợp chất hóa học.

   • Ví dụ, trạng thái oxi hóa của ion Cl là -1.
   • Trạng thái oxi hoá của ion Cl trong hợp chất hoá học NaCl cũng là -1. Vì ion Na, theo định nghĩa, có điện tích +1, chúng tôi kết luận rằng điện tích của ion Cl là -1, và do đó trạng thái oxy hóa của nó là -1.

2. Lưu ý rằng các ion kim loại có thể có một số trạng thái oxi hóa. Nguyên tử của nhiều nguyên tố kim loại có thể bị ion hóa ở các mức độ khác nhau. Ví dụ, điện tích của các ion của kim loại như sắt (Fe) là +2 hoặc +3. Điện tích của các ion kim loại (và mức độ oxi hóa của chúng) có thể được xác định bằng điện tích của các ion của các nguyên tố khác mà kim loại này là một phần của hợp chất hóa học; trong văn bản, điện tích này được biểu thị bằng chữ số La Mã: ví dụ, sắt (III) có trạng thái oxi hóa +3.

   • Ví dụ, hãy xem xét một hợp chất có chứa một ion nhôm. Tổng điện tích của hợp chất AlCl 3 bằng không. Vì chúng ta biết rằng ion Cl - có điện tích -1, và hợp chất chứa 3 ion như vậy, nên để tổng số trung tính của chất được đề cập, ion Al phải có điện tích +3. Như vậy, trong trường hợp này, trạng thái oxi hóa của nhôm là +3.

3. Trạng thái oxi hóa của oxi là -2 (với một số trường hợp ngoại lệ). Trong hầu hết các trường hợp, nguyên tử oxy có trạng thái oxy hóa là -2. Có một số ngoại lệ đối với quy tắc này:

   • Nếu oxi ở trạng thái nguyên tố (O 2), thì trạng thái oxi hóa của nó là 0, như trường hợp của các chất nguyên tố khác.
   • Nếu oxy được bao gồm peroxit, trạng thái oxi hóa của nó là -1. Peroxit là một nhóm các hợp chất có chứa một liên kết oxy-oxy duy nhất (tức là anion peroxit O 2 -2). Ví dụ, trong thành phần của phân tử H 2 O 2 (hydrogen peroxide), oxy có điện tích và trạng thái oxy hóa là -1.
   • Khi kết hợp với flo, oxi có số oxi hóa +2, hãy xem quy tắc đối với flo dưới đây.

4. Hiđro có trạng thái oxi hóa +1, với một vài ngoại lệ. Như với oxy, cũng có những trường hợp ngoại lệ. Theo quy luật, trạng thái oxy hóa của hydro là +1 (trừ khi nó ở trạng thái nguyên tố H 2). Tuy nhiên, trong các hợp chất được gọi là hydrua, trạng thái oxy hóa của hydro là -1.

   • Ví dụ, trong H 2 O, trạng thái oxy hóa của hydro là +1, vì nguyên tử oxy có điện tích -2, và hai điện tích +1 là cần thiết cho tính trung hòa tổng thể. Tuy nhiên, trong thành phần của natri hiđrua, trạng thái oxy hóa của hydro đã là -1, vì ion Na mang điện tích +1 và đối với tổng độ điện tử, điện tích của nguyên tử hydro (và do đó trạng thái oxy hóa của nó) phải là -1.

5. Flo luôn luôn có trạng thái oxi hóa -1. Như đã lưu ý, mức độ ôxy hóa của một số nguyên tố (ion kim loại, nguyên tử ôxy trong peroxit, v.v.) có thể thay đổi tùy thuộc vào một số yếu tố. Tuy nhiên, trạng thái oxy hóa của flo luôn luôn là -1. Điều này được giải thích là do nguyên tố này có độ âm điện cao nhất - nói cách khác, các nguyên tử flo ít sẵn sàng chia tách các điện tử của chính mình nhất và tích cực hút các điện tử của người khác nhất. Như vậy, điện tích của chúng không đổi.

6. Tổng các trạng thái oxi hóa trong một hợp chất bằng điện tích của nó. Tổng cộng các trạng thái oxy hóa của tất cả các nguyên tử tạo nên một hợp chất hóa học sẽ cho ra điện tích của hợp chất này. Ví dụ, nếu một hợp chất là trung tính, tổng các trạng thái oxy hóa của tất cả các nguyên tử của nó phải bằng 0; nếu hợp chất là một ion đa nguyên tử có điện tích -1, tổng các trạng thái oxy hóa là -1, v.v.

   • Đây là một phương pháp tốt để kiểm tra - nếu tổng các trạng thái oxy hóa không bằng tổng điện tích của hợp chất, thì bạn đã sai ở đâu đó.

   Phần 2

   Xác định trạng thái oxi hóa mà không sử dụng các định luật hóa học

   1. Tìm các nguyên tử không có quy tắc chặt chẽ về trạng thái oxi hóa. Liên quan đến một số nguyên tố, không có quy tắc nào được thiết lập chắc chắn để tìm mức độ oxi hóa. Nếu một nguyên tử không tuân theo bất kỳ quy tắc nào được liệt kê ở trên và bạn không biết điện tích của nó (ví dụ: nguyên tử là một phần của một phức chất và điện tích của nó không được chỉ ra), bạn có thể xác định trạng thái oxy hóa của một nguyên tử bằng cách khử. Đầu tiên, xác định điện tích của tất cả các nguyên tử khác trong hợp chất, sau đó từ tổng điện tích đã biết của hợp chất, tính trạng thái oxi hóa của nguyên tử này.

      • Ví dụ, trong hợp chất Na 2 SO 4, điện tích của nguyên tử lưu huỳnh (S) là không xác định - chúng ta chỉ biết rằng nó không phải là 0, vì lưu huỳnh không ở trạng thái cơ bản. Hợp chất này là một ví dụ điển hình để minh họa cho phương pháp đại số xác định trạng thái oxi hóa.

   2. Tìm các trạng thái oxi hóa của các nguyên tố còn lại trong hợp chất. Sử dụng các quy tắc mô tả ở trên, xác định các trạng thái oxi hóa của các nguyên tử còn lại của hợp chất. Đừng quên về các ngoại lệ đối với quy tắc trong trường hợp của O, H, v.v.

      • Đối với Na 2 SO 4, sử dụng các quy tắc của chúng tôi, chúng tôi thấy rằng điện tích (và do đó trạng thái oxy hóa) của ion Na là +1, và đối với mỗi nguyên tử oxy là -2.

   3. Tìm trạng thái oxi hóa chưa biết từ điện tích của hợp chất. Bây giờ bạn có tất cả dữ liệu để tính toán đơn giản về trạng thái oxy hóa mong muốn. Viết một phương trình, ở bên trái sẽ có tổng của số thu được ở bước tính trước đó và trạng thái oxi hóa chưa biết, và ở bên phải - tổng điện tích của hợp chất. Nói cách khác, (Tổng các trạng thái oxi hóa đã biết) + (trạng thái oxi hóa mong muốn) = (điện tích hợp chất).

      • Trong trường hợp của chúng tôi Na 2 SO 4, dung dịch trông như thế này:
        • (Tổng các trạng thái oxi hóa đã biết) + (trạng thái oxi hóa mong muốn) = (điện tích hợp chất)
        • -6 + S = 0
        • S = 0 + 6
        • S = 6. Trong Na 2 SO 4, lưu huỳnh có trạng thái oxi hóa 6 .
   • Trong các hợp chất, tổng của tất cả các trạng thái oxi hóa phải bằng điện tích. Ví dụ, nếu hợp chất là một ion diatomic, thì tổng các trạng thái oxy hóa của các nguyên tử phải bằng tổng điện tích ion.
   • Sẽ rất hữu ích nếu có thể sử dụng bảng tuần hoàn Mendeleev và biết được vị trí của các nguyên tố kim loại và phi kim loại trong đó.
   • Trạng thái oxi hóa của nguyên tử ở dạng cơ bản luôn bằng không. Trạng thái oxi hóa của một ion đơn lẻ bằng điện tích của nó. Các nguyên tố thuộc nhóm 1A của bảng tuần hoàn, chẳng hạn như hiđro, liti, natri, ở dạng nguyên tố có số oxi hóa là +1; trạng thái oxy hóa của các kim loại nhóm 2A, chẳng hạn như magiê và canxi, ở dạng nguyên tố của nó là +2. Oxy và hydro, tùy thuộc vào loại liên kết hóa học, có thể có 2 trạng thái oxy hóa khác nhau.

Ở trường học, môn hóa vẫn là một trong những môn học khó nhất, do ẩn chứa nhiều khó khăn nên học sinh (thường là ở các lớp từ lớp 8 đến lớp 9) lòng căm thù, thờ ơ học tập hơn là hứng thú. Tất cả điều này làm giảm chất lượng và số lượng kiến ​​thức về chủ đề này, mặc dù nhiều lĩnh vực vẫn yêu cầu các chuyên gia trong lĩnh vực này. Vâng, đôi khi có những khoảnh khắc thậm chí còn khó khăn hơn và những quy tắc khó hiểu trong hóa học hơn tưởng tượng. Một trong những câu hỏi khiến học sinh quan tâm nhất là trạng thái oxi hóa là gì và cách xác định trạng thái oxi hóa của các nguyên tố.

Một quy tắc quan trọng là quy tắc vị trí, các thuật toán

Ở đây nói nhiều về các hợp chất như oxit. Để bắt đầu, mọi học sinh phải học xác định oxit- Đây là những hợp chất phức tạp của hai nguyên tố, chúng chứa oxi. Ôxit được phân loại là hợp chất nhị phân vì ôxy đứng thứ hai trong thuật toán. Khi xác định chỉ báo, điều quan trọng là phải biết các quy tắc đặt và tính toán thuật toán.

Thuật toán cho oxit axit

Trạng thái oxy hóa -đây là các biểu thức số của giá trị của các phần tử. Ví dụ, oxit axit được hình thành theo một thuật toán nhất định: phi kim loại hoặc kim loại đứng trước (hóa trị của chúng thường từ 4 đến 7), và sau đó oxy đến, như lẽ ra, thứ hai theo thứ tự, hóa trị của nó là hai. Nó được xác định dễ dàng - theo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleev. Cũng cần biết rằng trạng thái oxi hóa của các nguyên tố là một chỉ số cho thấy số dương hoặc số âm.

Theo quy luật, ở phần đầu của thuật toán, một phi kim loại và trạng thái oxy hóa của nó là dương. Oxi của phi kim trong hợp chất oxit có giá trị ổn định là -2. Để xác định tính đúng đắn của việc sắp xếp tất cả các giá trị, bạn cần nhân tất cả các số có sẵn với các chỉ số của một phần tử cụ thể, nếu tích, có tính đến tất cả các điểm cộng và điểm trừ, là 0, thì sự sắp xếp là đáng tin cậy.

Sự sắp xếp trong axit có chứa oxy

Axit là chất phức tạp, chúng liên kết với một số dư lượng axit và chứa một hoặc nhiều nguyên tử hydro. Ở đây, để tính toán mức độ, cần phải có các kỹ năng về toán học, vì các chỉ số cần thiết cho phép tính là kỹ thuật số. Đối với hydro hoặc một proton, nó luôn luôn giống nhau - +1. Ion oxy âm có trạng thái oxy hóa âm là -2.

Sau khi thực hiện tất cả các hành động này, bạn có thể xác định mức độ oxi hóa và nguyên tố trung tâm của công thức. Biểu thức cho phép tính của nó là một công thức ở dạng phương trình. Ví dụ, đối với axit sunfuric, phương trình sẽ có một ẩn số.

Các thuật ngữ cơ bản trong OVR

ORR là một phản ứng khử-oxy hóa.

• Trạng thái oxy hóa của bất kỳ nguyên tử nào - đặc trưng cho khả năng của nguyên tử này gắn hoặc nhường electron cho nguyên tử khác của ion (hoặc nguyên tử);
• Thông thường coi các nguyên tử tích điện hoặc các ion không tích điện là chất oxy hóa;
• Chất khử trong trường hợp này sẽ là các ion mang điện tích hoặc ngược lại, các nguyên tử chưa tích điện sẽ bị mất điện tử trong quá trình tương tác hóa học;
• Quá trình oxy hóa là sự cho đi của các electron.

Cách sắp xếp trạng thái oxi hoá trong muối

Muối bao gồm một kim loại và một hoặc nhiều gốc axit. Quy trình xác định giống như trong axit chứa axit.

Kim loại trực tiếp tạo thành muối nằm ở phân nhóm chính, độ bội giác của nó sẽ bằng số thứ tự của nhóm đó, tức là nó sẽ luôn là chất chỉ thị dương, bền.

Ví dụ, hãy xem xét sự sắp xếp của các trạng thái oxy hóa trong natri nitrat. Muối được tạo thành bằng cách sử dụng một nguyên tố của phân nhóm chính của nhóm 1, tương ứng, trạng thái oxi hóa sẽ dương và bằng một. Trong nitrat, oxy có cùng giá trị - -2. Để nhận được một giá trị số, đầu tiên một phương trình được lập với một ẩn số, có tính đến tất cả các điểm cộng và điểm cộng của các giá trị: + 1 + X-6 = 0. Bằng cách giải phương trình, bạn có thể đi đến thực tế rằng chỉ số là dương và bằng + 5. Đây là chỉ số của nitơ. Chìa khóa quan trọng để tính mức độ oxy hóa - bảng.

Quy tắc sắp xếp trong oxit bazơ

• Oxit của các kim loại điển hình trong bất kỳ hợp chất nào đều có chỉ số oxi hóa ổn định, nó luôn không lớn hơn +1, hoặc trong các trường hợp khác là +2;
• Chỉ số của kim loại được tính bằng bảng tuần hoàn. Nếu phần tử được chứa trong nhóm con chính của nhóm 1, thì giá trị của nó sẽ là +1;
• Giá trị của các oxit, có tính đến các chỉ số của chúng, sau khi nhân, tổng cộng phải bằng 0, bởi vì phân tử trong chúng là trung tính, một hạt không có điện tích;
• Các kim loại thuộc phân nhóm chính của nhóm 2 cũng có chỉ số dương ổn định, là +2.

Trong nhiều sách giáo khoa và sách hướng dẫn ở trường, họ dạy cách viết công thức cho các giá trị, thậm chí cho các hợp chất có liên kết ion. Để đơn giản hóa thủ tục biên dịch công thức, điều này theo chúng tôi là có thể chấp nhận được. Nhưng bạn cần hiểu rằng điều này không hoàn toàn chính xác bởi những lý do trên.

Một khái niệm phổ quát hơn là khái niệm về mức độ oxy hóa. Bằng các giá trị của trạng thái oxi hóa của nguyên tử, cũng như các giá trị của hóa trị, công thức hóa học có thể được biên soạn và đơn vị công thức có thể được viết ra.

Trạng thái oxy hóa là điện tích có điều kiện của nguyên tử trong hạt (phân tử, ion, gốc), được tính gần đúng rằng tất cả các liên kết trong hạt đều là ion.

Trước khi xác định các trạng thái oxi hóa, cần so sánh độ âm điện của các nguyên tử liên kết. Nguyên tử có độ âm điện lớn hơn có trạng thái oxi hóa âm, còn nguyên tử có độ âm điện thấp hơn có trạng thái oxi hóa dương.

Để so sánh một cách khách quan các giá trị độ âm điện của các nguyên tử khi tính toán các trạng thái oxy hóa, IUPAC năm 2013 đã khuyến nghị sử dụng thang Allen.

* Ví dụ, trong thang Allen, độ âm điện của nitơ là 3,066 và clo là 2,869.

Hãy để chúng tôi minh họa định nghĩa trên bằng các ví dụ. Hãy lập công thức cấu tạo của phân tử nước.

Liên kết O-H phân cực cộng hóa trị được thể hiện bằng màu xanh lam.

Hãy tưởng tượng rằng cả hai liên kết không phải là cộng hóa trị, mà là ion. Nếu chúng là ion, thì một electron sẽ truyền từ mỗi nguyên tử hydro sang nguyên tử oxy âm điện hơn. Chúng tôi biểu thị các chuyển đổi này bằng các mũi tên màu xanh lam.

*Trong đóví dụ, mũi tên dùng để minh họa sự chuyển hoàn toàn của các electron, chứ không phải để minh họa hiệu ứng cảm ứng.

Có thể dễ dàng nhận thấy rằng số lượng mũi tên cho biết số lượng electron được chuyển, và hướng của chúng - hướng chuyển electron.

Hai mũi tên hướng tới nguyên tử oxy, nghĩa là có hai electron truyền cho nguyên tử oxy: 0 + (-2) = -2. Một nguyên tử oxi có điện tích là -2. Đây là mức độ oxy hóa của oxy trong một phân tử nước.

Một electron rời khỏi mỗi nguyên tử hydro: 0 - (-1) = +1. Điều này có nghĩa là các nguyên tử hydro có trạng thái oxi hóa +1.

Tổng các trạng thái oxi hóa luôn bằng tổng điện tích của hạt.

Ví dụ, tổng các trạng thái oxi hóa trong phân tử nước là: +1 (2) + (-2) = 0. Phân tử là hạt trung hòa về điện.

Nếu chúng ta tính các trạng thái oxi hóa trong một ion, thì tổng các trạng thái oxi hóa tương ứng bằng điện tích của nó.

Giá trị của trạng thái oxy hóa thường được chỉ ra ở góc trên bên phải của ký hiệu nguyên tố. Hơn thế nữa, dấu hiệu được viết ở phía trước của số. Nếu dấu sau số, thì đây là điện tích của ion.

Ví dụ, S -2 là nguyên tử lưu huỳnh ở trạng thái oxi hóa -2, S 2- là anion lưu huỳnh có điện tích -2.

S +6 O -2 4 2- - giá trị của trạng thái oxi hóa của các nguyên tử trong anion sunfat (điện tích của ion được tô màu xanh lục).

Bây giờ xét trường hợp hợp chất có liên kết hỗn hợp: Na 2 SO 4. Liên kết giữa anion sunfat và cation natri là ion, liên kết giữa nguyên tử lưu huỳnh và nguyên tử oxy trong ion sunfat là cộng hóa trị có cực. Chúng tôi viết ra công thức đồ thị cho natri sunfat và các mũi tên chỉ ra hướng chuyển đổi của electron.

* Công thức cấu tạo phản ánh thứ tự liên kết cộng hóa trị trong một hạt (phân tử, ion, gốc). Công thức cấu tạo chỉ được sử dụng cho các hạt có liên kết cộng hóa trị. Đối với các hạt có liên kết ion, khái niệm công thức cấu tạo là vô nghĩa. Nếu có các liên kết ion trong hạt, thì công thức đồ thị được sử dụng.

Chúng ta thấy rằng sáu electron rời khỏi nguyên tử lưu huỳnh trung tâm, có nghĩa là trạng thái oxy hóa của lưu huỳnh là 0 - (-6) = +6.

Các nguyên tử oxy ở đầu cuối nhận mỗi electron hai electron, có nghĩa là trạng thái oxy hóa của chúng là 0 + (-2) = -2

Các nguyên tử oxi cầu nhận mỗi nguyên tử hai electron, trạng thái oxi hóa của chúng là -2.

Cũng có thể xác định mức độ oxy hóa bằng công thức cấu trúc-đồ thị, trong đó các dấu gạch ngang biểu thị liên kết cộng hóa trị và các ion biểu thị điện tích.

Trong công thức này, các nguyên tử oxy bắc cầu đã có các điện tích âm đơn vị và một điện tử bổ sung đến với chúng từ nguyên tử lưu huỳnh -1 + (-1) = -2, có nghĩa là trạng thái oxy hóa của chúng là -2.

Trạng thái oxy hóa của các ion natri bằng với điện tích của chúng, tức là +1.

Chúng ta hãy xác định các trạng thái oxy hóa của các nguyên tố trong kali superoxit (superoxit). Để làm điều này, chúng tôi sẽ vẽ một công thức đồ thị cho kali superoxide, chúng tôi sẽ hiển thị sự phân bố lại của các electron bằng một mũi tên. Liên kết O-O là liên kết cộng hóa trị không phân cực, vì vậy sự phân bố lại của các electron không được chỉ ra trong nó.

* Anion superoxide là một ion gốc. Điện tích chính thức của một nguyên tử oxy là -1 và điện tích còn lại với một electron chưa ghép đôi là 0.

Ta thấy rằng trạng thái oxi hóa của kali là +1. Trạng thái oxi hóa của nguyên tử oxi được viết trong công thức ngược lại với kali là -1. Trạng thái oxi hóa của nguyên tử oxi thứ hai là 0.

Theo cách tương tự, có thể xác định mức độ oxi hóa bằng công thức cấu tạo - đồ thị.

Các vòng tròn biểu thị các điện tích chính thức của ion kali và một trong các nguyên tử oxy. Trong trường hợp này, giá trị của các điện tích chính thức trùng với giá trị của trạng thái oxy hóa.

Vì cả hai nguyên tử oxy trong anion superoxide đều có trạng thái oxy hóa khác nhau, chúng ta có thể tính trạng thái oxy hóa trung bình số họcôxy.

Nó sẽ bằng / 2 \ u003d - 1/2 \ u003d -0,5.

Các giá trị của trạng thái số oxi hóa trung bình thường được biểu thị trong các công thức tổng hoặc đơn vị công thức để cho thấy rằng tổng các trạng thái oxi hóa bằng tổng điện tích của hệ.

Đối với trường hợp với superoxide: +1 + 2 (-0,5) = 0

Có thể dễ dàng xác định trạng thái oxy hóa bằng cách sử dụng công thức điểm electron, trong đó các cặp electron đơn lẻ và các electron của liên kết cộng hóa trị được biểu thị bằng các dấu chấm.

Oxy là một nguyên tố thuộc nhóm VIA, do đó có 6 electron hóa trị trong nguyên tử của nó. Hãy tưởng tượng rằng các liên kết trong phân tử nước là ion, trong trường hợp đó, nguyên tử oxy sẽ nhận một octet electron.

Trạng thái oxi hóa của oxi lần lượt bằng: 6 - 8 \ u003d -2.

Và nguyên tử hydro: 1 - 0 = +1

Khả năng xác định mức độ oxy hóa bằng cách sử dụng các công thức đồ họa là vô giá để hiểu bản chất của khái niệm này, vì kỹ năng này sẽ được yêu cầu trong quá trình hóa học hữu cơ. Nếu chúng ta đang xử lý các chất vô cơ, thì nó là cần thiết để có thể xác định mức độ oxy hóa bằng công thức phân tử và đơn vị công thức.

Để làm được điều này, trước hết, bạn cần hiểu rằng các trạng thái oxy hóa là không đổi và thay đổi. Các nguyên tố thể hiện trạng thái oxi hóa không đổi phải được ghi nhớ.

Bất kỳ nguyên tố hóa học nào cũng được đặc trưng bởi trạng thái oxy hóa cao hơn và thấp hơn.

Trạng thái oxy hóa thấp nhất là điện tích mà nguyên tử có được do nhận số êlectron tối đa ở lớp êlectron ngoài cùng.

Theo quan điểm này, trạng thái oxy hóa thấp nhất là âm, ngoại trừ kim loại mà nguyên tử của chúng không bao giờ nhận electron do giá trị độ âm điện thấp. Kim loại có số oxi hóa thấp nhất là 0.

Hầu hết các phi kim của các phân nhóm chính cố gắng lấp đầy lớp điện tử ngoài cùng của chúng với tối đa tám điện tử, sau đó nguyên tử có được cấu hình ổn định ( quy tắc bát tử). Vì vậy, để xác định trạng thái oxi hóa thấp nhất, cần phải hiểu một nguyên tử thiếu bao nhiêu electron hóa trị đến một octet.

Ví dụ, nitơ là một nguyên tố của nhóm VA, có nghĩa là có năm điện tử hóa trị trong nguyên tử nitơ. Nguyên tử nitơ thiếu ba electron bằng một octet. Vậy trạng thái oxi hóa thấp nhất của nitơ là: 0 + (-3) = -3

Độ âm điện, giống như các tính chất khác của nguyên tử các nguyên tố hóa học, thay đổi theo chu kỳ khi số thứ tự của nguyên tố tăng lên:

Đồ thị trên biểu diễn tuần hoàn của sự thay đổi độ âm điện của các nguyên tố trong phân nhóm chính phụ thuộc vào số thứ tự của nguyên tố.

Khi chuyển xuống phân nhóm của bảng tuần hoàn, độ âm điện của các nguyên tố hóa học giảm dần, khi chuyển sang phải cùng chu kì thì tăng.

Độ âm điện phản ánh tính phi kim của nguyên tố: độ âm điện càng lớn thì tính phi kim càng thể hiện ở nguyên tố.

Trạng thái oxy hóa

Cách tính số oxi hóa của nguyên tố trong hợp chất?

1) Trạng thái oxi hóa của các nguyên tố hóa học trong các chất đơn giản luôn bằng không.

2) Có những nguyên tố thể hiện số oxi hóa không đổi trong phức chất:

3) Có những nguyên tố hóa học thể hiện số oxi hóa không đổi trong đại đa số các hợp chất. Các yếu tố này bao gồm:

Yếu tố	Trạng thái oxi hóa trong hầu hết các hợp chất	Ngoại lệ
hydro H	+1	Các hiđrua kim loại kiềm và kiềm thổ, ví dụ:
oxy O	-2	Hydro và peroxit kim loại: Oxy florua -

4) Tổng đại số của các trạng thái oxi hóa của tất cả các nguyên tử trong phân tử luôn bằng không. Tổng đại số của các trạng thái oxi hóa của tất cả các nguyên tử trong một ion bằng điện tích của ion đó.

5) Số oxi hóa ở trạng thái cao nhất (cực đại) bằng số thứ tự của nhóm. Các trường hợp ngoại lệ không thuộc quy tắc này là các nguyên tố thuộc phân nhóm thứ cấp của nhóm I, các nguyên tố thuộc phân nhóm thứ cấp của nhóm VIII, cũng như oxy và flo.

Các nguyên tố hóa học có số thứ tự của nhóm không phù hợp với trạng thái oxi hóa cao nhất của chúng (bắt buộc phải học thuộc)

6) Trạng thái oxi hóa thấp nhất của kim loại luôn bằng 0 và trạng thái oxi hóa thấp nhất của phi kim được tính theo công thức:

trạng thái oxi hóa thấp nhất của phi kim = số nhóm - 8

Dựa trên các quy tắc đã trình bày ở trên, có thể thiết lập mức độ oxi hóa của một nguyên tố hóa học trong bất kỳ chất nào.

Tìm trạng thái oxi hóa của các nguyên tố trong các hợp chất khác nhau

ví dụ 1

Xác định các trạng thái oxi hóa của tất cả các nguyên tố trong axit sunfuric.

Dung dịch:

Hãy viết công thức của axit sunfuric:

Trạng thái oxi hóa của hiđro trong tất cả các phức chất là +1 (trừ hiđrua kim loại).

Trạng thái oxi hóa của oxi trong tất cả các phức chất là -2 (trừ peroxit và oxi florua OF 2). Hãy sắp xếp các trạng thái oxi hóa đã biết:

Hãy để chúng tôi biểu thị trạng thái oxy hóa của lưu huỳnh là x:

Phân tử axit sunfuric, giống như phân tử của bất kỳ chất nào, nói chung là trung hòa về điện, bởi vì. tổng các trạng thái oxi hóa của tất cả các nguyên tử trong phân tử bằng không. Về mặt sơ đồ, điều này có thể được mô tả như sau:

Những thứ kia. chúng tôi có phương trình sau:

Hãy giải quyết nó:

Như vậy, trạng thái oxi hóa của lưu huỳnh trong axit sunfuric là +6.

Ví dụ 2

Xác định trạng thái oxi hóa của tất cả các nguyên tố trong amoni đicromat.

Dung dịch:

Hãy viết công thức của amoni đicromat:

Như trong trường hợp trước, chúng ta có thể sắp xếp các trạng thái oxy hóa của hydro và oxy:

Tuy nhiên, chúng ta thấy rằng trạng thái oxy hóa của hai nguyên tố hóa học cùng một lúc, nitơ và crom, là chưa biết. Do đó, chúng ta không thể tìm các trạng thái oxi hóa theo cách tương tự như trong ví dụ trước (một phương trình có hai biến không có nghiệm duy nhất).

Chúng ta hãy chú ý đến thực tế là chất được chỉ ra thuộc nhóm muối và theo đó, có cấu trúc ion. Sau đó, chúng ta có thể nói đúng rằng thành phần của amoni dicromat bao gồm các cation NH 4 + (điện tích của cation này có thể được xem trong bảng độ tan). Do đó, vì có hai cation NH 4 + mang điện tích dương trong đơn vị công thức của amoni đicromat, điện tích của ion dicromat là -2, vì toàn bộ chất là trung hòa về điện. Những thứ kia. chất được tạo bởi các cation NH 4 + và các anion Cr 2 O 7 2-.

Chúng ta biết các trạng thái oxy hóa của hydro và oxy. Biết rằng tổng các trạng thái oxi hóa của các nguyên tử của tất cả các nguyên tố trong ion bằng điện tích và biểu thị các trạng thái oxi hóa của nitơ và crom là x và y theo đó, chúng ta có thể viết:

Những thứ kia. chúng tôi nhận được hai phương trình độc lập:

Giải quyết vấn đề đó, chúng tôi tìm thấy x và y:

Do đó, trong amoni đicromat, các trạng thái oxy hóa của nitơ là -3, hydro +1, crom +6 và oxy -2.

Bạn có thể đọc cách xác định trạng thái oxi hóa của các nguyên tố trong chất hữu cơ.

Valence

Hóa trị của nguyên tử được biểu thị bằng các chữ số La Mã: I, II, III, v.v.

Các khả năng hóa trị của nguyên tử phụ thuộc vào đại lượng:

1) các điện tử chưa ghép đôi

2) các cặp electron không chia sẻ trong các obitan của các mức hóa trị

3) các obitan electron trống của mức hóa trị

Khả năng hóa trị của nguyên tử hydro

Hãy mô tả công thức đồ họa điện tử của nguyên tử hydro:

Người ta nói rằng ba yếu tố có thể ảnh hưởng đến các khả năng hóa trị - sự hiện diện của các electron chưa ghép đôi, sự hiện diện của các cặp electron chưa chia sẻ ở cấp độ ngoài cùng và sự hiện diện của các obitan trống (trống) ở cấp độ ngoài cùng. Chúng ta thấy một electron chưa ghép đôi ở mức năng lượng ngoài cùng (và duy nhất). Dựa trên điều này, hydro chính xác có thể có hóa trị bằng I. Tuy nhiên, ở mức năng lượng đầu tiên chỉ có một mức bán lại - S, những thứ kia. nguyên tử hydro ở cấp độ ngoài cùng không có các cặp electron không chia sẻ hoặc các obitan trống.

Do đó, hóa trị duy nhất mà nguyên tử hydro có thể thể hiện là I.

Khả năng hóa trị của nguyên tử cacbon

Hãy xem xét cấu trúc điện tử của nguyên tử cacbon. Ở trạng thái cơ bản, cấu hình điện tử của mức bên ngoài của nó như sau:

Những thứ kia. Ở trạng thái cơ bản, mức năng lượng ngoài cùng của nguyên tử cacbon chưa bị kích thích chứa 2 electron chưa ghép đôi. Ở trạng thái này, nó có thể thể hiện một hóa trị bằng II. Tuy nhiên, nguyên tử cacbon rất dễ chuyển sang trạng thái kích thích khi truyền năng lượng cho nó, và cấu hình điện tử của lớp ngoài trong trường hợp này có dạng:

Mặc dù một số năng lượng được tiêu hao trong quá trình kích thích nguyên tử cacbon, nhưng sự tiêu tốn này nhiều hơn được bù đắp bởi sự hình thành của bốn liên kết cộng hóa trị. Vì lý do này, hóa trị IV là đặc trưng hơn nhiều của nguyên tử cacbon. Vì vậy, ví dụ, cacbon có hóa trị IV trong các phân tử của cacbon đioxit, axit cacbonic và tuyệt đối tất cả các chất hữu cơ.

Ngoài các điện tử chưa ghép đôi và các cặp điện tử đơn lẻ, sự hiện diện của các obitan () còn trống của mức hóa trị cũng ảnh hưởng đến các khả năng hóa trị. Sự hiện diện của các obitan như vậy trong mức được lấp đầy dẫn đến thực tế là nguyên tử có thể hoạt động như một chất nhận cặp electron, tức là hình thành liên kết cộng hóa trị bổ sung theo cơ chế cho - nhận. Vì vậy, trái với mong đợi, trong phân tử cacbon monoxit CO, liên kết không phải là kép mà là liên kết ba, được thể hiện rõ ràng trong hình minh họa sau:

Khả năng hóa trị của nguyên tử nitơ

Hãy viết công thức đồ thị electron của mức năng lượng bên ngoài của nguyên tử nitơ:

Như có thể thấy từ hình minh họa ở trên, nguyên tử nitơ ở trạng thái bình thường của nó có 3 electron chưa ghép đôi, và do đó, thật hợp lý khi giả sử rằng nó có thể thể hiện một hóa trị bằng III. Thật vậy, hóa trị ba được quan sát thấy trong các phân tử của amoniac (NH 3), axit nitrơ (HNO 2), nitơ triclorua (NCl 3), v.v.

Ở trên đã nói rằng hóa trị của nguyên tử một nguyên tố hóa học không chỉ phụ thuộc vào số electron chưa ghép đôi mà còn phụ thuộc vào sự có mặt của các cặp electron không chia sẻ. Điều này là do liên kết hóa học cộng hóa trị có thể hình thành không chỉ khi hai nguyên tử cung cấp cho nhau mỗi nguyên tử một điện tử, mà còn khi một nguyên tử có một cặp điện tử không chia sẻ - donor () cung cấp cho nguyên tử khác còn trống () mức hóa trị quỹ đạo (chất nhận). Những thứ kia. đối với nguyên tử nitơ, hóa trị IV cũng có thể do một liên kết cộng hóa trị bổ sung được hình thành theo cơ chế cho-nhận. Vì vậy, ví dụ, bốn liên kết cộng hóa trị, một trong số đó được hình thành bởi cơ chế cho-nhận, được quan sát thấy trong quá trình hình thành cation amoni:

Mặc dù thực tế là một trong các liên kết cộng hóa trị được hình thành theo cơ chế cho-nhận, tất cả các liên kết N-H trong cation amoni là hoàn toàn giống nhau và không khác nhau.

Hóa trị bằng V thì nguyên tử nitơ không thể hiện được. Điều này là do nguyên tử nitơ không thể chuyển sang trạng thái kích thích, trong đó sự kết đôi của hai điện tử xảy ra với sự chuyển đổi của một trong số chúng sang một quỹ đạo tự do, gần nhất về mức năng lượng. Nguyên tử nitơ không có d-sublevel, và sự chuyển đổi sang quỹ đạo 3s tốn kém về mặt năng lượng đến mức chi phí năng lượng không được trang trải bởi sự hình thành các liên kết mới. Nhiều người có thể thắc mắc, sau đó, hóa trị của nitơ, ví dụ, trong phân tử của axit nitric HNO 3 hoặc oxit nitric N 2 O 5 là bao nhiêu? Thật kỳ lạ, hóa trị ở đó cũng là IV, như có thể được nhìn thấy từ các công thức cấu tạo sau:

Đường chấm trong hình minh họa cho thấy cái gọi là delocalized π -sự liên quan. Vì lý do này, KHÔNG có trái phiếu đầu cuối có thể được gọi là "một rưỡi". Các liên kết một nửa tương tự cũng được tìm thấy trong phân tử ozon O 3, benzen C 6 H 6, v.v.

Khả năng hóa trị của phốt pho

Hãy để chúng tôi mô tả công thức đồ thị electron của mức năng lượng bên ngoài của nguyên tử phốt pho:

Như chúng ta có thể thấy, cấu trúc của lớp ngoài cùng của nguyên tử photpho ở trạng thái cơ bản và nguyên tử nitơ là giống nhau, và do đó, điều hợp lý là mong đợi đối với nguyên tử photpho, cũng như đối với nguyên tử nitơ, các giá trị có thể bằng nhau. đến I, II, III và IV, được quan sát trong thực tế.

Tuy nhiên, không giống như nitơ, nguyên tử phốt pho cũng có d-sublevel với 5 obitan trống.

Về mặt này, nó có thể chuyển sang trạng thái kích thích, hấp thụ các electron 3 S- ghi nợ:

Do đó, có thể có hóa trị V đối với nguyên tử phốt pho, nguyên tử không thể tiếp cận với nitơ. Vì vậy, ví dụ, một nguyên tử photpho có hóa trị năm trong phân tử của các hợp chất như axit photphoric, photpho (V) halogenua, photpho (V) oxit, v.v.

Khả năng hóa trị của nguyên tử oxy

Công thức đồ thị electron của mức năng lượng bên ngoài của nguyên tử oxi có dạng:

Chúng ta thấy có hai electron chưa ghép đôi ở mức 2, và do đó oxy hóa trị II có thể xảy ra. Cần lưu ý rằng hóa trị này của nguyên tử oxy được quan sát thấy trong hầu hết các hợp chất. Ở trên, khi xem xét các khả năng hóa trị của nguyên tử cacbon, chúng ta đã thảo luận về sự hình thành phân tử cacbon monoxit. Liên kết trong phân tử CO là liên kết ba, do đó, oxy hóa trị ba ở đó (oxy là chất cho cặp electron).

Do nguyên tử oxi không có mức bên ngoài. d-sublevels, làm cạn kiệt các electron S và P- obitan là không thể, đó là lý do tại sao các khả năng hóa trị của nguyên tử oxy bị hạn chế so với các nguyên tố khác trong phân nhóm của nó, ví dụ, lưu huỳnh.

Khả năng hóa trị của nguyên tử lưu huỳnh

Mức năng lượng bên ngoài của nguyên tử lưu huỳnh ở trạng thái không bị kích thích:

Nguyên tử lưu huỳnh, giống như nguyên tử oxy, có hai điện tử chưa ghép đôi ở trạng thái bình thường, vì vậy chúng ta có thể kết luận rằng lưu huỳnh có hóa trị hai. Thật vậy, lưu huỳnh có hóa trị II, ví dụ, trong phân tử hydro sunfua H 2 S.

Như chúng ta thấy, nguyên tử lưu huỳnh ở cấp độ bên ngoài có d cấp lại với các obitan trống. Vì lý do này, nguyên tử lưu huỳnh có thể mở rộng khả năng hóa trị của nó, không giống như oxy, do chuyển sang trạng thái kích thích. Vì vậy, khi giải phóng một cặp electron duy nhất 3 P- cấp độ lại, nguyên tử lưu huỳnh có cấu hình điện tử của cấp độ ngoài cùng của dạng sau:

Ở trạng thái này, nguyên tử lưu huỳnh có 4 electron chưa ghép đôi, điều này cho chúng ta biết khả năng nguyên tử lưu huỳnh có hóa trị bằng IV. Thật vậy, lưu huỳnh có hóa trị IV trong các phân tử SO 2, SF 4, SOCl 2, v.v.

Khi giải phóng cặp electron duy nhất thứ hai nằm trên 3 S- mức năng lượng bên ngoài, mức năng lượng bên ngoài có được cấu hình sau:

Ở trạng thái như vậy, sự biểu hiện của hóa trị VI đã có thể xảy ra. Ví dụ về các hợp chất với lưu huỳnh hóa trị VI là SO 3, H 2 SO 4, SO 2 Cl 2, v.v.

Tương tự, chúng ta có thể xem xét các khả năng hóa trị của các nguyên tố hóa học khác.

Mức độ oxi hóa của các nguyên tố. Làm thế nào để tìm các trạng thái oxi hóa?

1) Trong chất đơn giản, số oxi hóa của nguyên tố nào bằng 0. Ví dụ: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Cần nhớ các nguyên tố có đặc điểm là trạng thái số oxi hóa không đổi. Tất cả chúng đều được liệt kê trong bảng.

3) Việc tìm kiếm trạng thái oxi hóa của các nguyên tố còn lại dựa trên một quy tắc đơn giản:

Trong một phân tử trung tính, tổng các trạng thái oxy hóa của tất cả các nguyên tố đều bằng không, và trong một ion - điện tích của ion.

Hãy xem xét việc áp dụng quy tắc này trên các ví dụ đơn giản.

ví dụ 1. Cần tìm các trạng thái oxi hóa của các nguyên tố trong amoniac (NH 3).

Dung dịch. Chúng ta đã biết (xem 2) Nghệ thuật đó. ĐƯỢC RỒI. hiđro là +1. Nó vẫn còn để tìm ra đặc tính này cho nitơ. Gọi x là trạng thái oxi hóa mong muốn. Chúng tôi soạn phương trình đơn giản nhất: x + 3 * (+1) \ u003d 0. Giải pháp hiển nhiên là: x \ u003d -3. Đáp án: N -3 H 3 +1.

Ví dụ 2. Nêu các trạng thái oxi hóa của tất cả các nguyên tử trong phân tử H 2 SO 4.

Dung dịch. Các trạng thái oxy hóa của hydro và oxy đã được biết: H (+1) và O (-2). Ta lập phương trình xác định mức độ oxi hóa của lưu huỳnh: 2 * (+ 1) + x + 4 * (- 2) = 0. Giải phương trình này ta tìm được: x = +6. Đáp số: H +1 2 S +6 O -2 4.

Ví dụ 3. Tính các trạng thái oxi hóa của tất cả các nguyên tố trong phân tử Al (NO 3) 3.

Dung dịch. Thuật toán vẫn không thay đổi. Thành phần của "phân tử" nhôm nitrat bao gồm một nguyên tử Al (+3), 9 nguyên tử oxy (-2) và 3 nguyên tử nitơ, trạng thái oxy hóa của chúng ta phải tính toán. Phương trình tương ứng: 1 * (+ 3) + 3x + 9 * (- 2) = 0. Đáp số: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

Ví dụ 4. Xác định trạng thái oxi hóa của tất cả các nguyên tử trong ion (AsO 4) 3-.

Dung dịch. Trong trường hợp này, tổng các trạng thái oxy hóa sẽ không còn bằng 0 nữa mà chuyển thành điện tích của ion, tức là -3. Phương trình: x + 4 * (- 2) = -3. Trả lời: As (+5), O (-2).

Có thể xác định trạng thái oxi hóa của một số nguyên tố cùng một lúc bằng một phương trình tương tự không? Nếu chúng ta xem xét vấn đề này theo quan điểm của toán học, câu trả lời sẽ là phủ định. Phương trình tuyến tính có hai biến không thể có nghiệm duy nhất. Nhưng chúng ta không chỉ giải một phương trình!

Ví dụ 5. Xác định các trạng thái oxi hóa của tất cả các nguyên tố trong (NH 4) 2 SO 4.

Dung dịch. Các trạng thái oxy hóa của hydro và oxy đã được biết đến, nhưng lưu huỳnh và nitơ thì không. Một ví dụ kinh điển về bài toán có hai ẩn số! Chúng ta sẽ coi amoni sunfat không phải là một "phân tử" đơn lẻ, mà là sự kết hợp của hai ion: NH 4 + và SO 4 2-. Chúng ta biết điện tích của các ion, mỗi ion chỉ chứa một nguyên tử với mức độ oxi hóa chưa biết. Sử dụng kinh nghiệm thu được khi giải các bài toán trước, chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy các trạng thái oxi hóa của nitơ và lưu huỳnh. Đáp số: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Kết luận: nếu phân tử chứa một số nguyên tử chưa biết số oxi hóa, hãy thử "tách" phân tử thành nhiều phần.

Ví dụ 6. Nêu các trạng thái oxi hoá của tất cả các nguyên tố trong CH 3 CH 2 OH.

Dung dịch. Tìm trạng thái oxi hóa trong hợp chất hữu cơ có những đặc trưng riêng. Đặc biệt, cần tìm riêng các trạng thái oxi hóa cho từng nguyên tử cacbon. Bạn có thể lập luận như sau. Ví dụ, hãy xem xét nguyên tử cacbon trong nhóm metyl. Nguyên tử C này được kết nối với 3 nguyên tử hydro và một nguyên tử cacbon liền kề. Trên liên kết C-H, mật độ electron dịch chuyển về phía nguyên tử cacbon (vì độ âm điện của C vượt quá EO của hiđro). Nếu sự dịch chuyển này hoàn tất, nguyên tử cacbon sẽ nhận được điện tích -3.

Nguyên tử C trong nhóm -CH 2 OH được liên kết với hai nguyên tử hydro (mật độ electron dịch chuyển về phía C), một nguyên tử oxy (mật độ electron dịch chuyển về phía O) và một nguyên tử cacbon (chúng ta có thể giả định rằng sự thay đổi mật độ electron trong trường hợp không xảy ra). Trạng thái oxi hóa của cacbon là -2 +1 +0 = -1.

Đáp số: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.

Bản quyền Repetitor2000.ru, 2000-2015