Stopień utlenienia. Najwyższy stopień utlenienia

Przygotowanie chemii do ZNO i DPA
Wydanie kompleksowe

CZĘŚĆ I

CHEMIA OGÓLNA

WIĄZANIE CHEMICZNE I BUDOWA SUBSTANCJI

Stan utlenienia

Stan utlenienia to warunkowy ładunek atomu w cząsteczce lub krysztale, który powstał na nim, gdy wszystkie utworzone przez niego wiązania polarne miały charakter jonowy.

W przeciwieństwie do wartościowości, stopnie utlenienia mogą być dodatnie, ujemne lub zerowe. W prostych związkach jonowych stopień utlenienia pokrywa się z ładunkami jonów. Na przykład w chlorku sodu NaCl (Na + Cl - ) Sód ma stopień utlenienia +1, a chlor -1, w tlenku wapnia CaO (Ca +2 O -2) Wapń wykazuje stopień utlenienia +2, a tlen - -2. Zasada ta dotyczy wszystkich podstawowych tlenków: stopień utlenienia pierwiastka metalicznego jest równy ładunkowi jonu metalu (sód +1, bar +2, glin +3), a stopień utlenienia tlenu wynosi -2. Stopień utlenienia wskazują cyfry arabskie, które są umieszczone nad symbolem pierwiastka, podobnie jak wartościowość, i najpierw wskazują znak ładunku, a następnie jego wartość liczbową:

Jeżeli moduł stopnia utlenienia jest równy jeden, to liczbę „1” można pominąć i zapisać tylko znak: Na + Cl-.

Stopień utlenienia i wartościowość są pojęciami pokrewnymi. W wielu związkach bezwzględna wartość stopnia utlenienia pierwiastków pokrywa się z ich wartościowością. Istnieje jednak wiele przypadków, w których wartościowość różni się od stopnia utlenienia.

W prostych substancjach - niemetalach występuje kowalencyjne wiązanie niepolarne, wspólna para elektronów jest przesunięta do jednego z atomów, dlatego stopień utlenienia pierwiastków w prostych substancjach jest zawsze zerowy. Ale atomy są ze sobą połączone, to znaczy wykazują pewną wartościowość, jak na przykład w tlenie wartościowość tlenu wynosi II, a w azocie wartościowość azotu wynosi III:

W cząsteczce nadtlenku wodoru wartościowość tlenu to również II, a wodoru to I:

Definicja możliwych stopni utlenianie pierwiastków

Stopnie utlenienia, jakie pierwiastki mogą wykazywać w różnych związkach, w większości przypadków można określić na podstawie budowy zewnętrznego poziomu elektronowego lub miejsca pierwiastka w układzie okresowym.

Atomy pierwiastków metalicznych mogą jedynie oddawać elektrony, więc w związkach wykazują dodatnie stopnie utlenienia. Jego wartość bezwzględna w wielu przypadkach (z wyjątkiem d -elementy) jest równa liczbie elektronów na poziomie zewnętrznym, czyli numerowi grupy w układzie okresowym. atomy d -pierwiastki mogą też oddawać elektrony z poziomu przedniego, czyli z niewypełnionego d -orbitale. Dlatego za d -pierwiastków, znacznie trudniej jest określić wszystkie możliwe stopnie utlenienia niż dla s- i p-elementy. Śmiało można powiedzieć, że większość d -pierwiastki wykazują stopień utlenienia +2 ze względu na elektrony zewnętrznego poziomu elektronicznego, a maksymalny stopień utlenienia w większości przypadków jest równy numerowi grupy.

Atomy pierwiastków niemetalicznych mogą wykazywać zarówno dodatnie, jak i ujemne stopnie utlenienia, w zależności od tego, z którym atomem danego pierwiastka tworzą wiązanie. Jeśli pierwiastek jest bardziej elektroujemny, to wykazuje ujemny stopień utlenienia, a jeśli mniej elektroujemny - dodatni.

Bezwzględną wartość stopnia utlenienia pierwiastków niemetalicznych można określić na podstawie struktury zewnętrznej warstwy elektronicznej. Atom jest w stanie przyjąć tyle elektronów, że na jego zewnętrznym poziomie znajduje się osiem elektronów: pierwiastki niemetaliczne grupy VII pobierają jeden elektron i wykazują stopień utlenienia -1, grupa VI - dwa elektrony i wykazują stopień utlenienia - 2 itd.

Pierwiastki niemetaliczne mogą wydzielać różną liczbę elektronów: maksymalnie tyle, ile znajduje się na zewnętrznym poziomie energetycznym. Innymi słowy, maksymalny stopień utlenienia pierwiastków niemetalicznych jest równy numerowi grupy. Ze względu na nawijanie elektronów na zewnętrznym poziomie atomów liczba niesparowanych elektronów, które atom może oddać w reakcjach chemicznych, jest różna, więc pierwiastki niemetaliczne mogą wykazywać różne pośrednie stopnie utlenienia.

Możliwe stany utlenienia s - i p-elementy

Grupa PS
Najwyższy stopień utlenienia
Pośredni stopień utlenienia
Niższy stopień utlenienia

Oznaczanie stopni utlenienia w związkach

Dowolna elektrycznie obojętna cząsteczka, więc suma stopni utlenienia atomów wszystkich pierwiastków musi wynosić zero. Określmy stopień utlenienia siarki(I V) tlenek SO 2 siarczek taufosforu (V) P 2 S 5.

Tlenek siarki (i V) SO 2 utworzone przez atomy dwóch pierwiastków. Spośród nich tlen ma największą elektroujemność, więc atomy tlenu będą miały ujemny stopień utlenienia. Dla tlenu jest to -2. W tym przypadku siarka ma dodatni stopień utlenienia. W różnych związkach siarka może wykazywać różne stopnie utlenienia, więc w tym przypadku należy ją obliczyć. W cząsteczce SO2 dwa atomy tlenu na stopniu utlenienia -2, więc całkowity ładunek atomów tlenu wynosi -4. Aby cząsteczka była elektrycznie obojętna, atom siarki musi całkowicie zneutralizować ładunek obu atomów tlenu, więc stopień utlenienia siarki wynosi +4:

W cząsteczce fosforu V) siarczek P 2 S 5 pierwiastkiem bardziej elektroujemnym jest siarka, to znaczy wykazuje ujemny stopień utlenienia, a fosfor dodatni. W przypadku siarki ujemny stopień utlenienia wynosi tylko 2. Łącznie pięć atomów siarki ma ładunek ujemny -10. Dlatego dwa atomy fosforu muszą zneutralizować ten ładunek łącznym ładunkiem +10. Ponieważ w cząsteczce znajdują się dwa atomy fosforu, każdy z nich musi mieć stopień utlenienia +5:

Trudniej jest obliczyć stopień utlenienia w związkach niebinarnych - solach, zasadach i kwasach. Ale w tym celu należy również zastosować zasadę neutralności elektrycznej, a także pamiętać, że w większości związków stopień utlenienia tlenu wynosi -2, wodoru +1.

Rozważ to na przykładzie siarczanu potasu K2SO4. Stopień utlenienia potasu w związkach może wynosić tylko +1, a tlenu -2:

Z zasady elektroobojętności obliczamy stopień utlenienia siarki:

2(+1) + 1(x) + 4(-2) = 0, stąd x = +6.

Przy określaniu stopni utlenienia pierwiastków w związkach należy przestrzegać następujących zasad:

1. Stopień utlenienia pierwiastka w prostej substancji wynosi zero.

2. Fluor jest najbardziej elektroujemnym pierwiastkiem chemicznym, więc stopień utlenienia fluoru we wszystkich związkach wynosi -1.

3. Tlen jest najbardziej elektroujemnym pierwiastkiem po fluorze, dlatego stopień utlenienia tlenu we wszystkich związkach, z wyjątkiem fluorków, jest ujemny: w większości przypadków wynosi -2, aw nadtlenkach - -1.

4. Stopień utlenienia wodoru w większości związków wynosi +1, aw związkach z pierwiastkami metalicznymi (wodorki) - -1.

5. Stopień utlenienia metali w związkach jest zawsze dodatni.

6. Pierwiastek bardziej elektroujemny ma zawsze ujemny stopień utlenienia.

7. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce wynosi zero.

W wielu podręcznikach i podręcznikach szkolnych uczą, jak pisać wzory na wartościowości, nawet dla związków z wiązaniami jonowymi. Aby uprościć procedurę kompilowania formuł, jest to naszym zdaniem dopuszczalne. Ale musisz zrozumieć, że nie jest to całkowicie poprawne z powyższych powodów.

Bardziej uniwersalnym pojęciem jest pojęcie stopnia utlenienia. Na podstawie wartości stopni utlenienia atomów, a także wartościowości, można zestawiać wzory chemiczne i zapisywać jednostki wzoru.

Stan utlenienia to warunkowy ładunek atomu w cząstce (cząsteczka, jon, rodnik), obliczony w przybliżeniu, że wszystkie wiązania w cząstce są jonowe.

Przed określeniem stopni utlenienia konieczne jest porównanie elektroujemności atomów wiążących. Atom o wyższej elektroujemności ma ujemny stopień utlenienia, podczas gdy atom o niższej elektroujemności ma dodatni stopień utlenienia.

Aby obiektywnie porównać wartości elektroujemności atomów przy obliczaniu stopni utlenienia, w 2013 roku IUPAC zalecił stosowanie skali Allena.

* Na przykład w skali Allena elektroujemność azotu wynosi 3,066, a chloru 2,869.

Zilustrujmy powyższą definicję przykładami. Zróbmy wzór strukturalny cząsteczki wody.

Kowalencyjne polarne wiązania OH są pokazane na niebiesko.

Wyobraź sobie, że oba wiązania nie są kowalencyjne, ale jonowe. Gdyby były jonowe, jeden elektron przeszedłby z każdego atomu wodoru do bardziej elektroujemnego atomu tlenu. Przejścia te oznaczamy niebieskimi strzałkami.

*W tymna przykład strzałka służy do zilustrowania całkowitego przeniesienia elektronów, a nie do zilustrowania efektu indukcyjnego.

Łatwo zauważyć, że liczba strzałek pokazuje liczbę przeniesionych elektronów, a ich kierunek - kierunek przeniesienia elektronu.

Dwie strzałki skierowane są w stronę atomu tlenu, co oznacza, że ​​do atomu tlenu przechodzą dwa elektrony: 0 + (-2) = -2. Atom tlenu ma ładunek -2. Jest to stopień utlenienia tlenu w cząsteczce wody.

Jeden elektron opuszcza każdy atom wodoru: 0 - (-1) = +1. Oznacza to, że atomy wodoru mają stopień utlenienia +1.

Suma stopni utlenienia jest zawsze równa całkowitemu ładunkowi cząstki.

Na przykład suma stopni utlenienia w cząsteczce wody wynosi: +1(2) + (-2) = 0. Cząsteczka jest elektrycznie obojętną cząstką.

Jeśli obliczymy stopnie utlenienia w jonie, to odpowiednio suma stopni utlenienia jest równa jego ładunkowi.

Wartość stopnia utlenienia jest zwykle wskazywana w prawym górnym rogu symbolu pierwiastka. Ponadto, znak jest napisany przed liczbą. Jeśli znak znajduje się po liczbie, oznacza to ładunek jonu.

Na przykład S-2 jest atomem siarki na stopniu utlenienia -2, S 2- jest anionem siarki o ładunku -2.

S +6 O -2 4 2- - wartości stopni utlenienia atomów w anionie siarczanowym (ładunek jonu jest podświetlony na zielono).

Rozważmy teraz przypadek, w którym związek ma wiązania mieszane: Na 2 SO 4 . Wiązanie między anionem siarczanowym i kationami sodu jest jonowe, wiązania między atomem siarki i atomami tlenu w jonie siarczanowym są kowalencyjnie polarne. Zapisujemy graficzny wzór siarczanu sodu, a strzałki wskazują kierunek przejścia elektronów.

*Wzór strukturalny odzwierciedla kolejność wiązań kowalencyjnych w cząstce (cząsteczka, jon, rodnik). Wzory strukturalne stosuje się tylko dla cząstek z wiązaniami kowalencyjnymi. W przypadku cząstek z wiązaniami jonowymi pojęcie wzoru strukturalnego jest bez znaczenia. Jeśli w cząstce występują wiązania jonowe, wówczas stosuje się wzór graficzny.

Widzimy, że sześć elektronów opuszcza centralny atom siarki, co oznacza, że ​​stopień utlenienia siarki wynosi 0 - (-6) = +6.

Końcowe atomy tlenu mają po dwa elektrony, co oznacza, że ​​ich stopnie utlenienia wynoszą 0 + (-2) = -2

Mostkowe atomy tlenu przyjmują po dwa elektrony, ich stopień utlenienia wynosi -2.

Możliwe jest również określenie stopnia utlenienia za pomocą wzoru strukturalno-graficznego, w którym kreski oznaczają wiązania kowalencyjne, a jony oznaczają ładunek.

W tym wzorze mostkowe atomy tlenu mają już jednostkowe ładunki ujemne, a od atomu siarki dochodzi do nich dodatkowy elektron -1 + (-1) = -2, co oznacza, że ​​ich stopnie utlenienia wynoszą -2.

Stopień utlenienia jonów sodu jest równy ich ładunkowi, tj. +1.

Określmy stopnie utlenienia pierwiastków w nadtlenku (nadtlenku) potasu. Aby to zrobić, opracujemy graficzną formułę nadtlenku potasu, za pomocą strzałki pokażemy redystrybucję elektronów. Wiązanie OO jest kowalencyjne niespolaryzowane, więc nie jest w nim wskazane redystrybucja elektronów.

* Anion ponadtlenkowy jest jonem rodnikowym. Formalny ładunek jednego atomu tlenu wynosi -1, a drugiego z niesparowanym elektronem wynosi 0.

Widzimy, że stopień utlenienia potasu wynosi +1. Stopień utlenienia atomu tlenu zapisany we wzorze naprzeciwko potasu wynosi -1. Stopień utlenienia drugiego atomu tlenu wynosi 0.

W ten sam sposób możliwe jest określenie stopnia utlenienia za pomocą wzoru strukturalno-graficznego.

Kółka oznaczają ładunki formalne jonu potasu i jednego z atomów tlenu. W tym przypadku wartości ładunków formalnych pokrywają się z wartościami stopni utlenienia.

Ponieważ oba atomy tlenu w anionie ponadtlenkowym mają różne stopnie utlenienia, możemy obliczyć średni arytmetyczny stopień utlenienia tlen.

Będzie równy / 2 \u003d - 1/2 \u003d -0,5.

Wartości średnich arytmetycznych stopni utlenienia są zwykle podawane we wzorach brutto lub jednostkach wzoru, aby pokazać, że suma stopni utlenienia jest równa całkowitemu ładunkowi układu.

W przypadku nadtlenku: +1 + 2(-0,5) = 0

Łatwo jest określić stopnie utlenienia za pomocą wzorów punktu elektronowego, w których pojedyncze pary elektronów i elektrony wiązań kowalencyjnych są oznaczone kropkami.

Tlen jest pierwiastkiem z grupy VIA, dlatego w jego atomie znajduje się 6 elektronów walencyjnych. Wyobraź sobie, że wiązania w cząsteczce wody są jonowe, w takim przypadku atom tlenu otrzymałby oktet elektronów.

Stopień utlenienia tlenu jest odpowiednio równy: 6 - 8 \u003d -2.

I atomy wodoru: 1 - 0 = +1

Umiejętność określania stopnia utlenienia za pomocą wzorów graficznych jest nieoceniona dla zrozumienia istoty tego pojęcia, gdyż umiejętność ta będzie wymagana na kursie chemii organicznej. Jeśli mamy do czynienia z substancjami nieorganicznymi, to niezbędna jest umiejętność określania stopnia utlenienia za pomocą wzorów cząsteczkowych i jednostek wzoru.

Aby to zrobić, przede wszystkim musisz zrozumieć, że stopnie utlenienia są stałe i zmienne. Pierwiastki wykazujące stały stopień utlenienia muszą zostać zapamiętane.

Każdy pierwiastek chemiczny charakteryzuje się wyższymi i niższymi stopniami utlenienia.

Najniższy stopień utlenienia to ładunek, który uzyskuje atom w wyniku przyjęcia maksymalnej liczby elektronów na zewnętrznej warstwie elektronowej.

w związku z tym najniższy stopień utlenienia jest ujemny, z wyjątkiem metali, których atomy nigdy nie przyjmują elektronów ze względu na niskie wartości elektroujemności. Metale mają najniższy stopień utlenienia 0.

Większość niemetali głównych podgrup próbuje wypełnić swoją zewnętrzną warstwę elektronową do ośmiu elektronów, po czym atom uzyskuje stabilną konfigurację ( reguła oktetu). Dlatego, aby określić najniższy stopień utlenienia, konieczne jest zrozumienie, ile elektronów walencyjnych brakuje atomowi na oktet.

Na przykład azot jest pierwiastkiem z grupy VA, co oznacza, że ​​w atomie azotu jest pięć elektronów walencyjnych. Atomowi azotu brakuje o trzy elektrony do oktetu. Tak więc najniższy stopień utlenienia azotu to: 0 + (-3) = -3

Umiejętność znalezienia stopnia utlenienia pierwiastków chemicznych jest warunkiem koniecznym pomyślnego rozwiązania równań chemicznych opisujących reakcje redoks. Bez niej nie da się sporządzić dokładnego wzoru na substancję powstałą w wyniku reakcji różnych pierwiastków chemicznych. W rezultacie rozwiązanie problemów chemicznych opartych na takich równaniach będzie albo niemożliwe, albo błędne.

Pojęcie stopnia utlenienia pierwiastka chemicznego
Stan utlenienia- jest to wartość warunkowa, za pomocą której zwykle opisuje się reakcje redoks. Liczbowo jest równa liczbie elektronów, które atom otrzymuje ładunek dodatni, lub liczbie elektronów, które atom otrzymuje, przyczepiając do siebie ładunek ujemny.

W reakcjach redoks pojęcie stopnia utlenienia służy do określania wzorów chemicznych związków pierwiastków powstałych w wyniku oddziaływania kilku substancji.

Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że stopień utlenienia jest równoważny z pojęciem wartościowości pierwiastka chemicznego, ale tak nie jest. pojęcie wartościowość używany do ilościowego określania interakcji elektronowych w związkach kowalencyjnych, to znaczy w związkach utworzonych przez tworzenie wspólnych par elektronów. Stopień utlenienia jest używany do opisania reakcji, którym towarzyszy oddawanie lub zdobywanie elektronów.

W przeciwieństwie do wartościowości, która jest cechą neutralną, stopień utlenienia może mieć wartość dodatnią, ujemną lub zerową. Wartość dodatnia odpowiada liczbie oddanych elektronów, a wartość ujemna odpowiada liczbie przyłączonych. Wartość zero oznacza, że ​​pierwiastek jest albo w postaci prostej substancji, albo został zredukowany do 0 po utlenieniu, albo utleniony do zera po uprzedniej redukcji.

Jak określić stopień utlenienia określonego pierwiastka chemicznego
Określenie stopnia utlenienia dla określonego pierwiastka chemicznego podlega następującym zasadom:

1. Stopień utlenienia prostych substancji jest zawsze równy zeru.
   
2. Metale alkaliczne, które znajdują się w pierwszej grupie układu okresowego pierwiastków, mają stopień utlenienia +1.
   
3. Metale ziem alkalicznych, które zajmują drugą grupę w układzie okresowym, mają stopień utlenienia +2.
   
4. Wodór w związkach z różnymi niemetalami zawsze wykazuje stopień utlenienia +1, aw związkach z metalami +1.
   
5. Stopień utlenienia tlenu cząsteczkowego we wszystkich związkach rozważanych na szkolnym kursie chemii nieorganicznej wynosi -2. Fluor -1.
   
6. Przy określaniu stopnia utlenienia w produktach reakcji chemicznych wychodzą z zasady obojętności elektrycznej, zgodnie z którą suma stopni utlenienia różnych pierwiastków tworzących substancję musi być równa zeru.
   
7. Aluminium we wszystkich związkach wykazuje stopień utlenienia +3.
   

Co więcej, z reguły zaczynają się trudności, ponieważ pozostałe pierwiastki chemiczne wykazują i wykazują zmienny stopień utlenienia w zależności od rodzaju atomów innych substancji wchodzących w skład związku.

Istnieją wyższe, niższe i pośrednie stopnie utlenienia. Najwyższy stopień utlenienia, podobnie jak wartościowość, odpowiada numerowi grupy pierwiastka chemicznego w układzie okresowym, ale ma wartość dodatnią. Najniższy stopień utlenienia jest liczbowo równy różnicy między liczbą 8 grupy pierwiastków. Pośredni stopień utlenienia będzie dowolną liczbą w zakresie od najniższego do najwyższego stopnia utlenienia.

Aby ułatwić poruszanie się po różnych stopniach utlenienia pierwiastków chemicznych, zwracamy uwagę na poniższą tabelę pomocniczą. Wybierz interesujący Cię pierwiastek, a otrzymasz wartości jego możliwych stopni utlenienia. Rzadko występujące wartości zostaną podane w nawiasach.

Do scharakteryzowania stanu pierwiastków w związkach wprowadzono pojęcie stopnia utlenienia. Przez stopień utlenienia rozumie się warunkowy ładunek atomu w związku, obliczony przy założeniu, że związek składa się z jonów. Stopień utlenienia wskazuje cyfra arabska, która jest umieszczona przed symbolem pierwiastka, ze znakiem „+” lub „-”, odpowiadającym oddaniu lub pozyskaniu elektronów. Stopień utlenienia jest tylko wygodną formą uwzględniania przenoszenia elektronów, nie należy go uważać za efektywny ładunek atomu w cząsteczce (na przykład w cząsteczce LiF efektywne ładunki Li i F wynoszą + odpowiednio 0,89 i −0,89, podczas gdy stopnie utlenienia +1 i -1) lub jako wartościowość pierwiastka (na przykład w związkach CH 4, CH 3 OH, HCOOH, CO 2 wartościowość węgla wynosi 4 , a stopnie utlenienia to odpowiednio -4, -2, +2, +4).

Wartości liczbowe wartościowości i stopnia utlenienia mogą pokrywać się w wartościach bezwzględnych tylko wtedy, gdy powstają związki z wiązaniem jonowym. Przy określaniu stopnia utlenienia stosuje się następujące zasady:

1. Atomy pierwiastków, które są w stanie wolnym lub w postaci cząsteczek prostych substancji, mają stopień utlenienia równy zeru, na przykład Fe, Cu, H 2, N 2 itp.

2. Stopień utlenienia pierwiastka w postaci jonu jednoatomowego w związku o strukturze jonowej jest równy ładunkowi tego jonu, na przykład

3. Wodór w większości związków ma stopień utlenienia +1, z wyjątkiem wodorków metali (NaH, LiH), w których stopień utlenienia wodoru wynosi −1.

Najczęstszym stopniem utlenienia tlenu w związkach jest –2, z wyjątkiem nadtlenków (Na 2 O 2, H 2 O 2 – stopień utlenienia tlenu to −1) i F 2 O (stopień utlenienia tlenu to + 2).

Dla pierwiastków o zmiennym stopniu utlenienia jego wartość można obliczyć znając wzór związku i biorąc pod uwagę, że suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce wynosi zero. W złożonym jonie suma ta jest równa ładunkowi jonu. Na przykład stopień utlenienia atomu chloru w cząsteczce HClO 4, obliczony z całkowitego ładunku cząsteczki = 0, x to stopień utlenienia atomu chloru) wynosi +7. Stopień utlenienia atomu siarki w jonie SO wynosi +6.

Właściwości redoks pierwiastka zależą od stopnia jego utlenienia. Atomy tego samego pierwiastka mają niżej , wyższy oraz pośrednie stopnie utlenienia.

Znając stopień utlenienia pierwiastka w związku, można przewidzieć, czy związek ten wykazuje właściwości utleniające, czy redukujące.

Jako przykład rozważmy siarkę S i jej związki H 2 S, SO 2 i SO 3. Zależność między strukturą elektronową atomu siarki a jego właściwościami redoks w tych związkach jest wyraźnie pokazana w tabeli 7.1.

Aby prawidłowo umieścić stany utlenienia Należy pamiętać o czterech zasadach.

1) W prostej substancji stopień utlenienia dowolnego pierwiastka wynosi 0. Przykłady: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Należy pamiętać o elementach, dla których są one charakterystyczne stałe stany utlenienia. Wszystkie są wymienione w tabeli.

3) Najwyższy stopień utlenienia pierwiastka z reguły pokrywa się z numerem grupy, w której znajduje się ten pierwiastek (na przykład fosfor znajduje się w grupie V, najwyższe SD fosforu wynosi +5). Ważne wyjątki: F, O.

4) Poszukiwanie stopni utlenienia pozostałych pierwiastków opiera się na prostej zasadzie:

W cząsteczce obojętnej suma stopni utlenienia wszystkich pierwiastków jest równa zeru, aw jonie - ładunek jonu.

Kilka prostych przykładów określania stopni utlenienia

Przykład 1. Konieczne jest znalezienie stopni utlenienia pierwiastków w amoniaku (NH 3).

Decyzja. Wiemy już (patrz 2), że art. OK. wodór wynosi +1. Pozostaje znaleźć tę cechę dla azotu. Niech x będzie pożądanym stopniem utlenienia. Tworzymy najprostsze równanie: x + 3 (+1) \u003d 0. Rozwiązanie jest oczywiste: x \u003d -3. Odpowiedź: N -3 H 3 +1.

Przykład 2. Określ stopnie utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce H 2 SO 4.

Decyzja. Stopnie utlenienia wodoru i tlenu są już znane: H(+1) i O(-2). Tworzymy równanie do określania stopnia utlenienia siarki: 2 (+1) + x + 4 (-2) \u003d 0. Rozwiązując to równanie, znajdujemy: x \u003d +6. Odpowiedź: H +1 2 S +6 O -2 4 .

Przykład 3. Oblicz stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków w cząsteczce Al(NO 3) 3.

Decyzja. Algorytm pozostaje bez zmian. W skład „cząsteczki” azotanu glinu wchodzi jeden atom Al (+3), 9 atomów tlenu (-2) i 3 atomy azotu, których stopień utlenienia musimy obliczyć. Odpowiednie równanie: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. Odpowiedź: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

Przykład 4. Wyznacz stopnie utlenienia wszystkich atomów jonu (AsO 4) 3-.

Decyzja. W tym przypadku suma stopni utlenienia nie będzie już równa zeru, ale ładunkowi jonu, tj. -3. Równanie: x + 4 (-2) = -3. Odpowiedź: As(+5), O(-2).

Co zrobić, jeśli stopnie utlenienia dwóch pierwiastków są nieznane

Czy można określić stopnie utlenienia kilku pierwiastków jednocześnie za pomocą podobnego równania? Jeśli rozważymy ten problem z punktu widzenia matematyki, odpowiedź będzie negatywna. Równanie liniowe z dwiema zmiennymi nie może mieć jednoznacznego rozwiązania. Ale nie tylko rozwiązujemy równanie!

Przykład 5. Określ stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków w (NH 4) 2 SO 4.

Decyzja. Stopnie utlenienia wodoru i tlenu są znane, ale siarki i azotu nie. Klasyczny przykład problemu z dwiema niewiadomymi! Rozważymy siarczan amonu nie jako pojedynczą „cząsteczkę”, ale jako kombinację dwóch jonów: NH 4 + i SO 4 2-. Znamy ładunki jonów, każdy z nich zawiera tylko jeden atom o nieznanym stopniu utlenienia. Korzystając z doświadczenia zdobytego przy rozwiązywaniu poprzednich problemów, możemy łatwo znaleźć stopnie utlenienia azotu i siarki. Odpowiedź: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Wniosek: jeśli cząsteczka zawiera kilka atomów o nieznanym stopniu utlenienia, spróbuj „podzielić” cząsteczkę na kilka części.

Jak uporządkować stopnie utlenienia w związkach organicznych

Przykład 6. Wskaż stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków w CH 3 CH 2 OH.

Decyzja. Znajdowanie stopni utlenienia w związkach organicznych ma swoją specyfikę. W szczególności konieczne jest oddzielne znalezienie stopni utlenienia dla każdego atomu węgla. Możesz rozumować w następujący sposób. Rozważmy na przykład atom węgla w grupie metylowej. Ten atom C jest połączony z 3 atomami wodoru i sąsiednim atomem węgla. Na wiązaniu C-H gęstość elektronów przesuwa się w kierunku atomu węgla (ponieważ elektroujemność C przekracza EO wodoru). Gdyby to przemieszczenie było całkowite, atom węgla uzyskałby ładunek -3.

Atom C w grupie -CH 2 OH jest związany z dwoma atomami wodoru (przesunięcie gęstości elektronowej w kierunku C), jednym atomem tlenu (przesunięcie gęstości elektronowej w kierunku O) i jednym atomem węgla (można założyć, że zmiany gęstości elektronowej w tym przypadku nie ma). Stopień utlenienia węgla wynosi -2 +1 +0 = -1.

Odpowiedź: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.

Nie należy mylić pojęć „wartościowości” i „stanu utlenienia”!

Stan utlenienia jest często mylony z wartościowością. Nie popełniaj tego błędu. Wymienię główne różnice:

• stopień utlenienia ma znak (+ lub -), wartościowość - nie;
• stopień utlenienia może być równy zeru nawet w substancji złożonej, równość wartościowości do zera oznacza z reguły, że atom tego pierwiastka nie jest połączony z innymi atomami (nie będziemy omawiać żadnych związków inkluzyjnych i inne „egzotyki” tutaj);
• stopień utlenienia jest pojęciem formalnym, które nabiera prawdziwego znaczenia tylko w związkach z wiązaniami jonowymi, przeciwnie, pojęcie „wartościowości” jest najwygodniej stosowane w odniesieniu do związków kowalencyjnych.

Stopień utlenienia (a dokładniej jego moduł) jest często liczbowo równy wartościowości, ale jeszcze częściej te wartości NIE pokrywają się. Na przykład stopień utlenienia węgla w CO2 wynosi +4; wartościowość C jest również równa IV. Ale w metanolu (CH 3 OH) wartościowość węgla pozostaje taka sama, a stopień utlenienia C wynosi -1.

Mały test na temat „Stopień utlenienia”

Poświęć kilka minut, aby sprawdzić, jak zrozumiałeś ten temat. Musisz odpowiedzieć na pięć prostych pytań. Powodzenia!