Можливі ступені окислення неметалів. Вищий ступінь окислення

Інструкція

В результаті утворюється комплексна сполука – тетрахлораурат водню. Комплексоутворювачем у ньому є іон золота, лігандами – іони хлору, зовнішньою сферою – іон водню. Як визначити ступеня окисленняелементів у цьому комплексному з'єднанні?

Насамперед визначте, який із елементів, що входять до складу молекули, найбільш електронегативний, тобто хто перетягуватиме до себе загальну електронну щільність. Це, хлор, оскільки він у верхній правій частині таблиці Менделєєва, і поступається тільки фтору і кисню. Отже, його ступінь окисленнябуде зі знаком "мінус". А яка величина ступеня окисленняхлору?

Хлор, як і решта галогенів, розташований у 7-й групі таблиці Менделєєва, на його зовнішньому електронному рівні знаходиться 7 електронів. Перетягнувши цей рівень ще один електрон, він перейде у стійке становище. Таким чином, його ступінь окисленнядорівнюватиме -1. А оскільки в цьому комплексному з'єднаннічотири іони хлору, то сумарний заряд дорівнюватиме -4.

Але сума величин ступенів окисленняелементів, що входять до складу молекули, має дорівнювати нулю, адже будь-яка молекула електрично нейтральна. Таким чином, -4 має бути врівноважений позитивним зарядом +4, за рахунок водню та золота.

Вам знадобиться

• Шкільний підручник з хімії 8-9 клас будь-якого автора, таблиця Менделєєва, таблиця електронегативності елементів (друкуються у шкільних підручниках з хімії).

Інструкція

Для початку необхідно позначити, що ступінь - це поняття, що приймає зв'язки за, тобто не заглиблюються в будову. Якщо елемент перебуває у вільному стані, це найпростіший випадок - утворюється просте речовина, отже ступінь окисленняйого дорівнює нулю. Так, наприклад, водень, кисень, азот, фтор і т.д.

У складних речовинах все інакше: електрони між атомами розподілені нерівномірно, і саме ступінь окисленнядопомагає визначити кількість відданих чи прийнятих електронів. Ступінь окисленняможе позитивною та негативною. При плюс електрони віддаються, при мінусі приймаються. Деякі елементи свій ступінь окисленнязберігають у різних сполуках, але багато цій особливістю не відрізняються. Потрібно пам'ятати важливе правило - сума ступенів окисленнязавжди дорівнює нулю. Найпростіший приклад, газ СО: знаючи, що ступінь окисленнякисню в переважній більшості випадків дорівнює -2 і використовуючи вищезазначене правило, можна обчислити ступінь окисленнядля С. У сумі з -2 нуль дає тільки +2, отже ступінь окисленнявуглецю +2. Ускладнимо завдання і візьмемо для обчислень газ СО2: ступінь окисленнякисню, як і раніше, залишається -2, але молекул його в даному випадку дві. Отже, (-2) * 2 = (-4). Число, що в сумі з -4 дає нуль, +4, тобто в цьому газі має ступінь окислення+4. Приклад складніше: Н2SO4 - у водню ступінь окислення+1, у кисню -2. У з'єднанні 2 водню і 4 кисню, тобто. будуть, відповідно, +2 та -8. Для того, щоб у сумі отримати нуль, потрібно додати 6 плюсів. Значить, ступінь окисленнясірки +6.

Коли у поєднанні складно визначити, де плюс, де мінус, необхідна електронегативність (її нескладно знайти у підручнику за загальною). Метали часто мають позитивний ступінь окислення, А неметали негативну. Але, наприклад, PI3 - обидва елементи неметали. У таблиці зазначено, що електронегативність йоду дорівнює 2,6 а 2,2. При порівнянні з'ясовується, що 2,6 більше, ніж 2,2, тобто електрони стягуються у бік йоду (йод має негативний ступінь). окислення). Наслідуючи наведені нескладні приклади, можна легко визначити ступінь окисленнябудь-якого елемента у з'єднаннях.

Зверніть увагу

Не потрібно плутати метали та неметали, тоді ступінь окислення буде простіше знайти і не заплутатися.

ступенем окисленняназивають умовний заряд атома у молекулі. У цьому припускають, що це зв'язку мають іонний характер. Інакше кажучи, окисленняхарактеризує можливість елемента утворювати іонний зв'язок.

Вам знадобиться

• - таблиця Менделєєва.

Інструкція

У поєднанні сума ступенів атомів дорівнює заряду цієї сполуки. Значить, у простій речовині, наприклад, Na або H2, ступінь окисленняелемента дорівнює нулю.

Ступінь окисленнякисню у сполуках зазвичай дорівнює -2. Наприклад, у воді H2O два атоми водню та один атом кисню. Справді, -2+1+1 = 0 - у лівій частині виразі стоїть сума ступенів окисленнявсіх, хто входить у з'єднання атомів. У СаO кальцій має ступінь окислення+2 а - -2. Винятки з цього - з'єднання OF2 та H2O2.
У ступінь окисленнязавжди дорівнює -1.

Зазвичай максимальний позитивний ступінь окисленняелемент збігається з номером його групи в періодичній таблиці елементів Менделєєва. Максимальний ступінь окисленнядорівнює елементу мінус вісім. Приклад - хлор у сьомій групі. 7-8 = -1 - ступінь окислення. Виняток у цьому правилі становлять фтор, кисень і залізо - найвищий ступінь окисленнянижче за номер їх групи. У елементів підгрупи міді найвищий ступінь окисленнябільше 1.

Джерела:

• Ступінь окислення елементів у 2018

Ступіньокислення елемента– це умовний заряд атомів хімічного елемента у поєднанні, обчислений з припущення, що сполуки складаються лише з іонів. Вони можуть позитивні, негативні, нульові значення. У металів ступеня окислення завжди позитивні, у неметалів можуть бути як позитивні, і негативні. Це від того, з яким атомом з'єднаний атом неметалу.

Інструкція

Зверніть увагу

Ступінь окислення може мати дробові значення, наприклад, у магнітному залізняку Fe2O3 дорівнює +8/3.

Джерела:

• "Посібник з хімії", Г.П. Хомченка, 2005.

Ступінь окислення - часто зустрічається у підручниках хімії характеристика елементів. Існує велика кількість завдань, спрямованих на визначення цього ступеня, і багато хто з них викликає у школярів та студентів труднощі. Але, дотримуючись певного алгоритму, труднощі можна уникнути.

Вам знадобиться

• - Періодична система хімічних елементів (таблиця Д.І. Менделєєва).

Інструкція

Запам'ятайте одне загальне правило: будь-якого елемента в простій речовині дорівнює нулю (простих речовин: Na, Mg, Al, тобто речовини, що складаються з одного елемента). Для визначення речовини спочатку просто запишіть її, не втрачаючи індексів - цифр, що стоять у нижній правій частині поруч із символом елемента. Прикладом буде сірчана – H2SO4.

Далі відкрийте таблицю Д.І. Менделєєва і знайдіть ступінь найлівішого елемента у вашій речовині - у разі цього прикладу. За існуючим правилом його ступінь окислення завжди буде позитивна, і записується вона зі знаком «+», оскільки він займає крайнє ліве положення в записі формули речовини. Щоб визначити числове значення ступеня окиснення, зверніть увагу на розташування елемента щодо груп. Водень знаходиться в першій групі, отже, його ступінь окислення +1, але так як у сірчаному два атоми водню (це нам показує індекс), то над його символом напишіть +2.

Після цього визначте ступінь окислення правого елемента в записі - кисню в даному випадку. Його умовний (чи ступінь окислення) буде завжди негативний, оскільки він займає праве положення у записі речовини. Це правило справедливе у всіх випадках. Числове значення правого елемента в результаті віднімання з номера його групи числа 8. У разі ступінь окислення кисню дорівнює -2 (6-8=-2), враховуючи індекс -8.

Щоб знайти умовний заряд атома третього елемента, скористайтеся правилом - сума ступенів окислення всіх елементів повинна дорівнювати нулю. Отже, умовний заряд атома кисню в речовині дорівнюватиме +6: (+2)+(+6)+(-8)=0. Після цього запишіть +6 над символом сірки.

Джерела:

• як ступеня окислення хімічних елементів

Фосфор – хімічний елемент, що має 15-й порядковий номер у Таблиці Менделєєва. Він розташований у її V групі. Класичний неметал, відкритий алхіміком Брандом 1669-го року. Існує три основні модифікації фосфору: червоний (що входить до складу суміші для розпалу сірників), білий та чорний. При дуже високих тисках (близько 8,3*10^10Па) чорний фосфор перетворюється на інший алотропічний стан («металевий фосфор») і починає проводити струм. фосфору у різних речовинах?

Інструкція

Згадайте ступінь . Це величина, що відповідає заряду іона в молекулі, за умови, що електронні пари, що здійснюють зв'язок, зміщені у бік більш негативного елемента (розташованого в Таблиці Менделєєва правіше і вище).

Потрібно також знати головну умову: сума електричних зарядів всіх іонів, що входять до складу молекули, з урахуванням коефіцієнтів завжди повинна дорівнювати нулю.

Ступінь окислення далеко не завжди кількісно збігається із валентністю. Найкращий приклад – вуглець, який у органічних завжди має , рівну 4, а ступінь окислення може бути рівним і -4, і 0, і +2, і +4.

Який ступінь окиснення в молекулі фосфіну PH3, наприклад? З огляду на все дати це питання дуже легко. Оскільки водень – перший елемент у Таблиці Менделєєва, він за визначенням може розташовуватися там «правіше і вище», ніж . Отже, саме фосфор притягне електрони водню.

Кожен атом водню, втративши електрон, перетвориться на позитивно заряджений іон окислення +1. Отже, сумарний заряд позитивний дорівнює +3. Отже, з урахуванням правила, що свідчить, що сумарний заряд молекули дорівнює нулю, ступінь окислення фосфору в молекулі фосфіну дорівнює -3.

Ну, а який ступінь окиснення фосфору в оксиді P2O5? Візьміть Таблицю Менделєєва. Кисень розташований у VI групі, правіше за фосфор, і до того ж вище, отже, він однозначно більш негативний. Тобто ступінь окислення кисню у цій сполукі буде зі знаком «мінус», а фосфору – зі знаком «плюс». Які ж ці ступені, щоб молекула загалом була нейтральна? Легко можна побачити, що найменше загальне кратне для чисел 2 та 5 – це 10. Отже, ступінь окиснення кисню -2, а фосфору +5.

Формальний заряд атома в сполуках - допоміжна величина, зазвичай її використовують в описах властивостей елементів хімії. Цей умовний електричний заряд є ступінь окислення. Його значення змінюється внаслідок багатьох хімічних процесів. Хоча заряд є формальним, він яскраво характеризує властивості та поведінку атомів в окисно-відновних реакціях (ОВР).

Окислення та відновлення

У минулому хіміки використовували термін окислення, щоб описати взаємодію кисню з іншими елементами. Назва реакцій походить від латинського найменування кисню - Oxygenium. Пізніше з'ясувалося, що інші елементи також окислюють. І тут вони відновлюються — приєднують електрони. Кожен атом під час утворення молекули змінює будову своєї валентної електронної оболонки. І тут з'являється формальний заряд, величина якого залежить кількості умовно відданих чи прийнятих електронів. Для характеристики цієї величини раніше застосовували англійський хімічний термін "oxidation number", який означає "окислювальне число". При його використанні виходять з припущення, що електрони, що зв'язують, в молекулах або іонах належать атому, що володіє вищим значенням електронегативності (ЕО). Здатність утримувати свої електрони та притягувати їх від інших атомів добре виражена у сильних неметалів (галогенів, кисню). Протилежними властивостями мають сильні метали (натрій, калій, літій, кальцій, інші лужні та лужноземельні елементи).

Визначення ступеня окиснення

Ступенем окислення називають заряд, який атом придбав би в тому випадку, якби електрони, що приймають участь в утворенні зв'язку, повністю змістилися до більш електронегативного елементу. Є речовини, що не мають молекулярної будови (галогеніди лужних металів та інші сполуки). У цих випадках ступінь окислення збігається із зарядом іона. Умовний чи реальний заряд показує, який процес стався до того, як атоми набули свого нинішнього стану. Позитивне значення ступеня окиснення - це загальна кількість електронів, які були видалені з атомів. Негативне значення ступеня окислення дорівнює числу набутих електронів. По зміні стану окислення хімічного елемента судять у тому, що відбувається з його атомами під час реакції (і навпаки). За кольором речовини визначають, які зміни в стані окислення. Сполуки хрому, заліза та інших елементів, у яких вони виявляють різну валентність, пофарбовані неоднаково.

Негативне, нульове та позитивне значення ступеня окислення

Прості речовини утворені хімічними елементами з однаковим значенням ЕО. У цьому випадку зв'язувальні електрони належать всім структурним частинкам рівною мірою. Отже, у простих речовинах елементам невластивий стан окислення (Н 0 2, О 0 2, З 0). Коли атоми приймають електрони чи загальна хмара зміщується у тому бік, заряди прийнято писати зі знаком " мінус " . Наприклад, F-1, О-2, С-4. Віддаючи електрони, атоми набувають реального чи формального позитивного заряду. В оксиді OF 2 атом кисню віддає по одному електрону двом атомам фтору і знаходиться в стані окислення +2. Вважають, що в молекулі або багатоатомному іоні електронегативні атоми отримують всі зв'язуючі електрони.

Сірка — елемент, що виявляє різні валентність та ступеня окислення

Хімічні елементи головних підгруп найчастіше виявляють нижчу валентність рівну VIII. Наприклад, валентність сірки у сірковододі та сульфідах металів - II. Для елемента характерні проміжні та вища валентність у збудженому стані, коли атом віддає один, два, чотири або всі шість електронів і виявляє відповідно валентності I, II, IV, VI. Такі самі значення, тільки зі знаком "мінус" або "плюс", мають ступеня окислення сірки:

• у сульфіді фтору віддає один електрон: -1;
• у сірковододі нижче значення: -2;
• у діоксиді проміжний стан: +4;
• у триоксиді, сірчаній кислоті та сульфатах: +6.

У своєму вищому стані окислення сірка тільки приймає електрони, нижчою мірою — виявляє сильні відновлювальні властивості. Атоми S+4 можуть виявляти у з'єднаннях функції відновників або окислювачів залежно від умов.

Перехід електронів у хімічних реакціях

При утворенні кристала кухонної солі натрій віддає електрони електронегативнішим хлору. Ступені окислення елементів збігаються із зарядами іонів: Na +1 Cl -1 . Для молекул, створених шляхом усуспільнення та зміщення електронних пар до більш електронегативного атома, застосовні лише уявлення про формальний заряд. Але можна припустити, що це сполуки складаються з іонів. Тоді атоми, притягуючи електрони, набувають умовного негативного заряду, а віддаючи — позитивного. У реакціях вказують, скільки електронів зміщується. Наприклад, у молекулі діоксиду вуглецю С +4 Про - 2 2 вказаний у верхньому правому куті індекс при хімічному символі вуглецю відображає кількість електронів, віддалених з атома. Для кисню у цій речовині характерний стан окиснення -2. Відповідний індекс при хімічному знаку — кількість доданих електронів в атомі.

Як підрахувати ступеня окислення

Підрахунок кількості відданих і приєднаних атомами електронів може забрати багато часу. Полегшують це завдання такі правила:

1. У простих речовинах ступеня окиснення дорівнюють нулю.
2. Сума окислення всіх атомів чи іонів у нейтральній речовині дорівнює нулю.
3. У складному іоні сума ступенів окислення всіх елементів має відповідати заряду всієї частки.
4. Більше електронегативний атом набуває негативного стану окислення, яке записують зі знаком "мінус".
5. Менш електронегативні елементи одержують позитивні ступені окислення, їх записують зі знаком "плюс".
6. Кисень в основному виявляє ступінь окислення, що дорівнює -2.
7. Для водню характерне значення: +1, у гідридах металів трапляється: Н-1.
8. Фтор - найбільш електронегативний із усіх елементів, його стан окислення завжди дорівнює -4.
9. Для більшості металів окисні числа та валентності збігаються.

Ступінь окислення та валентність

Більшість сполук утворюються в результаті окисно-відновних процесів. Перехід або зміщення електронів від одних елементів до інших призводить до зміни стану окислення і валентності. Найчастіше ці величини збігаються. Як синонім до терміна «ступінь окислення» можна використовувати словосполучення «електрохімічна валентність». Але є винятки, наприклад, в іоні амонію азот чотиривалентний. Одночасно атом цього елемента перебуває у стані окислення -3. В органічних речовинах вуглець завжди чотиривалентний, але стани окислення атома С в метані СН 4 мурашиному спирті СН 3 ВІН і кислоті НСООН мають інші значення: -4, -2 і +2.

Окисно-відновні реакції

До окислювально-відновних відносяться багато найважливіших процесів у промисловості, техніці, живій та неживій природі: горіння, корозія, бродіння, внутрішньоклітинне дихання, фотосинтез та інші явища.

При складанні рівнянь ОВР підбирають коефіцієнти, використовуючи метод електронного балансу, у якому оперують такими категоріями:

• ступеня окиснення;
• відновник віддає електрони та окислюється;
• окислювач приймає електрони та відновлюється;
• число відданих електронів має дорівнювати числу приєднаних.

Придбання електронів атомом призводить до зниження його ступеня окиснення (відновлення). Втрата атомом одного чи кількох електронів супроводжується підвищенням окисного числа елемента внаслідок реакцій. Для ОВР, які протікають між іонами сильних електролітів у водних розчинах, найчастіше використовують не електронний баланс, а метод напівреакцій.

Електронегативність, як і інші властивості атомів хімічних елементів, змінюється із збільшенням порядкового номера елемента періодично:

Графік вище показує періодичність зміни електронегативності елементів основних підгруп залежно від порядкового номера елемента.

При русі вниз по підгрупі таблиці Менделєєва електронегативність хімічних елементів зменшується, під час руху праворуч за періодом зростає.

Електронегативність відбиває неметаллічність елементів: що вище значення електронегативності, то більше в елемента виражені неметалеві властивості.

Ступінь окислення

Як розрахувати ступінь окислення елемента сполуки?

1) Ступінь окиснення хімічних елементів у простих речовинах завжди дорівнює нулю.

2) Існують елементи, що виявляють у складних речовинах постійний ступінь окислення:

3) Існують хімічні елементи, які виявляють у переважній більшості сполук постійний ступінь окислення. До таких елементів відносяться:

4) Алгебраїчна сума ступенів окислення всіх атомів у молекулі завжди дорівнює нулю. Алгебраїчна сума ступенів окислення всіх атомів в іоні дорівнює заряду іона.

5) Вища (максимальна) ступінь окислення дорівнює номеру групи. Винятки, які не підпадають під це правило, - елементи побічної підгрупи І групи, елементи побічної підгрупи VIII групи, а також кисень і фтор.

Хімічні елементи, номер групи яких не збігається з їх вищим ступенем окиснення (обов'язкові для запам'ятовування)

6) Нижчий ступінь окиснення металів завжди дорівнює нулю, а нижчий ступінь окиснення неметалів розраховується за формулою:

нижчий ступінь окислення неметалу = № групи − 8

Відштовхуючись від наведених вище правил, можна встановити ступінь окислення хімічного елемента в будь-якій речовині.

Знаходження ступенів окислення елементів у різних сполуках

Приклад 1

Визначте ступеня окиснення всіх елементів у сірчаній кислоті.

Рішення:

Запишемо формулу сірчаної кислоти:

Ступінь окиснення водню у всіх складних речовинах +1 (крім гідридів металів).

Ступінь окислення кисню у всіх складних речовинах дорівнює -2 (крім пероксидів та фториду кисню OF 2). Розставимо відомі ступені окислення:

Позначимо ступінь окислення сірки як x:

Молекула сірчаної кислоти, як і молекула будь-якої речовини, загалом електронейтральна, т.к. сума ступенів окиснення всіх атомів у молекулі дорівнює нулю. Схематично це можна зобразити так:

Тобто. ми отримали наступне рівняння:

Вирішимо його:

Таким чином, ступінь окислення сірки у сірчаній кислоті дорівнює +6.

Приклад 2

Визначте ступінь окислення всіх елементів дихромату амонію.

Рішення:

Запишемо формулу дихромату амонію:

Як і в попередньому випадку, ми можемо розставити ступені окислення водню та кисню:

Проте бачимо, що невідомі ступеня окислення відразу в двох хімічних елементів — азоту і хрому. Тому знайти ступеня окислення аналогічно попередньому прикладу ми можемо (одне рівняння з двома змінними немає єдиного рішення).

Звернемо увагу на те, що вказана речовина відноситься до класу солей і, відповідно, має іонну будову. Тоді справедливо можна сказати, що до складу дихромату амонію входять катіони NH 4 + (заряд даного катіону можна подивитися у таблиці розчинності). Отже, так як у формульній одиниці дихромату амонію два позитивні однозарядні катіони NH 4 + , заряд дихромат-іона дорівнює -2, оскільки речовина в цілому електронейтрально. Тобто. речовина утворена катіонами NH 4 + та аніонами Cr 2 O 7 2- .

Ми знаємо ступеня окислення водню та кисню. Знаючи, що сума ступенів окиснення атомів всіх елементів в іоні дорівнює заряду, і позначивши ступеня окиснення азоту та хрому як xі yвідповідно, ми можемо записати:

Тобто. ми отримуємо два незалежні рівняння:

Вирішуючи які, знаходимо xі y:

Таким чином, у дихроматі амонію ступеня окиснення азоту -3, водню +1, хрому +6, а кисню -2.

Як визначати ступеня окиснення елементів в органічних речовинах можна почитати.

Валентність

Валентність атомів позначається римськими цифрами: І, ІІ, ІІІ тощо.

Валентні можливості атома залежать від кількості:

1) неспарених електронів

2) неподілених електронних пар на орбіталях валентних рівнів

3) порожніх електронних орбіталей валентного рівня

Валентні можливості атома водню

Зобразимо електронно-графічну формулу атома водню:

Було сказано, що на валентні можливості можуть впливати три фактори – наявність неспарених електронів, наявність неподілених електронних пар на зовнішньому рівні та наявність вакантних (порожніх) орбіталей зовнішнього рівня. Ми бачимо на зовнішньому (і єдиному) енергетичному рівні один неспарений електрон. Виходячи з цього, водень може точно мати валентність, що дорівнює I. Однак на першому енергетичному рівні є лише один підрівень — s,тобто. атом водню на зовнішньому рівні немає як неподілених електронних пар, і порожніх орбіталей.

Таким чином, єдина валентність, яку може виявляти атом водню, дорівнює I.

Валентні можливості атома вуглецю

Розглянемо електронну будову атома вуглецю. В основному стані електронна конфігурація його зовнішнього рівня виглядає так:

Тобто. в основному стані на зовнішньому енергетичному рівні незбудженого атома вуглецю знаходиться 2 неспарені електрони. У такому стані він може виявляти валентність, що дорівнює II. Однак атом вуглецю дуже легко переходить у збуджений стан при повідомленні йому енергії, і електронна конфігурація зовнішнього шару в цьому випадку набуває вигляду:

Незважаючи на те, що на процес збудження атома вуглецю витрачається деяка кількість енергії, витрати з надлишком компенсуються при утворенні чотирьох ковалентних зв'язків. Тому валентність IV набагато більш характерна для атома вуглецю. Так, наприклад, валентність IV вуглець має на молекулах вуглекислого газу, вугільної кислоти і всіх органічних речовин.

Крім неспарених електронів та неподілених електронних пар на валентні можливості також впливає наявність вакантних () орбіталей валентного рівня. Наявність таких орбіталей на рівні, що заповнюється призводить до того, що атом може виконувати роль акцептора електронної пари, тобто. утворювати додаткові ковалентні зв'язки за донорно-акцепторним механізмом. Так, наприклад, всупереч очікуванням, у молекулі чадного газу CO зв'язок не подвійний, а потрійний, що наочно показано на наступній ілюстрації:

Валентні можливості атома азоту

Запишемо електронно-графічну формулу зовнішнього енергетичного рівня атома азоту:

Як видно з ілюстрації вище, атом азоту у своєму звичайному стані має 3 неспарені електрони, у зв'язку з чим логічно припустити про його здатність виявляти валентність, рівну III. Дійсно, валентність, що дорівнює трьом, спостерігається в молекулах аміаку (NH 3), азотистої кислоти (HNO 2), трихлористого азоту (NCl 3) і т.д.

Вище було сказано, що валентність атома хімічного елемента залежить від кількості неспарених електронів, а й від наявності неподілених електронних пар. Пов'язано це з тим, що ковалентний хімічний зв'язок може утворитися не тільки, коли два атоми надають один одному по одному електрону, але також і тоді, коли один атом, що має неподілену пару електронів — донор() надає її іншому атому з вакантною орбіталлю () валентного рівня (акцептор). Тобто. для атома азоту можлива також валентність IV за рахунок додаткового ковалентного зв'язку, утвореного за донорно-акцепторним механізмом. Так, наприклад, чотири ковалентні зв'язки, одна з яких утворена за донорно-акцепторним механізмом, спостерігається при утворенні катіону амонію:

Незважаючи на те, що один з ковалентних зв'язків утворюється за донорно-акцепторним механізмом, всі зв'язки N-H в катіоні амонію абсолютно ідентичні і нічим один від одного не відрізняються.

Валентність, що дорівнює V, атом азоту виявляти не здатний. Пов'язано це з тим, що для атома азоту неможливий перехід у збуджений стан, при якому відбувається розпарювання двох електронів з переходом одного з них на вільну орбіталь, найближчу за рівнем енергії. Атом азоту не має d-підрівня, а перехід на 3s-орбіталь енергетично настільки витратний, що витрати енергії не покриваються утворенням нових зв'язків. Багато хто може поставити питання, а яка ж тоді валентність у азоту, наприклад, в молекулах азотної кислоти HNO 3 або оксиду азоту N 2 O 5 ? Як не дивно, валентність там теж IV, що видно з наведених нижче структурних формул:

Пунктирною лінією на ілюстрації зображено так звану справакалізована π -зв'язок. Тому кінцеві зв'язки NO можна назвати «полуторними». Аналогічні полуторні зв'язки є також молекулі озону O 3 , бензолу C 6 H 6 тощо.

Валентні можливості фосфору

Зобразимо електронно-графічну формулу зовнішнього енергетичного рівня атома фосфору:

Як бачимо, будова зовнішнього шару в атома фосфору переважно стані і атома азоту однаково, у зв'язку з чим логічно очікувати атома фосфору як і, як й у атома азоту, можливих валентностей, рівних I, II, III і IV, як і спостерігається практично.

Однак, на відміну від азоту, атом фосфору має на зовнішньому енергетичному рівні ще й d-підрівень з 5-ма вакантними орбіталями.

У зв'язку з цим він здатний переходити в збуджений стан, розпарюючи електрони 3 s-орбіталі:

Таким чином, недоступна азоту валентність V для атома фосфору можлива. Так, наприклад, валентність, що дорівнює п'яти, атом фосфору має в молекулах таких сполук, як фосфорна кислота, галогеніди фосфору (V), оксид фосфору (V) і т.д.

Валентні можливості атома кисню

Електронно-графічна формула зовнішнього енергетичного рівня атома кисню має вигляд:

Ми бачимо на 2-му рівні два неспарені електрони, у зв'язку з чим для кисню можлива валентність II. Слід зазначити, що ця валентність атома кисню спостерігається практично у всіх сполуках. Вище під час розгляду валентних можливостей атома вуглецю ми обговорили утворення молекули чадного газу. Зв'язок у молекулі CO потрійний, отже, кисень там тривалентний (кисень — донор електронної пари).

Через те, що атом кисню не має на зовнішньому рівні d-підрівня, розпарювання електронів sі p-орбіталей неможливо, через що валентні можливості атома кисню обмежені порівняно з іншими елементами його підгрупи, наприклад сіркою.

Валентні можливості атома сірки

Зовнішній енергетичний рівень атома сірки у незбудженому стані:

У атома сірки, як і в атома кисню, у звичайному стані два неспарені електрони, тому ми можемо зробити висновок про те, що для сірки можлива валентність, що дорівнює двом. І справді, валентність II сірка має, наприклад, в молекулі сірководню H 2 S.

Як бачимо, у атома сірки зовнішньому рівні з'являється d-підрівень із вакантними орбіталями. Тому атом сірки здатний розширювати свої валентні можливості на відміну від кисню за рахунок переходу в збуджені стани. Так, при розпаруванні неподіленої електронної пари 3 p-підрівня атом сірки набуває електронної конфігурації зовнішнього рівня наступного виду:

У такому стані атом сірки має 4 неспарені електрони, що говорить нам про можливість прояву атомами сірки валентності, що дорівнює IV. Дійсно, валентність IV сірка має молекулах SO 2 , SF 4 , SOCl 2 і т.д.

При розпарюванні другої неподіленої електронної пари, розташованої на 3 s-підрівні, зовнішній енергетичний рівень набуває конфігурації:

У такому стані стає можливим прояв валентності VI. Прикладом сполук з VI-валентною сіркою є SO 3 H 2 SO 4 SO 2 Cl 2 і т.д.

Аналогічно можна розглянути валентні можливості решти хімічних елементів.

У хімічних процесах головну роль грають атоми та молекули, властивості яких визначають результат хімічних реакцій. Однією з важливих характеристик атома є окисне число, яке полегшує метод обліку перенесення електронів у частинці. Як визначити ступінь окислення чи формальний заряд частинки та які правила необхідно знати для цього?

Будь-яка хімічна реакція обумовлена ​​взаємодією атомів різних речовин. Від характеристик найдрібніших частинок залежить процес реакції та її результат.

Термін окислення (оксидація) в хімії означає реакцію, в ході якої група атомів або один з них втрачають електрони або набувають, у разі придбання реакцію називають відновленням.

Ступінь окислення – це величина, яка вимірюється кількісно і характеризує електрони, що перерозподіляються, в ході реакції. Тобто. в процесі оксидації електрони в атомі зменшуються або збільшуються, перерозподіляючись між іншими частинками, що взаємодіють, і рівень оксидації показує, як саме вони реорганізуються. Дане поняття тісно пов'язане з електронегативністю частинок – їх умінням притягувати та відштовхувати від себе вільні іони.

Визначення рівня оксидації залежить від характеристик та властивостей конкретної речовини, тому не можна однозначно назвати процедуру обчислення легкою чи складною, але її результати допомагають умовно записати процеси окисно-відновних реакцій. Слід розуміти, що отриманий результат обчислень є результатом обліку перенесення електронів і немає фізичного сенсу, і навіть є істинним зарядом ядра.

Важливо знати! Неорганічна хімія часто використовує термін валентності замість ступеня окислення елементів, це помилка, але слід враховувати, що друге поняття універсальніше.

Поняття та правила обчислень руху електронів є основою для класифікації хімічних речовин (номенклатура), опису їх властивостей та складання формул зв'язку. Але найчастіше це поняття використовується для опису та роботи з окислювально-відновними реакціями.

Правила визначення ступеня окиснення

Як дізнатися ступінь окиснення? Працюючи з окислювально-відновними реакціями важливо знати, що формальний заряд частки завжди дорівнюватиме величині електрона, вираженого в числовому значенні. Ця особливість пов'язана з припущенням, що електронні пари, що утворюють зв'язок, завжди повністю зміщуються в бік більш негативних частинок. Слід розуміти, що йдеться про іонні зв'язки, а у разі реакції при електрони будуть ділитися порівну між однаковими частинками.

Окисне число може мати як позитивні, так і негативні значення. Вся справа в тому, що в процесі реакції атом повинен стати нейтральним, а для цього потрібно або приєднати до іону деяку кількість електронів, якщо він позитивний, або забрати їх, якщо він негативний. Для позначення цього поняття під час запису формули зазвичай прописують над позначенням елемента арабську цифру з відповідним знаком. Наприклад, або т.д.

Слід знати, що формальний заряд металів завжди буде позитивним, а здебільшого, щоб визначити його, можна скористатися таблицею Менделєєва. Існує ряд особливостей, які необхідно враховувати, щоб правильно визначати показники.

Ступінь оксидації:

Запам'ятавши ці особливості, досить просто визначатиме окисне число в елементів, незалежно від складності та кількості рівнів атомів.

Корисне відео: визначення ступеня окиснення

Періодична таблиця Менделєєва містить майже всю інформацію для роботи з хімічними елементами. Наприклад, школярі використовують лише її для опису хімічних реакцій. Так, щоб визначити максимальні позитивні та негативні значення окисного числа необхідно звіритися з позначенням хімічного елемента в таблиці:

1. Максимально позитивне – це номер групи, де знаходиться елемент.
2. Максимально негативний ступінь окислення – це різниця між максимально позитивним кордоном та числом 8.

Таким чином, досить просто дізнатися про крайні межі формального заряду того чи іншого елемента. Таку дію можна зробити за допомогою обчислень на основі таблиці Менделєєва.

Важливо знати! В одного елемента може бути одночасно кілька різних показників оксидації.

Розрізняють два основні способи визначення рівня оксидації, приклади яких представлені нижче. Перший – це спосіб, який вимагає знань і умінь застосовувати закони хімії. Як розставляти ступені окислення за допомогою цього способу?

Правило визначення ступенів окиснення

Для цього необхідно:

1. Визначити, чи ця речовина є елементарною і чи знаходиться вона поза зв'язком. Якщо так, то його окисне число дорівнюватиме 0, незалежно від складу речовини (окремі атоми або багаторівневі атомні сполуки).
2. Визначити, чи складається речовина, що розглядається, з іонів. Якщо так, то ступінь оксидації дорівнюватиме їх заряду.
3. Якщо речовина, що розглядається метал, то подивитися на показники інших речовин у формулі і обчислити показання металу шляхом арифметичних дій.
4. Якщо все з'єднання має один заряд (по суті це сума всіх частинок представлених елементів), достатньо визначити показники простих речовин, потім відняти їх від загальної суми і отримати дані металу.
5. Якщо зв'язок нейтральний, то загальна сума повинна дорівнювати нулю.

Наприклад можна розглянути об'єднання з іоном алюмінію, загальний заряд якого дорівнює нулю. Правила хімії підтверджують той факт, що іон Cl має окисне число -1, а в даному випадку їх три у поєднанні. Значить іон Al повинен дорівнювати +3, щоб все з'єднання було нейтральним.

Цей спосіб дуже хороший, оскільки правильність рішення можна перевірити, якщо скласти всі рівні оксидації разом.

Другий метод можна застосовувати без знання хімічних законів:

1. Знайти дані частинок, щодо яких немає строгих правил і точну кількість їх електронів невідомо (можна шляхом виключення).
2. З'ясувати показники всіх інших частинок і після загальної суми шляхом віднімання знайти потрібну частинку.

Розглянемо другий метод з прикладу речовини Na2SO4, у якому визначено атом сірки S, відомо лише, що він відмінний від нуля.

Щоб знайти, чому рівні всі ступені окислення необхідно:

1. Знайти відомі елементи, пам'ятаючи про традиційні правила та винятки.
2. Іон Na = +1, а кожен кисень = -2.
3. Помножити кількість частинок кожної речовини на їх електрони та одержати ступеня оксидації всіх атомів, крім одного.
4. У Na2SO4 складаються 2 натрію та 4 кисні, при множенні виходить: 2 X +1 = 2 – це окисне число всіх частинок натрію та 4 X -2 = -8 – киснів.
5. Скласти отримані результати 2+(-8) =-6 – це загальний заряд з'єднання без сірки.
6. Подати хімічний запис у вигляді рівняння: сума відомих даних + невідоме число = загальний заряд.
7. Na2SO4 представлено так: -6 + S = 0, S = 0 + 6, S = 6.

Отже, щоб використати другий метод, досить знати прості закони арифметики.

Таблиця оксидації

Для простоти роботи та обчислення показників оксидації для кожної хімічної речовини використовують спеціальні таблиці, де прописані всі дані.

Вона виглядає так:

Корисне відео: вчимося визначати ступінь окислення за формулами

Висновок

Знаходження ступеня окислення для хімічної речовини – це проста дія, яка потребує лише уважності та знання основних правил та винятків. Знаючи винятки та користуючись спеціальними таблицями, ця дія не займатиме багато часу.

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.

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:

1. Ступінь окиснення простих речовин завжди дорівнює нулю.
   
2. Лужні метали, що у першій групі періодичної таблиці, мають ступінь окислення +1.
   
3. Лужноземельні метали, які у періодичної таблиці другу групу, мають ступінь окислення +2.
   
4. Водень у сполуках з різними неметалами завжди виявляє ступінь окиснення +1, а сполуках з металами +1.
   
5. Ступінь окислення молекулярного кисню у всіх сполуках, що розглядаються у шкільному курсі неорганічної хімії, дорівнює -2. Фтору -1.
   
6. 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.
   
7. 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.