Хімія підготовка до зно та дпа ​​комплексне видання. Як визначити ступінь окислення Елементи, які не виявляють позитивний ступінь окислення

Щоб визначити умовний заряд атомів в окислювально-відновних реакціях використовують таблицю окислення хімічних елементів. Залежно від властивостей атома, елемент може виявляти позитивний або негативний ступінь окислення.

Що таке ступінь окислення

Умовний заряд атомів елементів у складних речовинах називається ступенем окиснення. Значення заряду атомів записується в окислювально-відновних реакціях, щоб зрозуміти, який елемент є відновником, а який окислювачем.

Ступінь окислення взаємопов'язана з електронегативністю, яка показує можливість атомів приймати чи віддавати електрони. Що значення електронегативності, то більше вписувалося здатність атома віднімати електрони в реакціях.

Мал. 1. Ряд електронегативності.

Ступінь окислення може мати три значення:

• нульове- атом перебуває у стані спокою (всі прості речовини мають ступінь окислення 0);
• позитивне- атом віддає електрони та є відновником (всі метали, деякі неметали);
• негативне- Атом приймає електрони і є окислювачем (більшість неметалів).

Наприклад, ступеня окислення реакції натрію з хлором виглядають наступним чином:

2Na 0 + Cl 2 0 → 2Na +1 Cl -1

У реакції металів з неметалами метал завжди є відновником, а неметал - окислювачем.

Як визначити

Існує таблиця, в якій вказані всі можливі ступені окислення елементів.

Назва	Символ	Ступінь окислення
Берилій
		1, 0, +1, +2, +3
		4, -3, -2, -1, 0, +2, +4
		3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5
Кисень		2, -1, 0, +1, +2
Алюміній
		1, 0, +1, +3, +5, +7, рідко +2 та +4
Марганець		2, +3, +4, +6, +7
		2, +3, рідко +4 та +6
		2, +3, рідко +4
		2, рідко +1, +3, +4
		1, +2, рідко +3
		3, рідко +2
Німеччина
		3, +3, +5, рідко +2
		2, +4, +6, рідко +2
		1, +1, +5, рідко +3, +4
Стронцій
Цирконій		4, рідко +2, +3
		3, +5, рідко +2, +4
Молібден		3, +6, рідко +2, +3, +5
Технецький
		3, +4, +8, рідко +2, +6, +7
		4, рідко +2, +3, +6
Паладій		2, +4, рідко +6
		1, рідко +2, +3
		2, рідко +1
		3, рідко +1, +2
		3, +3, +5, рідко +4
		2, +4, +6, рідко
		1, +1, +5, +7, рідко +3, +4
Празеодим
Прометій
		3, рідко +2
		3, рідко +2
Гадоліній
Диспрозій
		3, рідко +2
Ітербій		3, рідко +2
		5, рідко +3, +4
Вольфрам		6, рідко +2, +3, +4, +5
		2, +4, +6, +7, рідко -1, +1, +3, +5
		3, +4, +6, +8, рідко +2
		3, +4, +6, рідко +1, +2
		2, +4, +6, рідко +1, +3
		1, +3, рідко +2
		1, +3, рідко +2
		3, рідко +3, +2, +4, +5
		2, +4, рідко -2, +6

Або використати на уроках цей варіант таблиці.

Мал. 2. Таблиця ступенів окиснення.

Крім того, ступеня окислення хімічних елементів можна визначити за періодичною таблицею Менделєєва:

• найвищий ступінь (максимально позитивний) збігається з номером групи;
• для визначення мінімального значення ступеня окиснення з номера групи віднімається вісім.

Мал. 3. Таблиця Менделєєва.

Більшість неметалів мають позитивний і негативний ступінь окислення. Наприклад, кремній перебуває у IV групі, отже, його максимальна ступінь окислення +4, а мінімальна -4. У з'єднаннях неметалів (SO 3 , CO 2 , SiC) окислювачем є неметал з негативним ступенем окислення або з великим значенням електронегативності. Наприклад, у поєднанні PCl 3 фосфор має ступінь окиснення +3, хлор -1. Електронегативність фосфору – 2,19, хлору – 3,16.

Друге правило не працює для лужних та лужноземельних металів, які завжди мають один позитивний ступінь окислення, що дорівнює номеру групи. Винятки становлять магній та берилій (+1, +2). Також постійний ступінь окислення мають:

• алюміній (+3);
• цинк (+2);
• кадмій (+2).

Інші метали мають непостійний ступінь окислення. У більшості реакцій виступають як відновник. У поодиноких випадкахможуть бути окислювачами з негативним ступенем окиснення.

Фтор – найпотужніший окислювач. Його ступінь окиснення завжди -1.

Що ми дізналися?

З уроку 8 класу дізналися про рівень окислення. Це умовна величина, що показує, скільки електронів може віддати або прийняти атом у ході хімічної реакції. Значення пов'язане з електронегативністю. Окислювачі приймають електрони і мають негативний ступінь окиснення, відновники віддають електрони та виявляють позитивний ступінь окиснення. Більшість металів - відновники з постійним або змінним ступенем окиснення. Неметали можуть виявляти властивості окислювача та відновника залежно від речовини, з якою реагують.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.7. Усього отримано оцінок: 146.

Теми кодифікатора ЄДІ: Електронегативність. Ступінь окислення та валентність хімічних елементів.

Коли атоми взаємодіють і утворюють електрони між ними в більшості випадків розподіляються нерівномірно, оскільки властивості атомів різняться. Більше електронегативний атом сильніше притягує себе електронну щільність. Атом, який притяг до себе електронну щільність, набуває часткового негативного заряду δ — , його "партнер" - частковий позитивний заряд δ+ . Якщо різниця електронегативності атомів, що утворюють зв'язок, не перевищує 1,7, ми називаємо зв'язок ковалентної полярної . Якщо різниця електронегативностей, що утворюють хімічний зв'язок, перевищує 1,7, то такий зв'язок ми називаємо іонної .

Ступінь окислення – це допоміжний умовний заряд атома елемента у поєднанні, обчислений з припущення, що це сполуки складаються з іонів (всі полярні зв'язку – іонні).

Що означає «умовний заряд»? Ми просто домовляємося, що трохи спростимо ситуацію: вважатимемо будь-які полярні зв'язки повністю іонними, і вважатимемо, що електрон повністю йде або приходить від одного атома до іншого, навіть якщо насправді це не так. А йде умовно електрон від менш електронегативного атома до електронегативнішого.

Наприклад, у зв'язку з H-Cl ми вважаємо, що водень умовно «віддав» електрон, та її заряд став +1, а хлор «прийняв» електрон, та її заряд став -1. Насправді, таких повних зарядів на цих атомах немає.

Напевно, у вас виникло питання – навіщо ж вигадувати те, чого немає? Це не підступний задум хіміків, все просто: така модель дуже зручна. Уявлення про рівень окислення елементів корисні при складанні класифікації хімічних речовин, опис їх властивостей, складання формул сполук і номенклатури Особливо часто ступеня окислення використовуються при роботі з окисно-відновними реакціями.

Ступені окиснення бувають вищі, нижчіі проміжні.

Вищаступінь окислення дорівнює номеру групи зі знаком "плюс".

Нижчавизначається як номер групи мінус 8.

І проміжнаступінь окислення - це майже будь-яке ціле число в інтервалі від нижчого ступеня окислення до вищого.

Наприклад, Для азоту характерні: вищий ступінь окиснення +5, нижча 5 - 8 = -3, а проміжні ступеня окиснення від -3 до +5. Наприклад, у гідразині N 2 H 4 ступінь окислення азоту проміжна -2.

Найчастіше ступінь окислення атомів у складних речовинах позначається спочатку знаком, потім цифрою, наприклад +1, +2, -2 і т.д. Коли йдеться про заряд іона (припустимо, що іон реально існує у поєднанні), то спочатку вказують цифру, потім знак. Наприклад: Ca 2+, CO 3 2-.

Для знаходження ступенів окиснення використовують такі правила :

1. Ступінь окислення атомів у простих речовин дорівнює нулю;
2. У нейтральних молекулах алгебраїчна сума ступенів окислення дорівнює нулю, для іонів ця сума дорівнює заряду іона;
3. Ступінь окислення лужних металів (елементи І групи головної підгрупи) у сполуках дорівнює +1, ступінь окислення лужноземельних металів (елементи II групи головної підгрупи) у з'єднаннях дорівнює +2; ступінь окислення алюмініюу з'єднаннях дорівнює +3;
4. Ступінь окислення воднюу з'єднаннях з металами ( - NaH, CaH 2 та ін) дорівнює -1 ; у з'єднаннях з неметалами () +1 ;
5. Ступінь окислення киснюдорівнює -2 . Винятокскладають пероксиди– сполуки, що містять групу –О-О-, де ступінь окислення кисню дорівнює -1 , та деякі інші сполуки ( супероксиди, озоніди, фториди кисню OF 2та ін.);
6. Ступінь окислення фторуу всіх складних речовинах дорівнює -1 .

Вище перераховані ситуації, коли ступінь окислення ми вважаємо постійною . У всіх інших хімічних елементів ступінь окислення — змінна, і залежить від порядку та типу атомів у поєднанні.

Приклади:

Завдання: визначте ступеня окиснення елементів у молекулі дихромату калію: K 2 Cr 2 O 7 .

Рішення:ступінь окислення калію дорівнює +1, ступінь окислення хрому позначимо, як х, ступінь окиснення кисню -2 Сума всіх ступенів окислення всіх атомів у молекулі дорівнює 0. Отримуємо рівняння: +1*2+2*х-2*7=0. Вирішуємо його, отримуємо ступінь окиснення хрому +6.

У бінарних сполуках більш електронегативний елемент характеризується негативним ступенем окиснення, менш електронегативний – позитивним.

Зверніть увагу, що поняття ступеня окиснення – дуже умовно! Ступінь окислення не показує реального заряду атома і не має реального фізичного сенсу . Це спрощена модель, яка ефективно працює, коли нам необхідно, наприклад, зрівняти коефіцієнти у рівнянні хімічної реакції або для алгоритмізації класифікації речовин.

Ступінь окислення – це не валентність! Ступінь окислення та валентність у багатьох випадках не збігаються. Наприклад, валентність водню в простій речовині Н 2 дорівнює I, а ступінь окислення, згідно з правилом 1, дорівнює 0.

Це базові правила, які допоможуть Вам визначити ступінь окислення атомів у з'єднаннях здебільшого.

У деяких ситуаціях ви можете зіткнутися з труднощами щодо ступеня окислення атома. Розглянемо деякі з цих ситуацій, і розберемо способи їх вирішення:

1. У подвійних (солоподібних) оксидах ступінь у атома, як правило, два ступені окислення. Наприклад, у залізній окалині Fe 3 O 4 у заліза два ступені окислення: +2 і +3. Яку їх вказувати? Обидві. Для спрощення можна уявити це з'єднання, як сіль: Fe(FeO 2) 2 . При цьому кислотний залишок утворює атом зі ступенем окиснення +3. Або подвійний оксид можна так: FeO*Fe 2 O 3 .
2. У пероксосоединениях ступінь окислення атомів кисню, з'єднаних ковалентними неполярними зв'язками, зазвичай змінюється. Наприклад, в пероксиді водню Н 2 Про 2 і пероксидах лужних металів ступінь окислення кисню -1, т.к. один із зв'язків – ковалентний неполярний (Н-О-О-Н). Інший приклад – пероксомоносерна кислота (кислота Каро) H 2 SO 5 (див. рис.) містить у складі два атоми кисню зі ступенем окислення -1, інші атоми зі ступенем окислення -2, тому більш зрозумілим буде такий запис: H 2 SO 3 (O 2). Відомі також пероксосоединения хрому - наприклад, пероксид хрому (VI) CrO(O 2) 2 або CrO 5 і багато інших.
3. Ще один приклад сполук з неоднозначним ступенем окислення – супероксиди (NaO 2) та солеподібні озоніди KO 3 . У цьому випадку доречніше говорити про молекулярний іон O 2 з зарядом -1 та O 3 з зарядом -1. Будова таких частинок описується деякими моделями, які у російській навчальній програміпроходять на перших курсах хімічних ВНЗ: МО ЛКАО, метод накладання валентних схем та ін.
4. У органічні сполукипоняття ступеня окислення дуже зручно використовувати, т.к. між атомами вуглецю існує велике числоковалентних неполярних зв'язків Тим не менш, якщо намалювати структурну формулу молекули, то ступінь окислення кожного атома також можна визначити за типом та кількістю атомів, з якими даний атом безпосередньо пов'язаний. Наприклад, у первинних атомів вуглецю у вуглеводнях ступінь окислення дорівнює -3, у вторинних -2, у третинних атомів -1, у четвертинних - 0.

Потренуємося визначати ступінь окислення атомів в органічних сполуках. Для цього необхідно намалювати повну структурну формулу атома і виділити атом вуглецю з його найближчим оточенням — атомами, з якими він безпосередньо з'єднаний.

• Для спрощення розрахунків можна використовувати таблицю розчинності – там вказано заряди найпоширеніших іонів. На більшості російських іспитів з хімії (ЄДІ, ГІА, ДВІ) використання таблиці розчинності дозволено. Це готова шпаргалка, яка у багатьох випадках дозволяє значно заощадити час.
• При розрахунку ступеня окиснення елементів у складних речовинах спочатку вказуємо ступеня окиснення елементів, які ми точно знаємо (елементи з постійним ступенем окиснення), а ступінь окиснення елементів зі змінним ступенем окиснення позначаємо, як х. Сума всіх зарядів усіх частинок дорівнює нулю в молекулі або дорівнює заряду іона в іоні. З цих даних легко скласти та вирішити рівняння.

ВИЗНАЧЕННЯ

Ступінь окислення- це кількісна оцінка стану атома хімічного елемента у поєднанні, заснована на його електронегативності.

Вона набуває як позитивних, і негативні значення. Щоб вказати ступінь окислення елемента у з'єднанні, потрібно поставити зверху над його символом арабську цифру з відповідним знаком («+» або «-»).

Слід пам'ятати, що ступінь окислення - величина, яка не має фізичного сенсу, тому що не відображає реального заряду атома. Однак це поняття досить широко використовується у хімії.

Таблиця ступеня окиснення хімічних елементів

Максимальний позитивний та мінімальний негативний ступінь окислення можна визначити за допомогою Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва. Вони дорівнюють номеру групи, в якій розташований елемент, і різниці між значенням «вищого» ступеня окислення та числом 8 відповідно.

Якщо розглядати хімічні сполукиконкретніше, то речовинах з неполярними зв'язками ступінь окислення елементів дорівнює нулю (N 2 , H 2 , Cl 2).

Ступінь окислення металів в елементарному стані дорівнює нулю, тому що розподіл електронної густини в них рівномірно.

У простих іонних сполуках ступінь окислення елементів, що входять до них, дорівнює електричному заряду, оскільки при утворенні цих сполук відбувається практично повний перехід електронів від одного атома до іншого: Na +1 I -1 , Mg +2 Cl -1 2 , Al +3 F - 1 3 , Zr +4 Br -1 4 .

При визначенні ступеня окислення елементів у з'єднаннях з полярними ковалентними зв'язками порівнюють значення їх електронегативностей. Оскільки при утворенні хімічного зв'язку електрони зміщуються до атомів більш електронегативних елементів, останні мають у сполуках негативний ступінь окислення.

Існують елементи, для яких характерне лише одне значення ступеня окислення (фтор, метали ІА та ІІА груп тощо). Фтор, що характеризується найбільшим значенням електронегативності, у сполуках завжди має постійний негативний ступінь окислення (-1).

Лужні та лужноземельні елементи, для яких властиво відносно невисоке значення електронегативності, завжди мають позитивний ступінь окислення, що дорівнює відповідно (+1) і (+2).

Проте, є такі хімічні елементи, котрим характерні кілька значень ступеня окислення (сірка - (-2), 0, (+2), (+4), (+6) та інших.).

Для того, щоб легше було запам'ятати скільки та які ступеня окиснення характерні для конкретного хімічного елемента, використовують таблиці ступенів окиснення хімічних елементів, які виглядають наступним чином:

Порядковий номер	Російське / англ. назва	Хімічний символ	Ступінь окислення
	Водень / Hydrogen
	Гелій / Helium
	Літій / Lithium
	Берилій / Beryllium
			(-1), 0, (+1), (+2), (+3)
	Вуглець / Carbon		(-4), (-3), (-2), (-1), 0, (+2), (+4)
	Азот / Nitrogen		(-3), (-2), (-1), 0, (+1), (+2), (+3), (+4), (+5)
	Кисень / Oxygen		(-2), (-1), 0, (+1), (+2)
	Фтор / Fluorine
	Натрій / Sodium
	Магній / Magnesium
	Алюміній / Aluminum
	Кремній / Silicon		(-4), 0, (+2), (+4)
	Фосфор/Phosphorus		(-3), 0, (+3), (+5)
	Сірка / Sulfur		(-2), 0, (+4), (+6)
	Хлор / Chlorine		(-1), 0, (+1), (+3), (+5), (+7), рідко (+2) та (+4)
	Аргон / Argon
	Калій / Potassium
	Кальцій / Calcium
	Скандій / Scandium
	Титан / Titanium		(+2), (+3), (+4)
	Ванадій / Vanadium		(+2), (+3), (+4), (+5)
	Хром / Chromium		(+2), (+3), (+6)
	Марганець / Manganese		(+2), (+3), (+4), (+6), (+7)
	Залізо / Iron		(+2), (+3), рідко (+4) та (+6)
	Кобальт / Cobalt		(+2), (+3), рідко (+4)
	Нікель / Nickel		(+2), рідко (+1), (+3) та (+4)
	Мідь / Copper		+1, +2, рідко (+3)
	Галій / Gallium		(+3), рідко (+2)
	Німеччина / Німеччина		(-4), (+2), (+4)
	Миш'як / Arsenic		(-3), (+3), (+5), рідко (+2)
	Селен / Selenium		(-2), (+4), (+6), рідко (+2)
	Бром / Bromine		(-1), (+1), (+5), рідко (+3), (+4)
	Кріптон / Krypton
	Рубідій / Rubidium
	Стронцій / Strontium
	Іттрій / Yttrium
	Цирконій / Zirconium		(+4), рідко (+2) та (+3)
	Ніобій / Niobium		(+3), (+5), рідко (+2) та (+4)
	Молібден / Molybdenum		(+3), (+6), рідко (+2), (+3) та (+5)
	Технецій / Technetium
	Рутеній / Ruthenium		(+3), (+4), (+8), рідко (+2), (+6) та (+7)
	Родій / Rhodium		(+4), рідко (+2), (+3) та (+6)
	Паладій / Palladium		(+2), (+4), рідко (+6)
	Срібло / Silver		(+1), рідко (+2) та (+3)
	Кадмій / Cadmium		(+2), рідко (+1)
	Індій / Indium		(+3), рідко (+1) та (+2)
	Олово / Tin		(+2), (+4)
	Сурма / Antimony		(-3), (+3), (+5), рідко (+4)
	Теллур / Tellurium		(-2), (+4), (+6), рідко (+2)
			(-1), (+1), (+5), (+7), рідко (+3), (+4)
	Ксенон / Xenon
	Цезій / Cesium
	Барій / Barium
	Лантан / Lanthanum
	Церій / Cerium		(+3), (+4)
	Празеодим / Praseodymium
	Неодим / Neodymium		(+3), (+4)
	Прометій / Promethium
	Самарій / Samarium		(+3), рідко (+2)
	Європій / Europium		(+3), рідко (+2)
	Гадоліній / Gadolinium
	Тербій / Terbium		(+3), (+4)
	Диспрозій / Dysprosium
	Гольмій / Holmium
	Ербій / Erbium
	Тулій / Thulium		(+3), рідко (+2)
	Ітербій / Ytterbium		(+3), рідко (+2)
	Лютецій / Lutetium
	Гафній / Hafnium
	Тантал / Tantalum		(+5), рідко (+3), (+4)
	Вольфрам / Tungsten		(+6), рідко (+2), (+3), (+4) та (+5)
	Реній / Rhenium		(+2), (+4), (+6), (+7), рідко (-1), (+1), (+3), (+5)
	Осмій / Osmium		(+3), (+4), (+6), (+8), рідко (+2)
	Ірідій / Iridium		(+3), (+4), (+6), рідко (+1) та (+2)
	Платина / Platinum		(+2), (+4), (+6), рідко (+1) та (+3)
	Золото / Gold		(+1), (+3), рідко (+2)
	Ртуть / Mercury		(+1), (+2)
	Талій / Thallium		(+1), (+3), рідко (+2)
	Свинець / Lead		(+2), (+4)
	Вісмут / Bismuth		(+3), рідко (+3), (+2), (+4) та (+5)
	Полоній / Polonium		(+2), (+4), рідко (-2) та (+6)
	Астат / Astatine
	Радон / Радон
	Франція / Франція
	Радій / Radium
	Актиній / Actinium
	Торій / Thorium
	Проактіній / Protactinium
	Уран / Uranium		(+3), (+4), (+6), рідко (+2) та (+5)

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Відповідь Почергово визначатимемо ступінь окислення фосфору в кожній із запропонованих схем перетворень, а потім виберемо правильний варіант відповіді.

• Ступінь окислення фосфору у фосфіні дорівнює (-3), а в ортофосфорної кислоти- (+5). Зміна ступеня окиснення фосфору: +3 → +5, тобто. Перший варіант відповіді.
• Ступінь окислення хімічного елемента у простій речовині дорівнює нулю. Ступінь окислення фосфору в оксиді складу P2O5 дорівнює (+5). Зміна ступеня окиснення фосфору: 0 → 5, тобто. Третій варіант відповіді.
• Ступінь окислення фосфору в кислоті складу HPO 3 дорівнює (+5), а H 3 PO 2 - (+1). Зміна ступеня окиснення фосфору: +5 → +1, тобто. п'ятий варіант відповіді.

ПРИКЛАД 2

Завдання	Ступінь окислення (-3) вуглець має у поєднанні: а) CH 3 Cl; б) C 2 H 2; в) HCOH; г) C 2 H 6 .
Рішення	Для того, щоб дати правильну відповідь на поставлене питання почергово визначатимемо ступінь окислення вуглецю в кожному із запропонованих сполук. а) ступінь окислення водню дорівнює (+1), а хлору – (-1). Приймемо за «х» ступінь окиснення вуглецю: x + 3×1 + (-1) = 0; Відповідь неправильна. б) ступінь окислення водню дорівнює (+1). Приймемо за «у» ступінь окиснення вуглецю: 2×у + 2×1 = 0; Відповідь неправильна. в) ступінь окислення водню дорівнює (+1), а кисню – (-2). Приймемо за «z» ступінь окиснення вуглецю: 1 + z + (-2) +1 = 0: Відповідь неправильна. г) ступінь окислення водню дорівнює (+1). Приймемо за «a» ступінь окиснення вуглецю: 2×а + 6×1 = 0; Вірна відповідь.
Відповідь	Варіант (г)

У багатьох шкільних підручниках та посібниках вчать складати формули з валентностей, навіть для з'єднань з іонними зв'язками. Для спрощення процедури складання формул це, з погляду, допустимо. Але треба розуміти, що це не зовсім коректно через викладені вище причини.

Найбільш універсальним поняттям є уявлення про ступінь окислення. За значеннями ступенів окислення атомів так само як і за значеннями валентності можна становити хімічні формулита записувати формульні одиниці.

Ступінь окислення- Це умовний заряд атома в частинці (молекулі, іоні, радикалі), обчислений у наближенні того, що всі зв'язки в частинці є іонними.

Перш ніж визначати ступеня окислення, необхідно порівняти електронегативність зв'язуваних атомів. Атом із великим значенням електронегативності має негативний ступінь окислення, а з меншим позитивний.

З метою об'єктивного порівняння значень електронегативності атомів при розрахунку ступенів окиснення, у 2013 році IUPAC дав рекомендацію використовувати шкалу Аллена.

* Так, наприклад, за шкалою Аллена електронегативність азоту 3,066, а хлору 2,869.

Проілюструємо це визначення на прикладах. Складемо структурну формулу молекули води.

Ковалентні полярні зв'язки O-H позначені синім кольором.

Уявімо, що обидві зв'язки є не ковалентними, а іонними. Якби вони були іонними, то з кожного атома водню більш електронегативний атом кисню перейшло б по одному електрону. Позначимо ці переходи синіми стрілками.

*В цьомуНаприклад, стрілка служить для наочної ілюстрації повного переходу електронів, а чи не для ілюстрації індуктивного ефекту.

Легко помітити, що число стрілок показує кількість електронів, що перейшли, а їх напрям - напрям переходу електронів.

На атом кисню спрямовано дві стрілки, це означає, що до атома кисню переходить два електрони: 0 + (-2) = -2. На атомі кисню утворюється рівний заряд -2. Це і є ступінь окислення кисню в молекулі води.

З кожного атома водню йде за одним електроном: 0 - (-1) = +1. Отже, атоми водню мають ступінь окислення рівний +1.

Сума ступенів окиснення завжди дорівнює загальному заряду частки.

Наприклад, сума ступенів окислення у молекулі води дорівнює: +1(2) + (-2) = 0. Молекула - електронейтральна частка.

Якщо ми обчислюємо ступеня окиснення в іоні, то сума ступенів окиснення, відповідно, дорівнює його заряду.

Значення ступеня окислення прийнято вказувати у верхньому правому куті символу елемента. Причому, знак пишуть попереду числа. Якщо знак стоїть після числа - це заряд іона.

Наприклад, S -2 - атом сірки в ступені окислення -2, S 2 - аніон сірки з зарядом -2.

S +6 O -2 4 2 - значення ступенів окислення атомів у сульфат-аніоні (заряд іона виділено зеленим кольором).

Тепер розглянемо випадок, коли з'єднання має змішані зв'язки: Na 2 SO 4 . Зв'язок між сульфат-аніоном та катіонами натрію - іонний, зв'язки між атомом сірки та атомами кисню в сульфат-іоні - ковалентні полярні. Запишемо графічну формулу сульфату натрію, а стрілками вкажемо напрямок переходу електронів.

*Структурна формула відображає порядок ковалентних зв'язків у частинці (молекулі, іоні, радикалі). Структурні формули застосовують лише частинок з ковалентними зв'язками. Для частинок з іонними зв'язками поняття структурної формули немає сенсу. Якщо частинці є іонні зв'язку, то застосовують графічну формулу.

Бачимо, що з центрального атома сірки йде шість електронів, отже ступінь окислення сірки 0 - (-6) = +6.

Кінцеві атоми кисню приймають по два електрони, значить їх ступеня окислення 0 + (-2) = -2

Місткові атоми кисню приймають по два електрони, їх ступінь окислення дорівнює -2.

Визначити ступеня окиснення можливо і за структурно-графічною формулою, де рисками вказують ковалентні зв'язки, А в іонів вказують заряд.

У цій формулі місткові атоми кисню вже мають поодинокі негативні заряди і до них додатково приходить електроном від атома сірки -1 + (-1) = -2, значить їх ступеня окислення рівні -2.

Ступінь окислення іонів натрію дорівнює їх заряду, тобто. +1.

Визначимо ступеня окислення елементів надпероксиді (супероксиді) калію. Для цього складемо графічну формулу супероксиду калію, стрілочкою покажемо перерозподіл електронів. Зв'язок O-Oє ковалентною неполярною, у ній перерозподіл електронів не вказується.

* Надпероксид-аніон є іон-радикалом. Формальний заряд одного атома кисню дорівнює -1, а іншого з неспареним електроном 0.

Бачимо, що ступінь окислення калію дорівнює +1. Ступінь окислення атома кисню, записаного у формулі навпроти калію, дорівнює -1. Ступінь окиснення другого атома кисню дорівнює 0.

Так само можна визначити ступеня окислення і за структурно-графічною формулою.

У кружечках зазначені формальні заряди іона калію та одного з атомів кисню. При цьому значення формальних зарядів збігаються зі значеннями ступенів окиснення.

Так як обидва атоми кисню в надпероксид-аніоні мають різні значенняступеня окислення, то можна обчислити середньо-арифметичну міру окисленнякисню.

Вона дорівнюватиме / 2 = - 1/2 = -0,5.

Значення середньоарифметичних ступенів окислення зазвичай вказують у брутто-формулах або формульних одиницях, щоб показати, що сума ступенів окислення дорівнює загальному заряду системи.

Для випадку з надпероксидом: +1 + 2(-0,5) = 0

Легко визначити ступеня окислення використовуючи електронно-точкові формули, в яких вказують крапками неподілені електронні пари та електрони ковалентних зв'язків.

Кисень - елемент VIА - групи, отже у його атомі 6 валентних електронів. Уявимо, що у молекулі води зв'язку іонні, у разі атом кисню отримав би октет електронів.

Ступінь окиснення кисню відповідно дорівнює: 6 - 8 = -2.

А атомів водню: 1 – 0 = +1

Вміння визначати ступеня окислення за графічними формулами безцінно розуміння сутності цього поняття, як і це вміння знадобиться у курсі органічної хімії. Якщо ж ми маємо справу з неорганічними речовинами, то необхідно вміти визначати ступеня окислення за молекулярними формулами та формульними одиницями.

Для цього насамперед потрібно зрозуміти, що ступеня окиснення бувають постійними та змінними. Елементи, що виявляють постійний ступінь окислення, необхідно запам'ятати.

Будь-який хімічний елемент характеризується вищим і нижчим ступенями окислення.

Нижчий ступінь окислення- це заряд, який набуває атома в результаті прийому максимальної кількості електронів на зовнішній електронний шар.

З огляду на це, нижчий ступінь окислення має негативне значення,за винятком металів, атоми яких електрони ніколи не приймають через низькі значення електронегативності. Метали мають нижчий ступінь окислення рівний 0.

Більшість неметалів основних підгруп намагається заповнити свій зовнішній електронний шар до восьми електронів, після чого атом набуває стійкої конфігурації ( правило октету). Тому, щоб визначити нижчий ступінь окислення, необхідно зрозуміти, скільки атому не вистачає валентних електронів до октету.

Наприклад, азот – елемент VА групи, це означає, що в атомі азоту п'ять валентних електронів. До октету атома азоту не вистачає трьох електронів. Значить нижчий ступінь окиснення азоту дорівнює: 0 + (-3) = -3

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 беруть 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 окислення - це загальна кількість електронів, видалених 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 елементамиз однаковим значенням ЕО. У цьому випадку зв'язувальні електрони належать всім структурним часткам рівного ступеня. Отже, у простих речовинах елементам невластиво 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 солінатрій віддає електрони більш електронегативного хлору. Ступені окислення елементів збігаються із зарядами іонів: Na +1 Cl -1 . Для молекул, створених шляхом узагальнення та зміщення електронних пар до більш негативного атома, застосовні тільки 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 хімічний символвуглецю відображає кількість електронів, вилучених 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 зустрічається: 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 окисно-відновних відносяться багато найважливіші процесиу промисловості, техніці, живій та неживої природи: 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.