Pri proučevanju ionskih in kovalentnih polarnih kemijskih vezi ste se seznanili s kompleksnimi snovmi, sestavljenimi iz dveh kemični elementi. Takšne snovi se imenujejo dvoparne (iz latinskega bi - "dva") ali dvoelementne.
Spomnimo se tipičnih bpnarnih spojin, ki smo jih navedli kot primer za preučitev mehanizmov nastanka ionskih in kovalentnih polarnih kemičnih vezi: NaHl - natrijev klorid in HCl - vodikov klorid. V prvem primeru je vez ionska: atom natrija je svoj zunanji elektron prenesel na atom klora in se spremenil v ion z nabojem -1. in atom klora je sprejel elektron in postal ion z nabojem -1. Shematično lahko proces pretvorbe atomov v ione prikažemo na naslednji način:
V molekuli HCl vez nastane zaradi združevanja nesparjenih zunanjih elektronov in tvorbe skupnega elektronskega para atomov vodika in klora.
Pravilneje si je predstavljati nastanek kovalentne vezi v molekuli vodikovega klorida kot prekrivanje enoelektronskega s-oblaka atoma vodika z enoelektronskim p-oblakom atoma klora:
pri kemična interakcija skupni elektronski par je premaknjen proti bolj elektronegativnemu atomu klora:
Takšni pogojni stroški se imenujejo oksidacijsko stanje. Pri definiranju tega koncepta se običajno domneva, da so v kovalentnih polarnih spojinah vezni elektroni v celoti preneseni na bolj elektronegativen atom, zato so spojine sestavljene le iz pozitivno in negativno nabitih ionov.
je pogojni naboj atomov kemičnega elementa v spojini, izračunan na podlagi predpostavke, da so vse spojine (tako ionske kot kovalentno polarne) sestavljene samo iz ionov.
Oksidacijsko število ima lahko negativne, pozitivne ali ničelne vrednosti, ki so običajno nameščene nad simbolom elementa na vrhu, na primer: 
Negativni pomen oksidacijska stanja so tisti atomi, ki so sprejeli elektrone od drugih atomov ali so jim izpodrinjeni skupni elektronski pari, torej atomi bolj elektronegativnih elementov. Fluor ima v vseh spojinah vedno oksidacijsko stopnjo -1. Kisik, drugi najbolj elektronegativni element za fluorom, ima skoraj vedno oksidacijsko stopnjo -2, razen spojin s fluorom, na primer:
Pozitivno oksidacijsko stanje je dodeljeno tistim atomom, ki oddajo svoje elektrone drugim atomom ali iz katerih so črpani skupni elektronski pari, to je atomom manj elektronegativnih elementov. Kovine vedno pozitivna stopnja oksidacijo. Kovine glavnih podskupin:
Skupina I v vseh spojinah je oksidacijsko stanje +1,
Skupina II je enaka +2. Skupina III - +3, na primer:
V spojinah je skupno oksidacijsko stanje vedno nič. Če poznate to in oksidacijsko stanje enega od elementov, lahko vedno najdete oksidacijsko stanje drugega elementa s formulo binarne spojine. Na primer, poiščimo oksidacijsko stopnjo klora v spojini Cl2O2. Označimo oksidacijsko stopnjo -2
kisik: Cl2O2. Zato bo skupnih sedem atomov kisika negativni naboj(-2) 7 =14. Potem bo skupni naboj dveh atomov klora +14, enega atoma klora pa:
(+14):2 = +7.
Podobno, če poznate oksidacijska stanja elementov, lahko ustvarite formulo za spojino, na primer aluminijev karbid (spojina aluminija in ogljika). Zapišimo predznaka aluminija in ogljika ob AlC, pri čemer je najprej predznak aluminija, saj je kovina. S pomočjo periodnega sistema elementov določimo število zunanjih elektronov: Al ima 3 elektrone, C 4. Atom aluminija bo svoje 3 zunanje elektrone oddal ogljiku in prejel oksidacijsko stanje +3, kar je enako naboju ion. Nasprotno, atom ogljika bo vzel 4 manjkajoče elektrone v "cenjeno osem" in prejel oksidacijsko stanje -4.
Te vrednosti zapišemo v formulo: AlC in poiščemo najmanjši skupni večkratnik zanje, enak je 12. Nato izračunamo indekse:
Poznavanje oksidacijskih stanj elementov je potrebno tudi za pravilno poimenovanje kemične spojine.
Imena binarnih spojin sestavljeni iz dveh besed - imen kemičnih elementov, ki ju tvorijo. Prva beseda označuje elektronegativni del spojine - nekovine, njeno latinsko ime s pripono -id se vedno pojavlja v imenski primer. Druga beseda označuje elektropozitivni del - kovinski ali manj elektronegativen element, njegovo ime se vedno pojavi v rodilnik. Če elektropozitiven element pokaže različne stopnje oksidacija, to se odraža v imenu, ki označuje stopnjo oksidacije z rimsko številko, ki je postavljena na koncu.
Kemikom različne države razumeli, je bilo treba oblikovati enotno terminologijo in nomenklaturo snovi. Načela kemijska nomenklatura so jih prvi razvili francoski kemiki A. Lavoisier, A. Fourqutois, L. Guiton in C. Berthollet leta 1785. Trenutno Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo (IUPAC) usklajuje dejavnosti znanstvenikov iz več držav in izdaja priporočila o nomenklaturi snovi in terminologiji, ki se uporablja v kemiji.
Pri opredelitvi tega koncepta se običajno domneva, da se vezni (valentni) elektroni premaknejo k bolj elektronegativnim atomom (glej Elektronegativnost), zato so spojine sestavljene iz pozitivno in negativno nabitih ionov. Oksidacijsko število ima lahko ničelne, negativne in pozitivne vrednosti, ki so običajno nameščene nad simbolom elementa na vrhu.
Ničelno oksidacijsko stanje je dodeljeno atomom elementov v prostem stanju, na primer: Cu, H2, N2, P4, S6. Tisti atomi, proti katerim se premakne povezovalni elektronski oblak (elektronski par), imajo negativno vrednost oksidacijskega stanja. Za fluor v vseh njegovih spojinah je enako -1. Atomi, ki oddajajo valenčne elektrone drugim atomom, imajo pozitivno oksidacijsko stanje. Na primer, za alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine je enako +1 oziroma +2. Pri preprostih ionih, kot so Cl−, S2−, K+, Cu2+, Al3+, je enak naboju iona. V večini spojin je oksidacijsko stanje vodikovih atomov +1, v kovinskih hidridih (njihovih spojinah z vodikom) - NaH, CaH 2 in drugih - pa je -1. Za kisik je značilno oksidacijsko stanje -2, vendar bo na primer v kombinaciji s fluorom OF2 +2, v peroksidnih spojinah (BaO2 itd.) -1. V nekaterih primerih se lahko ta vrednost izrazi kot ulomek: za železo v železovem oksidu (II, III) Fe 3 O 4 je enaka +8/3.
Algebraična vsota oksidacijskih stanj atomov v spojini je nič, v kompleksnem ionu pa je naboj iona. S tem pravilom izračunamo na primer oksidacijsko stanje fosforja v ortofosforni kislini H 3 PO 4. Če jo označimo z x in pomnožimo oksidacijsko stopnjo vodika (+1) in kisika (−2) s številom njunih atomov v spojini, dobimo enačbo: (+1) 3+x+(−2) 4=0 , od koder je x=+5 . Podobno izračunamo oksidacijsko stanje kroma v ionu Cr 2 O 7 2−: 2x+(−2) 7=−2; x=+6. V spojinah MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, Mn 3 O 4, K 2 MnO 4, KMnO 4 bo oksidacijsko stanje mangana +2, +3, +4, +8/3, +6, +7 oz.
Najvišje oksidacijsko stanje je njegova največja pozitivna vrednost. Za večino elementov je enaka številki skupine v periodnem sistemu in je pomembna kvantitativne značilnosti element v svojih povezavah. Najnižja vrednost Oksidacijsko stanje elementa, ki se pojavlja v njegovih spojinah, običajno imenujemo najnižje oksidacijsko stanje; vsi drugi so vmesni. Torej je za žveplo najvišje oksidacijsko stanje +6, najnižje -2 in vmesno +4.
Spremembe oksidacijskih stanj elementov po skupinah periodnega sistema odražajo pogostost njihovih sprememb kemijske lastnosti z naraščajočo serijsko številko.
Koncept oksidacijskega stanja elementov se uporablja pri razvrščanju snovi, opisovanju njihovih lastnosti, sestavljanju formul spojin in njihovih mednarodne naslove. Vendar se še posebej pogosto uporablja pri preučevanju redoks reakcij. Koncept "oksidacijskega stanja" se pogosto uporablja v anorganska kemija namesto pojma "valenca" (glej
Naloga določanja oksidacijskega stanja je lahko preprosta formalnost ali zapletena uganka. Najprej bo to odvisno od formule kemijske spojine, pa tudi od razpoložljivosti osnovnega znanja kemije in matematike.
Poznavanje osnovnih pravil in algoritma zaporednih logičnih dejanj, o katerih bomo razpravljali v tem članku pri reševanju tovrstnih problemov, se lahko vsak zlahka spopade s to nalogo. Po vadbi in učenju določanja oksidacijskih stanj različnih kemičnih spojin se lahko varno lotite uravnavanja kompleksnih redoks reakcij z izdelavo elektronske tehtnice.
Koncept oksidacijskega stanja
Če želite izvedeti, kako določiti stopnjo oksidacije, morate najprej razumeti, kaj ta koncept pomeni?
- Oksidacijsko število se uporablja pri zapisovanju v redoks reakcijah, ko se elektroni prenašajo od atoma do atoma.
- Oksidacijsko stanje beleži število prenesenih elektronov, kar kaže na pogojni naboj atoma.
- Oksidacijsko stanje in valenca sta pogosto enaki.
Ta oznaka je zapisana na vrhu kemijskega elementa, v njegovem desnem kotu, in je celo število z znakom "+" ali "-". Ničelna vrednost oksidacijskega stanja nima predznaka.
Pravila za določanje stopnje oksidacije
Razmislimo o glavnih kanonih za določanje oksidacijskega stanja:
- Preproste elementarne snovi, torej tiste, ki so sestavljene iz ene vrste atomov, bodo vedno imele ničelno oksidacijsko stanje. Na primer Na0, H02, P04
- Obstaja več atomov, ki imajo vedno eno, konstantno oksidacijsko stanje. Bolje je, da si zapomnite vrednosti, navedene v tabeli.
- Kot lahko vidite, je edina izjema vodik v kombinaciji s kovinami, kjer dobi oksidacijsko stanje »-1«, ki zanj ni značilno.
- Kisik prevzame tudi oksidacijsko stanje "+2". kemična spojina s fluorom in “-1” v sestavkih peroksidov, superoksidov ali ozonidov, kjer so atomi kisika med seboj povezani.
- Kovinski ioni imajo več oksidacijskih stanj (in samo pozitivna), zato jo določajo sosednji elementi v spojini. Na primer, v FeCl3 ima klor oksidacijsko stanje "-1", ima 3 atome, tako da pomnožimo -1 s 3, dobimo "-3". Da je vsota oksidacijskih stopenj spojine "0", mora imeti železo oksidacijsko stopnjo "+3". V formuli FeCl2 bo železo ustrezno spremenilo svojo stopnjo na "+2".
- Z matematičnim seštevanjem oksidacijskih stanj vseh atomov v formuli (ob upoštevanju predznakov) bi morali vedno dobiti vrednost nič. Na primer, v klorovodikova kislina H+1Cl-1 (+1 in -1 = 0) in v žveplova kislina H2+1S+4O3-2(+1 * 2 = +2 za vodik, +4 za žveplo in -2 * 3 = – 6 za kisik; +6 in -6 seštejeta 0).
- Oksidacijsko stanje enoatomskega iona bo enako njegovemu naboju. Na primer: Na+, Ca+2.
- Najvišje oksidacijsko stanje je praviloma v korelaciji s številko skupine v periodičnem sistemu D. I. Mendelejeva.
Algoritem za določanje stopnje oksidacije
Vrstni red ugotavljanja oksidacijskega stanja ni zapleten, vendar zahteva pozornost in določene ukrepe.
Naloga: razporedi oksidacijska stanja v spojini KMnO4
- Prvi element, kalij, ima konstantno oksidacijsko stopnjo "+1".
Če želite preveriti, si lahko ogledate periodni sistem, kjer je kalij v 1. skupini elementov. - Od preostalih dveh elementov ima kisik oksidacijsko stopnjo -2.
- Dobimo naslednjo formulo: K+1MnxO4-2. Ostaja še določitev oksidacijskega stanja mangana.
Torej, x je oksidacijsko stanje mangana, ki nam ni znano. Zdaj je pomembno biti pozoren na število atomov v spojini.
Število atomov kalija je 1, mangana je 1, kisika je 4.
Ob upoštevanju električne nevtralnosti molekule, ko je skupni (totalni) naboj enak nič,
1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1х+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(pri prenosu zamenjamo predznak)
1x = +7, x = +7
Tako je oksidacijsko stanje mangana v spojini "+7".
Naloga: razvrsti oksidacijska stanja v spojini Fe2O3.
- Kisik ima, kot je znano, oksidacijsko stanje "-2" in deluje kot oksidant. Ob upoštevanju števila atomov (3) je skupna vrednost za kisik “-6” (-2*3= -6), tj. pomnožite oksidacijsko število s številom atomov.
- Da bi uravnotežili formulo in jo spravili na nič, bosta imela 2 atoma železa oksidacijsko stanje "+3" (2*+3=+6).
- Skupaj je nič (-6 in +6 = 0).
Naloga: razporedi oksidacijska stanja v spojini Al(NO3)3.
- Obstaja samo en atom aluminija in ima konstantno oksidacijsko stopnjo "+3".
- V molekuli je 9 atomov kisika (3*3), oksidacijsko stanje kisika je, kot je znano, "-2", kar pomeni, da z množenjem teh vrednosti dobimo "-18".
- Ostaja še izenačitev negativnih in pozitivnih vrednosti, s čimer se določi stopnja oksidacije dušika. -18 in +3, manjka + 15. In glede na to, da obstajajo 3 atomi dušika, je enostavno določiti njegovo oksidacijsko stopnjo: 15 delite s 3 in dobite 5.
- Oksidacijsko stanje dušika je "+5", formula pa bo videti tako: Al+3(N+5O-23)3
- Če je na ta način težko določiti želeno vrednost, lahko sestavite in rešite enačbe:
1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5
Torej je oksidacijsko stanje v kemiji precej pomemben koncept, ki simbolizira stanje atomov v molekuli.
Brez poznavanja določenih določb ali osnov, ki vam omogočajo pravilno določitev stopnje oksidacije, je nemogoče obvladati to nalogo. Zato obstaja samo en zaključek: temeljito se seznanite in preučite pravila za iskanje oksidacijskega stanja, ki so jasno in jedrnato predstavljena v članku, in pogumno nadaljujte po težki poti kemijskih zapletenosti.
Oksidacijsko stanje. Določanje oksidacijskega stanja atoma elementa s pomočjo kemijske formule spojine. Sestavljanje formule spojine na podlagi znanih oksidacijskih stanj elementarnih atomov
Oksidacijsko stanje elementa je pogojni naboj atoma v snovi, izračunan ob predpostavki, da je sestavljena iz ionov. Za določitev oksidacijskega stanja elementov se morate spomniti nekaterih pravil:
1. Oksidacijsko stanje je lahko pozitivno, negativno ali nič. Označena je z arabsko številko z znakom plus ali minus nad simbolom elementa.
2. Pri določanju oksidacijskih stanj izhajamo iz elektronegativnosti snovi: vsota oksidacijskih stanj vseh atomov v spojini je nič.
3. Če spojino tvorijo atomi enega elementa (v enostavni snovi), potem je oksidacijsko stanje teh atomov nič.
4. Atomom nekaterih kemičnih elementov so običajno dodeljena oksidacijska stanja jekla. Na primer, oksidacijsko stanje fluora v spojinah je vedno -1; litij, natrij, kalij, rubidij in cezij +1; magnezij, kalcij, stroncij, barij in cink +2, aluminij +3.
5. Oksidacijsko stanje vodika je v večini spojin +1, le v spojinah z nekaterimi kovinami pa je enako -1 (KH, BaH2).
6. Oksidacijsko stanje kisika je v večini spojin -2, le nekaterim spojinam pa mu pripišemo oksidacijsko stanje -1 (H2O2, Na2O2 ali +2 (OF2).
7. Atomi številnih kemičnih elementov imajo spremenljiva oksidacijska stanja.
8. Oksidacijsko stanje kovinskega atoma v spojinah je pozitivno in je številčno enako njegovi valenci.
9. Najvišje pozitivno oksidacijsko stanje elementa je običajno enako številki skupine v periodnem sistemu, v kateri je element.
10. Minimalno oksidacijsko stanje za kovine je nič. Za nekovine je v večini primerov pod negativno oksidacijsko stopnjo enako razliki med številko skupine in številko osem.
11. Oksidacijsko stanje atoma tvori preprost ion (sestoji iz enega atoma) in je enako naboju tega iona.
Z zgornjimi pravili bomo določili oksidacijska stanja kemičnih elementov v sestavi H2SO4. To je kompleksna snov, sestavljena iz treh kemičnih elementov - vodika H, žvepla S in kisika O. Upoštevajte oksidacijska stanja tistih elementov, za katere so konstantna. V našem primeru sta to vodik H in kisik O.
Določimo neznano oksidacijsko stanje žvepla. Naj bo oksidacijsko stanje žvepla v tej spojini x.
Ustvarimo enačbe tako, da za vsak element pomnožimo njegov indeks s stopnjo oksidacije in izenačimo ekstrahirano količino z nič: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0
2 + X – 8 = 0
x = +8 – 2 = +6
Zato je oksidacijsko število žvepla plus šest.
V naslednjem primeru bomo izvedeli, kako sestaviti formulo za spojino z znanimi oksidacijskimi stanji elementarnih atomov. Ustvarimo formulo za železov (III) oksid. Beseda "oksid" pomeni, da morate desno od simbola železa napisati simbol kisika: FeO.
Zabeležimo si oksidacijska stanja kemičnih elementov nad njihovimi simboli. Oksidacijsko stanje železa je v imenu navedeno v oklepajih (III), zato je enako +3, oksidacijsko stanje kisika v oksidih je -2.
Poiščimo najmanjši skupni večkratnik števil 3 in 2, to je 6. Število 6 delimo s 3, dobimo število 2 – to je indeks za železo. Število 6 delimo z 2, dobimo številko 3 - to je indeks za kisik.
V naslednjem primeru bomo izvedeli, kako ustvariti formulo za spojino z znanimi oksidacijskimi stanji atomov elementov in nabojev ionov. Ustvarimo formulo za kalcijev ortofosfat. Beseda "ortofosfat" pomeni, da morate desno od simbola kalcija napisati kislinski ostanek ortofosfatne kisline: CaPO4.
Zabeležimo si oksidacijsko stopnjo kalcija (četrto pravilo) in naboj kislinskega ostanka (po tabeli topnosti).
Poiščimo najmanjši skupni večkratnik števil 2 in 3, to je 6. Število 6 delimo z 2, dobimo število 3 – to je indeks za kalcij. Število 6 razdelimo na 3, dobimo številko 2 - to je indeks kislinskega ostanka.
Sposobnost iskanja oksidacijskega stanja kemičnih elementov je nujen pogoj za uspešno rešitev kemijske enačbe, ki opisuje redoks reakcije. Brez tega ne boste mogli ustvariti natančne formule za snov, ki je posledica reakcije med različnimi kemičnimi elementi. Posledično bo reševanje kemijskih problemov na podlagi takih enačb nemogoče ali napačno.
Koncept oksidacijskega stanja kemijskega elementaOksidacijsko stanje je konvencionalna vrednost, s katero je običajno opisati redoks reakcije. Številčno je enako številu elektronov, ki jih prevzemni atom odda pozitivni naboj, ali število elektronov, ki jih atom dobi negativen naboj.
Pri redoks reakcijah se za določanje uporablja koncept oksidacijskega stanja kemijske formule spojine elementov, ki nastanejo pri interakciji več snovi.
Na prvi pogled se morda zdi, da je oksidacijsko število enakovredno konceptu valence kemičnega elementa, vendar to ni tako. Koncept valenca uporablja se za kvantificiranje elektronskih interakcij v kovalentnih spojinah, to je spojinah, ki nastanejo s tvorbo skupnih elektronskih parov. Oksidacijsko število se uporablja za opis reakcij, ki izgubljajo ali pridobivajo elektrone.
Za razliko od valence, ki je nevtralna lastnost, je oksidacijsko število lahko pozitivno, negativno ali nič. Pozitivna vrednost ustreza številu oddanih elektronov, negativna vrednost pa številu dodanih elektronov. Vrednost nič pomeni, da je element bodisi v svoji elementarni obliki, ali je bil reduciran na 0 po oksidaciji ali pa je bil oksidiran na nič po predhodni redukciji.
Kako določiti oksidacijsko stanje določenega kemičnega elementa
Določanje oksidacijskega stanja za določen kemični element je predmet naslednjih pravil:
- Stopnja oksidacije enostavnih snovi je vedno nič.
- Alkalijske kovine, ki so v prvi skupini periodnega sistema, imajo oksidacijsko stopnjo +1.
- Zemljoalkalijske kovine, ki zasedajo drugo skupino v periodnem sistemu, imajo oksidacijsko stopnjo +2.
- Vodik ima v spojinah z različnimi nekovinami vedno oksidacijsko stanje +1, v spojinah s kovinami pa +1.
- Oksidacijsko stanje molekularnega kisika v vseh spojinah, obravnavanih v šolskem tečaju anorganske kemije, je -2. Fluor -1.
- Pri določanju stopnje oksidacije v izdelkih kemične reakcije Izhajajo iz pravila električne nevtralnosti, po katerem mora biti vsota oksidacijskih stanj različnih elementov, ki sestavljajo snov, enaka nič.
- Aluminij v vseh spojinah kaže oksidacijsko stanje +3.
Obstajajo višja, nižja in srednja oksidacijska stanja. Najvišje oksidacijsko stanje, tako kot valenca, ustreza številki skupine kemičnega elementa v periodnem sistemu, hkrati pa ima pozitivna vrednost. Najnižje oksidacijsko stanje je številčno enako razliki med številko 8 skupine elementa. Vmesno oksidacijsko stanje bo poljubno število v razponu od najnižjega oksidacijskega stanja do najvišjega.
Za lažjo navigacijo med različnimi oksidacijskimi stanji kemičnih elementov vam predstavljamo naslednjo pomožno tabelo. Izberite element, ki vas zanima, in prejeli boste vrednosti njegovih možnih oksidacijskih stanj. Vrednosti, ki se redko pojavljajo, bodo navedene v oklepajih.
