Постійні ступені окислення елементів таблиці. Невеликий тест на тему "Ступінь окислення"
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 окиснення.
Рис. 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.
Рис. 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 має змінну - позитивну і 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.
Рис. 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.
Вміння знаходити ступінь окислення хімічних елементів є необхідною умовою для успішного вирішення хімічних рівнянь, що описують окисно-відновлювальні реакції. Без нього ви не зможете скласти точну формулу речовини, що вийшла в результаті реакції між різними хімічними елементами. В результаті вирішення хімічних завдань, побудованих на подібних рівняннях, буде або неможливим або помилковим.
Поняття ступеня окиснення хімічного елементаСтупінь окислення- Це умовна величина, за допомогою якої прийнято описувати окисно-відновлювальні реакції. Чисельно вона дорівнює кількості електронів, що віддає атом, що набуває позитивного заряду, або кількості електронів, яке приєднує до себе атом, що набуває негативного заряду.
В окислювально-відновлювальних реакціях поняття ступінь окислення використовується для визначення хімічних формул сполук елементів, що виходять в результаті взаємодії кількох речовин.
На перший погляд може здатися, що ступінь окислення еквівалентний поняттю валентності хімічного елемента, але це не так. Концепція валентністьвикористовується для кількісного вираження електронної взаємодії у ковалентних з'єднаннях, тобто у з'єднаннях, утворених за рахунок утворення загальних електронних пар. Ступінь окиснення використовується для опису реакцій, що супроводжуються віддачею або приєднанням електронів.
На відміну від валентності, що є нейтральною характеристикою, ступінь окислення може мати позитивне, негативне або нульове значення. Позитивне значення відповідає числу відданих електронів, а негативна числу приєднаних. Нульове значення означає, що елемент знаходиться у формі простої речовини, або він був відновлений до 0 після окислення, або окислений до нуля після попереднього відновлення.
Як визначити ступінь окислення конкретного хімічного елемента
Визначення ступеня окиснення для конкретного хімічного елемента підпорядковується наступним правилам:
- Ступінь окиснення простих речовин завжди дорівнює нулю.
- Лужні метали, що у першій групі періодичної таблиці, мають ступінь окислення +1.
- Лужноземельні метали, які у періодичної таблиці другу групу, мають ступінь окислення +2.
- Водень у сполуках з різними неметалами завжди виявляє ступінь окиснення +1, а сполуках з металами +1.
- Ступінь окислення молекулярного кисню у всіх сполуках, що розглядаються у шкільному курсі неорганічної хімії, дорівнює -2. Фтору -1.
- При визначенні ступеня окиснення в продуктах хімічних реакцій виходять із правила електронейтральності, відповідно до якого сума ступенів окиснення різних елементів, що входять до складу речовини, повинна дорівнювати нулю.
- Алюміній у всіх сполуках виявляє ступінь окислення рівний +3.
Розрізняють вищий, нижчий та проміжний ступінь окислення. Вища ступінь окислення, як і валентність, відповідає номеру групи хімічного елемента періодичної таблиці, але має у своїй позитивне значення. Нижчий ступінь окислення чисельно дорівнює різниці між числом 8 групою елемента. Проміжним ступенем окиснення буде будь-яке число в діапазоні від нижчого ступеня окиснення до вищого.
Щоб допомогти вам зорієнтуватися в різноманітті ступенів окислення хімічних елементів, пропонуємо до вашої уваги наступну допоміжну таблицю. Виберіть в ній елемент, що вас цікавить, і ви отримаєте значення його можливих ступенів окислення. У дужках будуть вказані значення, що рідко зустрічаються.
У хімії терміни «окислення» і «відновлення» означає реакції, у яких атом чи група атомів втрачають чи, відповідно, набувають електрони. Ступінь окислення - це чисельна величина, що приписується одному або кільком атомам, що характеризує кількість перерозподіляються електронів і показує, яким чином ці електрони розподіляються між атомами при реакції. Визначення цієї величини може бути як простою, так і досить складною процедурою, залежно від атомів і молекул, що складаються з них. Більш того, атоми деяких елементів можуть володіти декількома ступенями окиснення. На щастя, визначення ступеня окислення існують нескладні однозначні правила, для впевненого користування якими достатньо знання основ хімії та алгебри.
Кроки
Частина 1
Визначення ступеня окиснення за законами хімії- Наприклад, Al (s) і Cl 2 мають ступінь окислення 0, оскільки обидва знаходяться у хімічно незв'язаному елементарному стані.
- Зверніть увагу, що алотропна форма сірки S 8 або октасера, незважаючи на свою нетипову будову, також характеризується нульовим ступенем окислення.
-
Визначте, чи складається речовина, що розглядається, з іонів.Ступінь окислення іонів дорівнює їхньому заряду. Це справедливо як вільних іонів, так тих, які входять до складу хімічних сполук.
- Наприклад, ступінь окислення іона Cl - дорівнює -1.
- Ступінь окислення іона Cl у складі хімічної сполуки NaCl також дорівнює -1. Оскільки іон Na, за визначенням, має заряд +1 ми укладаємо, що заряд іона Cl -1, і таким чином ступінь його окислення дорівнює -1.
-
Врахуйте, що іони металів можуть мати кілька ступенів окиснення.Атоми багатьох металевих елементів можуть іонізуватися різні величини. Наприклад, заряд іонів такого металу як залізо (Fe) дорівнює +2 або +3. Заряд іонів металу (і їх ступінь окислення) можна визначити зарядами іонів інших елементів, з якими цей метал входить до складу хімічної сполуки; у тексті цей заряд позначається римськими цифрами: залізо (III) має ступінь окислення +3.
- Як приклад розглянемо з'єднання, що містить іон алюмінію. Загальний заряд з'єднання AlCl 3 дорівнює нулю. Оскільки нам відомо, що іони Cl - мають заряд -1, і в поєднанні міститься 3 таких іони, для загальної нейтральності речовини, що розглядається, іон Al повинен мати заряд +3. Отже, у разі ступінь окислення алюмінію дорівнює +3.
-
Ступінь окиснення кисню дорівнює -2 (за деякими винятками).Майже завжди атоми кисню мають ступінь окислення -2. Є кілька винятків із цього правила:
- Якщо кисень знаходиться в елементарному стані (O 2), його ступінь окислення дорівнює 0, як і у інших елементарних речовин.
- Якщо кисень входить до складу перекису, Його ступінь окислення дорівнює -1. Перекису - це група сполук, що містять просту кисень-кисневий зв'язок (тобто аніон перекису O 2 -2). Наприклад, у складі молекули H 2 O 2 (перекис водню) кисень має заряд і рівень окислення -1.
- У поєднанні з фтором кисень має ступінь окислення +2, читайте правило для фтору нижче.
-
Водень характеризується ступенем окиснення +1, за деякими винятками.Як і для кисню, тут також є винятки. Як правило, ступінь окислення водню дорівнює +1 (якщо він не знаходиться в елементарному стані H2). Однак у сполуках, званих гідридами, ступінь окислення водню становить -1.
- Наприклад, H 2 O ступінь окислення водню дорівнює +1, оскільки атом кисню має заряд -2, і для загальної нейтральності необхідні два заряди +1. Тим не менш, у складі гідриду натрію ступінь окислення водню вже -1, так як іон Na несе заряд +1 і для загальної електронейтральності заряд атома водню (а тим самим і його ступінь окислення) повинен дорівнювати -1.
-
Фтор завждимає ступінь окиснення -1.Як було зазначено, ступінь окислення деяких елементів (іони металів, атоми кисню у перекисах тощо) може змінюватися залежно від низки чинників. Ступінь окиснення фтору, однак, незмінно становить -1. Це тим, що це елемент має найбільшу електронегативність - інакше кажучи, атоми фтору найменш охоче розлучаються з власними електронами і найактивніше притягують чужі електрони. Таким чином, їхній заряд залишається незмінним.
-
Сума ступенів окислення у поєднанні дорівнює його заряду.Ступені окислення всіх атомів, що входять до хімічної сполуки, у сумі повинні давати заряд цієї сполуки. Наприклад, якщо з'єднання нейтральне, сума ступенів окислення всіх його атомів повинна дорівнювати нулю; якщо з'єднання є багатоатомним іоном із зарядом -1, сума ступенів окиснення дорівнює -1, і так далі.
- Це хороший метод перевірки - якщо сума ступенів окислення не дорівнює загальному заряду з'єднання, то ви десь помилилися.
Частина 2
Визначення ступеня окиснення без використання законів хімії-
Знайдіть атоми, які не мають суворих правил щодо ступеня окиснення.По відношенню до деяких елементів немає твердо встановлених правил знаходження ступеня окислення. Якщо атом не підпадає під жодне правило з перерахованих вище, і ви не знаєте його заряду (наприклад, атом входить до складу комплексу, і його заряд не вказаний), ви можете встановити ступінь окислення такого атома методом виключення. Спочатку визначте заряд решти атомів сполуки, а потім із відомого загального заряду сполуки обчисліть ступінь окислення даного атома.
- Наприклад, у поєднанні Na 2 SO 4 невідомий заряд атома сірки (S) - ми лише знаємо, що він не нульовий, оскільки сірка знаходиться не в елементарному стані. Ця сполука є хорошим прикладом для ілюстрації методу алгебри визначення ступеня окислення.
-
Знайдіть ступені окислення інших елементів, що входять до з'єднання.За допомогою описаних вище правил визначте ступені окислення інших атомів сполуки. Не забувайте про винятки правил у випадку атомів O, H і так далі.
- Для Na 2 SO 4 , користуючись нашими правилами, ми бачимо, що заряд (отже і ступінь окислення) іона Na дорівнює +1, а кожного з атомів кисню становить -2.
-
Знайдіть невідомий ступінь окислення із заряду з'єднання.Тепер у вас є всі дані для простого розрахунку шуканого ступеня окислення. Запишіть рівняння, у лівій частині якого буде сума числа, отриманого на попередньому кроці обчислень, та невідомого ступеня окислення, а у правій – загальний заряд з'єднання. Іншими словами, (Сума відомих ступенів окислення) + (шуканий ступінь окислення) = (заряд з'єднання).
- У нашому випадку Na 2 SO 4 рішення виглядає так:
- (Сума відомих ступенів окислення) + (шуканий ступінь окислення) = (заряд з'єднання)
- -6 + S = 0
- S = 0 + 6
- S = 6. У Na 2 SO 4 сірка має ступінь окислення 6 .
- У нашому випадку Na 2 SO 4 рішення виглядає так:
- У з'єднаннях сума всіх ступенів окиснення повинна дорівнювати заряду. Наприклад, якщо з'єднання являє собою двоатомний іон, сума ступенів окислення атомів повинна дорівнювати загальному іонному заряду.
- Дуже корисно вміти користуватися періодичною таблицею Менделєєва і знати, де в ній розміщуються металеві та неметалеві елементи.
- Ступінь окислення атомів в елементарному вигляді завжди дорівнює нулю. Ступінь окислення одиничного іона дорівнює його заряду. Елементи групи 1A таблиці Менделєєва, такі як водень, літій, натрій, елементарному вигляді мають ступінь окислення +1; ступінь окислення металів групи 2A, таких як магній та кальцій, в елементарному вигляді дорівнює +2. Кисень і водень, залежно від виду хімічного зв'язку, можуть мати 2 різні значення ступеня окислення.
Визначте, чи є речовина, що розглядається, елементарною.Ступінь окислення атомів поза хімічною сполукою дорівнює нулю. Це справедливо як для речовин, утворених з окремих вільних атомів, так і для таких, що складаються з двох або багатоатомних молекул одного елемента.
Таблиця. Ступені окиснення хімічних елементів.
Таблиця. Ступені окиснення хімічних елементів.
Ступінь окислення- це умовний заряд атомів хімічного елемента у поєднанні, обчислений з припущення, що це зв'язку 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.
|
Таблиця: Елементи з постійними ступенями окиснення. |
Таблиця. Ступені окислення хімічних елементів за абеткою.
|
Таблиця. Ступені окиснення хімічних елементів за номером.
|
Оцінка статті:
Щоб правильно розставляти ступеня окислення, необхідно пам'ятати чотири правила.
1) У простій речовині ступінь окислення будь-якого елемента дорівнює 0. Приклади: Na 0 , H 0 2 , P 0 4 .
2) Слід запам'ятати елементи, котрим характерні постійні ступені окислення. Усі вони перелічені у таблиці.
3) Вищий ступінь окислення елемента, як правило, збігається з номером групи, в якій знаходиться даний елемент (наприклад, фосфор знаходиться в V групі, вища с. о. фосфору дорівнює +5). Важливі винятки: F, O.
4) Пошук ступенів окислення інших елементів заснований на простому правилі:
У нейтральній молекулі сума ступенів окислення всіх елементів дорівнює нулю, а іоні - заряду іона.
Декілька простих прикладів на визначення ступенів окислення
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 дане 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).
Що робити, якщо невідомі ступені окислення двох елементів
А чи можна визначити ступеня окиснення відразу 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.
Як розставляти ступені окислення в органічних сполуках
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.
Не змішуйте поняття "валентність" та "ступінь окислення"!
Ступінь окислення часто плутають із валентністю. Не робіть такої помилки. Перелічу основні відмінності:
- ступінь окислення має знак (+ або -), валентність – ні;
- ступінь окислення може дорівнювати нулю навіть у складній речовині, рівність валентності нулю означає, як правило, що атом даного елемента не з'єднаний з іншими атомами (будь-якого з'єднання включення та іншу "екзотику" тут обговорювати не будемо);
- ступінь окислення - формальне поняття, яке набуває реального сенсу лише в з'єднаннях з іонними зв'язками, поняття "валентність", навпаки, найбільш зручно застосовувати по відношенню до ковалентних сполук.
Ступінь окислення (точніше, її модуль) часто чисельно дорівнює валентності, але ще частіше ці величини не збігаються. Наприклад, ступінь окислення вуглецю CO 2 дорівнює +4; валентність З також дорівнює IV. А ось у метанолі (CH 3 OH) валентність вуглецю залишається тією ж, а ступінь окислення С дорівнює -1.
Невеликий тест на тему "Ступінь окислення"
Витратьте кілька хвилин, перевірте, як ви засвоїли цю тему. Вам потрібно відповісти на п'ять нескладних питань. Успіхів!