Як визначити ступінь окислення атома хімічного елемента

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

Окислення і відновлення

У минулому хіміки використовували термін «окислення», щоб описати взаємодію кисню з іншими елементами. Назва реакцій походить від латинської назви кисню - Oxygenium. Пізніше з`ясувалося, що інші елементи теж окислюють. У цьому випадку вони відновлюються - приєднують електрони. Кожен атом при утворенні молекули змінює будову своєї валентної електронної оболонки. У цьому випадку з`являється формальний заряд, величина якого залежить від кількості умовно відданих або прийнятих електронів. Для характеристики цієї величини раніше застосовували англійська хімічний термін "oxidation number", який в перекладі означає «окислительное число». При його використанні виходять з припущення, що зв`язують електрони в молекулах або іони належать атому, що володіє більш високим значенням електронегативності (ЕО). Здатність утримувати свої електрони і притягувати їх від інших атомів добре виражена у сильних неметалів (галогенів, кисню). Протилежними властивостями володіють сильні метали (натрій, калій, літій, кальцій, інші лужні і лужноземельні елементи).

ступінь окислення

Визначення ступеня окислення

Ступенем окислення називають заряд, який атом придбав би в тому випадку, якщо б беруть участь в утворенні зв`язку електрони повністю змістилися до більш електронегативного елементу. Є речовини, які не мають молекулярного будови (нітрати лужних металів та інші сполуки). У цих випадках ступінь окислення збігається із зарядом іона. Умовний або реальний заряд показує, який процес стався до того, як атоми придбали свій нинішній стан. Позитивне значення ступеня окислення - це загальна кількість електронів, які були видалені з атомів. Негативне значення ступеня окислення дорівнює числу придбаних електронів. За зміною стану окислення хімічного елемента судять про те, що відбувається з його атомами в ході реакції (і навпаки). За кольором речовини визначають, які відбулися зміни в стані окислення. Сполуки хрому, заліза і ряду інших елементів, в яких вони проявляють різну валентність, пофарбовані неоднаково.

Негативне, нульове і позитивне значення ступеня окислення

ступеня окислення елементів

Прості речовини утворені хімічними елементами з однаковим значенням ЕО. В цьому випадку зв`язують електрони належать всім структурним часткам в рівній мірі. Отже, в простих речовинах елементам невластиво стан окислення (Н02, Про02, З0). Коли атоми приймають електрони або загальне хмара зміщується в їх сторону, заряди прийнято писати зі знаком "мінус". Наприклад, F-1,Про-2, З-4. Віддаючи електрони, атоми набувають реальний або формальний позитивний заряд. В оксиді OF2 атом кисню віддає по одному електрону двом атомам фтору і знаходиться в стані окислення Про+2. Вважають, що в молекулі або багатоатомних йоні більш електронегативний атоми отримують все зв`язують електрони.

Сірка - елемент, що виявляє різні валентність і ступені окиснення



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

  • в сульфіді фтору віддає один електрон: -1;
  • в сірководні нижче значення: -2;
  • в диоксиде проміжний стан: +4;
  • в триоксид, сірчаної кислоти і сульфатах: +6.

У своєму вищому стані окислення сірка тільки приймає електрони, в нижчого ступеня - проявляє сильні відновні властивості. атоми S+4 можуть проявляти в з`єднаннях функції восстановителей або окислювачів в залежності від умов.

ступеня окислення сірки

Перехід електронів в хімічних реакціях



При утворенні кристала кухонної солі натрій віддає електрони більш електронегативного хлору. Ступені окислення елементів збігаються з зарядами іонів: Na+1Cl-1. Для молекул, створених шляхом усуспільнення і зміщення електронних пар до більш електронегативного атома, застосовні тільки уявлення про формальне заряді. Але можна припустити, що всі з`єднання складаються з іонів. Тоді атоми, притягаючи електрони, набувають умовний негативний заряд, а віддаючи, - позитивний. У реакціях вказують, яке число електронів зміщується. Наприклад, в молекулі діоксиду вуглецю С+4Про-22 вказаний у верхньому правому куті індекс при хімічному символі вуглецю відображає кількість електронів, які ви видалили з атома. Для кисню в цій речовині характерний стан окислення -2. Відповідний індекс при хімічному знаку О - кількість доданих електронів в атомі.

перехід електронів

Як підрахувати ступеня окислення

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

  1. У простих речовинах ступеня окислення дорівнюють нулю.
  2. Сума окислення всіх атомів або іонів в нейтральному речовині дорівнює нулю.
  3. У складному йоні сума ступенів окислення всіх елементів повинна відповідати заряду всієї частки.
  4. Більш електронегативний атом набуває негативного стан окислення, яке записують зі знаком "мінус".
  5. Менш електронегативні елементи отримують позитивні ступеня окислення, їх записують зі знаком "плюс".
  6. Кисень в основному проявляє ступінь окислення, рівну -2.
  7. Для водню характерне значення: +1, в гідридах металів зустрічається: Н-1.
  8. Фтор - найбільш електронегативний з усіх елементів, його стан окислення завжди дорівнює -4.
  9. Для більшості металів окислювальні числа і валентності збігаються.

ступеня окислення і валентність металів

Ступінь окислення і валентність

Більшість сполук утворюються в результаті окисно-відновних процесів. Перехід або зміщення електронів від одних елементів до інших призводить до зміни їх стану окислення і валентності. Найчастіше ці величини збігаються. Як синонім до терміну «ступінь окислення» можна використовувати словосполучення «електрохімічна валентність». Але є винятки, наприклад, в іоні амонію азот чотиривалентний. Одночасно атом цього елемента знаходиться в стані окислення -3. В органічних речовинах вуглець завжди чотиривалентний, але стану окислення атома С в метані СН4, мурашиному спирті СН3ВІН і кислоті НСООН мають інші значення: -4, -2 і +2.

Окислювально-відновні реакції

фотосинтез

До окислювально-відновним відносяться багато найважливіші процеси в промисловості, техніці, живій і неживій природі: горіння, корозія, бродіння, внутрішньоклітинний дихання, фотосинтез і інші явища.

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

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

Придбання електронів атомом призводить до зниження його ступеня окислення (відновлення). Втрата атомом одного або декількох електронів супроводжується підвищенням окисного числа елемента в результаті реакцій. Для ОВР, що протікають між іонами сильних електролітів у водних розчинах, частіше використовують не електронний баланс, а метод напівреакцій.



Увага, тільки СЬОГОДНІ!

Увага, тільки СЬОГОДНІ!