Koncept oksidacijskega stanja. Najvišje oksidacijsko stanje

Valenca je kompleksen koncept. Ta izraz je doživel pomembno preobrazbo sočasno z razvojem teorije kemijske vezi. Sprva je bila valenca sposobnost atoma, da pritrdi ali zamenja določeno število drugih atomov ali atomskih skupin, da tvori kemično vez.

Kvantitativno merilo valence atoma elementa je bilo število atomov vodika ali kisika (ti elementi so veljali za eno- oziroma dvovalentne), ki jih element veže, da tvori hidrid s formulo EH x ali oksid s formulo E n O m.

Tako je valenca atoma dušika v molekuli amoniaka NH 3 enaka trem, atom žvepla v molekuli H 2 S pa je enaka dvema, saj je valenca vodikovega atoma enaka ena.

V spojinah Na 2 O, BaO, Al 2 O 3, SiO 2 so valence natrija, barija in silicija 1, 2, 3 oziroma 4.

Pojem valentnosti je bil v kemijo uveden, še preden je bila znana zgradba atoma, in sicer leta 1853 angleški kemik Frankland. Zdaj je bilo ugotovljeno, da je valenca elementa tesno povezana s številom zunanjih elektronov atomov, saj elektroni notranjih lupin atomov ne sodelujejo pri tvorbi kemičnih vezi.

V elektronski teoriji kovalentnih vezi se verjame, da valenca atoma je določeno s številom njegovih neparnih elektronov v osnovnem ali vzbujenem stanju, ki sodelujejo pri tvorbi skupnih elektronskih parov z elektroni drugih atomov.

Za nekatere elemente je valenca stalna vrednost. Tako je natrij ali kalij v vseh spojinah enovalenten, kalcij, magnezij in cink so dvovalentni, aluminij je trivalenten itd. Toda večina kemičnih elementov ima spremenljivo valenco, ki je odvisna od narave partnerskega elementa in pogojev procesa. Tako lahko železo tvori dve spojini s klorom - FeCl 2 in FeCl 3, v katerih je valenca železa 2 oziroma 3.

Oksidacijsko stanje- pojem, ki označuje stanje elementa v kemični spojini in njegovo obnašanje v redoks reakcijah; numerično je oksidacijsko stanje enako formalnemu naboju, ki ga lahko pripišemo elementu, na podlagi predpostavke, da so vsi elektroni v vsaki od njegovih vezi prešli na bolj elektronegativen atom.

Elektronegativnost- merilo sposobnosti atoma, da pridobi negativni naboj pri tvorbi kemijske vezi ali sposobnosti atoma v molekuli, da pritegne valenčne elektrone, ki sodelujejo pri tvorbi kemijske vezi. Elektronegativnost ni absolutna vrednost in se izračunava z različnimi metodami. Zato se lahko vrednosti elektronegativnosti, navedene v različnih učbenikih in referenčnih knjigah, razlikujejo.

Tabela 2 prikazuje elektronegativnost nekaterih kemičnih elementov po Sandersonovi lestvici, tabela 3 pa elektronegativnost elementov po Paulingovi lestvici.

Vrednost elektronegativnosti je podana pod simbolom ustreznega elementa. Višja kot je številčna vrednost elektronegativnosti atoma, bolj je element elektronegativen. Najbolj elektronegativen je atom fluora, najmanj elektronegativen je atom rubidija. V molekuli, ki jo tvorijo atomi dveh različnih kemičnih elementov, bo formalni negativni naboj na atomu, katerega numerična vrednost elektronegativnosti je višja. Tako je v molekuli žveplovega dioksida SO2 elektronegativnost atoma žvepla 2,5, elektronegativnost atoma kisika pa večja - 3,5. Zato bo negativni naboj na atomu kisika, pozitiven naboj pa na atomu žvepla.

V molekuli amoniaka NH 3 je vrednost elektronegativnosti atoma dušika 3,0, atoma vodika pa 2,1. Zato bo imel atom dušika negativen naboj, atom vodika pa pozitiven naboj.

Jasno morate poznati splošne trende sprememb elektronegativnosti. Ker atom katerega koli kemijskega elementa teži k temu, da pridobi stabilno konfiguracijo zunanje elektronske plasti - oktetne lupine inertnega plina, se elektronegativnost elementov v periodi poveča, v skupini pa elektronegativnost na splošno upada z naraščanjem atomskega števila elementa. element. Zato je na primer žveplo bolj elektronegativno v primerjavi s fosforjem in silicijem, ogljik pa bolj elektronegativen v primerjavi s silicijem.

Pri sestavljanju formul za spojine, sestavljene iz dveh nekovin, je bolj elektronegativna od njih vedno postavljena na desno: PCl 3, NO 2. Obstaja nekaj zgodovinskih izjem od tega pravila, na primer NH 3, PH 3 itd.

Oksidacijsko število je običajno označeno z arabsko številko (z znakom pred številko), ki se nahaja nad simbolom elementa, na primer:

Za določitev stopnje oksidacije atomov v kemičnih spojinah upoštevamo naslednja pravila:

1. Oksidacijsko stanje elementov v enostavnih snoveh je nič.
2. Algebraična vsota oksidacijskih stanj atomov v molekuli je nič.
3. Kisik v spojinah kaže predvsem oksidacijsko stanje –2 (v kisikovem fluoridu OF 2 + 2, v kovinskih peroksidih, kot je M 2 O 2 –1).
4. Vodik v spojinah kaže oksidacijsko stanje + 1, z izjemo hidridov aktivnih kovin, na primer alkalijskih ali zemeljskoalkalijskih, v katerih je oksidacijsko stanje vodika – 1.
5. Za enoatomske ione je oksidacijsko stanje enako naboju iona, na primer: K + - +1, Ba 2+ - +2, Br – - –1, S 2– - –2 itd.
6. V spojinah s kovalentno polarno vezjo ima oksidacijsko stanje bolj elektronegativnega atoma predznak minus, manj elektronegativnega atoma pa plus.
7. V organskih spojinah je oksidacijsko stanje vodika +1.

Zgornja pravila ponazorimo z več primeri.

Primer 1. Določite stopnjo oksidacije elementov v oksidih kalija K 2 O, selena SeO 3 in železa Fe 3 O 4.

Kalijev oksid K 2 O. Algebraična vsota oksidacijskih stanj atomov v molekuli je nič. Oksidacijsko stanje kisika v oksidih je –2. Označimo oksidacijsko stopnjo kalija v njegovem oksidu kot n, potem je 2n + (–2) = 0 ali 2n = 2, zato je n = +1, to pomeni, da je oksidacijsko stanje kalija +1.

Selenov oksid SeO3. Molekula SeO 3 je električno nevtralna. Skupni negativni naboj treh atomov kisika je –2 × 3 = –6. Zato mora biti za zmanjšanje tega negativnega naboja na nič oksidacijsko stanje selena +6.

Molekula Fe3O4 električno nevtralen. Skupni negativni naboj štirih atomov kisika je –2 × 4 = –8. Da bi izenačili ta negativni naboj, mora biti skupni pozitivni naboj na treh atomih železa +8. Zato mora imeti en atom železa naboj 8/3 = +8/3.

Poudariti je treba, da je lahko oksidacijsko stanje elementa v spojini delno število. Takšna frakcijska oksidacijska stanja niso pomembna pri razlagi vezave v kemični spojini, lahko pa se uporabijo za sestavo enačb za redoks reakcije.

Primer 2. Določite stopnjo oksidacije elementov v spojinah NaClO 3, K 2 Cr 2 O 7.

Molekula NaClO 3 je električno nevtralna. Oksidacijsko stanje natrija je +1, oksidacijsko stanje kisika je –2. Označimo oksidacijsko stopnjo klora kot n, potem +1 + n + 3 × (–2) = 0 ali +1 + n – 6 = 0 ali n – 5 = 0, torej n = +5. Tako je oksidacijsko stanje klora +5.

Molekula K 2 Cr 2 O 7 je električno nevtralna. Oksidacijsko stanje kalija je +1, oksidacijsko stanje kisika je –2. Označimo oksidacijsko stopnjo kroma kot n, potem je 2 × 1 + 2n + 7 × (–2) = 0 ali +2 + 2n – 14 = 0 ali 2n – 12 = 0, 2n = 12, torej n = +6. Tako je oksidacijsko stanje kroma +6.

Primer 3. Določimo stopnjo oksidacije žvepla v sulfatnem ionu SO 4 2–. Ion SO 4 2– ima naboj –2. Oksidacijsko stanje kisika je –2. Označimo oksidacijsko stopnjo žvepla z n, potem je n + 4 × (–2) = –2 ali n – 8 = –2 ali n = –2 – (–8), torej n = +6. Tako je oksidacijsko stanje žvepla +6.

Ne smemo pozabiti, da oksidacijsko stanje včasih ni enako valenci danega elementa.

Na primer, oksidacijska stanja atoma dušika v molekuli amoniaka NH 3 ali v molekuli hidrazina N 2 H 4 so –3 oziroma –2, medtem ko je valenca dušika v teh spojinah tri.

Največje pozitivno oksidacijsko stanje za elemente glavnih podskupin je praviloma enako številki skupine (izjeme: kisik, fluor in nekateri drugi elementi).

Največje negativno oksidacijsko stanje je 8 - številka skupine.

Naloge za usposabljanje

1. V kateri spojini je oksidacijsko stanje fosforja +5?

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Li 3 P
4) AlP

2. V kateri spojini je oksidacijsko stanje fosforja enako –3?

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Li 3 PO 4
4) AlP

3. V kateri spojini je oksidacijsko stanje dušika enako +4?

1) HNO2
2) N 2 O 4
3) N 2 O
4) HNO3

4. V kateri spojini je oksidacijsko stanje dušika enako –2?

1) NH 3
2) N 2 H 4
3) N 2 O 5
4) HNO2

5. V kateri spojini je oksidacijsko stanje žvepla +2?

1) Na 2 SO 3
2)SO2
3) SCl 2
4) H2SO4

6. V kateri spojini je oksidacijsko stanje žvepla +6?

1) Na 2 SO 3
2) SO 3
3) SCl 2
4) H 2 SO 3

7. V snoveh, katerih formule so CrBr 2, K 2 Cr 2 O 7, Na 2 CrO 4, je oksidacijsko stanje kroma enako

1) +2, +3, +6
2) +3, +6, +6
3) +2, +6, +5
4) +2, +6, +6

8. Najmanjše negativno oksidacijsko stanje kemičnega elementa je običajno enako

1) številka obdobja
3) število elektronov, ki manjkajo za dokončanje zunanje elektronske plasti

9. Največje pozitivno oksidacijsko stanje kemičnih elementov, ki se nahajajo v glavnih podskupinah, je praviloma enako

1) številka obdobja
2) serijska številka kemičnega elementa
3) številka skupine
4) skupno število elektronov v elementu

10. Fosfor ima v spojini največje pozitivno oksidacijsko stanje

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Na3P
4) Ca 3 P 2

11. Fosfor ima v spojini minimalno oksidacijsko stanje

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Na 3 PO 4
4) Ca 3 P 2

12. Atomi dušika v amonijevem nitritu, ki se nahajajo v kationu in anionu, kažejo oksidacijska stanja oz.

1) –3, +3
2) –3, +5
3) +3, –3
4) +3, +5

13. Valenca in oksidacijsko stanje kisika v vodikovem peroksidu sta enaki

1) II, –2
2) II, –1
3) Jaz, +4
4) III, –2

14. Valenca in stopnja oksidacije žvepla v piritu FeS2 sta enaki

1) IV, +5
2) II, –1
3) II, +6
4) III, +4

15. Valenca in oksidacijsko stanje atoma dušika v amonijevem bromidu sta enaki

1) IV, –3
2) III, +3
3) IV, –2
4) III, +4

16. Atom ogljika kaže negativno oksidacijsko stanje v kombinaciji z

1) kisik
2) natrij
3) fluor
4) klor

17. kaže v svojih spojinah konstantno stanje oksidacije

1) stroncij
2) železo
3) žveplo
4) klor

18. Njihove spojine imajo lahko oksidacijsko stanje +3

1) klor in fluor
2) fosfor in klor
3) ogljik in žveplo
4) kisik in vodik

19. Njihove spojine imajo lahko oksidacijsko stanje +4

1) ogljik in vodik
2) ogljik in fosfor
3) ogljik in kalcij
4) dušik in žveplo

20. Oksidacijsko stanje je enako številu skupine v njegovih spojinah

1) klor
2) železo
3) kisik
4) fluor

Elektronegativnost se tako kot druge lastnosti atomov kemičnih elementov občasno spreminja z naraščanjem atomskega števila elementa:

Zgornji graf prikazuje periodičnost sprememb elektronegativnosti elementov glavnih podskupin v odvisnosti od atomskega števila elementa.

Pri premikanju po podskupini periodnega sistema navzdol se elektronegativnost kemijskih elementov zmanjšuje, pri premikanju v desno vzdolž periode pa se povečuje.

Elektronegativnost odraža nekovinskost elementov: višja kot je vrednost elektronegativnosti, več nekovinskih lastnosti ima element.

Oksidacijsko stanje

Kako izračunati oksidacijsko stanje elementa v spojini?

1) Oksidacijsko stanje kemičnih elementov v enostavnih snoveh je vedno nič.

2) Obstajajo elementi, ki izkazujejo konstantno stanje oksidacije v kompleksnih snoveh:

3) Obstajajo kemični elementi, ki kažejo konstantno oksidacijsko stanje v veliki večini spojin. Ti elementi vključujejo:

4) Algebraična vsota oksidacijskih stanj vseh atomov v molekuli je vedno enaka nič. Algebraična vsota oksidacijskih stanj vseh atomov v ionu je enaka naboju iona.

5) Najvišje (maksimalno) oksidacijsko stanje je enako številki skupine. Izjeme, ki ne spadajo pod to pravilo, so elementi sekundarne podskupine I. skupine, elementi sekundarne podskupine VIII. skupine ter kisik in fluor.

Kemijski elementi, katerih številka skupine ne sovpada z njihovim najvišjim oksidacijskim stanjem (obvezno zapomniti)

6) Najnižje oksidacijsko stanje kovin je vedno nič, najnižje oksidacijsko stanje nekovin pa se izračuna po formuli:

najnižje oksidacijsko stanje nekovine = številka skupine − 8

Na podlagi zgoraj navedenih pravil lahko določite oksidacijsko stanje kemičnega elementa v kateri koli snovi.

Iskanje oksidacijskih stanj elementov v različnih spojinah

Primer 1

Določite oksidacijska stanja vseh elementov v žveplovi kislini.

rešitev:

Zapišimo formulo žveplove kisline:

Oksidacijsko stanje vodika v vseh kompleksnih snoveh je +1 (razen kovinskih hidridov).

Oksidacijsko stanje kisika v vseh kompleksnih snoveh je -2 (razen peroksidov in kisikovega fluorida OF 2). Uredimo znana oksidacijska stanja:

Označimo oksidacijsko stanje žvepla kot x:

Molekula žveplove kisline je tako kot molekula katere koli snovi na splošno električno nevtralna, ker vsota oksidacijskih stanj vseh atomov v molekuli je nič. Shematično je to mogoče prikazati na naslednji način:

Tisti. dobili smo naslednjo enačbo:

Rešimo:

Tako je oksidacijsko stanje žvepla v žveplovi kislini +6.

Primer 2

Določite oksidacijsko stanje vseh elementov v amonijevem dikromatu.

rešitev:

Zapišimo formulo amonijevega dikromata:

Tako kot v prejšnjem primeru lahko uredimo oksidacijska stanja vodika in kisika:

Vendar vidimo, da oksidacijska stanja dveh kemičnih elementov hkrati niso znana - dušika in kroma. Zato ne moremo najti oksidacijskih stanj podobno kot v prejšnjem primeru (ena enačba z dvema spremenljivkama nima ene rešitve).

Opozorimo na dejstvo, da ta snov spada v razred soli in ima zato ionsko strukturo. Potem lahko upravičeno rečemo, da sestava amonijevega dikromata vključuje katione NH 4 + (naboj tega kationa je razviden iz tabele topnosti). Posledično, ker enota formule amonijevega dikromata vsebuje dva pozitivna enojno nabita kationa NH 4 +, je naboj dikromatnega iona enak -2, ker je snov kot celota električno nevtralna. Tisti. snov tvorijo kationi NH 4 + in anioni Cr 2 O 7 2-.

Poznamo oksidacijska stanja vodika in kisika. Vedeti, da je vsota oksidacijskih stanj atomov vseh elementov v ionu enaka naboju, in označevati oksidacijska stanja dušika in kroma kot x in l v skladu s tem lahko zapišemo:

Tisti. dobimo dve neodvisni enačbi:

Reševanje katerega, ugotovimo x in l:

Tako so v amonijevem dikromatu oksidacijske stopnje dušika -3, vodika +1, kroma +6 in kisika -2.

Preberete lahko, kako določite oksidacijska stanja elementov v organskih snoveh.

Valenca

Valenca atomov je označena z rimskimi številkami: I, II, III itd.

Valenčne sposobnosti atoma so odvisne od količine:

1) neparni elektroni

2) osamljeni elektronski pari v orbitalah valenčnih ravni

3) prazne elektronske orbitale valenčne ravni

Valenčne možnosti atoma vodika

Uparimo elektronsko grafično formulo vodikovega atoma:

Rečeno je bilo, da lahko trije dejavniki vplivajo na valenčne možnosti - prisotnost neparnih elektronov, prisotnost osamljenih elektronskih parov na zunanji ravni in prisotnost praznih (praznih) orbital na zunanji ravni. Vidimo en nesparjeni elektron na zunanjem (in edinem) energijskem nivoju. Na podlagi tega ima lahko vodik zagotovo valenco I. Vendar pa je na prvem energijskem nivoju le en podravni - s, tiste. Vodikov atom na zunanjem nivoju nima niti osamljenih elektronskih parov niti praznih orbital.

Tako je edina valenca, ki jo lahko izkazuje vodikov atom, I.

Valenčne možnosti ogljikovega atoma

Oglejmo si elektronsko zgradbo ogljikovega atoma. V osnovnem stanju je elektronska konfiguracija njegovega zunanjega nivoja naslednja:

Tisti. v osnovnem stanju na zunanji energijski ravni nevzbujenega ogljikovega atoma sta 2 nesparjena elektrona. V tem stanju lahko kaže valenco II. Vendar pa atom ogljika zelo enostavno preide v vzbujeno stanje, ko se mu posreduje energija, elektronska konfiguracija zunanje plasti pa ima v tem primeru obliko:

Kljub dejstvu, da se določena količina energije porabi za proces vzbujanja ogljikovega atoma, se ta poraba več kot nadomesti s tvorbo štirih kovalentnih vezi. Zaradi tega je valenca IV veliko bolj značilna za ogljikov atom. Na primer, ogljik ima valenco IV v molekulah ogljikovega dioksida, ogljikove kisline in absolutno vseh organskih snovi.

Poleg nesparjenih elektronov in osamljenih elektronskih parov na valenčne možnosti vpliva tudi prisotnost prostih orbital ()valenčne ravni. Prisotnost takih orbital na napolnjeni ravni vodi do dejstva, da lahko atom deluje kot akceptor elektronskega para, tj. tvorijo dodatne kovalentne vezi preko donorsko-akceptorskega mehanizma. Na primer, v nasprotju s pričakovanji, v molekuli ogljikovega monoksida CO vez ni dvojna, ampak trojna, kot je jasno prikazano na naslednji sliki:

Valenčne možnosti atoma dušika

Zapišimo elektronsko grafično formulo za zunanjo energijsko raven atoma dušika:

Kot je razvidno iz zgornje ilustracije, ima atom dušika v svojem normalnem stanju 3 neparne elektrone, zato je logično domnevati, da je sposoben pokazati valenco III. Dejansko je v molekulah amoniaka (NH 3), dušikove kisline (HNO 2), dušikovega triklorida (NCl 3) itd. opaziti valenco tri.

Zgoraj je bilo rečeno, da valenca atoma kemičnega elementa ni odvisna samo od števila neparnih elektronov, temveč tudi od prisotnosti osamljenih elektronskih parov. To je posledica dejstva, da lahko kovalentna kemična vez nastane ne samo, ko dva atoma drug drugemu zagotovita en elektron, ampak tudi, ko en atom z osamljenim parom elektronov - donor () zagotovi drugemu atomu s praznim ( ) orbitalni valenčni nivo (akceptor). Tisti. Pri atomu dušika je možna tudi valenca IV zaradi dodatne kovalentne vezi, ki nastane po donorno-akceptorskem mehanizmu. Na primer, med tvorbo amonijevega kationa opazimo štiri kovalentne vezi, od katerih ena nastane z donorsko-akceptorskim mehanizmom:

Kljub dejstvu, da ena od kovalentnih vezi nastane po donorsko-akceptorskem mehanizmu, so vse N-H vezi v amonijevem kationu popolnoma enake in se med seboj ne razlikujejo.

Atom dušika ne more pokazati valence, ki je enaka V. To je posledica dejstva, da je nemogoče, da atom dušika preide v vzbujeno stanje, v katerem sta dva elektrona seznanjena s prehodom enega od njih na prosto orbito, ki je najbližja energijski ravni. Atom dušika nima št d-podravni, prehod v 3s orbitalo pa je energetsko tako drag, da se stroški energije ne pokrijejo s tvorbo novih vezi. Mnogi se morda sprašujejo, kakšna je valenca dušika, na primer, v molekulah dušikove kisline HNO 3 ali dušikovega oksida N 2 O 5? Nenavadno je, da je tudi tam valenca IV, kot je razvidno iz naslednjih strukturnih formul:

Črtkana črta na sliki prikazuje t.i delokalizirano π - povezava. Iz tega razloga lahko terminalne NO obveznice imenujemo "ena in pol obveznice". Podobne en-in-pol vezi so prisotne tudi v molekuli ozona O 3, benzena C 6 H 6 itd.

Valenčne možnosti fosforja

Uparimo elektronsko grafično formulo zunanje energijske ravni atoma fosforja:

Kot vidimo, je struktura zunanjega sloja atoma fosforja v osnovnem stanju in atoma dušika enaka, zato je logično pričakovati, da bodo tako za atom fosforja kot za atom dušika možne valence enake I, II, III in IV, kot se opazi v praksi.

Vendar pa ima za razliko od dušika tudi atom fosforja d-podnivoj s 5 prostimi orbitalami.

V zvezi s tem je sposoben preiti v vzbujeno stanje, ki pari elektrone 3 s-orbitale:

Tako je možna valenca V za atom fosforja, ki je dušiku nedostopen. Na primer, atom fosforja ima valenco pet v molekulah spojin, kot so fosforjeva kislina, fosforjevi (V) halidi, fosforjev (V) oksid itd.

Valenčne možnosti atoma kisika

Elektronska grafična formula za zunanjo energijsko raven atoma kisika ima obliko:

Na 2. nivoju vidimo dva nesparjena elektrona, zato je za kisik možna valenca II. Opozoriti je treba, da je ta valenca kisikovega atoma opažena v skoraj vseh spojinah. Zgoraj, ko smo razmišljali o valenčnih sposobnostih ogljikovega atoma, smo razpravljali o nastanku molekule ogljikovega monoksida. Vez v molekuli CO je trojna, zato je kisik tam trivalenten (kisik je donor elektronskega para).

Zaradi dejstva, da atom kisika nima zunanjega d-podravni, združevanje elektronov s in p- orbital je nemogoče, zato so valenčne sposobnosti atoma kisika omejene v primerjavi z drugimi elementi njegove podskupine, na primer žveplom.

Valenčne možnosti atoma žvepla

Zunanja energijska raven atoma žvepla v nevzbujenem stanju:

Tako kot kisikov atom ima žveplov atom običajno dva nesparjena elektrona, zato lahko sklepamo, da je za žveplo možna valenca dveh. Dejansko ima žveplo valenco II, na primer v molekuli vodikovega sulfida H 2 S.

Kot vidimo, se atom žvepla pojavi na zunanji ravni d-podnivo s prostimi orbitalami. Zaradi tega lahko atom žvepla razširi svoje valenčne sposobnosti, za razliko od kisika, zaradi prehoda v vzbujena stanja. Tako pri združevanju osamljenega elektronskega para 3 str- podravni, atom žvepla pridobi elektronsko konfiguracijo zunanje ravni naslednje oblike:

V tem stanju ima atom žvepla 4 neparne elektrone, kar nam pove, da lahko atomi žvepla kažejo valenco IV. Dejansko ima žveplo valenco IV v molekulah SO 2, SF 4, SOCl 2 itd.

Pri združevanju drugega osamljenega elektronskega para, ki se nahaja pri 3 s-podravni, zunanja energijska raven pridobi konfiguracijo:

V tem stanju postane možna manifestacija valence VI. Primeri spojin s VI-valentnim žveplom so SO 3, H 2 SO 4, SO 2 Cl 2 itd.

Podobno lahko upoštevamo valenčne možnosti drugih kemičnih elementov.

Oksidacijsko stanje. Določanje oksidacijskega stanja atoma elementa s pomočjo kemijske formule spojine. Sestavljanje formule spojine na podlagi znanih oksidacijskih stanj elementarnih atomov

Oksidacijsko stanje elementa je pogojni naboj atoma v snovi, izračunan ob predpostavki, da je sestavljena iz ionov. Za določitev oksidacijskega stanja elementov se morate spomniti nekaterih pravil:

1. Oksidacijsko stanje je lahko pozitivno, negativno ali nič. Označena je z arabsko številko z znakom plus ali minus nad simbolom elementa.

2. Pri določanju oksidacijskih stanj izhajamo iz elektronegativnosti snovi: vsota oksidacijskih stanj vseh atomov v spojini je nič.

3. Če spojino tvorijo atomi enega elementa (v enostavni snovi), potem je oksidacijsko stanje teh atomov nič.

4. Atomom nekaterih kemičnih elementov so običajno dodeljena oksidacijska stanja jekla. Na primer, oksidacijsko stanje fluora v spojinah je vedno -1; litij, natrij, kalij, rubidij in cezij +1; magnezij, kalcij, stroncij, barij in cink +2, aluminij +3.

5. Oksidacijsko stanje vodika je v večini spojin +1, le v spojinah z nekaterimi kovinami pa je enako -1 (KH, BaH2).

6. Oksidacijsko stanje kisika je v večini spojin -2, le nekaterim spojinam pa mu pripišemo oksidacijsko stanje -1 (H2O2, Na2O2 ali +2 (OF2).

7. Atomi številnih kemičnih elementov imajo spremenljiva oksidacijska stanja.

8. Oksidacijsko stanje kovinskega atoma v spojinah je pozitivno in je številčno enako njegovi valenci.

9. Najvišje pozitivno oksidacijsko stanje elementa je običajno enako številki skupine v periodnem sistemu, v kateri je element.

10. Minimalno oksidacijsko stanje za kovine je nič. Za nekovine je v večini primerov pod negativno oksidacijsko stopnjo enako razliki med številko skupine in številko osem.

11. Oksidacijsko stanje atoma tvori preprost ion (sestoji iz enega atoma) in je enako naboju tega iona.

Z zgornjimi pravili bomo določili oksidacijska stanja kemičnih elementov v sestavi H2SO4. To je kompleksna snov, sestavljena iz treh kemičnih elementov - vodika H, ​​žvepla S in kisika O. Upoštevajte oksidacijska stanja tistih elementov, za katere so konstantna. V našem primeru sta to vodik H in kisik O.

Določimo neznano oksidacijsko stanje žvepla. Naj bo oksidacijsko stanje žvepla v tej spojini x.

Ustvarimo enačbe tako, da za vsak element pomnožimo njegov indeks s stopnjo oksidacije in izenačimo ekstrahirano količino z nič: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0

2 + X – 8 = 0

x = +8 – 2 = +6

Zato je oksidacijsko število žvepla plus šest.

V naslednjem primeru bomo izvedeli, kako sestaviti formulo za spojino z znanimi oksidacijskimi stanji elementarnih atomov. Ustvarimo formulo za železov (III) oksid. Beseda "oksid" pomeni, da morate desno od simbola železa napisati simbol kisika: FeO.

Zabeležimo si oksidacijska stanja kemičnih elementov nad njihovimi simboli. Oksidacijsko stanje železa je v imenu navedeno v oklepajih (III), zato je enako +3, oksidacijsko stanje kisika v oksidih je -2.

Poiščimo najmanjši skupni večkratnik števil 3 in 2, to je 6. Število 6 delimo s 3, dobimo število 2 – to je indeks za železo. Število 6 delimo z 2, dobimo številko 3 - to je indeks za kisik.

V naslednjem primeru bomo ugotovili, kako ustvariti formulo za spojino z znanimi oksidacijskimi stanji atomov elementov in nabojev ionov. Ustvarimo formulo za kalcijev ortofosfat. Beseda "ortofosfat" pomeni, da morate desno od simbola kalcija napisati kislinski ostanek ortofosfatne kisline: CaPO4.

Zabeležimo si oksidacijsko stopnjo kalcija (četrto pravilo) in naboj kislinskega ostanka (po tabeli topnosti).

Poiščimo najmanjši skupni večkratnik števil 2 in 3, to je 6. Število 6 delimo z 2, dobimo število 3 – to je indeks za kalcij. Število 6 razdelimo na 3, dobimo številko 2 - to je indeks kislinskega ostanka.

Kako določiti oksidacijsko stanje? Periodni sistem vam omogoča, da zabeležite to kvantitativno vrednost za kateri koli kemični element.

Opredelitev

Najprej poskusimo razumeti, kaj ta izraz predstavlja. Oksidacijsko stanje po periodnem sistemu predstavlja število elektronov, ki jih sprejme ali odda element v procesu kemijske interakcije. Lahko ima negativno in pozitivno vrednost.

Povezava s tabelo

Kako se določi oksidacijsko stanje? Periodni sistem je sestavljen iz osmih skupin, ki so razporejene navpično. Vsaka od njih ima dve podskupini: glavno in sekundarno. Če želite nastaviti meritve za elemente, morate uporabiti določena pravila.

Navodila

Kako izračunati oksidacijska stanja elementov? Tabela vam omogoča, da se v celoti spopadete s to težavo. Alkalijske kovine, ki se nahajajo v prvi skupini (glavna podskupina), imajo v spojinah oksidacijsko stanje, ustreza +, kar je enako njihovi najvišji valenci. Kovine druge skupine (podskupina A) imajo oksidacijsko stanje +2.

Tabela vam omogoča, da določite to vrednost ne samo za elemente, ki kažejo kovinske lastnosti, ampak tudi za nekovine. Njihova največja vrednost bo ustrezala najvišji valenci. Na primer, za žveplo bo +6, za dušik +5. Kako se izračuna njihova minimalna (najnižja) vrednost? Tabela odgovarja tudi na to vprašanje. Od osem morate odšteti številko skupine. Na primer, za kisik bo -2, za dušik -3.

Za enostavne snovi, ki niso vstopile v kemično interakcijo z drugimi snovmi, se določeni indikator šteje za enak nič.

Poskusimo identificirati glavna dejanja, povezana z razporeditvijo v binarnih spojinah. Kako v njih nastaviti oksidacijsko stanje? Periodni sistem pomaga rešiti problem.

Za primer vzemimo kalcijev oksid CaO. Za kalcij, ki se nahaja v glavni podskupini druge skupine, bo vrednost konstantna, enaka +2. Za kisik, ki ima nekovinske lastnosti, bo ta indikator negativna vrednost in ustreza -2. Da bi preverili pravilnost definicije, povzemamo dobljene številke. Kot rezultat dobimo nič, zato so izračuni pravilni.

Določimo podobne indikatorje v drugi binarni spojini CuO. Ker se baker nahaja v sekundarni podskupini (prva skupina), ima proučevani indikator lahko različne vrednosti. Zato morate za njegovo določitev najprej določiti indikator za kisik.

Nekovina, ki se nahaja na koncu binarne formule, ima negativno oksidacijsko število. Ker se ta element nahaja v šesti skupini, pri odštevanju šestih od osmih dobimo, da oksidacijsko stanje kisika ustreza -2. Ker v spojini ni indeksov, bo torej indeks oksidacijskega stanja bakra pozitiven, enak +2.

Kako se sicer uporablja tabela za kemijo? Tudi oksidacijska stanja elementov v formulah, sestavljenih iz treh elementov, se izračunajo s posebnim algoritmom. Najprej so ti indikatorji postavljeni na prvi in ​​zadnji element. Prvič, ta indikator bo imel pozitivno vrednost, ki ustreza valenci. Za skrajni element, ki je nekovina, ima ta kazalnik negativno vrednost; določi se kot razlika (številka skupine se odšteje od osem). Pri izračunu oksidacijskega stanja osrednjega elementa se uporablja matematična enačba. Pri izračunu se upoštevajo indeksi, ki so na voljo za vsak element. Vsota vseh oksidacijskih stopenj mora biti enaka nič.

Primer določanja v žveplovi kislini

Formula te spojine je H2SO4. Vodik ima oksidacijsko stopnjo +1, kisik pa oksidacijsko stopnjo -2. Za določitev oksidacijskega stanja žvepla sestavimo matematično enačbo: + 1 * 2 + X + 4 * (-2) = 0. Ugotovimo, da oksidacijsko stanje žvepla ustreza +6.

Zaključek

S pomočjo pravil lahko dodelite koeficiente v redoks reakcijah. To vprašanje je obravnavano v kemijskem tečaju devetega razreda šolskega kurikuluma. Poleg tega vam informacije o stopnjah oksidacije omogočajo dokončanje nalog OGE in USE.