Ступінь окиснення o. Правила визначення ступеня окислення хімічних елементів; методична розробка з хімії (8 клас) на тему. Вирішення задач на визначення ступеня окислення

Для характеристики стану елементів у сполуках запроваджено поняття ступеня окислення.

ВИЗНАЧЕННЯ

Число електронів, зміщених від атома даного елемента або атома даного елемента в з'єднанні називають ступенем окиснення.

Позитивний ступінь окислення позначає число електронів, що зміщуються від даного атома, а негативний - число електронів, що зміщуються до цього атома.

З цього визначення випливає, що в з'єднаннях з неполярними зв'язками ступінь окислення елементів дорівнює нулю. Прикладами таких сполук можуть бути молекули, що складаються з однакових атомів (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 електричного зарядуоскільки 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.

Вищий ступінь окислення

Для елементів, що виявляють у своїх сполуках різні ступені окислення, існують поняття найвищого (максимального позитивного) і нижчого (мінімального негативного) ступенів окислення. Вища ступінь окислення хімічного елемента зазвичай чисельно збігається з номером групи у Періодичній системі Д. І. Менделєєва. Винятки становлять фтор (ступінь окислення дорівнює -1, а елемент розташований у VIIA групі), кисень (ступінь окислення дорівнює +2, а елемент розташований у VIA групі), гелій, неон, аргон (ступінь окислення дорівнює 0, а елементи розташовані у VIII групі), а також елементи підгрупи кобальту та нікелю (ступінь окислення дорівнює +2, а елементи розташовані у VIII групі), для яких вищий ступінь окислення виражається числом, значення якого нижче, ніж номер групи, до якої вони відносяться. У елементів підгрупи міді, навпаки, вищий ступінь окиснення більше одиниці, хоча вони і відносяться до I групи (максимальний позитивний ступінь окиснення міді та срібла дорівнює +2, золота +3).

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

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

У сірковододі ступінь окислення сірки дорівнює (-2), а в простій речовині - сірці - 0:

Зміна рівня окислення сірки: -2 → 0, тобто. шостий варіант відповіді.

У простій речовині - сірці - ступінь окислення сірки дорівнює 0, а в SO 3 - (+6):

Зміна ступеня окиснення сірки: 0 → 6, тобто. четвертий варіант відповіді.

У сірчистій кислоті ступінь окислення сірки дорівнює (+4), а в простій речовині - сірці - 0:

1×2 +x+ 3×(-2) =0;

Зміна ступеня окиснення сірки: +4 → 0, тобто. Третій варіант відповіді.

ПРИКЛАД 2

Завдання

Валентність III і ступінь окислення (-3) азот виявляє у поєднанні: а) N 2 H 4 ; б) NH 3; в) NH4Cl; г) N 2 O 5

Рішення

Для того, щоб дати правильну відповідь на поставлене питання, почергово визначатимемо валентність і ступінь окислення азоту в запропонованих сполуках.

а) валентність водню завжди дорівнює I. Загальне числоодиниць валентності водню дорівнює 4-му (1×4 = 4). Розділимо отримане значення число атомів азоту в молекулі: 4/2 = 2, отже, валентність азоту дорівнює II. Цей варіант відповіді неправильний.

б) валентність водню завжди дорівнює I. Загальна кількість одиниць валентності водню дорівнює 3-му (1×3 = 3). Розділимо отримане значення число атомів азоту в молекулі: 3/1 = 2, отже, валентність азоту дорівнює III. Ступінь окислення азоту в аміаку дорівнює (-3):

Це вірна відповідь.

Відповідь

Варіант (б)

Електронегативність (ЕО) - Це здатність атомів притягувати електрони при зв'язуванні з іншими атомами .

Електронегативність залежить від відстані між ядром та валентними електронами, і від того, наскільки валентна оболонка близька до завершеної. Чим менший радіус атома і що більше валентних електронів, то вищий його ЭО.

Фтор є електронегативним елементом. По-перше, він має на валентній оболонці 7 електронів (до октету бракує всього 1-го електрона) і, по-друге, ця валентна оболонка (2s 2 2p 5) розташована близько до ядра.

Найменше електронегативні атоми лужних і лужноземельних металів. Вони мають великі радіуси та їх зовнішні електронні оболонки далекі від завершення. Їм набагато простіше віддати свої валентні електрони іншому атому (тоді передня оболонка стане завершеною), ніж «добирати» електрони.

Електронегативність можна висловити кількісно і побудувати елементи в ряд за її зростанням. Найчастіше використовують шкалу електронегативностей, запропоновану американським хіміком Л. Полінгом.

Різниця електронегативності елементів у з'єднанні ( ΔX) дозволить судити про тип хімічного зв'язку. Якщо величина Δ X= 0 – зв'язок ковалентна неполярна.

При різниці електронегативностей до 2,0 зв'язок називають ковалентної полярної, наприклад: зв'язок H-Fу молекулі фтороводню HF: Δ X = (3,98 - 2,20) = 1,78

Зв'язки з різницею електронегативностей більше 2,0 вважаються іонними. Наприклад: зв'язок Na-Cl у з'єднанні NaCl: X = (3,16 - 0,93) = 2,23.

Ступінь окислення

Ступінь окислення (СО) - Це умовний заряд атома в молекулі, обчислений у припущенні, що молекула складається з іонів і в цілому електронейтральна.

При утворенні іонного зв'язку відбувається перехід електрона від менш електронегативного атома до електронегативнішого, атоми втрачає свою електронейтральність, перетворюється на іони. з'являються цілі заряди. При утворенні ковалентного полярного зв'язку електрон переходить в повному обсязі, а частково, тому виникають часткові заряди (на малюнку нижче HCl). Уявімо, що електрон перейшов повністю від атома водню до хлору, і водню виник цілий позитивний заряд +1, але в хлорі -1. такі умовні заряди називають ступенем окислення.

На цьому малюнку зображені ступеня окиснення, характерні для перших 20 елементів.
Зверніть увагу. Вища СО зазвичай дорівнює номеру групи в таблиці Менделєєва. У металів основних підгруп – одна характерна СО, у неметалів, зазвичай, спостерігається розкид СО. Тому неметали утворюють велика кількістьз'єднань і мають більш «різноманітні» властивості, порівняно з металами.

Приклади визначення ступеня окиснення

Визначимо ступеня окиснення хлору в сполуках:

Ті правила, які ми розглянули не завжди дозволяють розрахувати СО всіх елементів, наприклад, у даній молекулі амінопропану.

Тут зручно користуватися наступним прийомом:

1)Зображаємо структурну формулу молекули, рисочка – це зв'язок, пара електронів.

2) Рисунок перетворюємо на стрілку, спрямовану до більш ЕО атома. Ця стрілка символізує перехід електрона до атома. Якщо пов'язані два однакові атоми, залишаємо межу як є – немає переходу електронів.

3) Вважаємо скільки електронів «прийшло» і «пішло».

Наприклад, порахуємо заряд першого атома вуглецю. Три стрілки спрямовані до атома, отже, 3 електрони надійшло, заряд -3.

Другий атом вуглецю: водень віддав електрон, а азот забрав один електрон. Заряд не змінився, дорівнює нулю. І т.д.

Валентність

Валентність(Від лат. valēns «має силу») - здатність атомів утворювати певну кількість хімічних зв'язків з атомами інших елементів.

В основному, під валентністю розуміється здатність атомів до утворення певної кількості ковалентних зв'язків. Якщо в атомі є nнеспарених електронів та mнеподілених електронних пар, цей атом може утворювати n+mковалентних зв'язків коїться з іншими атомами, тобто. його валентність дорівнюватиме n+m. Оцінюючи максимальної валентності слід з електронної конфігурації «збудженого» стану. Наприклад, максимальна валентність атома берилію, бору і азоту дорівнює 4 (наприклад, Be(OH) 4 2- , BF 4 - і NH 4 +), фосфору - 5 (PCl 5), сірки - 6 (H 2 SO 4) , Хлору - 7 (Cl 2 O 7).

У ряді випадків, валентність може чисельно збігатися зі ступенем окислення, але жодним чином вони не тотожні один одному. Наприклад, у молекулах N 2 і CO реалізується потрійний зв'язок (тобто валентність кожного атома дорівнює 3), проте ступінь окислення азоту дорівнює 0, вуглецю +2, кисню -2.

В азотній кислоті ступінь окислення азоту дорівнює +5, тоді як азот не може мати валентність вище 4, тому що має лише 4 орбіталі на зовнішньому рівні (а зв'язок можна розглядати як перекривання орбіталей). І взагалі, будь-який елемент другого періоду з цієї причини не може мати валентність більшу 4.

Ще кілька «підступних» питань, у яких часто роблять помилки.

У хімії терміни «окислення» і «відновлення» означає реакції, у яких атом чи група атомів втрачають чи, відповідно, набувають електрони. Ступінь окислення - це чисельна величина, що приписується одному або кільком атомам, що характеризує кількість перерозподіляються електронів і показує, яким чином ці електрони розподіляються між атомами при реакції. Визначення цієї величини може бути як простою, так і досить складною процедурою, залежно від атомів і молекул, що складаються з них. Більш того, атоми деяких елементів можуть володіти декількома ступенями окиснення. На щастя, визначення ступеня окислення існують нескладні однозначні правила, для впевненого користування якими достатньо знання основ хімії та алгебри.

Кроки

Частина 1

Визначення ступеня окиснення за законами хімії

Визначте, чи є речовина, що розглядається, елементарною.Ступінь окислення атомів поза хімічною сполукою дорівнює нулю. Це справедливо як для речовин, утворених з окремих вільних атомів, так і для таких, що складаються з двох або багатоатомних молекул одного елемента.

Наприклад, Al (s) і Cl 2 мають ступінь окислення 0, оскільки обидва знаходяться у хімічно незв'язаному елементарному стані.
Зверніть увагу, що алотропна форма сірки S 8 або октасера, незважаючи на свою нетипову будову, також характеризується нульовим ступенем окислення.

Визначте, чи складається речовина, що розглядається, з іонів.Ступінь окислення іонів дорівнює їхньому заряду. Це справедливо як вільних іонів, так тих, які входять до складу хімічних сполук.
- Наприклад, ступінь окислення іона Cl - дорівнює -1.
- Ступінь окислення іона Cl у складі хімічної сполуки NaCl також дорівнює -1. Оскільки іон Na, за визначенням, має заряд +1 ми укладаємо, що заряд іона Cl -1, і таким чином ступінь його окислення дорівнює -1.
Врахуйте, що іони металів можуть мати кілька ступенів окиснення.Атоми багатьох металевих елементів можуть іонізуватися різні величини. Наприклад, заряд іонів такого металу як залізо (Fe) дорівнює +2 або +3. Заряд іонів металу (і їх ступінь окислення) можна визначити зарядами іонів інших елементів, з якими цей метал входить до складу хімічної сполуки; у тексті цей заряд позначається римськими цифрами: залізо (III) має ступінь окислення +3.
- Як приклад розглянемо з'єднання, що містить іон алюмінію. Загальний заряд з'єднання AlCl 3 дорівнює нулю. Оскільки нам відомо, що іони Cl - мають заряд -1, і в поєднанні міститься 3 таких іони, для загальної нейтральності речовини, що розглядається, іон Al повинен мати заряд +3. Отже, у разі ступінь окислення алюмінію дорівнює +3.
Ступінь окиснення кисню дорівнює -2 (за деякими винятками).Майже завжди атоми кисню мають ступінь окислення -2. Є кілька винятків із цього правила:
- Якщо кисень знаходиться в елементарному стані (O 2), його ступінь окислення дорівнює 0, як і у інших елементарних речовин.
- Якщо кисень входить до складу перекису, Його ступінь окислення дорівнює -1. Перекису - це група сполук, що містять просту кисень-кисневий зв'язок (тобто аніон перекису O 2 -2). Наприклад, у складі молекули H 2 O 2 (перекис водню) кисень має заряд і рівень окислення -1.
- У поєднанні з фтором кисень має ступінь окислення +2, читайте правило для фтору нижче.
Водень характеризується ступенем окиснення +1, за деякими винятками.Як і для кисню, тут також є винятки. Як правило, ступінь окислення водню дорівнює +1 (якщо він не знаходиться в елементарному стані H2). Однак у сполуках, званих гідридами, ступінь окислення водню становить -1.
- Наприклад, H 2 O ступінь окислення водню дорівнює +1, оскільки атом кисню має заряд -2, і для загальної нейтральності необхідні два заряди +1. Тим не менш, у складі гідриду натрію ступінь окислення водню вже -1, так як іон Na несе заряд +1 і для загальної електронейтральності заряд атома водню (а тим самим і його ступінь окислення) повинен дорівнювати -1.
Фтор завждимає ступінь окиснення -1.Як було зазначено, ступінь окислення деяких елементів (іони металів, атоми кисню у перекисах тощо) може змінюватися залежно від низки чинників. Ступінь окиснення фтору, однак, незмінно становить -1. Це тим, що це елемент має найбільшу електронегативність - інакше кажучи, атоми фтору найменш охоче розлучаються з власними електронами і найактивніше притягують чужі електрони. Таким чином, їхній заряд залишається незмінним.
Сума ступенів окислення у поєднанні дорівнює його заряду.Ступені окислення всіх атомів, що входять до хімічне з'єднання, У сумі повинні давати заряд цього з'єднання. Наприклад, якщо з'єднання нейтральне, сума ступенів окислення всіх його атомів повинна дорівнювати нулю; якщо з'єднання є багатоатомним іоном із зарядом -1, сума ступенів окиснення дорівнює -1, і так далі.
- Це хороший метод- якщо сума ступенів окислення не дорівнює загальному заряду з'єднання, значить ви десь помилилися.
Частина 2
Визначення ступеня окиснення без використання законів хімії
1. Знайдіть атоми, які не мають суворих правил щодо ступеня окиснення.По відношенню до деяких елементів немає твердо встановлених правил знаходження ступеня окислення. Якщо атом не підпадає під жодне правило з перерахованих вище, і ви не знаєте його заряду (наприклад, атом входить до складу комплексу, і його заряд не вказаний), ви можете встановити ступінь окислення такого атома методом виключення. Спочатку визначте заряд решти атомів сполуки, а потім із відомого загального заряду сполуки обчисліть ступінь окислення даного атома.
  - Наприклад, у поєднанні Na 2 SO 4 невідомий заряд атома сірки (S) - ми лише знаємо, що він не нульовий, оскільки сірка знаходиться не в елементарному стані. Ця сполука є хорошим прикладом для ілюстрації методу алгебри визначення ступеня окислення.
2. Знайдіть ступені окислення інших елементів, що входять до з'єднання.За допомогою описаних вище правил визначте ступені окислення інших атомів сполуки. Не забувайте про винятки правил у випадку атомів O, H і так далі.
  - Для Na 2 SO 4 , користуючись нашими правилами, ми бачимо, що заряд (отже і ступінь окислення) іона Na дорівнює +1, а кожного з атомів кисню становить -2.
3. У з'єднаннях сума всіх ступенів окиснення повинна дорівнювати заряду. Наприклад, якщо з'єднання являє собою двоатомний іон, сума ступенів окислення атомів повинна дорівнювати загальному іонному заряду.
4. Дуже корисно вміти користуватися періодичною таблицею Менделєєва і знати, де в ній розміщуються металеві та неметалеві елементи.
5. Ступінь окислення атомів в елементарному вигляді завжди дорівнює нулю. Ступінь окислення одиничного іона дорівнює його заряду. Елементи групи 1A таблиці Менделєєва, такі як водень, літій, натрій, елементарному вигляді мають ступінь окислення +1; ступінь окислення металів групи 2A, таких як магній та кальцій, в елементарному вигляді дорівнює +2. Кисень і водень, залежно від виду хімічного зв'язку, можуть мати 2 різні значення ступеня окислення.

Ступінь окислення - це умовний заряд атомів хімічного елемента у поєднанні, обчислений з припущення, що зв'язки мають іонний тип. Ступені окислення можуть мати позитивне, негативне або нульове значення, тому алгебраїчна сума ступенів окислення елементів у молекулі з урахуванням числа їх атомів дорівнює 0, а в іоні - заряду іона.

Цей перелік ступенів окислення показує всі відомі ступені окислення хімічних елементів періодичної таблиці Менделєєва. Список базується на таблиці Грінвуда з усіма доповненнями. У рядках, виділених кольором, вписані інертні гази ступінь окислення яких дорівнює нулю.

−1

-3

−1

−4

−3

−2

−1

−3

−2

−1

−2

−1

−4

−3

−2

−1

−3

−2

−1

−2

−1

−2

−1

−3

−2

−1

−2

−1

−4

−3

−2

−1

−2

−1

−3

−1

−2

−1

−4

−3

−2

−1

−2

−1

−3

−1

−2

−1

−3

−1

−4

−3

−2

−1

100

101

102

103

104

105

106

107

108

Вищий ступінь окислення елемента відповідає номеру групи періодичної системи, де знаходиться даний елемент (виняток становлять: Au+3 (I група), Cu+2 (II), з VIII групи ступінь окислення +8 може бути тільки у осмію Os та рутенію Ru.

Ступені окислення металів у з'єднаннях

Ступені окислення металів у з'єднаннях завжди позитивні, якщо ж говорити про неметал, то їх ступінь окислення залежить від того, з яким атомом він з'єднаний елемент:

якщо з атомом неметалу то ступінь окислення може бути і позитивний, і негативний. Це залежить від електронегативності атомів елементів;
якщо з атомом металу, то ступінь окиснення негативна.

Негативний ступінь окислення неметалів

Вищий негативний ступінь окиснення неметалів можна визначити відніманням з 8 номери групи, у якій перебуває даний хімічний елемент, тобто. найвищий позитивний ступінь окислення дорівнює числу електронів на зовнішньому шарі, що відповідає номеру групи.

Зверніть увагу, що ступеня окислення простих речовин дорівнюють 0, незалежно від того метал це або неметал.

Джерела:

Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements - 2-ге вид. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997
Green Stable Magnesium(I) Compounds with Mg-Mg Bonds / Jones C.; Stasch A.. – Журнал Science, 2007. – Грудень (вип. 318 (№ 5857)
Журнал Science, 1970. – Вип. 3929. – № 168. – С. 362.
Журнал Journal of the Chemical Society, Chemical Communications, 1975. - З. 760b-761.
Irving Langmuir arrangement of electrons in atoms and molecules. – Журнал J. Am. Chem. Soc., 1919. – Вип. 41.

Відеокурс «Отримай п'ятірку» включає всі теми, необхідні для успішної здачі ЄДІз математики на 60-65 балів. Повністю всі завдання 1-13 Профільного ЄДІ з математики. Підходить також для здачі Базового ЄДІ з математики. Якщо ви хочете здати ЄДІ на 90-100 балів, вам треба вирішувати частину 1 за 30 хвилин і без помилок!

Курс підготовки до ЄДІ для 10-11 класів, а також для викладачів. Все необхідне, щоб вирішити частину 1 ЄДІ з математики (перші 12 завдань) та задачу 13 (тригонометрія). А це понад 70 балів на ЄДІ, і без них не обійтись ні стобальнику, ні гуманітарію.

Уся необхідна теорія. Швидкі способирішення, пастки та секрети ЄДІ. Розібрано всі актуальні завдання частини 1 із Банку завдань ФІПД. Курс повністю відповідає вимогам ЄДІ-2018.

Курс містить 5 великих тем, по 2,5 години кожна. Кожна тема дається з нуля, це просто і зрозуміло.

Сотні завдань ЄДІ. Текстові завдання та теорія ймовірностей. Прості і легко запам'ятовуються алгоритми розв'язання задач. Геометрія. Теорія, довідковий матеріал, аналіз всіх типів завдань ЄДІ. Стереометрія. Хитрі прийоми розв'язання, корисні шпаргалки, розвиток просторової уяви. Тригонометрія з нуля - до завдання 13. Розуміння замість зубріння. Наочне пояснення складних понять. Алгебра. Коріння, ступеня та логарифми, функція та похідна. База на вирішення складних завдань 2 частини ЄДІ.