Când studiați legăturile chimice polare ionice și covalente, v-ați familiarizat cu substanțele complexe formate din două elemente chimice. Astfel de substanțe sunt numite bi-pereche (din latinescul bi - „două”) sau cu două elemente.
Să ne amintim compușii tipici bpnar pe care i-am citat ca exemplu pentru a lua în considerare mecanismele de formare a legăturilor chimice polare ionice și covalente: NaHl - clorură de sodiu și HCl - clorură de hidrogen. În primul caz, legătura este ionică: atomul de sodiu și-a transferat electronul exterior atomului de clor și s-a transformat într-un ion cu o sarcină de -1. iar atomul de clor a acceptat un electron și a devenit un ion cu o sarcină de -1. Schematic, procesul de transformare a atomilor în ioni poate fi descris după cum urmează:
În molecula de HCl, legătura se formează datorită împerecherii electronilor exteriori neperechi și formării unei perechi de electroni comune de atomi de hidrogen și clor.
Este mai corect să ne imaginăm formarea unei legături covalente într-o moleculă de clorură de hidrogen ca suprapunerea norului s cu un electron al atomului de hidrogen cu norul p cu un electron al atomului de clor:
La interacțiune chimică perechea de electroni partajată este deplasată către atomul de clor mai electronegativ:
Astfel de taxe condiționate sunt numite starea de oxidare. La definirea acestui concept, se presupune în mod convențional că în compușii polari covalenti electronii de legătură sunt transferați complet la un atom mai electronegativ și, prin urmare, compușii constau numai din ioni încărcați pozitiv și negativ.
este sarcina condiționată a atomilor unui element chimic dintr-un compus, calculată pe baza ipotezei că toți compușii (atât ionici, cât și polari covalent) constau numai din ioni.
Numărul de oxidare poate avea valori negative, pozitive sau zero, care sunt de obicei plasate deasupra simbolului elementului din partea de sus, de exemplu: 
Sensul negativ stările de oxidare sunt acei atomi care au acceptat electroni de la alți atomi sau către care sunt deplasate perechile de electroni comuni, adică atomii mai multor elemente electronegative. Fluorul are întotdeauna o stare de oxidare de -1 în toți compușii. Oxigenul, al doilea element cel mai electronegativ după fluor, are aproape întotdeauna o stare de oxidare de -2, cu excepția compușilor cu fluor, de exemplu:
O stare de oxidare pozitivă este atribuită acelor atomi care își donează electronii altor atomi sau din care sunt extrase perechi de electroni împărtășiți, adică atomilor de elemente mai puțin electronegative. Metalele au întotdeauna grad pozitiv oxidare. Metale din principalele subgrupe:
Grupa I în toți compușii starea de oxidare este +1,
Grupa II este egală cu +2. Grupa III - +3, de exemplu:
În compuși, starea totală de oxidare este întotdeauna zero. Cunoscând aceasta și starea de oxidare a unuia dintre elemente, puteți găsi întotdeauna starea de oxidare a altui element folosind formula unui compus binar. De exemplu, să găsim starea de oxidare a clorului în compusul Cl2O2. Să notăm starea de oxidare -2
oxigen: Cl2O2. Prin urmare, șapte atomi de oxigen vor avea în comun sarcina negativa(-2) 7 =14. Atunci sarcina totală a doi atomi de clor va fi +14, iar a unui atom de clor:
(+14):2 = +7.
În mod similar, cunoscând stările de oxidare ale elementelor, puteți crea o formulă pentru un compus, de exemplu, carbură de aluminiu (un compus de aluminiu și carbon). Să notăm semnele de aluminiu și carbon lângă AlC, cu semnul de aluminiu mai întâi, deoarece este un metal. Folosind tabelul periodic al elementelor, determinăm numărul de electroni exteriori: Al are 3 electroni, C are 4. Atomul de aluminiu va ceda cei 3 electroni exteriori ai săi carbonului și va primi o stare de oxidare de +3, egală cu sarcina de ionul. Atomul de carbon, dimpotrivă, va duce cei 4 electroni lipsă la „opt prețuiți” și va primi o stare de oxidare de -4.
Să scriem aceste valori în formula: AlC și să găsim cel mai mic multiplu comun pentru ele, acesta este egal cu 12. Apoi calculăm indicii:
Cunoașterea stărilor de oxidare ale elementelor este necesară și pentru a putea numi corect un compus chimic.
Numele compușilor binari constau din două cuvinte - denumirile elementelor chimice care le formează. Primul cuvânt denotă partea electronegativă a compusului - nemetal; numele său latin cu sufixul -ide apare întotdeauna în caz nominativ. Al doilea cuvânt denotă partea electropozitivă - un metal sau un element mai puțin electronegativ; numele său apare întotdeauna în cazul genitiv. Dacă un element electropozitiv prezintă grade diferite oxidare, aceasta se reflectă în denumire, indicând gradul de oxidare cu o cifră romană, care este plasată la sfârșit.
La chimiști tari diferiteînțelese între ei, a fost necesar să se creeze o terminologie și o nomenclatură unificate a substanțelor. Principii nomenclatura chimică au fost dezvoltate pentru prima dată de chimiștii francezi A. Lavoisier, A. Fourqutois, L. Guiton și C. Berthollet în 1785. În prezent, Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) coordonează activitățile oamenilor de știință din mai multe țări și emite recomandări privind nomenclatura substanțelor și terminologia utilizată în chimie.
La definirea acestui concept, se presupune în mod convențional că electronii de legătură (de valență) se deplasează către mai mulți atomi electronegativi (vezi Electronegativitatea) și, prin urmare, compușii constau din ioni încărcați pozitiv și negativ. Numărul de oxidare poate avea valori zero, negative și pozitive, care sunt de obicei plasate deasupra simbolului elementului din partea de sus.
O stare de oxidare zero este atribuită atomilor elementelor în stare liberă, de exemplu: Cu, H2, N2, P4, S6. Acei atomi spre care se deplasează norul de electroni de legătură (perechea de electroni) au o valoare negativă a stării de oxidare. Pentru fluor în toți compușii săi este egal cu -1. Atomii care donează electroni de valență altor atomi au o stare de oxidare pozitivă. De exemplu, pentru metalele alcaline și alcalino-pământoase este egal cu +1 și, respectiv, +2. În ionii simpli precum Cl−, S2−, K+, Cu2+, Al3+, este egal cu sarcina ionului. În majoritatea compușilor, starea de oxidare a atomilor de hidrogen este +1, dar în hidrurile metalice (compușii lor cu hidrogen) - NaH, CaH 2 și altele - este -1. Oxigenul se caracterizează printr-o stare de oxidare de -2, dar, de exemplu, în combinație cu fluor OF2 va fi +2, iar în compușii peroxid (BaO2 etc.) -1. În unele cazuri, această valoare poate fi exprimată ca o fracție: pentru fier în oxid de fier (II, III) Fe 3 O 4 este egală cu +8/3.
Suma algebrică a stărilor de oxidare ale atomilor dintr-un compus este zero, iar într-un ion complex este sarcina ionului. Folosind această regulă, calculăm, de exemplu, starea de oxidare a fosforului în acidul ortofosforic H 3 PO 4. Notând-o cu x și înmulțind starea de oxidare pentru hidrogen (+1) și oxigen (−2) cu numărul atomilor lor din compus, obținem ecuația: (+1) 3+x+(−2) 4=0 , de unde x=+5 . În mod similar, calculăm starea de oxidare a cromului în ionul Cr 2 O 7 2−: 2x+(−2) 7=−2; x=+6. În compușii MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, Mn 3 O 4, K 2 MnO 4, KMnO 4, starea de oxidare a manganului va fi +2, +3, +4, +8/3, +6, +7, respectiv.
Cea mai mare stare de oxidare este cea mai mare valoare pozitivă. Pentru majoritatea elementelor este egal cu numărul grupului din tabelul periodic și este important caracteristici cantitative element în conexiunile sale. Cea mai mică valoare Starea de oxidare a unui element care apare în compușii săi este de obicei numită starea de oxidare cea mai scăzută; toate celelalte sunt intermediare. Deci, pentru sulf, cea mai mare stare de oxidare este +6, cea mai scăzută este -2 și intermediarul este +4.
Modificările stărilor de oxidare ale elementelor pe grupe din tabelul periodic reflectă frecvența modificărilor acestora proprietăți chimice cu numărul de serie din ce în ce mai mare.
Conceptul de stare de oxidare a elementelor este utilizat în clasificarea substanțelor, descrierea proprietăților acestora, elaborarea formulelor compușilor și a acestora. titluri internaționale. Dar este utilizat pe scară largă în studiul reacțiilor redox. Conceptul de „stare de oxidare” este adesea folosit în Chimie anorganicăîn locul conceptului de „valență” (vezi
Sarcina de a determina starea de oxidare poate fi fie o simplă formalitate, fie un puzzle complex. În primul rând, acest lucru va depinde de formula compusului chimic, precum și de disponibilitatea cunoștințelor de bază de chimie și matematică.
Cunoscând regulile de bază și algoritmul acțiunilor logice secvențial care vor fi discutate în acest articol atunci când se rezolvă probleme de acest tip, toată lumea poate face față cu ușurință acestei sarcini. Și după ce ați exersat și învățat să determinați stările de oxidare ale diverșilor compuși chimici, vă puteți asuma în siguranță sarcina de a echilibra reacțiile redox complexe prin întocmirea unei balanțe electronice.
Conceptul de stare de oxidare
Pentru a afla cum să determinați gradul de oxidare, mai întâi trebuie să înțelegeți ce înseamnă acest concept?
- Numărul de oxidare este utilizat atunci când scrieți în reacțiile redox când electronii sunt transferați de la atom la atom.
- Starea de oxidare înregistrează numărul de electroni transferați, indicând sarcina condiționată a atomului.
- Starea de oxidare și valența sunt adesea identice.
Această denumire este scrisă deasupra elementului chimic, în colțul său din dreapta, și este un număr întreg cu semnul „+” sau „-”. O valoare zero a stării de oxidare nu poartă semn.
Reguli pentru determinarea gradului de oxidare
Să luăm în considerare principalele canoane pentru determinarea stării de oxidare:
- Substanțele elementare simple, adică cele care constau dintr-un tip de atom, vor avea întotdeauna o stare de oxidare zero. De exemplu, Na0, H02, P04
- Există un număr de atomi care au întotdeauna o stare de oxidare constantă. Este mai bine să vă amintiți valorile date în tabel.
- După cum puteți vedea, singura excepție are loc cu hidrogenul în combinație cu metale, unde dobândește o stare de oxidare de „-1” care nu este caracteristică acestuia.
- Oxigenul capătă, de asemenea, starea de oxidare „+2” în component chimic cu fluor și „-1” în compozițiile de peroxizi, superoxizi sau ozonide, unde atomii de oxigen sunt legați între ei.
- Ionii metalici au mai multe stări de oxidare (și numai pozitive), deci este determinat de elementele vecine din compus. De exemplu, în FeCl3, clorul are o stare de oxidare de „-1”, are 3 atomi, așa că înmulțim -1 cu 3, obținem „-3”. Pentru ca suma stărilor de oxidare ale unui compus să fie „0”, fierul trebuie să aibă o stare de oxidare de „+3”. În formula FeCl2, fierul își va schimba gradul în „+2”.
- Prin însumarea matematică a stărilor de oxidare ale tuturor atomilor din formulă (ținând cont de semne), ar trebui să se obțină întotdeauna o valoare zero. De exemplu, în acid clorhidric H+1CI-1 (+1 și -1 = 0) și în acid sulfuros H2+1S+4O3-2(+1 * 2 = +2 pentru hidrogen, +4 pentru sulf și -2 * 3 = – 6 pentru oxigen; +6 și -6 se adună până la 0).
- Starea de oxidare a unui ion monoatomic va fi egală cu sarcina acestuia. De exemplu: Na+, Ca+2.
- Cea mai mare stare de oxidare, de regulă, se corelează cu numărul grupului din sistemul periodic al lui D.I. Mendeleev.
Algoritm pentru determinarea gradului de oxidare
Ordinea găsirii stării de oxidare nu este complicată, dar necesită atenție și anumite acțiuni.
Sarcină: aranjați stările de oxidare în compusul KMnO4
- Primul element, potasiul, are o stare de oxidare constantă de „+1”.
Pentru a verifica, vă puteți uita la tabelul periodic, unde potasiul este în grupa 1 de elemente. - Dintre celelalte două elemente, oxigenul tinde să aibă o stare de oxidare de -2.
- Obținem următoarea formulă: K+1MnxO4-2. Rămâne de determinat starea de oxidare a manganului.
Deci, x este starea de oxidare a manganului necunoscută nouă. Acum este important să acordați atenție numărului de atomi din compus.
Numărul de atomi de potasiu este 1, manganul este 1, oxigenul este 4.
Luând în considerare neutralitatea electrică a moleculei, când sarcina totală (totală) este zero,
1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1х+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(la transfer, schimbam semnul)
1x = +7, x = +7
Astfel, starea de oxidare a manganului din compus este „+7”.
Sarcină: aranjați stările de oxidare în compusul Fe2O3.
- Oxigenul, după cum se știe, are o stare de oxidare de „-2” și acționează ca un agent de oxidare. Luând în considerare numărul de atomi (3), valoarea totală a oxigenului este „-6” (-2*3= -6), adică. înmulțiți numărul de oxidare cu numărul de atomi.
- Pentru a echilibra formula și a o aduce la zero, 2 atomi de fier vor avea o stare de oxidare de „+3” (2*+3=+6).
- Totalul este zero (-6 și +6 = 0).
Sarcină: aranjați stările de oxidare în compusul Al(NO3)3.
- Există un singur atom de aluminiu și are o stare de oxidare constantă de „+3”.
- Există 9 atomi de oxigen într-o moleculă (3*3), starea de oxidare a oxigenului, așa cum se știe, este „-2”, ceea ce înseamnă că prin înmulțirea acestor valori obținem „-18”.
- Rămâne de egalat valorile negative și pozitive, determinându-se astfel gradul de oxidare a azotului. Lipsește -18 și +3, + 15. Și având în vedere că sunt 3 atomi de azot, este ușor să-i determinăm starea de oxidare: împărțiți 15 la 3 și obțineți 5.
- Starea de oxidare a azotului este „+5”, iar formula va arăta astfel: Al+3(N+5O-23)3
- Dacă este dificil să determinați valoarea dorită în acest fel, puteți compune și rezolva ecuațiile:
1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5
Deci, starea de oxidare este un concept destul de important în chimie, simbolizând starea atomilor dintr-o moleculă.
Fără cunoașterea anumitor prevederi sau elemente de bază care vă permit să determinați corect gradul de oxidare, este imposibil să faceți față acestei sarcini. Prin urmare, există o singură concluzie: familiarizați-vă cu atenție și studiați regulile pentru găsirea stării de oxidare, prezentate clar și concis în articol, și continuați cu îndrăzneală pe calea dificilă a complexităților chimice.
Starea de oxidare. Determinarea stării de oxidare a atomului unui element folosind formula chimică a compusului. Întocmirea formulei unui compus pe baza stărilor de oxidare cunoscute ale atomilor elementali
Starea de oxidare a unui element este sarcina condiționată a unui atom dintr-o substanță, calculată din ipoteza că este format din ioni. Pentru a determina starea de oxidare a elementelor, trebuie să vă amintiți anumite reguli:
1. Starea de oxidare poate fi pozitivă, negativă sau zero. Este indicat printr-o cifră arabă cu un semn plus sau minus deasupra simbolului elementului.
2. La determinarea stărilor de oxidare se pleacă de la electronegativitatea substanței: suma stărilor de oxidare ale tuturor atomilor din compus este zero.
3. Dacă un compus este format din atomi ai unui element (într-o substanță simplă), atunci starea de oxidare a acestor atomi este zero.
4. Atomilor unor elemente chimice li se atribuie de obicei stări de oxidare a oțelului. De exemplu, starea de oxidare a fluorului în compuși este întotdeauna -1; litiu, sodiu, potasiu, rubidiu și cesiu +1; magneziu, calciu, stronțiu, bariu și zinc +2, aluminiu +3.
5. Starea de oxidare a hidrogenului în majoritatea compușilor este +1, iar numai în compușii cu unele metale este egală cu -1 (KH, BaH2).
6. Starea de oxidare a oxigenului în majoritatea compușilor este -2 și numai la unii compuși i se atribuie o stare de oxidare de -1 (H2O2, Na2O2 sau +2 (OF2).
7. Atomii multor elemente chimice au stări de oxidare variabile.
8. Starea de oxidare a atomului de metal din compuși este pozitivă și este numeric egală cu valența acestuia.
9. Starea maximă de oxidare pozitivă a unui element este de obicei egală cu numărul grupului din tabelul periodic în care se găsește elementul.
10. Starea minimă de oxidare pentru metale este zero. Pentru nemetale, în cele mai multe cazuri, sub starea de oxidare negativă este egală cu diferența dintre numărul grupului și numărul opt.
11. Starea de oxidare a unui atom formează un ion simplu (constă dintr-un atom) și este egală cu sarcina acestui ion.
Folosind regulile de mai sus, vom determina stările de oxidare ale elementelor chimice din compoziția H2SO4. Aceasta este o substanță complexă formată din trei elemente chimice - hidrogen H, sulf S și oxigen O. Să notăm stările de oxidare ale acelor elemente pentru care sunt constante. În cazul nostru, acestea sunt hidrogen H și oxigen O.
Să determinăm starea de oxidare necunoscută a sulfului. Fie starea de oxidare a sulfului din acest compus x.
Să creăm ecuații înmulțind pentru fiecare element indicele său cu starea de oxidare și echivalând cantitatea extrasă cu zero: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0
2 + X – 8 = 0
x = +8 – 2 = +6
Prin urmare, numărul de oxidare al sulfului este de plus șase.
În exemplul următor, vom afla cum să creăm o formulă pentru un compus cu stări de oxidare cunoscute ale atomilor elementali. Să creăm formula pentru oxidul de fer (III). Cuvântul „oxid” înseamnă că în dreapta simbolului de fier trebuie să scrieți simbolul oxigenului: FeO.
Să notăm stările de oxidare ale elementelor chimice deasupra simbolurilor lor. Starea de oxidare a fierului este indicată în denumire între paranteze (III), prin urmare egală cu +3, starea de oxidare a oxigenului în oxizi este -2.
Să găsim cel mai mic multiplu comun al numerelor 3 și 2, acesta este 6. Împărțiți numărul 6 la 3, obținem numărul 2 - acesta este indicele pentru fier. Împărțiți numărul 6 la 2, obținem numărul 3 - acesta este indicele pentru oxigen.
În exemplul următor, vom afla cum să creăm o formulă pentru un compus cu stări de oxidare cunoscute ale atomilor elementului și sarcinile ionice. Să creăm formula pentru ortofosfat de calciu. Cuvântul „ortofosfat” înseamnă că în dreapta simbolului Calciu trebuie să scrieți reziduul acid al acidului ortofosfat: CaPO4.
Să notăm starea de oxidare a calciului (regula numărul patru) și sarcina reziduului acid (conform tabelului de solubilitate).
Să găsim cel mai mic multiplu comun al numerelor 2 și 3, acesta este 6. Împărțiți numărul 6 la 2, obținem numărul 3 - acesta este indicele pentru calciu. Împărțiți numărul 6 la 3, obținem numărul 2 - acesta este indicele pentru reziduul acid.
Capacitatea de a găsi starea de oxidare a elementelor chimice este o conditie necesara pentru o soluție de succes ecuatii chimice, descriind reacțiile redox. Fără el, nu veți putea crea o formulă exactă pentru o substanță rezultată dintr-o reacție între diferite elemente chimice. Ca rezultat, rezolvarea problemelor chimice pe baza unor astfel de ecuații va fi fie imposibilă, fie eronată.
Conceptul de stare de oxidare a unui element chimicStare de oxidare este o valoare convențională cu care se obișnuiește să se descrie reacțiile redox. Din punct de vedere numeric, este egal cu numărul de electroni la care atomul dobânditor îi renunță sarcină pozitivă, sau numărul de electroni pe care un atom capătă o sarcină negativă.
În reacțiile redox, conceptul de stare de oxidare este folosit pentru a determina formule chimice compuși ai elementelor rezultate din interacțiunea mai multor substanțe.
La prima vedere, poate părea că numărul de oxidare este echivalent cu conceptul de valență a unui element chimic, dar nu este așa. Concept valenţă folosit pentru a cuantifica interacțiunile electronice în compuși covalenti, adică compuși formați prin formarea de perechi de electroni partajați. Numărul de oxidare este folosit pentru a descrie reacțiile care pierd sau câștigă electroni.
Spre deosebire de valență, care este caracteristică neutră, numărul de oxidare poate fi pozitiv, negativ sau zero. O valoare pozitivă corespunde numărului de electroni cedați, iar o valoare negativă numărului de electroni adăugați. O valoare zero înseamnă că elementul este fie în forma sa elementară, a fost redus la 0 după oxidare, fie a fost oxidat la zero după o reducere anterioară.
Cum se determină starea de oxidare a unui anumit element chimic
Determinarea stării de oxidare pentru un anumit element chimic este supusă următoarelor reguli:
- Starea de oxidare a substanțelor simple este întotdeauna zero.
- Metalele alcaline, care se află în primul grup al tabelului periodic, au o stare de oxidare de +1.
- Metalele alcalino-pământoase, care ocupă a doua grupă din tabelul periodic, au o stare de oxidare de +2.
- Hidrogenul din compușii cu diferite nemetale prezintă întotdeauna o stare de oxidare de +1, iar în compușii cu metale +1.
- Starea de oxidare a oxigenului molecular în toți compușii luați în considerare la cursul școlar de chimie anorganică este -2. Fluor -1.
- La determinarea gradului de oxidare în produse reacții chimice Ele pornesc de la regula neutralității electrice, conform căreia suma stărilor de oxidare ale diferitelor elemente care alcătuiesc o substanță trebuie să fie egală cu zero.
- Aluminiul din toți compușii prezintă o stare de oxidare de +3.
Există stări de oxidare superioare, inferioare și intermediare. Cea mai mare stare de oxidare, ca și valența, corespunde numărului de grup al unui element chimic din tabelul periodic, dar în același timp are valoare pozitivă. Cea mai scăzută stare de oxidare este numeric egală cu diferența dintre grupa cu numărul 8 a elementului. O stare de oxidare intermediară va fi orice număr care variază de la cea mai scăzută stare de oxidare la cea mai mare.
Pentru a vă ajuta să navigați în varietatea stărilor de oxidare ale elementelor chimice, vă aducem la cunoștință următorul tabel auxiliar. Selectați elementul care vă interesează și veți primi valorile posibilelor sale stări de oxidare. Valorile care apar rar vor fi indicate în paranteze.
