Wiele podręczników i podręczników szkolnych uczy, jak tworzyć wzory na podstawie wartościowości, nawet dla związków z wiązaniami jonowymi. Naszym zdaniem jest to dopuszczalne, aby uprościć procedurę sporządzania wzorów. Ale musisz zrozumieć, że nie jest to całkowicie poprawne z powyższych powodów.
Bardziej uniwersalną koncepcją jest koncepcja stopnia utlenienia. Na podstawie wartości stopni utlenienia atomów, a także wartości wartościowości można zestawić wzory chemiczne i wpisz jednostki formuły.
Stan utlenienia- jest to ładunek warunkowy atomu w cząstce (cząsteczka, jon, rodnik), obliczony w przybliżeniu, że wszystkie wiązania w cząstce są jonowe.
Przed określeniem stopni utlenienia należy porównać elektroujemność związanych atomów. Atom C Świetna cena elektroujemność ma ujemny stopień utlenienia, a przy niższym ma dodatni stopień utlenienia.
Aby obiektywnie porównać wartości elektroujemności atomów przy obliczaniu stopni utlenienia, w 2013 roku IUPAC zalecił stosowanie skali Allena.
* Na przykład według skali Allena elektroujemność azotu wynosi 3,066, a chloru 2,869.
Zilustrujmy powyższą definicję przykładami. Komponujmy formuła strukturalna cząsteczki wody.
Kowalencyjny polarny Połączenia O-H zaznaczone na niebiesko.
Wyobraźmy sobie, że oba wiązania nie są kowalencyjne, ale jonowe. Gdyby były jonowe, wówczas jeden elektron zostałby przeniesiony z każdego atomu wodoru na bardziej elektroujemny atom tlenu. Oznaczmy te przejścia niebieskimi strzałkami.
*W tymna przykład strzałka służy do wizualnego zilustrowania całkowitego przeniesienia elektronów, a nie do zilustrowania efektu indukcyjnego.
Łatwo zauważyć, że liczba strzałek pokazuje liczbę przeniesionych elektronów, a ich kierunek wskazuje kierunek przenoszenia elektronów.
W stronę atomu tlenu skierowane są dwie strzałki, co oznacza, że na atom tlenu przechodzą dwa elektrony: 0 + (-2) = -2. Na atomie tlenu powstaje ładunek -2. Jest to stopień utlenienia tlenu w cząsteczce wody.
Każdy atom wodoru traci jeden elektron: 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 jest równa: +1(2) + (-2) = 0. Cząsteczka jest cząstką elektrycznie obojętną.
Jeśli obliczymy stopnie utlenienia w jonie, wówczas suma stopni utlenienia jest odpowiednio równa jego ładunkowi.
Wartość stopnia utlenienia jest zwykle wskazywana w prawym górnym rogu symbolu pierwiastka. Ponadto, znak jest zapisany przed liczbą. Jeśli znak występuje po liczbie, oznacza to ładunek jonu.
Na przykład S -2 to atom siarki na stopniu utlenienia -2, S 2- to anion siarki o ładunku -2.
S +6 O -2 4 2- - wartości stopni utlenienia atomów w anionie siarczanowym (ładunek jonu zaznaczono na zielono).
Rozważmy teraz przypadek, gdy 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 kowalencyjne polarne. Zapiszmy wzór graficzny siarczanu sodu i za pomocą strzałek wskażmy kierunek przejścia elektronów.
*Wzór strukturalny pokazuje 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 nie ma znaczenia. Jeżeli cząstka zawiera wiązania jonowe, stosuje się wzór graficzny.
Widzimy, że sześć elektronów opuszcza centralny atom siarki, co oznacza, że stopień utlenienia siarki wynosi 0 - (-6) = +6.
Każdy z końcowych atomów tlenu przyjmuje po dwa elektrony, co oznacza, że ich stopnie utlenienia wynoszą 0 + (-2) = -2
Każdy mostkujący atom tlenu przyjmuje po dwa elektrony i ma stopień utlenienia -2.
Możliwe jest również określenie stopnia utlenienia za pomocą wzoru strukturalno-graficznego, w którym wiązania kowalencyjne są oznaczone myślnikami i wskazany jest ładunek jonów.
W tym wzorze mostkujące atomy tlenu mają już pojedyncze ładunki ujemne i przychodzi do nich dodatkowy elektron z atomu siarki -1 + (-1) = -2, co oznacza, że ich stopnie utlenienia są równe -2.
Stopień utlenienia jonów sodu jest równy ich ładunkowi, tj. +1.
Określmy stopnie utlenienia pierwiastków w nadtlenku potasu (nadtlenku). W tym celu utwórzmy graficzny wzór na ponadtlenek potasu i zaznaczmy strzałką redystrybucję elektronów. Komunikacja O-O jest kowalencyjny niepolarny, dlatego nie jest w nim wskazana 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 można określić stopień utlenienia za pomocą wzoru strukturalno-graficznego.
Kółka wskazują formalne ładunki 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 znaczenia stany utlenienia, możemy obliczyć średni arytmetyczny stopień utlenienia tlen.
Będzie równa / 2 = - 1/2 = -0,5.
Wartości średnich arytmetycznych stopni utlenienia są zwykle podawane we wzorach brutto lub jednostkach formuł, aby pokazać, że suma stopni utlenienia jest równa całkowitemu ładunkowi układu.
W przypadku nadtlenku: +1 + 2(-0,5) = 0
Stopień utlenienia łatwo jest określić za pomocą wzorów kropek elektronowych, w których kropkami zaznaczono pojedyncze pary elektronów i elektrony wiązań kowalencyjnych.
Tlen jest pierwiastkiem grupy VIA, dlatego jego atom ma 6 elektronów walencyjnych. Wyobraźmy sobie, że wiązania w cząsteczce wody są jonowe, w tym przypadku atom tlenu otrzymałby oktet elektronów.
Stopień utlenienia tlenu jest odpowiednio równy: 6 - 8 = -2.
Atomy wodoru: 1 - 0 = +1
Umiejętność wyznaczania stopni utlenienia za pomocą wzorów graficznych jest nieoceniona dla zrozumienia istoty tego pojęcia, umiejętność ta będzie również wymagana na kursie Chemia organiczna. Jeżeli mamy do czynienia substancje nieorganiczne, to musisz być w stanie określić stopnie utlenienia za pomocą wzorów cząsteczkowych i jednostek formuł.
Aby to zrobić, przede wszystkim musisz zrozumieć, że stany utlenienia mogą być stałe i zmienne. Należy pamiętać o pierwiastkach wykazujących stałe stopnie utlenienia.
Każdy pierwiastek chemiczny charakteryzuje się wyższym i niższym stopniem utlenienia.
Najniższy stopień utlenienia- jest to ładunek, który atom uzyskuje w wyniku odbioru maksymalna ilość elektronów do zewnętrznej warstwy elektronowej.
W związku z tym, najniższy stopień utlenienia ma wartość ujemną, z wyjątkiem metali, których atomów elektrony nigdy nie biorą pod uwagę niskie wartości elektroujemność. Metale mają najniższy stopień utlenienia wynoszący 0.
Większość niemetali głównych podgrup próbuje wypełnić swoją zewnętrzną warstwę elektronową maksymalnie ośmioma elektronami, po czym atom uzyskuje stabilną konfigurację ( reguła oktetu). Dlatego, aby określić najniższy stopień utlenienia, należy zrozumieć, ile elektronów walencyjnych brakuje atomowi, aby osiągnąć oktet.
Na przykład azot jest pierwiastkiem z grupy VA, co oznacza, że atom azotu ma pięć elektronów walencyjnych. Atom azotu ma trzy elektrony mniej od oktetu. Oznacza to, że najniższy stopień utlenienia azotu to: 0 + (-3) = -3
Tematy kodyfikatora ujednoliconego egzaminu państwowego: Elektroujemność. Stan utlenienia i wartościowość pierwiastki chemiczne.
Kiedy atomy oddziałują i tworzą się, elektrony między nimi są w większości przypadków nierównomiernie rozmieszczone, ponieważ właściwości atomów są różne. Więcej elektroujemny atom silniej przyciąga do siebie gęstość elektronów. Atom, który przyciągnął do siebie gęstość elektronową, zyskuje częściową ładunek ujemny δ — , jego „partner” jest stronniczy ładunek dodatni δ+ . Jeżeli różnica elektroujemności atomów tworzących wiązanie nie przekracza 1,7, wiązanie nazywamy kowalencyjny polarny . Jeżeli różnica elektroujemności tworzących wiązanie chemiczne przekracza 1,7, wówczas takie wiązanie nazywamy joński .
Stan utlenienia jest pomocniczym ładunkiem warunkowym atomu pierwiastka w związku, obliczonym przy założeniu, że wszystkie związki składają się z jonów (wszystkie wiązania polarne są jonowe).
Co oznacza „opłata warunkowa”? Po prostu zgadzamy się, że trochę to uprościmy: uznamy każde wiązanie polarne za całkowicie jonowe i założymy, że elektron całkowicie opuszcza lub przechodzi z jednego atomu do drugiego, nawet jeśli w rzeczywistości tak nie jest. I warunkowo elektron opuszcza atom mniej elektroujemny do atomu bardziej elektroujemnego.
Na przykład, w wiązaniu H-Cl wierzymy, że wodór warunkowo „oddał” elektron, a jego ładunek wyniósł +1, a chlor „przyjął” elektron i jego ładunek wyniósł -1. W rzeczywistości na tych atomach nie ma takich całkowitych ładunków.
Na pewno masz pytanie – po co wymyślać coś, czego nie ma? To nie jest podstępny plan chemików, wszystko jest proste: ten model jest bardzo wygodny. Pomysły dotyczące stopnia utlenienia pierwiastków są przydatne podczas kompilacji klasyfikacje substancje chemiczne, opis ich właściwości, zestawienie wzorów związków i nazewnictwa. Stany utlenienia są szczególnie często stosowane podczas pracy reakcje redoks.
Istnieją stany utlenienia wyższy, gorszy I mediator.
Wyższy stopień utlenienia jest równy numerowi grupy ze znakiem plus.
Najniższy definiuje się jako numer grupy minus 8.
I mediator Stopień utlenienia to prawie dowolna liczba całkowita od najniższego do najwyższego stopnia utlenienia.
Na przykład, azot charakteryzuje się: najwyższym stopniem utlenienia wynosi +5, najniższym 5 - 8 = -3, a pośrednim stopniem utlenienia od -3 do +5. Na przykład w hydrazynie N2H4 stopień utlenienia azotu jest pośredni, -2.
Najczęściej stopień utlenienia atomów w substancjach złożonych jest oznaczony najpierw znakiem, a następnie na przykład liczbą +1, +2, -2 itp. Mówiąc o ładunku jonu (zakładając, że jon rzeczywiście istnieje w związku), należy najpierw podać liczbę, a następnie znak. Na przykład: Ca 2+ , CO 3 2- .
Aby znaleźć stopnie utlenienia, użyj poniższych zasady :
- Stan utlenienia atomów w proste substancje równy zeru;
- W cząsteczki neutralne suma algebraiczna stopni utlenienia wynosi zero, dla jonów suma ta jest równa ładunkowi jonu;
- Stan utlenienia metale alkaliczne (elementy grupy I głównej podgrupy) w związkach wynosi +1, stopień utlenienia metale ziem alkalicznych (elementy grupy II głównej podgrupy) w związkach wynosi +2; stan utlenienia aluminium w połączeniach jest równy +3;
- Stan utlenienia wodór w związkach z metalami (- NaH, CaH2 itp.) jest równy -1 ; w związkach z niemetalami () +1 ;
- Stan utlenienia tlen równy -2 . Wyjątek makijaż nadtlenki– związki zawierające grupę –O-O-, w których stopień utlenienia tlenu jest równy -1 i kilka innych związków ( ponadtlenki, ozonki, fluorki tlenu OF 2 itd.);
- Stan utlenienia fluorek we wszystkich substancjach złożonych jest równa -1 .
Powyżej wymieniono sytuacje, w których rozważamy stopień utlenienia stały . Wszystkie pozostałe pierwiastki chemiczne mają stopień utlenienia — zmienny i zależy od kolejności i rodzaju atomów w związku.
Przykłady:
Ćwiczenia: określić stopnie utlenienia pierwiastków w cząsteczce dwuchromianu potasu: K 2 Cr 2 O 7 .
Rozwiązanie: Stopień utlenienia potasu wynosi +1, stopień utlenienia chromu jest oznaczony jako X, stopień utlenienia tlenu wynosi -2. Suma wszystkich stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce jest równa 0. Otrzymujemy równanie: +1*2+2*x-2*7=0. Rozwiązując to, otrzymujemy stopień utlenienia chromu +6.
W związkach binarnych pierwiastek bardziej elektroujemny ma ujemny stopień utlenienia, a pierwiastek mniej elektroujemny ma dodatni stopień utlenienia.
zauważ to Pojęcie stopnia utlenienia jest bardzo arbitralne! Stopień utlenienia nie wskazuje rzeczywistego ładunku atomu i nie ma rzeczywistego znaczenie fizyczne . Jest to uproszczony model, który skutecznie sprawdza się, gdy potrzebujemy np. wyrównania współczynników w równaniu reakcji chemicznej, czy też algorytmizacji klasyfikacji substancji.
Stopień utlenienia nie jest wartościowością! Stopień utlenienia i wartościowość nie pokrywają się w wielu przypadkach. Na przykład wartościowość wodoru w prostej substancji H2 jest równa I, a stopień utlenienia, zgodnie z zasadą 1, jest równy 0.
Oto podstawowe zasady, które w większości przypadków pomogą Ci określić stopień utlenienia atomów w związkach.
W niektórych sytuacjach możesz mieć trudności z określeniem stopnia utlenienia atomu. Przyjrzyjmy się niektórym z tych sytuacji i zobaczmy, jak je rozwiązać:
- W tlenkach podwójnych (podobnych do soli) stopień atomu wynosi zwykle dwa stopnie utlenienia. Na przykład w skali żelaza Fe 3 O 4 żelazo ma dwa stopnie utlenienia: +2 i +3. Który mam wskazać? Obydwa. Dla uproszczenia możemy sobie wyobrazić ten związek jako sól: Fe(FeO 2) 2. W tym przypadku reszta kwasowa tworzy atom o stopniu utlenienia +3. Lub podwójny tlenek można przedstawić w następujący sposób: FeO*Fe 2 O 3.
- W związkach perokso z reguły zmienia się stopień utlenienia atomów tlenu połączonych kowalencyjnymi wiązaniami niepolarnymi. Na przykład w nadtlenku wodoru H 2 O 2 i nadtlenkach metali alkalicznych stopień utlenienia tlenu wynosi -1, ponieważ jedno z wiązań jest kowalencyjne niepolarne (H-O-O-H). Innym przykładem jest kwas peroksomonosiarkowy (kwas karo) H 2 SO 5 (patrz rysunek) zawiera dwa atomy tlenu na stopniu utlenienia -1, pozostałe atomy na stopniu utlenienia -2, więc następujący wpis będzie bardziej zrozumiały: H 2SO3(O2). Znane są również nadtlenki chromu - na przykład nadtlenek chromu (VI) CrO(O 2) 2 lub CrO 5 i wiele innych.
- Innym przykładem związków o niejednoznacznych stopniach utlenienia są ponadtlenki (NaO 2) i ozonki podobne do soli KO 3. W tym przypadku bardziej właściwe jest mówienie o jonach molekularnych O2 o ładunku -1 i O3 o ładunku -1. Strukturę takich cząstek opisują niektóre modele, które w języku rosyjskim program są podejmowane na pierwszych latach uczelni chemicznych: MO LCAO, metoda nakładania schematów walencyjnych itp.
- W związkach organicznych pojęcie stopnia utlenienia nie jest zbyt wygodne w użyciu, ponieważ pomiędzy atomami węgla duża liczba kowalencyjne wiązania niepolarne. Jeśli jednak narysujesz wzór strukturalny cząsteczki, stopień utlenienia każdego atomu można również określić na podstawie rodzaju i liczby atomów, z którymi ten atom jest bezpośrednio związany. Na przykład stopień utlenienia pierwszorzędowych atomów węgla w węglowodorach wynosi -3, dla atomów drugorzędowych -2, dla atomów trzeciorzędowych -1, a dla atomów czwartorzędowych - 0.
Poćwiczmy wyznaczanie stopnia utlenienia atomów w związkach organicznych. Aby to zrobić, należy narysować pełny wzór strukturalny atomu i wybrać atom węgla z jego najbliższym otoczeniem - atomy, z którymi jest bezpośrednio połączony.
- Aby uprościć obliczenia, możesz skorzystać z tabeli rozpuszczalności - pokazuje ona ładunki najpowszechniejszych jonów. W większości rosyjskich egzaminów z chemii (USE, GIA, DVI) dozwolone jest stosowanie tabeli rozpuszczalności. Jest to gotowa ściągawka, która w wielu przypadkach może znacznie zaoszczędzić czas.
- Obliczając stopień utlenienia pierwiastków w substancjach złożonych, najpierw wskazujemy stopnie utlenienia pierwiastków, które znamy na pewno (pierwiastki o stałym stopniu utlenienia), a stopień utlenienia pierwiastków o stopień zmienny utlenianie jest oznaczone jako x. Suma wszystkich ładunków wszystkich cząstek wynosi zero w cząsteczce lub jest równa ładunkowi jonu w jonie. Na podstawie tych danych łatwo jest utworzyć i rozwiązać równanie.
Preparat chemiczny na raka i DPA
Wydanie kompleksowe
CZĘŚĆ I
CHEMIA OGÓLNA
WIĄZANIA CHEMICZNE I STRUKTURA SUBSTANCJI
Stan utlenienia
Stopień utlenienia to ładunek warunkowy atomu w cząsteczce lub krysztale, który powstałby na nim, gdy wszystkie utworzone przez niego wiązania polarne miały charakter jonowy.
W przeciwieństwie do wartościowości, stany 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 tlenków zasadowych: stopień utlenienia pierwiastka metalicznego jest równy ładunkowi jonu metalu (sód +1, bar +2, glin +3), a stopień utlenienia tlenu wynosi -2. Stopień utlenienia jest oznaczony cyframi arabskimi, które są umieszczone nad symbolem pierwiastka, podobnie jak wartościowość, i najpierw wskazany jest znak ładunku, a następnie jego wartość liczbowa:Jeżeli moduł stopnia utlenienia jest równy jeden, wówczas cyfrę „1” można pominąć i zapisać jedynie znak:
Na + Cl-.Liczba utlenienia i wartościowość są pojęciami pokrewnymi. W wielu związkach wartość bezwzględna stopnia utlenienia pierwiastków pokrywa się z ich wartościowością. Istnieje jednak wiele przypadków, w których wartościowość różni się od stopnia utlenienia.
W substancjach prostych - niemetalach występuje kowalencyjne wiązanie niepolarne, wspólna para elektronów jest przesunięta do jednego z atomów, dlatego stopień utlenienia pierwiastków w substancjach prostych jest zawsze zerowy. Ale atomy są ze sobą połączone, to znaczy wykazują pewną wartościowość, ponieważ na przykład w tlenie wartościowość tlenu wynosi II, a w azocie wartościowość azotu wynosi III:
W cząsteczce nadtlenku wodoru wartościowość tlenu również wynosi II, a wodoru I:
Definicja możliwych stopni utlenianie pierwiastków
Stopień utlenienia, jaki mogą wykazywać pierwiastki w różnych związkach, można w większości przypadków określić na podstawie struktury zewnętrznego poziomu elektronowego lub miejsca pierwiastka w układzie okresowym.
Atomy pierwiastków metalicznych mogą oddawać jedynie elektrony, dlatego 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 -elementy mogą także oddawać elektrony z wyższego poziomu, czyli z niewypełnionych D -orbitale. Dlatego dla D -pierwiastków, określenie wszystkich możliwych stopni utlenienia jest znacznie trudniejsze niż w przypadku S- i elementy p. Można śmiało powiedzieć, że większość D -pierwiastki wykazują stopień utlenienia +2 ze względu na elektrony na zewnętrznym poziomie elektronowym, a maksymalny stopień utlenienia w większości przypadków jest równy numerowi grupy.
Atomy pierwiastków niemetalicznych mogą wykazywać zarówno dodatni, jak i ujemny stopień utlenienia, w zależności od tego, z którym atomem pierwiastka tworzą wiązanie. Jeśli pierwiastek jest bardziej elektroujemny, to wykazuje ujemny stopień utlenienia, a jeśli jest mniej elektroujemny, wykazuje dodatni stopień utlenienia.
Wartość bezwzględną stopnia utlenienia pierwiastków niemetalicznych można określić na podstawie struktury zewnętrznej warstwy elektronicznej. Atom jest w stanie przyjąć tak wiele elektronów, że na jego zewnętrznym poziomie znajduje się osiem elektronów: pierwiastki niemetaliczne z grupy VII przyjmują jeden elektron i wykazują stopień utlenienia -1, grupa VI - dwa elektrony i wykazują stopień utlenienia - 2 itd.
Elementy niemetalowe mogą wydzielać inny numer elektrony: maksymalnie tyle, ile znajduje się na zewnętrznym poziomie energii. Innymi słowy, maksymalny stopień utlenienia pierwiastków niemetalicznych jest równy numerowi grupy. Ze względu na cyrkulację elektronów na zewnętrznym poziomie atomów liczba niesparowanych elektronów, które atom może oddać reakcje chemiczne, mogą być różne, więc pierwiastki niemetaliczne są w stanie wykryć różne pośrednie wartości stopnia utlenienia.
Możliwe stany utlenienia elementy s i p
|
Grupa PS |
|||||||
|
Najwyższy stopień utlenienia |
|||||||
|
Pośredni stopień utlenienia |
|||||||
|
Niższy stopień utlenienia |
Oznaczanie stopni utlenienia związków
Każda cząsteczka obojętna elektrycznie, dlatego suma stopni utlenienia atomów wszystkich pierwiastków musi być równa zeru. Wyznaczmy stopień utlenienia siarki(I) V) tlenek SO 2 taufosfor (V) siarczek P 2 S 5.
Tlenek siarki(I) SO 2 utworzone przez atomy dwóch pierwiastków. Spośród nich tlen ma największą elektroujemność, więc atomy tlenu będą miały ujemny stopień utlenienia. Dla tlenu wynosi -2. W tym przypadku siarka ma dodatni stopień utlenienia. Siarka może wykazywać różne stopnie utlenienia w różnych związkach, dlatego w tym przypadku należy ją obliczyć. W cząsteczce TAK 2 dwa atomy tlenu o stopniu utlenienia -2, więc całkowity ładunek atomów tlenu wynosi -4. Aby cząsteczka była elektrycznie obojętna, atom siarki musi całkowicie zneutralizować ładunek obu atomów tlenu, dlatego stopień utlenienia siarki wynosi +4:
W cząsteczce znajduje się fosfor ( V) siarczek P 2 S 5 Bardziej elektroujemnym pierwiastkiem jest siarka, to znaczy wykazuje ujemny stopień utlenienia, a fosfor ma dodatni stopień utlenienia. W przypadku siarki ujemny stopień utlenienia wynosi tylko 2. Razem pięć atomów siarki ma ładunek ujemny -10. Dlatego dwa atomy fosforu muszą zneutralizować ten ładunek, uzyskując całkowity ładunek +10. Ponieważ w cząsteczce znajdują się dwa atomy fosforu, każdy 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 i pamiętać, że w większości związków stopień utlenienia tlenu wynosi -2, wodór +1.
Spójrzmy na to na przykładzie siarczanu potasu. K2SO4. Stopień utlenienia potasu w związkach może wynosić tylko +1, a tlen -2:
Korzystając z zasady neutralności elektrycznej, obliczamy stopień utlenienia siarki:
2(+1) + 1 (x) + 4 (-2) = 0, skąd x = +6.
Przy określaniu stopni utlenienia pierwiastków w związkach należy kierować się następującymi zasadami:
1. Stopień utlenienia pierwiastka w prostej substancji wynosi zero.
2. Fluor jest najbardziej elektroujemnym pierwiastkiem chemicznym, dlatego stopień utlenienia fluoru we wszystkich związkach wynosi -1.
3. Tlen jest pierwiastkiem najbardziej elektroujemnym po fluorze, dlatego stopień utlenienia tlenu we wszystkich związkach z wyjątkiem fluorków jest ujemny: w większości przypadków wynosi -2, a w nadtlenkach -1.
4. Stopień utlenienia wodoru w większości związków wynosi +1, a w związkach z pierwiastkami metali (wodorkami) - -1.
5. Stopień utlenienia metali w związkach jest zawsze dodatni.
6. Pierwiastek bardziej elektroujemny zawsze ma ujemny stopień utlenienia.
7. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce wynosi zero.
Zadanie określenia stopnia utlenienia może być albo prostą formalnością, albo złożoną zagadką. Przede wszystkim będzie to zależeć od wzoru związku chemicznego, a także od dostępności podstawowej wiedzy z chemii i matematyki.
Znając podstawowe zasady i algorytm sekwencyjnie logicznych działań, które zostaną omówione w tym artykule przy rozwiązywaniu problemów tego typu, każdy może z łatwością poradzić sobie z tym zadaniem. A po przećwiczeniu i nauczeniu się określania stopni utlenienia różnych związków chemicznych, możesz bezpiecznie podjąć się zadania równoważenia złożonych reakcji redoks, sporządzając wagę elektroniczną.
Pojęcie stopnia utlenienia
Aby dowiedzieć się, jak określić stopień utlenienia, musisz najpierw zrozumieć, co oznacza ta koncepcja?
- Stopień utlenienia jest używany podczas zapisywania reakcji redoks, gdy elektrony są przenoszone z atomu na atom.
- Stopień utlenienia rejestruje liczbę przeniesionych elektronów, wskazując warunkowy ładunek atomu.
- Stopień utlenienia i wartościowość są często identyczne.
Oznaczenie to jest zapisane na górze pierwiastka chemicznego, w jego prawym rogu i jest liczbą całkowitą ze znakiem „+” lub „-”. Zerowa wartość stopnia utlenienia nie jest oznaczona.
Zasady określania stopnia utlenienia
Rozważmy główne kanony określania stopnia utlenienia:
- Proste substancje elementarne, czyli takie, które składają się z jednego rodzaju atomu, zawsze będą miały zerowy stopień utlenienia. Na przykład Na0, H02, P04
- Istnieje wiele atomów, które zawsze mają jeden, stały stopień utlenienia. Lepiej zapamiętać wartości podane w tabeli.
- Jak widać, jedyny wyjątek występuje w przypadku wodoru w połączeniu z metalami, gdzie uzyskuje on niecharakterystyczny dla niego stopień utlenienia „-1”.
- Tlen przyjmuje również stopień utlenienia „+2” w związek chemiczny z fluorem i „-1” w kompozycjach nadtlenków, ponadtlenków lub ozonków, gdzie atomy tlenu są ze sobą połączone.
- Jony metali mają kilka stopni utlenienia (i tylko dodatnie), więc decydują o tym sąsiednie pierwiastki w związku. Na przykład w FeCl3 chlor ma stopień utlenienia „-1”, ma 3 atomy, więc mnożymy -1 przez 3, otrzymujemy „-3”. Aby suma stopni utlenienia związku wynosiła „0”, żelazo musi mieć stopień utlenienia „+3”. We wzorze FeCl2 żelazo odpowiednio zmieni swój stopień na „+2”.
- Sumując matematycznie stopnie utlenienia wszystkich atomów we wzorze (uwzględniając znaki), należy zawsze otrzymać wartość zerową. Na przykład w kwas chlorowodorowy H+1Cl-1 (+1 i -1 = 0) i in kwas siarkowy H2+1S+4O3-2(+1 * 2 = +2 dla wodoru, +4 dla siarki i -2 * 3 = – 6 dla tlenu; +6 i -6 sumują się do 0).
- Stopień utlenienia jonu jednoatomowego będzie równy jego ładunkowi. Na przykład: Na+, Ca+2.
- Najwyższy stopień utlenienia z reguły koreluje z numerem grupy w układzie okresowym D.I. Mendelejewa.
Algorytm wyznaczania stopnia utlenienia
Kolejność ustalania stopnia utlenienia nie jest skomplikowana, ale wymaga uwagi i pewnych działań.
Zadanie: uporządkuj stopnie utlenienia związku KMnO4
- Pierwszy pierwiastek, potas, ma stały stopień utlenienia „+1”.
Aby to sprawdzić, możesz spojrzeć na układ okresowy, gdzie potas należy do 1. grupy pierwiastków. - Z pozostałych dwóch pierwiastków tlen ma stopień utlenienia -2.
- Otrzymujemy następujący wzór: K+1MnxO4-2. Pozostaje określić stopień utlenienia manganu.
Zatem x jest nieznanym nam stopniem utlenienia manganu. Teraz ważne jest, aby zwrócić uwagę na liczbę atomów w związku.
Liczba atomów potasu wynosi 1, manganu 1, tlenu 4.
Biorąc pod uwagę elektryczną neutralność cząsteczki, gdy całkowity (całkowity) ładunek wynosi zero,
1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1х+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(przy przekazywaniu zmieniamy znak)
1x = +7, x = +7
Zatem stopień utlenienia manganu w związku wynosi „+7”.
Zadanie: uporządkuj stopnie utlenienia w związku Fe2O3.
- Jak wiadomo, tlen ma stopień utlenienia „-2” i działa jako środek utleniający. Biorąc pod uwagę liczbę atomów (3), całkowita wartość dla tlenu wynosi „-6” (-2*3= -6), tj. pomnóż stopień utlenienia przez liczbę atomów.
- Aby zrównoważyć formułę i doprowadzić ją do zera, 2 atomy żelaza będą miały stopień utlenienia „+3” (2*+3=+6).
- Suma wynosi zero (-6 i +6 = 0).
Zadanie: uporządkuj stopnie utlenienia związku Al(NO3)3.
- Jest tylko jeden atom glinu i ma stały stopień utlenienia „+3”.
- W cząsteczce znajduje się 9 atomów tlenu (3*3), stopień utlenienia tlenu, jak wiadomo, wynosi „-2”, co oznacza, że mnożąc te wartości otrzymamy „-18”.
- Pozostaje wyrównać wartości ujemne i dodatnie, określając w ten sposób stopień utlenienia azotu. Brakuje -18 i +3, + 15. A biorąc pod uwagę, że są 3 atomy azotu, łatwo jest określić jego stopień utlenienia: podziel 15 przez 3 i uzyskaj 5.
- Stopień utlenienia azotu wynosi „+5”, a wzór będzie wyglądał następująco: Al+3(N+5O-23)3
- Jeśli trudno jest określić w ten sposób pożądaną wartość, możesz ułożyć i rozwiązać równania:
1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5
Zatem stopień utlenienia jest dość ważnym pojęciem w chemii, symbolizującym stan atomów w cząsteczce.
Bez znajomości pewnych przepisów lub podstaw, które pozwalają poprawnie określić stopień utlenienia, nie da się podołać temu zadaniu. Dlatego wniosek nasuwa się tylko jeden: dokładnie zapoznaj się i przestudiuj zasady znajdowania stopnia utlenienia, jasno i zwięźle przedstawione w artykule, i odważnie podążaj trudną ścieżką zawiłości chemicznych.
Definiując to pojęcie, tradycyjnie zakłada się, że elektrony wiążące (walencyjne) przemieszczają się do atomów bardziej elektroujemnych (patrz Elektroujemność), a zatem związki składają się z jonów naładowanych dodatnio i ujemnie. Stopień utlenienia może być zerowy, ujemny lub wartości dodatnie, które są zwykle umieszczane nad symbolem elementu na górze.
Zerowy stopień utlenienia przypisany jest atomom pierwiastków w stanie wolnym, np.: Cu, H2, N2, P4, S6. Negatywne znaczenie Atomy te mają stany utlenienia, w kierunku których przesuwa się łącząca chmura elektronów (para elektronów). Dla fluoru we wszystkich jego związkach jest on równy -1. Stopień pozytywny Utlenianie obejmuje atomy, które oddają elektrony walencyjne innym atomom. Na przykład dla metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych wynosi odpowiednio +1 i +2. W prostych jonach, takich jak Cl−, S2−, K+, Cu2+, Al3+, jest on równy ładunkowi jonu. W większości związków stopień utlenienia atomów wodoru wynosi +1, ale w wodorkach metali (ich związkach z wodorem) - NaH, CaH2 i innych - wynosi -1. Tlen charakteryzuje się stopniem utlenienia –2, ale np. w połączeniu z fluorem OF2 będzie to +2, a w związkach nadtlenkowych (BaO2 itp.) –1. W niektórych przypadkach wartość tę można wyrazić jako ułamek: dla żelaza w tlenku żelaza (II, III) Fe 3 O 4 jest ona równa +8/3.
Suma algebraiczna stopni utlenienia atomów w związku wynosi zero, a w jonie zespolonym jest to ładunek jonu. Korzystając z tej reguły, obliczamy na przykład stopień utlenienia fosforu w kwasie ortofosforowym H 3 PO 4. Oznaczając to przez x i mnożąc stopień utlenienia wodoru (+1) i tlenu (−2) przez liczbę ich atomów w związku, otrzymujemy równanie: (+1) 3+x+(−2) 4=0 , skąd x=+5 . Podobnie obliczamy stopień utlenienia chromu w jonie Cr 2 O 7 2−: 2x+(−2) 7=−2; x=+6. W związkach MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, Mn 3 O 4, K 2 MnO 4, KMnO 4 stopień utlenienia manganu będzie wynosić +2, +3, +4, +8/3, +6, Odpowiednio +7.
Najwyższy stopień utlenienia jest jego największą wartością dodatnią. Dla większości pierwiastków jest on równy numerowi grupy w układzie okresowym i jest ważny cechy ilościowe element w swoich połączeniach. Najniższa wartość Stopień utlenienia pierwiastka występujący w jego związkach nazywany jest zwykle najniższym stopniem utlenienia; wszystkie inne są pośrednie. Zatem dla siarki najwyższy stopień utlenienia to +6, najniższy to -2, a półprodukt to +4.
Zmiany stopni utlenienia pierwiastków według grup układu okresowego odzwierciedlają częstotliwość ich zmian właściwości chemiczne wraz ze wzrostem numeru seryjnego.
Pojęcie stopnia utlenienia pierwiastków wykorzystuje się przy klasyfikacji substancji, opisywaniu ich właściwości, sporządzaniu wzorów związków i ich właściwości tytuły międzynarodowe. Ale jest szczególnie szeroko stosowany w badaniu reakcji redoks. Często używa się pojęcia „stan utlenienia”. chemia nieorganiczna zamiast pojęcia „wartościowości” (patrz
