Ступінь окислення - умовна величина, що використовується для запису окисно-відновних реакцій. Для визначення ступеня окиснення використовується таблиця окиснення хімічних елементів.
Значення
Ступінь окислення основних хімічних елементів ґрунтується на їх електронегативності. Значення дорівнює кількості зміщених у з'єднаннях електронів.
Ступінь окислення вважається позитивним, якщо електрони зміщуються від атома, тобто. елемент віддає електрони у з'єднанні та є відновником. До таких елементів відносяться метали, їхній ступінь окислення завжди позитивний.
При зміщенні електрона до атома значення вважається негативним, а елемент окислювачем. Атом приймає електрони до завершення зовнішнього енергетичного рівня. Окислювачами є більшість неметалів.
Прості речовини, які не вступають у реакцію, завжди мають нульовий ступінь окислення.
Мал. 1. Таблиця ступенів окиснення.
У поєднанні позитивний ступінь окислення має атом неметалу з меншою електронегативністю.
Визначення
Визначити максимальну та мінімальну ступінь окислення (скільки електронів може віддавати і приймати атом) можна за періодичною таблицею Менделєєва.
Максимальний рівень дорівнює номеру групи, в якій знаходиться елемент, або кількості валентних електронів. Мінімальне значення визначається за такою формулою:
№ (групи) - 8.
Мал. 2. Таблиця Менделєєва.
Вуглець знаходиться в четвертій групі, отже, його найвищий ступінь окислення +4, а нижчий - -4. Максимальний рівень окислення сірки +6, мінімальний - -2. Більшість неметалів завжди має змінну – позитивну та негативну – ступінь окислення. Винятком є фтор. Його ступінь окислення завжди дорівнює -1.
Слід пам'ятати, що до лужних і лужноземельних металів І і ІІ груп відповідно, це правило не застосовується. Ці метали мають постійний позитивний ступінь окислення - літій Li +1 , натрій Na +1 , калій K +1 , берилій Be +2 , магній Mg +2 , кальцій Ca +2 , стронцій Sr +2 барій Ba +2 . Інші метали можуть виявляти різний ступінь окислення. Винятком є алюміній. Незважаючи на перебування у III групі, його ступінь окислення завжди +3.
Мал. 3. Лужні та лужноземельні метали.
З VIII групи вищий ступінь окислення +8 можуть виявляти лише рутеній та осмій. Які перебувають у I групі золото і мідь виявляють ступінь окислення +3 і +2 відповідно.
Запис
Щоб правильно записувати ступінь окислення, слід пам'ятати про кілька правил:
- інертні гази не вступають у реакції, тому їх ступінь окислення завжди дорівнює нулю;
- у сполуках змінний ступінь окиснення залежить від змінної валентності та взаємодії з іншими елементами;
- водень у з'єднаннях з металами виявляє негативний ступінь окислення - Ca +2 H 2 -1, Na +1 H -1;
- кисень має ступінь окислення -2, крім фториду кисню і пероксиду - O +2 F 2 −1 , H 2 +1 O 2 −1 .
Що ми дізналися?
Ступінь окиснення - умовна величина, що показує, скільки електронів прийняв або віддав атом елемента з'єднання. Розмір залежить від кількості валентних електронів. Метали у з'єднаннях мають позитивний ступінь окислення, тобто. є відновниками. Для лужних та лужноземельних металів ступінь окислення завжди однаковий. Неметали, крім фтору, можуть приймати позитивний та негативний ступінь окислення.
Хімічний елемент у поєднанні, обчислений з припущення, що всі зв'язки мають іонний тип.
Ступені окислення можуть мати позитивне, негативне або нульове значення, тому алгебраїчна сума ступенів окислення елементів у молекулі з урахуванням числа їх атомів дорівнює 0, а в іоні – заряду іона.
1. Ступені окислення металів у з'єднаннях завжди позитивні.
2. Найвищий ступінь окислення відповідає номеру групи періодичної системи, де знаходиться даний елемент (виняток становлять: Au +3(І група), Cu +2(II), з VIII групи ступінь окислення +8 може бути тільки у осмію Osта рутенія Ru.
3. Ступені окислення неметалів залежать від того, з яким атомом він з'єднаний:
- якщо з атомом металу, то ступінь окиснення негативна;
- якщо з атомом неметалу то ступінь окислення може бути і позитивний, і негативний. Це залежить від електронегативності атомів елементів.
4. Вищий негативний ступінь окислення неметалів можна визначити відніманням з 8 номери групи, у якій перебуває цей елемент, тобто. найвищий позитивний ступінь окислення дорівнює числу електронів на зовнішньому шарі, що відповідає номеру групи.
5. Ступені окислення простих речовин дорівнюють 0, незалежно від того метал це або неметал.
Елементи з постійними ступенями окиснення.
|
Елемент |
Характерний ступінь окислення |
Винятки |
|
Гідриди металів: LIH-1 |
||
|
Ступенем окисленняназивають умовний заряд частки у припущенні, що зв'язок повністю розірваний (має іонний характер). H- Cl = H + + Cl - , Зв'язок у соляній кислоті ковалентний полярний. Електронна пара більшою мірою зміщена у бік атома Cl - , т.к. він більш електронегативний елемент. Як визначити ступінь окиснення?Електронегативність- Це здатність атомів притягувати до себе електрони інших елементів. Ступінь окислення вказується над елементом: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,K + Cl - і т.д. Вона може бути негативною та позитивною. Ступінь окислення простої речовини (незв'язаний, вільний стан) дорівнює нулю. Ступінь окислення кисню у більшості сполук дорівнює -2 (виняток становлять пероксиди Н 2 Про 2, де вона дорівнює -1 та з'єднання з фтором - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ). - Ступінь окисленняпростого одноатомного іона дорівнює його заряду: Na + , Ca +2 . Водень у своїх сполуках має ступінь окислення рівну +1 (виключення становлять гідриди - Na + H - та з'єднання типу C +4 H 4 -1 ). У зв'язках «метал-неметал» негативний ступінь окислення має той атом, який має більшу електрооприцільність (дані про елекронегативність наведені в шкалі Полінга): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NO 3 ) - і т.д. Правила визначення ступеня окислення у хімічних сполуках.Візьмемо з'єднання KMnO 4 , необхідно визначити ступінь окислення атома марганцю. Міркування:
До +Mn X O 4 -2 Нехай Х- невідомий нам ступінь окислення марганцю. Кількість атомів калію – 1, марганцю – 1, кисню – 4. Доведено, що молекула в цілому електронейтральна, тому її загальний заряд має дорівнювати нулю. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, Х = +7, Отже, ступінь окислення марганцю перманганаті калію = +7. Візьмемо інший приклад оксиду Fe 2 O 3. Необхідно визначити рівень окислення атома заліза. Міркування:
2*(Х) + 3*(-2) = 0, Висновок: ступінь окислення заліза у цьому оксиді дорівнює +3. приклади.Визначити ступеня окиснення всіх атомів у молекулі. 1. K 2 Cr 2 O 7. Ступінь окислення До +1, кисню Про -2. Враховуючи індекси: О=(-2)×7=(-14), К=(+1)×2=(+2). Т.к. алгебраїчна сума ступенів окислення елементів у молекулі з урахуванням числа їх атомів дорівнює 0, то число позитивних ступенів окислення дорівнює числу негативних. Ступені окислення К+О=(-14)+(+2)=(-12). З цього випливає, що у атома хрому число позитивних ступенів дорівнює 12, але атомів у молекулі 2, отже, на один атом припадає (+12):2=(+6). Відповідь: До 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3- . У разі сума ступенів окислення дорівнюватиме вже не нулю, а заряду іона, тобто. - 3. Складемо рівняння: х+4×(- 2)= - 3 . Відповідь: (As +5 O 4 -2) 3- . |
Такий предмет шкільної програми, як хімія, викликає численні труднощі у більшості сучасних школярів, мало хто може визначити ступінь окислення в сполуках. Найбільші складнощі у школярів, які вивчають тобто учнів основної школи (8-9 класи). Нерозуміння предмета призводить до виникнення неприязні у школярів до цього предмета.
Педагоги виділяють цілу низку причин такої «нелюбові» учнів середніх і старших класів до хімії: небажання розумітися на складних хімічних термінах, невміння користуватися алгоритмами для розгляду конкретного процесу, проблеми з математичними знаннями. Міністерством освіти РФ було внесено серйозні зміни у зміст предмета. До того ж, "урізали" і кількість годин на викладання хімії. Це негативно позначилося якості знань з предмету, зниження інтересу до вивчення дисципліни.
Які теми курсу хімії даються школярам найважче?
За новою програмою до курсу навчальної дисципліни «Хімія» основної школи включено кілька серйозних тем: періодична таблиця елементів Д. І. Менделєєва, класи неорганічних речовин, іонний обмін. Найважче дається восьмикласникам визначення ступеня окислення оксидів.
Правила розміщення
Насамперед учні повинні знати, що оксиди є складними двоелементними сполуками, до складу яких включено кисень. Обов'язковою умовою приналежності бінарної сполуки до класу оксидів є розташування кисню другою в даній сполукі.
Алгоритм для кислотних оксидів
Спочатку зазначимо, що ступеня чисельні вирази валентності елементів. Кислотні оксиди утворені неметалами або металами з валентністю від чотирьох до семи, другим у таких оксидах обов'язково стоїть кисень.
В оксидах валентність кисню завжди відповідає двом, визначити її можна за періодичною таблицею елементів Д. І. Менделєєва. Такий типовий неметал як кисень, перебуваючи у 6 групі головної підгрупи таблиці Менделєєва, приймає два електрони, щоб повністю завершити свій зовнішній енергетичний рівень. Неметали у сполуках з киснем найчастіше виявляють найвищу валентність, що відповідає номеру самої групи. Ступінь нагадати, що ступінь окислення хімічних елементів це показник, що передбачає позитивне (негативне) число.
Неметал, що стоїть на початку формули, має позитивний ступінь окислення. Неметал кисень в оксидах стабільний, його показник -2. Для того щоб перевірити достовірність розміщення значень у кислотних оксидах, доведеться перемножити всі поставлені вами цифри на індекси у конкретного елемента. Розрахунки вважаються достовірними, якщо сумарний результат всіх плюсів і мінусів поставлених ступенів виходить 0.
Складання двоелементних формул
Ступінь окислення атомів елементів дає шанс створювати та записувати з'єднання з двох елементів. При створенні формули для початку обидва символи прописують поруч, обов'язково другим ставлять кисень. Зверху над кожним із записаних знаків прописують значення ступенів окислення, потім між знайденими числами знаходиться те число, що без будь-якого залишку ділитися на обидві цифри. Даний показник необхідно розділити окремо на числове значення ступеня окислення, отримуючи індекси першого і другого компонентів двоелементного речовини. Вища ступінь окислення дорівнює чисельно значенню вищої валентності типового неметалу, ідентична номеру групи, де стоїть неметал у ПС.
Алгоритм встановлення числових значень в основних оксидах
Подібними сполуками вважаються оксиди типових металів. Вони у всіх сполуках мають показник ступеня окислення трохи більше +1 чи +2. Для того щоб зрозуміти, який буде мати ступінь окислення металу, можна скористатися періодичною системою. У металів основних підгруп першої групи даний параметр завжди постійний, він аналогічний номеру групи, тобто +1.
Метали основної підгрупи другої групи також характеризуються стабільним ступенем окислення у цифровому вираженні +2. Ступені окислення оксидів у сумі з урахуванням їх індексів (числа) повинні давати нуль, оскільки хімічна молекула вважається нейтральною, позбавленою заряду, часткою.
Розстановка ступенів окислення в кисневмісних кислотах
Кислоти є складними речовинами, що складаються з одного або декількох атомів водню, які пов'язані з якимось кислотним залишком. Враховуючи, що ступеня окислення це цифрові показники, їх обчислення знадобляться деякі математичні навички. Такий показник для водню (протону) у кислотах завжди стабільний, становить +1. Далі можна вказати ступінь окислення для негативного іона кисню, вона також стабільна -2.
Тільки після цих процесів, можна обчислювати ступінь окислення у центрального компонента формули. Як конкретний зразок розглянемо визначення ступеня окислення елементів у сірчаній кислоті H2SO4. Враховуючи, що в молекулі цієї складної речовини міститься два протони водню, 4 атоми кисню, отримуємо вираз такого виду +2+X-8=0. Для того щоб у сумі утворювався нуль, сірка матиме ступінь окислення +6
Розташування ступенів окиснення в солях
Солі є складні сполуки, які з іонів металу і однієї чи кількох кислотних залишків. Методика визначення ступенів окислення у кожного зі складових частин у складній солі така ж, як і в кисневмісних кислотах. Враховуючи, що рівень окислення елементів - це цифровий показник, важливо правильно позначити рівень окислення металу.
Якщо метал, що утворює сіль, розташовується в головній підгрупі, його ступінь окислення буде стабільним, відповідає номеру групи, є позитивною величиною. Якщо ж у солі міститься метал подібної підгрупи ПС, який виявляє різні метали можна за кислотним залишком. Після того як встановлена ступінь окислення металу, ставлять (-2), далі обчислюють ступінь окислення центрального елемента, скориставшись хімічним рівнянням.
Як приклад розглянемо визначення ступенів окислення у елементів (середньої солі). NaNO3. Сіль утворена металом головної підгрупи 1 групи, отже, ступінь окислення натрію буде +1. У кисню в нітратах ступінь окиснення становить -2. Для визначення чисельного значення ступеня окиснення становить рівняння +1+X-6=0. Вирішуючи дане рівняння, отримуємо, що X має бути +5, це і є
Основні терміни в ОВР
Для окислювального, і навіть відновлювального процесу є спеціальні терміни, які мають вивчити школярі.
Ступінь окислення атома - це його безпосередня здатність приєднувати до себе (віддавати іншим) електрони від якихось іонів або атомів.
Окислювачем вважають нейтральні атоми або заряджені іони, які під час хімічної реакції приєднують собі електрони.
Відновником стануть незаряджені атоми чи заряджені іони, що у процесі хімічної взаємодії втрачають власні електрони.
Окислення представляється як процедура віддачі електронів.
Відновлення пов'язані з прийняттям додаткових електронів незарядженим атомом чи іоном.
Окисно-відновним процесом характеризується реакція, в ході якої обов'язково змінюється ступінь окислення атома. Це визначення дозволяє зрозуміти, як визначити, чи є реакція ОВР.
Правила розбору ОВР
Користуючись цим алгоритмом, можна розставити коефіцієнти у будь-якій хімічній реакції.
Ступінь окислення. Визначення ступеня окиснення атома елемента за хімічною формулою сполуки. Складання формули сполуки за відомими ступенями окислення атомів елементів
Ступінь окислення елемента - це умовний заряд атома в речовині, обчислений з припущенням, що вона складається з іонів. Для визначення ступеня окиснення елементів необхідно запам'ятати певні правила:
1. Ступінь окислення може бути позитивним, негативним або рівним нулю. Він позначається арабською цифрою зі знаком "плюс" або "мінус" над символом елемента.
2. При визначенні ступенів окислення виходять з електронегативності речовини: сума ступенів окислення всіх атомів у поєднанні дорівнює нулю.
3. Якщо з'єднання утворено атомами одного елемента (у простій речовині), то ступінь окислення цих атомів дорівнює нулю.
4. Атомам деяких хімічних елементів зазвичай приписують сталі ступеня окиснення. Наприклад, ступінь окислення фтору в з'єднаннях завжди дорівнює -1; літію, натрію, калію, рубідії та цезію +1; магнію, кальцію, стронцію, барію та цинку +2, алюмінію +3.
5. Ступінь окиснення водню в більшості сполук +1, і тільки в з'єднаннях з деякими металами він дорівнює -1 (KH, BaH2).
6. Ступінь окислення кисню у більшості сполук -2, і лише деяких сполуках йому приписують ступінь окислення -1 (H2O2, Na2O2 чи +2 (OF2).
7. Атоми багатьох хімічних елементів надають змінні ступені окислення.
8. Ступінь окислення атома металу в сполуках позитивний і чисельно дорівнює його валентності.
9. Максимальний позитивний ступінь окислення елемента, як правило, дорівнює номеру групи в періодичній системі, де знаходиться елемент.
10. Мінімальний ступінь окиснення для металів дорівнює нулю. Для неметалів здебільшого нижче негативний ступінь окислення дорівнює різниці між номером групи та цифрою вісім.
11. Ступінь окислення атома утворює простий іон (складається з одного атома), що дорівнює заряду цього іона.
Користуючись наведеними правилами, визначимо ступеня окиснення хімічних елементів у складі H2SO4. Це складна речовина, що складається з трьох хімічних елементів - водню Н, сірки S і кисню О. Зазначимо ступеня окиснення тих елементів, для яких вони є постійними. У нашому випадку це водень Н та кисень О.
Визначимо невідомий ступінь окислення сірки. Нехай ступінь окислення сірки у цій сполукі дорівнює х.
Складемо рівняння, помноживши для кожного елемента його індекс у ступінь окислення та добуту суму прирівняємо до нуля: 2 · (+1) + x + 4 · (-2) = 0
2 + X - 8 = 0
x = +8 - 2 = +6
Отже, ступінь окислення сірки дорівнює плюс шість.
У наступному прикладі з'ясуємо, як можна скласти формулу сполуки з відомими ступенями окиснення атомів елементів. Складемо формулу ферум (III) оксиду. Слово «оксид» означає, що з символу заліза треба записати символ кисню: FeO.
Зазначимо ступеня окиснення хімічних елементів над їх символами. Ступінь окислення заліза зазначена в назві в дужках (III), отже, дорівнює +3, ступінь окислення кисню в оксидах -2.
Знайдемо найменше загальне кратне для чисел 3 та 2, це 6. Розділимо число 6 на 3, отримаємо число 2 – це індекс для заліза. Розділимо число 6 на 2, отримаємо число 3 це індекс для кисню.
У наступному прикладі з'ясуємо, як можна скласти формулу сполуки з відомими ступенями окиснення атомів елементів та зарядами іонів. Складемо формулу кальцій ортофосфату. Слово «ортофосфат» означає, що праворуч від символу Кальцію треба записати кислотний залишок ортофосфатної кислоти: CaPO4.
Зазначимо ступінь окислення кальцію (правило номер чотири) та заряд кислотного залишку (по таблиці розчинності).
Знайдемо найменше загальне кратне для чисел 2 та 3, це 6. Розділимо число 6 на 2, отримаємо число 3 – це індекс для кальцію. Розділимо число 6 на 3, отримаємо число 2 це індекс для кислотного залишку.
Ступені окислення елементів. Як визначити ступеня окиснення?
1) У простій речовині ступінь окислення будь-якого елемента дорівнює 0. Приклади: Na 0 , H 0 2 , P 0 4 .
2) Необхідно запам'ятати елементи, котрим характерні постійні ступеня окислення. Усі вони перелічені у таблиці.
3) Пошук ступенів окислення інших елементів заснований на простому правилі:
У нейтральній молекулі сума ступенів окислення всіх елементів дорівнює нулю, а іоні - заряду іона.
Розглянемо застосування цього правила на простих прикладах.
Приклад 1. Необхідно знайти ступеня окиснення елементів в аміаку (NH 3).
Рішення. Ми вже знаємо (див. 2), що ст. бл. водню дорівнює +1. Залишилося знайти цю характеристику азоту. Нехай х – шуканий ступінь окислення. Складаємо найпростіше рівняння: х + 3*(+1) = 0. Рішення очевидне: х = -3. Відповідь: N-3 H3+1.
Приклад 2. Вкажіть ступінь окислення всіх атомів у молекулі H 2 SO 4 .
Рішення. Ступені окислення водню та кисню вже відомі: H(+1) та O(-2). Складаємо рівняння для визначення ступеня окислення сірки: 2*(+1) + х + 4*(-2) = 0. Вирішуючи це рівняння, знаходимо: х = +6. Відповідь: H+12S+6O-24.
Приклад 3. Розрахуйте ступені окислення всіх елементів у молекулі Al(NO 3) 3 .
Рішення. Алгоритм залишається незмінним. До складу "молекули" нітрату алюмінію входить один атом Al(+3), 9 атомів кисню (-2) та 3 атоми азоту, ступінь окислення якого нам і належить обчислити. Відповідне рівняння: 1*(+3) + 3х + 9*(-2) = 0. Відповідь: Al +3 (N +5 O -2 3) 3 .
Приклад 4. Визначте ступеня окиснення всіх атомів в іоні (AsO 4) 3- .
Рішення. В даному випадку сума ступенів окислення дорівнюватиме вже не нулю, а заряду іона, тобто, -3. Рівняння: х + 4 * (-2) = -3. Відповідь: As(+5), O(-2).
А чи можна визначити ступеня окислення одразу кількох елементів, користуючись схожим рівнянням? Якщо розглядати це завдання з погляду математики, відповідь буде негативною. Лінійне рівняння із двома змінними не може мати однозначного рішення. Але ми вирішуємо не просто рівняння!
Приклад 5. Визначте ступеня окислення всіх елементів (NH 4) 2 SO 4 .
Рішення. Ступені окислення водню та кисню відомі, сірки та азоту – ні. Класичний приклад завдання із двома невідомими! Розглянемо сульфат амонію не як єдину "молекулу", а як об'єднання двох іонів: NH 4 + і SO 4 2- . Заряди іонів нам відомі, у кожному міститься лише один атом з невідомим ступенем окислення. Користуючись досвідом, набутим під час вирішення попередніх завдань, легко знаходимо ступеня окиснення азоту та сірки. Відповідь: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.
Висновок: якщо молекула містить кілька атомів з невідомими ступенями окислення, спробуйте "розділити" молекулу на кілька частин.
Приклад 6. Вкажіть ступінь окислення всіх елементів у CH 3 CH 2 OH.
Рішення. Знаходження ступенів окислення в органічних сполук має свою специфіку. Зокрема, необхідно окремо знаходити ступеня окиснення для кожного атома вуглецю. Розмірковувати можна так. Розглянемо, наприклад, атом вуглецю у складі метильної групи. Даний атом З'єднаний з 3 атомами водню та сусіднім атомом вуглецю. У зв'язку з-Н відбувається зміщення електронної щільності у бік атома вуглецю (т. до. електронегативність З перевищує ЕО водню). Якби це усунення було повним, атом вуглецю придбав заряд -3.
Атом С у складі групи -СН 2 ВІН пов'язаний з двома атомами водню (зміщення електронної щільності у бік С), одним атомом кисню (зміщення електронної щільності у бік О) та одним атомом вуглецю (можна вважати, що зміщення ел. щільності у цьому випадку не відбувається). Ступінь окислення вуглецю дорівнює -2+1+0=-1.
Відповідь: З -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.
Copyright Repetitor2000.ru, 2000-2015