Максимални степени на окисление на елементите. Основна химия: степен на окисление

Електроотрицателността е способността на атом на химичен елемент в съединение да привлича електрони от свързани атоми на други химични елементи.

Електроотрицателността, подобно на други свойства на атомите на химичните елементи, се променя периодично с увеличаване на атомния номер на елемента:

Графиката по-горе показва периодичността на промените в електроотрицателността на елементите от основните подгрупи в зависимост от атомния номер на елемента.

При движение надолу в подгрупа на периодичната таблица електроотрицателността на химичните елементи намалява, а при движение надясно по периода се увеличава.

Електроотрицателността отразява неметалността на елементите: колкото по-висока е стойността на електроотрицателността, толкова повече неметални свойства има елементът.

Степен на окисление

Степента на окисление е условният заряд на атом на химичен елемент в съединение, изчислен въз основа на предположението, че всички връзки в неговата молекула са йонни, т.е. всички свързващи електронни двойки се изместват към атоми с по-висока електроотрицателност.

Как да изчислим степента на окисление на елемент в съединение?

1) Степента на окисление на химичните елементи в простите вещества винаги е нула.

2) Има елементи, които показват постоянно състояние на окисление в сложни вещества:

3) Има химични елементи, които показват постоянно състояние на окисление в по-голямата част от съединенията. Тези елементи включват:

елемент	Степен на окисление в почти всички съединения	Изключения
водород H	+1	Хидриди на алкални и алкалоземни метали, например:
кислород О	-2	Водородни и метални пероксиди: Кислороден флуорид -

4) Алгебричната сума на степените на окисление на всички атоми в една молекула винаги е нула. Алгебричната сума на степените на окисление на всички атоми в един йон е равна на заряда на йона.

5) Най-високата (максимална) степен на окисление е равна на номера на групата. Изключения, които не попадат в това правило, са елементите от вторичната подгрупа на I група, елементите от вторичната подгрупа на VIII група, както и кислородът и флуорът.

Химични елементи, чийто номер на група не съвпада с най-високата им степен на окисление (задължително за запомняне)

6) Най-ниската степен на окисление на металите винаги е нула, а най-ниската степен на окисление на неметалите се изчислява по формулата:

най-ниската степен на окисление на неметала = номер на група − 8

Въз основа на правилата, представени по-горе, можете да установите степента на окисление на химичен елемент във всяко вещество.

Намиране на степента на окисление на елементите в различни съединения

Пример 1

Определете степента на окисление на всички елементи в сярната киселина.

Решение:

Нека напишем формулата на сярната киселина:

Степента на окисление на водорода във всички сложни вещества е +1 (с изключение на металните хидриди).

Степента на окисление на кислорода във всички сложни вещества е -2 (с изключение на пероксиди и кислороден флуорид OF 2). Нека подредим известните степени на окисление:

Нека обозначим степента на окисление на сярата като х:

Молекулата на сярната киселина, както и молекулата на всяко вещество, обикновено е електрически неутрална, т.к. сумата от степени на окисление на всички атоми в една молекула е нула. Схематично това може да се изобрази по следния начин:

Тези. получихме следното уравнение:

Нека го решим:

По този начин степента на окисление на сярата в сярната киселина е +6.

Пример 2

Определете степента на окисление на всички елементи в амониевия дихромат.

Решение:

Нека напишем формулата на амониев дихромат:

Както в предишния случай, можем да подредим степените на окисление на водорода и кислорода:

Виждаме обаче, че степента на окисление на два химични елемента наведнъж е неизвестна - азот и хром. Следователно не можем да намерим степени на окисление подобно на предишния пример (едно уравнение с две променливи няма нито едно решение).

Нека обърнем внимание на факта, че това вещество принадлежи към класа на соли и съответно има йонна структура. Тогава с право можем да кажем, че съставът на амониевия дихромат включва NH 4 + катиони (зарядът на този катион може да се види в таблицата за разтворимост). Следователно, тъй като формулната единица на амониевия дихромат съдържа два положително еднократно заредени NH 4 + катиона, зарядът на дихроматния йон е равен на -2, тъй като веществото като цяло е електрически неутрално. Тези. веществото се образува от NH 4 + катиони и Cr 2 O 7 2- аниони.

Знаем степените на окисление на водорода и кислорода. Знаейки, че сумата от степени на окисление на атомите на всички елементи в един йон е равна на заряда и обозначавайки степените на окисление на азота и хрома като хИ гсъответно можем да напишем:

Тези. получаваме две независими уравнения:

Решавайки кое, намираме хИ г:

Така в амониевия дихромат степента на окисление на азота е -3, на водорода +1, на хрома +6 и на кислорода -2.

Можете да прочетете как да определите степента на окисление на елементите в органичните вещества.

Валентност

Валентност - броят на химичните връзки, които атом на даден елемент образува в химично съединение.

Валентността на атомите се обозначава с римски цифри: I, II, III и т.н.

Валентните способности на атома зависят от количеството:

1) несдвоени електрони

2) несподелени електронни двойки в орбиталите на валентните нива

3) празни електронни орбитали на валентното ниво

Валентни възможности на водородния атом

Нека изобразим електронната графична формула на водородния атом:

Казано е, че три фактора могат да повлияят на валентните възможности - наличието на несдвоени електрони, наличието на несподелени електронни двойки във външното ниво и наличието на свободни (празни) орбитали във външното ниво. Виждаме един несдвоен електрон на външното (и единствено) енергийно ниво. Въз основа на това, водородът определено може да има валентност I. Въпреки това, в първото енергийно ниво има само едно подниво - s,тези. Водородният атом на външното ниво няма нито единични електронни двойки, нито празни орбитали.

По този начин единствената валентност, която водородният атом може да прояви, е I.

Валентни възможности на въглеродния атом

Нека разгледаме електронната структура на въглеродния атом. В основно състояние електронната конфигурация на външното му ниво е следната:

Тези. в основното състояние на външното енергийно ниво на невъзбудения въглероден атом има 2 несдвоени електрона. В това състояние той може да проявява валентност на II. Въпреки това, въглеродният атом много лесно преминава във възбудено състояние, когато му се придаде енергия, и електронната конфигурация на външния слой в този случай приема формата:

Въпреки факта, че определено количество енергия се изразходва за процеса на възбуждане на въглеродния атом, разходът е повече от компенсиран от образуването на четири ковалентни връзки. Поради тази причина валентност IV е много по-характерна за въглеродния атом. Например въглеродът има валентност IV в молекулите на въглеродния диоксид, въглеродната киселина и абсолютно всички органични вещества.

В допълнение към несдвоените електрони и несподелените електронни двойки, наличието на празни ()валентни орбитали на ниво също влияе върху валентните възможности. Наличието на такива орбитали на запълненото ниво води до факта, че атомът може да действа като акцептор на електронна двойка, т.е. образуват допълнителни ковалентни връзки чрез донорно-акцепторен механизъм. Например, противно на очакванията, в молекулата на въглеродния окис CO връзката не е двойна, а тройна, както е ясно показано на следващата илюстрация:

Обобщавайки информацията за валентните способности на въглеродния атом:

1) Валентности II, III, IV са възможни за въглерода

2) Най-често срещаната валентност на въглерода в съединения IV

3) В молекулата на въглеродния оксид CO има тройна връзка (!), като една от трите връзки се образува по донорно-акцепторния механизъм

Валентни възможности на азотния атом

Нека напишем електронната графична формула за външното енергийно ниво на азотния атом:

Както може да се види от илюстрацията по-горе, азотният атом в нормалното си състояние има 3 несдвоени електрона и следователно е логично да се предположи, че той е способен да проявява валентност на III. Наистина, валентност от три се наблюдава в молекулите на амоняк (NH 3), азотиста киселина (HNO 2), азотен трихлорид (NCl 3) и др.

По-горе беше казано, че валентността на атома на химичния елемент зависи не само от броя на несдвоените електрони, но и от наличието на самотни електронни двойки. Това се дължи на факта, че ковалентна химична връзка може да се образува не само когато два атома предоставят един на друг един електрон, но и когато един атом с несподелена двойка електрони - донор () я предоставя на друг атом с празен ( ) ниво на орбитална валентност (акцептор). Тези. За азотния атом валентност IV също е възможна поради допълнителна ковалентна връзка, образувана съгласно донорно-акцепторния механизъм. Например, четири ковалентни връзки, едната от които се образува чрез донорно-акцепторен механизъм, се наблюдават по време на образуването на амониев катион:

Въпреки факта, че една от ковалентните връзки се образува по донорно-акцепторния механизъм, всички N-H връзки в амониевия катион са абсолютно идентични и не се различават една от друга.

Азотният атом не е способен да проявява валентност, равна на V. Това се дължи на факта, че е невъзможно азотният атом да премине във възбудено състояние, при което два електрона са сдвоени с прехода на един от тях към свободна орбитала, която е най-близка по енергийно ниво. Азотният атом няма d-подниво, а преходът към 3s орбитала е енергийно толкова скъп, че енергийните разходи не се покриват от образуването на нови връзки. Мнозина може да се чудят каква е валентността на азота, например, в молекулите на азотната киселина HNO 3 или азотния оксид N 2 O 5? Колкото и да е странно, валентността там също е IV, както се вижда от следните структурни формули:

Пунктираната линия на илюстрацията показва т.нар делокализиран π - връзка. Поради тази причина крайните NO облигации могат да бъдат наречени „една и половина облигации“. Подобни връзки една и половина присъстват и в молекулата на озон O 3, бензен C 6 H 6 и др.

i>Обобщаване на информацията за валентните способности на азотния атом:

1) За азота са възможни валенции I, II, III и IV

2) Валентност Vазотът не!

3) В молекулите на азотната киселина и азотния оксид N 2 O 5 азотът има валентност IV+5 (!) .

4) В съединения, в които азотният атом е четиривалентен, една от ковалентните връзки се образува според донорно-акцепторния механизъм (амониеви соли NH 4 +, азотна киселина и др.).

Валентни възможности на фосфора

Нека изобразим електронната графична формула на външното енергийно ниво на фосфорния атом:

Както виждаме, структурата на външния слой на фосфорния атом в основно състояние и на азотния атом е една и съща и следователно е логично да се очакват за фосфорния атом, както и за азотния атом, възможни валентности, равни на I, II, III и IV, както се наблюдава в практиката.

Въпреки това, за разлика от азота, фосфорният атом също има d-подниво с 5 свободни орбитали.

В това отношение той е способен да премине към възбудено състояние, запарвайки електрони 3 s-орбитали:

По този начин е възможна валентността V за фосфорния атом, който е недостъпен за азота. Например, фосфорният атом има валентност пет в молекули на съединения като фосфорна киселина, фосфорни (V) халогениди, фосфорен (V) оксид и др.

Валентни възможности на кислородния атом

Електронната графична формула за външното енергийно ниво на кислороден атом има формата:

Виждаме два несдвоени електрона на 2-ро ниво и следователно валентност II е възможна за кислорода. Трябва да се отбележи, че тази валентност на кислородния атом се наблюдава в почти всички съединения. По-горе, когато разглеждахме валентните способности на въглеродния атом, обсъдихме образуването на молекулата на въглеродния оксид. Връзката в молекулата на CO е тройна, следователно кислородът там е тривалентен (кислородът е донор на електронна двойка).

Поради факта, че кислородният атом няма външен d-подниво, електронно сдвояване sИ п-орбитали е невъзможно, поради което валентните възможности на кислородния атом са ограничени в сравнение с други елементи от неговата подгрупа, например сярата.

Така кислородът почти винаги има валентност II, но в някои частици той е тривалентен, по-специално в молекулата на въглеродния окис C≡O. В случай, че кислородът има валентност III, една от ковалентните връзки се образува по донорно-акцепторния механизъм.

Валентни възможности на серния атом

Външно енергийно ниво на серен атом в невъзбудено състояние:

Серният атом, подобно на кислородния атом, обикновено има два несдвоени електрона, така че можем да заключим, че сярата може да има валентност две. Наистина, сярата има валентност II, например в молекулата на сероводород H 2 S.

Както виждаме, атомът на сярата се появява на външно ниво d-подниво със свободни орбитали. Поради тази причина атомът на сярата може да разшири валентните си възможности, за разлика от кислорода, поради прехода към възбудени състояния. Така, при сдвояване на несподелена електронна двойка 3 стр- подниво, серният атом придобива електронната конфигурация на външното ниво със следната форма:

В това състояние серният атом има 4 несдвоени електрона, което ни казва, че серните атоми могат да проявяват валентност на IV. Наистина, сярата има валентност IV в молекулите SO 2, SF 4, SOCl 2 и т.н.

При сдвояване на втората несподелена електронна двойка, разположена на 3 s-подниво, външното енергийно ниво придобива конфигурацията:

В това състояние става възможно проявлението на валентност VI. Примери за съединения с VI-валентна сяра са SO 3, H 2 SO 4, SO 2 Cl 2 и др.

По подобен начин можем да разгледаме валентните възможности на други химични елементи.

цел: Продължете да изучавате валентността. Дайте понятието степен на окисление. Помислете за видовете степени на окисление: положителна, отрицателна, нулева стойност. Научете се да определяте правилно степента на окисление на атом в съединение. Преподавайте техники за сравняване и обобщаване на изучаваните понятия; развиват умения за определяне на степента на окисление с помощта на химични формули; продължете да развивате умения за самостоятелна работа; насърчаване на развитието на логическото мислене. Да развият чувство за толерантност (толерантност и уважение към чуждото мнение) и взаимопомощ; осъществяват естетическо възпитание (чрез дизайн на дъски и тетрадки, при използване на презентации).

Напредък на урока

аз. Организационен момент

Проверка на учениците за урока.

II. Подготовка за урока.

За урока ще са ви необходими: периодичната таблица на Д.И. Менделеев, учебник, работни тетрадки, химикалки, моливи.

III. Проверка на домашните.

Фронтална анкета, някои ще работят на дъската с карти, тест и заключение на този етап ще бъде интелектуална игра.

1. Работа с карти.

1 карта

Определете масовите фракции (%) на въглерода и кислорода във въглеродния диоксид (Ко 2 ) .

2 карти

Определете вида на връзката в молекулата H 2 S. Напишете структурната и електронната формула на молекулата.

2. Фронтално проучване

1. Какво е химична връзка?
2. Какви видове химични връзки познавате?
3. Коя връзка се нарича ковалентна?
4. Какви ковалентни връзки се различават?
5. Какво е валентност?
6. Как определяме валентността?
7. Кои елементи (метали и неметали) имат променлива валентност?

3. Тестване

1. В кои молекули съществува неполярна ковалентна връзка?

2 . Коя молекула образува тройна връзка, когато се образува ковалентна неполярна връзка?

3 . Как се наричат ​​положително заредените йони?

А) катиони

Б) молекули

Б) аниони

Г) кристали

4. В кой ред са разположени веществата от йонно съединение?

A) CH4, NH3, Mg

B) CI 2, MgO, NaCI

B) MgF 2, NaCI, CaCI 2

D) H2S, HCI, H2O

5 . Валентността се определя от:

А) по номера на групата

Б) по броя на несдвоените електрони

Б) по вид на химичната връзка

Г) по номер на период.

4. Интелектуална игра „Tic-tac-toe“ »

Намерете вещества с ковалентни полярни връзки.

IV. Учене на нов материал

Степента на окисление е важна характеристика на състоянието на атома в молекулата. Валентността се определя от броя на несдвоените електрони в атома, орбиталите с несподелени електронни двойки, само в процеса на възбуждане на атома. Най-високата валентност на даден елемент обикновено е равна на номера на групата. Степента на окисление в съединения с различни химични връзки се образува по различен начин.

Как се образува степента на окисление за молекули с различни химични връзки?

1) В съединения с йонни връзки степени на окисление на елементите са равни на зарядите на йоните.

2) В съединения с ковалентна неполярна връзка (в молекули на прости вещества) степента на окисление на елементите е 0.

Н 2 0, Cаз 2 0 , Е 2 0 , С 0 , ИИ 0

3) За молекулите с ковалентна полярна връзка степента на окисление се определя подобно на молекулите с йонна химична връзка.

Степен на окисление на елемента е условният заряд на неговия атом в молекула, ако приемем, че молекулата се състои от йони.

Степента на окисление на атома, за разлика от неговата валентност, има знак. Тя може да бъде положителна, отрицателна и нула.

Валентността се обозначава с римски цифри над символа на елемента:

II	аз	IV
Fe	Cu	С,

и степента на окисление се обозначава с арабски цифри със заряд над символите на елемента ( Мж +2 , Ca +2 ,Н+1,C.I.ˉ¹).

Положителното състояние на окисление е равно на броя на електроните, дадени на тези атоми. Атомът може да се откаже от всички валентни електрони (за основните групи това са електрони от външното ниво), съответстващи на номера на групата, в която се намира елементът, като същевременно проявява най-висока степен на окисление (с изключение на ОF 2). Например: най-високата степен на окисление на основната подгрупа от група II е +2 ( Zn +2) Положителна степен се проявява както от метали, така и от неметали, с изключение на F, He, Ne, например: C+4,Na+1 , Ал+3

Отрицателното състояние на окисление е равно на броя на електроните, приети от даден атом; то се проявява само от неметали. Неметалните атоми добавят толкова електрони, колкото липсват, за да завършат външното ниво, като по този начин показват отрицателна степен.

За елементи от основните подгрупи на групи IV-VII минималното състояние на окисление е числено равно на

Например:

Стойността на степента на окисление между най-високата и най-ниската степен на окисление се нарича междинна:

По-високо	Междинен	Най-ниска
	C +3, C +2, C 0, C -2

В съединения с ковалентна неполярна връзка (в молекули на прости вещества) степента на окисление на елементите е 0: Н 2 0 , СЪСаз 2 0 , Е 2 0 , С 0 , ИИ 0

За да се определи степента на окисление на атом в съединение, трябва да се вземат предвид редица разпоредби:

1. Степен на окислениеЕвъв всички връзки е равно на “-1”.Na +1 Е -1 , з +1 Е -1

2. Степента на окисление на кислорода в повечето съединения е (-2) изключение: OЕ 2 , където степента на окисление е O +2Е -1

3. Водородът в повечето съединения има степен на окисление +1, с изключение на съединения с активни метали, където степента на окисление е (-1): Na +1 з -1

4. Степента на окисление на металите от основните подгрупиаз, II, IIIгрупи във всички съединения е +1,+2,+3.

Елементите с постоянни степени на окисление са:

А) алкални метали (Li, Na, K, Pb, Si, Fr) - степен на окисление +1

Б) елементи от II главна подгрупа на групата с изключение на (Hg): Be, Mg, Ca, Sr, Ra, Zn, Cd - степен на окисление +2

Б) елемент от група III: Al - степен на окисление +3

Алгоритъм за съставяне на формули в съединения:

1 начин

1 . На първо място е изписан елементът с по-ниска електроотрицателност, а на второ място с по-висока електроотрицателност.

2 . Елементът, записан на първо място, има положителен заряд „+“, а елементът, записан на второ място, е с отрицателен заряд „-“.

3 . Посочете степента на окисление за всеки елемент.

4 . Намерете общото кратно на степента на окисление.

5. Разделете най-малкото общо кратно на стойността на степента на окисление и задайте получените индекси долу вдясно след символа на съответния елемент.

6. Ако степента на окисление е четно - нечетно, тогава те се появяват до символа долу вдясно - кръст - кръст без знаците "+" и "-":

7. Ако степента на окисление има равномерна стойност, тогава те трябва първо да бъдат намалени до най-ниската стойност на степента на окисление и да се постави кръст без знаците „+“ и „-“: C +4 O -2

Метод 2

1 . Нека обозначим степента на окисление на N с X, посочете степента на окисление на O: Н 2 хО 3 -2

2 . Определете сумата на отрицателните заряди; за да направите това, умножете степента на окисление на кислорода по кислородния индекс: 3· (-2)= -6

3 За да бъде една молекула електрически неутрална, трябва да определите сумата от положителните заряди: X2 = 2X

4 .Съставете алгебрично уравнение:

Н 2 + 3 О 3 –2

V. Консолидация

1) Затвърдяване на темата с игра, наречена „Змия“.

Правила на играта: учителят раздава карти. Всяка карта съдържа един въпрос и един отговор на друг въпрос.

Учителят започва играта. Когато въпросът бъде прочетен, ученикът, който има отговора на моя въпрос на картата, вдига ръка и казва отговора. Ако отговорът е правилен, той прочита въпроса си и ученикът, който има отговора на този въпрос, вдига ръка и отговаря и т.н. Оформя се змия от верни отговори.

1. Как и къде се посочва степента на окисление на атом на химичен елемент?
   отговор: арабска цифра над символа на елемента със заряд "+" и "-".
2. Какви видове степени на окисление се различават в атомите на химичните елементи?
   отговор: междинен
3. Каква степен има металът?
   отговор: положителен, отрицателен, нула.
4. Каква степен проявяват прости вещества или молекули с неполярни ковалентни връзки?
   отговор: положителен
5. Какъв заряд имат катионите и анионите?
   отговор: нула.
6. Как се нарича степента на окисление, която стои между положителната и отрицателната степен на окисление.
   отговор: положителен, отрицателен

2) Напишете формули за вещества, състоящи се от следните елементи

1. Н и Х
2. Р и О
3. Zn и Cl

3) Намерете и зачеркнете вещества, които нямат променлива степен на окисление.

Na, Cr, Fe, K, N, Hg, S, Al, C

VI. Обобщение на урока.

Оценка с коментари

VII. домашна работа

§23, стр.67-72, изпълнете задачата след §23-стр.72 № 1-4.

Формалният заряд на атома в съединенията е спомагателна величина; обикновено се използва при описанието на свойствата на елементите в химията. Този конвенционален електрически заряд е степента на окисление. Стойността му се променя в резултат на много химични процеси. Въпреки че зарядът е формален, той ясно характеризира свойствата и поведението на атомите в редокс реакции (ORR).

Окисление и редукция

В миналото химиците са използвали термина "окисляване", за да опишат взаимодействието на кислорода с други елементи. Наименованието на реакциите идва от латинското наименование на кислорода - Oxygenium. По-късно се оказа, че и други елементи се окисляват. В този случай те се редуцират - получават електрони. Всеки атом, когато образува молекула, променя структурата на своята валентна електронна обвивка. В този случай се появява формален заряд, чиято величина зависи от броя на условно дадените или приети електрони. За характеризиране на тази стойност преди това е използван английският химически термин „окислително число“, което в превод означава „окислително число“. Когато се използва, се основава на предположението, че свързващите електрони в молекули или йони принадлежат на атом с по-висока стойност на електроотрицателност (EO). Способността да задържат своите електрони и да ги привличат от други атоми е добре изразена в силните неметали (халогени, кислород). Силните метали (натрий, калий, литий, калций, други алкални и алкалоземни елементи) имат противоположни свойства.

Определяне степента на окисление

Степента на окисление е зарядът, който атомът би придобил, ако електроните, участващи в образуването на връзката, бяха напълно изместени към по-електроотрицателен елемент. Има вещества, които нямат молекулярна структура (халогениди на алкални метали и други съединения). В тези случаи степента на окисление съвпада със заряда на йона. Конвенционалният или реален заряд показва какъв процес е настъпил преди атомите да придобият сегашното си състояние. Положителното окислително число е общият брой електрони, които са били отстранени от атомите. Отрицателното окислително число е равно на броя на получените електрони. Чрез промяна на степента на окисление на химичния елемент се съди какво се случва с неговите атоми по време на реакцията (и обратно). Цветът на веществото определя какви промени са настъпили в степента на окисление. Съединенията на хрома, желязото и редица други елементи, в които те проявяват различна валентност, са оцветени по различен начин.

Отрицателни, нулеви и положителни стойности на степен на окисление

Простите вещества се образуват от химични елементи с еднаква стойност на EO. В този случай свързващите електрони принадлежат еднакво на всички структурни частици. Следователно в простите вещества елементите нямат степен на окисление (H 0 2, O 0 2, C 0). Когато атомите приемат електрони или общият облак се измества в тяхната посока, зарядите обикновено се записват със знак минус. Например F -1, O -2, C -4. Отдавайки електрони, атомите придобиват реален или формален положителен заряд. В OF 2 оксида кислородният атом отдава по един електрон на два флуорни атома и е в състояние на окисление O +2. В молекула или многоатомен йон се казва, че по-електроотрицателните атоми получават всички свързващи електрони.

Сярата е елемент, проявяващ различна валентност и степен на окисление

Химическите елементи от основните подгрупи често проявяват по-ниска валентност, равна на VIII. Например валентността на сярата в сероводорода и металните сулфиди е II. Елементът се характеризира с междинна и най-висока валентност във възбудено състояние, когато атомът отдава един, два, четири или всичките шест електрона и проявява съответно валенции I, II, IV, VI. Същите стойности, само със знак минус или плюс, имат степени на окисление на сярата:

• във флуорен сулфид отдава един електрон: -1;
• при сероводород най-ниската стойност: -2;
• в междинно състояние на диоксид: +4;
• в триоксид, сярна киселина и сулфати: +6.

В най-високото си състояние на окисление сярата приема само електрони; в по-ниското си състояние проявява силни редуциращи свойства. S+4 атомите могат да действат като редуциращи агенти или окислители в съединенията, в зависимост от условията.

Пренос на електрони при химични реакции

Когато се образува кристал натриев хлорид, натрият отдава електрони на по-електроотрицателния хлор. Степените на окисление на елементите съвпадат с зарядите на йоните: Na +1 Cl -1. За молекули, създадени чрез споделяне и преместване на електронни двойки към по-електроотрицателен атом, е приложима само концепцията за формален заряд. Но можем да приемем, че всички съединения се състоят от йони. Тогава атомите, привличайки електрони, придобиват условен отрицателен заряд, а отдавайки ги, положителен заряд. В реакции те показват колко електрони са изместени. Например, в молекулата на въглеродния диоксид C +4 O - 2 2, индексът, посочен в горния десен ъгъл на химическия символ за въглерод, отразява броя на електроните, отстранени от атома. Кислородът в това вещество се характеризира със степен на окисление -2. Съответният индекс за химичния знак О е броят на добавените електрони в атома.

Как да изчислим степени на окисление

Преброяването на броя на електроните, дарени и получени от атомите, може да отнеме много време. Следните правила улесняват тази задача:

1. При простите вещества степента на окисление е нула.
2. Сумата от окисляването на всички атоми или йони в неутрално вещество е нула.
3. В комплексния йон сумата от степени на окисление на всички елементи трябва да съответства на заряда на цялата частица.
4. По-електроотрицателният атом придобива отрицателна степен на окисление, което се записва със знак минус.
5. По-малко електроотрицателните елементи получават положителни степени на окисление и се записват със знак плюс.
6. Кислородът обикновено показва степен на окисление -2.
7. За водорода характерната стойност е: +1 в металните хидриди се намира: Н-1;
8. Флуорът е най-електроотрицателният от всички елементи и неговата степен на окисление винаги е -4.
9. За повечето метали окислителните числа и валентностите са еднакви.

Степен на окисление и валентност

Повечето съединения се образуват в резултат на редокс процеси. Преходът или изместването на електрони от един елемент към друг води до промяна в тяхното окислително състояние и валентност. Често тези стойности съвпадат. Фразата "електрохимична валентност" може да се използва като синоним на термина "степен на окисление". Но има изключения, например в амониевия йон азотът е четиривалентен. В същото време атомът на този елемент е в степен на окисление -3. В органичните вещества въглеродът винаги е четиривалентен, но степента на окисление на С атома в метан CH 4, мравчен алкохол CH 3 OH и киселина HCOOH има различни стойности: -4, -2 и +2.

Редокс реакции

Редокс процесите включват много от най-важните процеси в индустрията, технологиите, живата и неживата природа: горене, корозия, ферментация, вътреклетъчно дишане, фотосинтеза и други явления.

При съставяне на OVR уравнения коефициентите се избират с помощта на метода на електронния баланс, който работи със следните категории:

• степени на окисление;
• редукторът отдава електрони и се окислява;
• окислителят приема електрони и се редуцира;
• броят на отдадените електрони трябва да бъде равен на броя на добавените електрони.

Придобиването на електрони от атом води до намаляване на неговото окислително състояние (редукция). Загубата на един или повече електрони от атома е придружена от увеличаване на степента на окисление на елемента в резултат на реакции. За редокс реакции, протичащи между йони на силни електролити във водни разтвори, често се използва методът на полуреакциите, а не електронният баланс.

Има редица прости правила за изчисляване на степени на окисление:

• Степента на окисление на елемент в просто вещество се приема за нула. Ако едно вещество е в атомно състояние, тогава степента на окисление на неговите атоми също е нула.
• Редица елементи показват постоянно състояние на окисление в съединенията. Сред тях са флуор (−1), алкални метали (+1), алкалоземни метали, берилий, магнезий и цинк (+2), алуминий (+3).
• Кислородът, като правило, проявява степен на окисление -2, с изключение на пероксидите $H_2O_2$ (-1) и кислородния флуорид $OF_2$ (+2).
• Водородът в комбинация с метали (в хидриди) проявява степен на окисление -1, а в съединения с неметали, като правило, +1 (с изключение на $SiH_4, B_2H_6$).
• Алгебричната сума на степените на окисление на всички атоми в една молекула трябва да бъде равна на нула, а в комплексен йон - зарядът на този йон.
• Най-високата положителна степен на окисление обикновено е равна на номера на групата на елемента в периодичната таблица. Така сярата (елемент от група VIA) проявява най-високата степен на окисление от +6, азотът (елемент от група V) - най-високата степен на окисление от +5, манганът - преходен елемент от група VIIB - най-високата степен на окисление на +7. Това правило не важи за елементите от страничната подгрупа на първата група, чиито степени на окисление обикновено надвишават +1, както и за елементите от страничната подгрупа на VIII група. Елементите кислород и флуор също не показват най-високите си степени на окисление, равни на номера на групата.
• Най-ниската отрицателна степен на окисление за неметалните елементи се определя чрез изваждане на номера на групата от числото 8. Така сярата (елемент от група VIA) показва най-ниската степен на окисление -2, азотът (елемент от група V) - най-ниската степен на окисление - 3.

Въз основа на горните правила можете да намерите степента на окисление на даден елемент във всяко вещество.

Намерете степента на окисление на сярата в киселини:

а) H$_2$SO$_3$,

б) H$_2$S$_2$O$_5$,

в) H$_2$S$_3$O$_(10)$.

Решение

Степента на окисление на водорода е +1, на кислорода -2. Нека означим степента на окисление на сярата като x. Тогава можем да напишем:

$\overset(+1)(H)_2\overset(x)(S)\overset(-2)(O_3) $

$2\cdot$(+1) + x + 3$\cdot$(−2) = 0 x = +4

$\overset(+1)(H)_2\overset(x)(S)_2\overset(-2)(O_5)$

2$\cdot$(+1) + 2x + 5$\cdot$(−2) = 0 x = +4

$\overset(+1)(H)_2\overset(x)(S)_3\overset(-2)(O_10)$

2$\cdot$(+1) + 3x + 10$\cdot$(−2) = 0 x = +6

Така в първите две киселини степента на окисление на сярата е еднаква и равна на +4, в последната киселина +6.

Намерете степента на окисление на хлора в съединенията:

б) $Ca(ClO_4)_2$,

в) $Al(ClO_2)_3$.

Решение

Първо, нека намерим заряда на сложните йони, които съдържат хлор, като помним, че молекулата като цяло е електрически неутрална.

$\hspace(1,5cm)\overset(+1)(H)\overbrace(ClO_3) \hspace(2,5cm) \overset(+2)(Ca)\overbrace((ClO_4)_2) \hspace(2,5cm) \overset(+3)(Al)\overbrace((ClO_2)_3) $

$\hspace(1.5cm)$+1 +x = 0 $\hspace(2.3cm)$ +2 +2x = 0 $\hspace(2.5cm)$ +3 + 3x = 0

$\hspace(1,5cm)$x = - 1 $\hspace(2,7cm)$ x = - 1 $\hspace(2,9cm)$ x = - 1

$\hspace(1,5cm)(\overset(x)(Cl) \overset(-2)(O_3))^(-1) \hspace(2,4cm) (\overset(x)(Cl) \overset(- 2)(O_4))^(-1) \hspace(2,7cm) (\overset(x)(Cl) \overset(-2)(O_2))^(-1)$

$\hspace(0,5cm)1 \cdot x + 3\cdot (−2) = -1 \hspace(0,9cm)1 \cdot x + 4\cdot (−2) = -1 \hspace(1,2cm)1 \cdot x + 2\cdot (−2) = -1$

$\hspace(1,5cm) x = +5 \hspace(2,8cm) x = +7 \hspace(3,2cm) x = +3$

АЛГОРИТЪМ ЗА ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ВАЛЕНТНОСТТА НА ЕЛЕМЕНТ В СЪЕДИНЕНИЕ

Често числените стойности на степента на окисление и валентността съвпадат. Въпреки това, в някои съединения, като прости вещества, техните значения могат да се различават.

Така молекулата на азота се образува от два азотни атома, свързани с тройна връзка. Връзката се образува от три споделени електронни двойки поради наличието на три несдвоени електрона на подниво 2p на азотния атом. Тоест валентността на азота е три. В същото време $N_2$ е просто вещество, което означава, че степента на окисление на тази молекула е нула.

По същия начин, в една кислородна молекула валентността е две и степента на окисление е 0; в молекулата на водорода валентността е I, степента на окисление е 0.

Точно както при простите вещества, степента на окисление и валентността често се различават в органичните съединения. Това ще бъде обсъдено по-подробно в темата „ORR в органичната химия“.

За да определите валентността в комплексните съединения, първо трябва да изградите структурна формула. В структурната формула една химическа връзка е представена с едно „тире“.

При конструирането на графични формули трябва да се вземат предвид редица фактори:

образуват определено число с атоми на други елементи.

Валентността на флуорните атоми винаги е равна на I

Ли, На, К, Ф,з, Rb, Cs- едновалентен;

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn,О, Ра- имат валентност, равна на II;

Ал, БGa, In- тривалентен.

Максималната валентност за атомите на даден елемент съвпада с номера на групата, в която той се намира в периодичната система. Например за Sa е такаII, за сяра -VI, за хлор -VII. Изключения Има и много от това правило:

елементVIгрупа, O, има валентност II (в H 3 О+ - III);
- едновалентен F (вместоVII);
- обикновено дву- и тривалентно желязо, елемент от VIII група;
- N може да държи само 4 атома близо до себе си, а не 5, както следва от номера на групата;
- едно- и двувалентна мед, разположена в I група.

Минималната стойност на валентност за елементи, за които тя е променлива, се определя по формулата: Номер на група в PS - 8. По този начин най-ниската валентност на сярата е 8 - 6 = 2, флуор и други халогени - (8 - 7) = 1, азот и фосфор - (8 - 5)= 3 и така нататък.

В едно съединение сумата от единиците валентност на атомите на един елемент трябва да съответства на общата валентност на другия (или общият брой валентности на един химичен елемент е равен на общия брой валентности на атомите на друг химикал елемент). И така, в една водна молекула H-O-H, валентността на H е равна на I, има 2 такива атома, което означава, че водородът има общо 2 единици валентност (1×2=2). Валентността на кислорода има същото значение.

Когато металите се комбинират с неметали, последните проявяват по-ниска валентност

В съединение, състоящо се от два вида атоми, елементът, разположен на второ място, има най-ниска валентност. Така че, когато неметалите се комбинират помежду си, елементът, който се намира отдясно и отгоре в PSHE на Менделеев, показва най-ниската валентност и съответно най-високата отляво и отдолу.

Валентността на киселинния остатък съвпада с броя на Н атомите във формулата на киселината, валентността на ОН групата е равна на I.

В съединение, образувано от атоми на три елемента, атомът, който е в средата на формулата, се нарича централен. О атомите са директно свързани с него, а останалите атоми образуват връзки с кислорода.

Правила за определяне на степента на окисление на химичните елементи.

Степента на окисление е номиналният заряд на атомите на даден химичен елемент в съединение, изчислен от предположението, че съединенията се състоят само от йони. Степените на окисление могат да имат положителна, отрицателна или нулева стойност, като знакът се поставя пред числото: -1, -2, +3, за разлика от заряда на йона, където знакът се поставя след числото.
Степените на окисление на металите в съединенията винаги са положителни, най-високата степен на окисление съответства на номера на групата от периодичната система, където се намира елементът (с изключение на някои елементи: злато Au +3 (I група), Cu +2 (II), от група VIII степента на окисление +8 може да се намери само в осмий Os и рутений Ru).
Степените на неметалите могат да бъдат както положителни, така и отрицателни, в зависимост от това с кой атом е свързан: ако с метален атом винаги е отрицателен, ако с неметал може да бъде както +, така и -. При определяне на степени на окисление трябва да се използват следните правила:

Степента на окисление на всеки елемент в просто вещество е 0.

Сумата от степени на окисление на всички атоми, които изграждат една частица (молекули, йони и т.н.), е равна на заряда на тази частица.

Сумата от степени на окисление на всички атоми в една неутрална молекула е равна на 0.

Ако едно съединение е образувано от два елемента, тогава елементът с по-голяма електроотрицателност има степен на окисление, по-малка от нула, а елементът с по-малка електроотрицателност има степен на окисление, по-голяма от нула.

Максималното положително състояние на окисление на всеки елемент е равно на номера на групата в периодичната таблица на елементите, а минималното отрицателно е равно на N– 8, където N е номерът на групата.

Степента на окисление на флуора в съединенията е -1.

Степента на окисление на алкалните метали (литий, натрий, калий, рубидий, цезий) е +1.

Степента на окисление на металите от основната подгрупа на II група на периодичната таблица (магнезий, калций, стронций, барий) е +2.

Степента на окисление на алуминия е +3.

Степента на окисление на водорода в съединенията е +1 (с изключение на съединения с метали NaH, CaH 2 , в тези съединения степента на окисление на водорода е -1).

Степента на окисление на кислорода е –2 (изключения са H пероксид 2 О 2 ,На 2 О 2 ,BaO 2 при тях степента на окисление на кислорода е -1, а в комбинация с флуора - +2).

В молекулите алгебричната сума на степените на окисление на елементите, като се вземе предвид броят на техните атоми, е равна на 0.

Пример. Определете степени на окисление в съединение К 2 Кр 2 О 7 .
За два химични елемента, калий и кислород, степени на окисление са постоянни и равни съответно на +1 и -2. Броят на степените на окисление за кислорода е (-2)·7=(-14), за калия (+1)·2=(+2). Броят на положителните степени на окисление е равен на броя на отрицателните. Следователно (-14)+(+2)=(-12). Това означава, че атомът на хрома има 12 положителни степени, но има 2 атома, което означава, че има (+12) на атом: 2=(+6), ние записваме степени на окисление върху елементитеДО + 2 Кр +6 2 О -2 7