Где смотреть степень окисления элементов. Что такое степень окисления, как определять и расставлять

В химии описание различных окислительно-восстановительных процессов не обходится без степеней окисления - специальных условных величин, при помощи которых можно определить заряд атома какого-либо химического элемента .

Если представить степень окисления (не путайте с валентностью, так как во многих случаях они не совпадают) как запись в тетради, то мы увидим просто цифры со знаками ноль (0 - в простом веществе), плюс (+) или минус (-) над интересующим нас веществом. Как бы то ни было, они играют огромную роль в химии, а умение определять СО(степень окисления) - это необходимая база в изучении данного предмета, без которой дальнейшие действия смысла не имеют.

Мы используем СО, чтобы описать химические свойства вещества (или отдельного элемента), верного написания его международного названия (понятного для любой страны и нации вне зависимости от используемого языка) и формулы, а также для классификации по признакам.

Степень может быть трёх видов: высшая (для её определения требуется знать, в какой группе находится элемент), промежуточная и низшая (необходимо из числа 8 вычесть номер группы, в которой располагается элемент; естественно, цифра 8 берётся потому, что всего в периодической системе Д.Менделеева 8 групп). Подробно об определении степени окисления и правильном её расставлении будет сказано ниже.

Как определяется степень окисления: постоянная СО

Во-первых, СО может быть переменной или постоянной

Определение постоянной степени окисления не составляет большого труда, поэтому урок лучше начинать именно с неё: для этого необходимо только умение пользоваться ПС (периодической системой). Итак, существует ряд определённых правил:

1. Нулевая степень. Выше было упомянуто - её имеют исключительно простые вещества: S, O2, Al, K и так далее.
2. Если молекулы нейтральны (иными словами, они не имеют электрического заряда), то в сумме их степени окисления равняются нулю. Однако в случае с ионами сумма должна равняться заряду самого иона.
3. В I, II, III группах таблицы Менделеева расположены преимущественно металлы. Элементы этих групп имеют положительный заряд, номер которого соответствует номеру группы (+1, +2, или +3). Пожалуй, большое исключение составляет железо (Fe) - его СО бывает как +2, так и +3.
4. СО водорода (H) чаще всего бывает +1 (при взаимодействии с неметаллами: HCl, H2S), но в отдельных случаях мы ставим -1 (при образовании гидридов в соединениях с металлами: KH, MgH2).
5. СО кислорода (O) +2. Соединения с данным элементом образуют оксиды (MgO, Na2O, H20 - вода). Однако есть и случаи, когда кислород имеет степень окисления -1 (при образовании пероксидов) или и вовсе выступает в роли восстановителя (в соединении с фтором F, потому что окислительные свойства кислорода слабее).

На основе данных сведений расставляются степени окисления во множестве сложных веществ, описываются окислительно-восстановительные реакции и прочее, однако об этом позже.

Переменная СО

Некоторые химические элементы отличаются тем, что имеют не одну степень окисления и меняют её в зависимости от того, в какой формуле стоят. Согласно правилам сумма всех степеней также должна равняться нулю, но для её нахождения необходимо проделать некоторые вычисления. В письменном варианте это выглядит как просто алгебраическое уравнение, но со временем мы «набиваем руку», и не составляет труда составить и быстро выполнить весь алгоритм действий мысленно.

Разобраться на словах будет не так легко, и лучше сразу перейти к практике:

HNO3 - в данной формуле определить степень окисления азота (N). В химии мы и читаем названия элементов, и подходим к расставлению степеней окисления тоже с конца. Итак, известно, что СО кислорода -2. Мы должны умножить степень окисления на коэффициент справа (если он есть): -2*3=-6. Далее переходим к водороду (H): его СО в уравнении будет +1. Значит, чтобы в сумме СО давали ноль, нужно прибавить 6. Проверка: +1+6-7=-0.

Дополнительные упражнения можно будет найти в конце, но прежде всего нам требуется определить, какие элементы имеют переменную степень окисления. В принципе, все элементы, не считая первых трёх групп, меняют свои степени. Наиболее ярким примером служат галогены (элементы VII группы, не считая фтора F), IV группа и благородные газы. Ниже вы увидите перечень некоторых металлов и неметаллов с переменной степенью:

• H (+1, -1);
• Be (-3, +1, +2);
• B (-1, +1, +2, +3);
• C (-4, -2, +2, +4);
• N (-3, -1, +1, +3, +5);
• O (-2, -1);
• Mg (+1, +2);
• Si (-4, -3, -2, -1, +2, +4);
• P (-3, -2, -1, +1, +3, +5);
• S (-2, +2, +4, +6);
• Cl (-1, +1, +3, +5, +7).

Это лишь небольшое количество элементов. Чтобы научиться определять СО, требуется изучение и практика, однако это не значит, что нужно заучивать все постоянные и переменные СО наизусть: просто запомните, что последние встречаются значительно чаще. Зачастую немалую роль играет коэффициент и то, какое вещество представлено - к примеру, в сульфидах отрицательную степень принимает сера (S), в оксидах - кислород (O), в хлоридах - хлор (Cl). Следовательно, в этих солях положительную степень принимает другой элемент (и называется в данной ситуации восстановителем).

Решение задач на определение степени окисления

Теперь мы подошли к самому главному - практике. Попробуйте выполнить следующие задания сами, а затем посмотрите разборку решения и сверьте ответы:

1. K2Cr2O7 - найти степень хрома.
   СО у кислорода -2, у калия +1, а у хрома обозначим пока что как неизвестную переменную x. Суммарное значение равняется 0. Следовательно, составим уравнение: +1*2+2*x-2*7=0. После решения получаем ответ 6. Сделаем проверку - всё совпало, значит, задание решено.
2. H2SO4 - найти степень серы.
   По той же концепции составляем уравнение: +2*1+x-2*4=0. Далее: 2+x-8=0.x=8-2; x=6.

Краткое заключение

Чтобы научиться определять степень окисления самостоятельно, вам нужно не только уметь составлять уравнения, но и основательно взяться за изучение свойств элементов различных групп, вспомнить уроки алгебры, составляя и решая уравнения с неизвестной переменной.
Не забывайте, что в правилах есть свои исключения и о них нельзя забывать: речь идёт об элементах с переменной СО. Также для решения многих задач и уравнений необходимо умение расставлять коэффициенты (и знать, с какой целью это делается).

Редакция "сайт"

В настоящее время описание химии любого элемента начинают с электронной формулы, выделения особых валентных электронов и сведений о степенях окисления, проявляемых элементов в соединениях.

Количество валентных электронов и тип орбиталей, на которых они находятся, определяет степени окисления, проявляемых элементом при образовании соединений .

Степень окисления металла определяется количеством электронов, участвующих в образовании связи с более электроотрицательными элементами (например, с кислородом, галогенами, серой и др.). Будем обозначать степень окисления элемента Х Э . Предельно возможная (максимальная) степень окисления определяется общим числом валентных электронов. При образовании соединения металл может использовать не все свои валентные электроны, в этом случае металл оказывается в некоторой промежуточной степени окисления. При этом для металлов р- и d-блоков, как правило, характерно несколько степеней окисления. Для каждого металла среди промежуточных степеней окисления можно выделить наиболее характерные, т.е. степени окисления, проявляемые металлом в своих распространенных и относительно устойчивых соединениях.

Степени окисления, проявляемые s- и р-металлами

У всех s-элементов есть только одна степень окисления, совпадающая с общим числом валентных электронов, т.е. все s-элементы 1 группы имеют степень окисления +1, а элементы второй группы +2.

У р-элементов из-за различий в энергии s- и p-орбиталей последнего слоя дифференцируются две степени окисления. Одна степень окисления определяется числом электронов на внешних р-орбиталях, а другая - общим количеством валентных электронов. Только у р-элементов 13 группы устойчивой является одна степень окисления +3, кроме Tl с более устойчивой степенью окисления +1.

У р-элементов 14 группы есть две степени окисления +2 и +4 .

У Bi есть две степени окисления +3 и +5 .

Особая «чувствительность» s-электронов к ядру, приводящая к тому, что при большом заряде ядра s- электроны сильнее им удерживаются, объясняет, почему у р-элементов 6 периода становится устойчивой степень окисления, связанная с потерей только р-электронов. У р-элементов шестого периода устойчивы степени окисления: +1 у Tl, +2 - у Pb и + 3- у Bi.
В таблице приведены степени окисления, проявляемые металлами s- и р-блоков.

Степени окисления, проявляемые металлами s- и р-блоков

периоды	ряды	Группы
		1	2	13	14	15
В. e-		ns 1	ns 2	ns 2 np 1	ns 2 np 2	ns 2 np 3
II		Li +1	Be +2
III	3	Na +1	Mg +2	Al (1), 3
IV	4	K +1	Ca +2	Ga (1), 3
V	5	Rb +1	Sr +2	In (1), 3	Sn 2 , 4
VI	6	Cs +1	Ba +2	Tl 1 , 3	Pb 2 , 4	Bi 3 , 5

Степени окисления d-металлов

Только d-элементы 3 и 12 групп имеют по одной степени окисления. У элементов 13 группы она равна общему числу электронов, т.е. +3. У элементов 12 группы d-орбитали полностью заполнены электронами и в образовании химических связей участвуют только два электрона с внешней s-орбитали, поэтому элементы 12 группы имеют одну степень окисления +2.

Максимальную степень окисления, обусловленную общим количеством электронов, проявляют только d-элементы 3 ¸ 7 групп. А также и Os и Ru, проявляющие степень окисления +8. При движении к концу переходных рядов с ростом числа электронов на d-орбиталях и повышением эффективного заряда ядра самая большая степень окисления становится меньше общего числа валентных электронов.

Существуют большие различия между d-элементами четвертого и элементами 5 и 6 периодов .

Из-за различий в энергии s-электронов 4 слоя и d-электронов 3 слоя все элементы 4 периода, кроме Sc, проявляют степень окисления +2, связанную с потерей двух электронов с внешней ns-орбитали. У многих элементов степень окисления +2 является устойчивой и ее устойчивость увеличивается к концу ряда.

У d-элементов 4 периода наиболее устойчивыми являются низкие степени окисления +2, +3, +4 .

При большом заряде ядра s-электроны сильнее удерживаются, различие в энергиях ns- и (n-1)d-орбиталей уменьшается, и это приводит к тому, что у d-элементов 5 и 6 периодов высшие степени окисления в 3 ¸ 7 группах становятся самыми устойчивыми. Вообще, у d-элементов 5 и 6 периодов устойчивы высокие степени окисления больше 4 . Исключение составляют d-элементы 3,11 и 12 групп.

В приведенных ниже таблицах указаны характерные степени окисления d-металлов, красным цветом выделены наиболее устойчивые. В таблицу не включены степени окисления, проявляемые металлами в редких и неустойчивых соединениях.
При описании химии любого элемента обязательно указывают характерные для него степени окисления.

Валентные электроны и наиболее характерные степени окисления для d-элементов 4 периода

группа	3	4	5	6	7	8	9	10	11	I2
Металлы 4 периода	21 Sc	22 Ti	23 V	24 Cr	25 Mn	26 Fe	27 Co	28 Ni	29 Cu	30 Zn
В e-	3d 1 4s 2	3d 2 4s 2	3d 3 4s 2	3d 5 4s 1	3d 5 4s 2	3d 6 4s 2	3d 7 4s 2	3d 8 4s 2	3d 10 4s 1	3d 10 4s 2
Х max	3	4	5	6	7	6	3 (4)	3 (4)	2 (3)	2
Наиболее характерные Х	3	2, 3,4	2, 3, 4,5	2,3,6	2, 3, 4 6, 7	2, 3, 6	2, 3	2, 3	1, 2	2
Наиболее устойчивые Х	3	4	4, 5	3	2, 4	2, 3	2	2	2	2
Х в природных соединениях	3	4	4, 5	3, 6	4, 2, 3	3, 2	2	2	2, 1	2

Наиболее характерные степени окисления для d-элементов 5 и 6 периодов

группа	3	4	5	6	7	8	9	10	11	I2
Металлы 5 периода	39 Y	40 Zr	41 Nb	42 Mo	43 Tc	44 Ru	45 Rh	46 Pd	47 Ag	48 Cd
В e-	4d 1 5s 2	4d 2 5s 2	4d 4 5s 1	4d 5 5s 1	4d 6 5s 1	4d 7 5s 1	4d 8 5s 1	4d 10 5s 0	4d 10 5 s 1	4d 10 5s 2
Х max	3	4	5	6	7	8	6	4	3	2
Наиболее характерные Х	3	4	5	4, 6	4, 7	4 , 6,7,8	3, 4,5,6	2, 4	1, 2,3	2
Наиболее устойчивые Х	3	4	5	6	7	4	3	2	1	2
Х в природных соединениях	3	4	5	4, 6	нет в природе	0	0	0	0, 1	2
Металлы 6 периода	57 La	72 Hf	73 Ta	74 W	75 Re	76 Os	77 Ir	78 Pt	79 Au	80 Hg
В e-	5d 1 6s 2	5d 2 6s 2	5d 3 6s 2	5d 4 6s 2	5d 5 6s 2	5d 6 6s 2	5d 7 6s 2	5d 9 6s 1	5d 10 6s 1	5d 10 6s 2
Х max	3	4	5	6	7	8	6	4 (6)	3	2
Наиболее характерные Х	3	4	4, 5	4, 5, 6	4 ,5 6,7	4 , 6,7,8	3,4 ,5,6	2 ,4 , 6	1 , 3	2
Более устойчивые Х	3	4	5	6	7, 4	4	4	4	1	2
Х в природных соединениях	3	4	5	6	4	0	0	0	0	2

Все соединения металлов в положительных степенях окисления способны проявлять окислительные свойства и восстанавливаться. Металлы и получают, восстанавливая соединения металла либо природные, либо предварительно полученные из природных минералов.

Соединения, содержащие элемент в любой степени окисления, меньшей, чем максимальная, способны окисляться, терять электроны и проявлять восстановительные свойства.

У соединений, содержащих металл в низкой и неустойчивой степени окисления, выражены восстановительные свойства. Так, например, соединения Ti(+2), V(+2), Cr(+2) восстанавливают воду.

2VO + 2H 2 O = 2VOOH + H 2

Вещества, содержащие элемент в высоких и неустойчивых степенях окисления, обычно проявляют сильные окислительные свойства, как например, соединения Mn и Cr в степенях окисления 6 и 7. Сильные окислительные свойства проявляет оксид PbO 2 и соли Bi(+5). У этих элементов высшие степени окисления неустойчивы.

все s-элементы 1 группы имеют степень окисления +1,

s-элементы второй группы +2.

Для р-элементов характерны две степени окисления, исключение составляют элементы 3 группы. Одна степень окисления определяется числом электронов на внешних р-орбиталях, а другая - общим количеством валентных электронов.

• У р-элементов 13 группы устойчивой является одна степень окисления +3, кроме Tl с более устойчивой степенью окисления +1.
• У р-элементов 14 группы есть две степени окисления +2 и +4.
• У Bi есть две степени окисления +3 и +5.

Металлы d-блока из-за большого числа валентных электронов проявляют многообразие степеней окисления.

• Существуют большие различия между d-элементами четвертого и элементами 5 и 6 периодов.
• Все элементы 4 периода, кроме Sc, проявляют степень окисления +2, связанную с потерей двух электронов с внешней ns-орбитали. У многих элементов степень окисления +2 является устойчивой и ее устойчивость увеличивается к концу ряда.
• У d-элементов 4 периода более устойчивыми являются низкие степени окисления +2, +3, +4.
• У d-элементов 5 и 6 периодов устойчивы высокие степени окисления ³ 4. Исключение составляют d-элементы 3,11 и 12 групп.
• Максимальную степень окисления, обусловленную общим количеством электронов, проявляют только d-элементы 3 ¸ 7 групп, а также Os и Ru, проявляющие степень окисления +8.
• Характерные степени окисления металлов указаны в таблицах.
• Степень окисления - это важный стехиометрический параметр, позволяющий записывать химические формулы соединений
• На степени окисления основывается окислительно-восстановительная классификация соединений. Cтепень окисления оказывается самой важной характеристикой металла при прогнозировании окислительно-восстановительных свойств его соединений.
• При кислотно-основной классификации оксидов и гидроксидов также опираются на степень окисления металла. Высокие степени окисления > +5 обуславливают кислотные свойства, а степени окисления £ +4, обеспечивают основные свойства.
• Роль степеней окисления велика в структурировании описания химии элемента, как правило, соединения группируют по степеням окисления.

Инструкция

В результате образуется комплексное соединение – тетрахлораурат водорода. Комплексообразователем в нем является ион золота, лигандами – ионы хлора, внешней сферой – ион водорода. Как же определить степени окисления элементов в этом комплексном соединении ?

Прежде всего определите, какой из элементов, входящих в состав молекулы, самый электроотрицательный, то есть кто будет перетягивать к себе общую электронную плотность. Это, хлор, поскольку он в верхней правой части таблицы Менделеева, и по уступает только фтору и кислороду. Следовательно, его степень окисления будет со знаком «минус». А какова величина степени окисления хлора?

Хлор, как и все другие галогены, расположен в 7-й группе таблицы Менделеева, на его внешнем электронном уровне находится 7 электронов. Перетянув на этот уровень еще один электрон, он перейдет в устойчивое положение. Таким образом, его степень окисления будет равна -1. А поскольку в этом комплексном соединении четыре иона хлора, то суммарный заряд будет равняться -4.

Но сумма величин степеней окисления элементов, входящих в состав молекулы, должна быть равной нулю, ведь любая молекула электрически нейтральна. Таким образом, -4 должен быть уравновешен положительным зарядом +4, за счет водорода и золота.

Вам понадобится

• Школьный учебник по химии 8-9 класс любого автора, таблица Менделеева, таблица электроотрицательности элементов (печатаются в школьных учебниках по химии).

Инструкция

Для начала необходимо обозначить, что степень - это понятие , принимающее связи за , то есть не углубляющиеся в строение. Если элемент находится в свободном состоянии, то это самый простой случай - образуется простое вещество, а значит степень окисления его равна нулю. Так например, водород, кислород, азот, фтор и т.д.

В сложных веществах все обстоит иначе: электроны между атомами распределены неравномерно, и именно степень окисления помогает определить количество отданных или принятых электронов. Степень окисления может положительной и отрицательной. При плюсе электроны отдаются, при минусе принимаются. Некоторые элементы свою степень окисления сохраняют в различных соединениях, но многие этой особенностью не отличаются. Нужно помнить немаловажное правило - сумма степеней окисления всегда равна нулю. Простейший пример, газ СО: зная, что степень окисления кислорода в преобладающем большинстве случаев равна -2 и используя вышеобозначенное правило, можно вычислить степень окисления для С. В сумме с -2 ноль дает только +2, а значит степень окисления углерода +2. Усложним задачу и возьмем для вычислений газ СО2: степень окисления кислорода по-прежнему остается -2, но молекул его в данном случае две. Следовательно, (-2) * 2 = (-4). Число, в сумме с -4 дающее ноль, +4, то есть в этом газе имеет степень окисления +4. Пример посложнее: Н2SO4 - у водорода степень окисления +1, у кислорода -2. Во взятом соединении 2 водорода и 4 кислорода, т.е. будут, соответственно, +2 и -8. Для того чтобы в сумме получить ноль, нужно добавить 6 плюсов. Значит, степень окисления серы +6.

Когда в соединении сложно определить, где плюс, где минус, необходима электроотрицательности (ее несложно найти в учебнике по общей ). Металлы часто имеют положительную степень окисления , а неметаллы отрицательную. Но например, PI3 - оба элемента неметаллы. В таблице указано, что электроотрицательность йода равна 2,6, а 2,2. При сравнении выясняется, что 2,6 больше, чем 2,2, то есть электроны стягиваются в сторону йода (йод имеет отрицательную степень окисления ). Следуя приведенным несложным примерам, можно легко определить степень окисления любого элемента в соединениях.

Обратите внимание

Не нужно путать металлы и неметаллы, тогда степень окисления будет проще найти и не запутаться.

Степенью окисления называют условный заряд атома в молекуле. При этом предполагают, что все связи имеют ионный характер. Иначе говоря, окисления характеризует возможность элемента образовывать ионную связь.

Вам понадобится

• - таблица Менделеева.

Инструкция

В соединении сумма степеней атомов равна заряду этого соединения. Значит, в простом веществе, например, Na или H2, степень окисления элемента равна нулю.

Степень окисления кислорода в соединениях обычно равна -2. Например, в воде H2O два атома водорода и один атом кислорода. Действительно, -2+1+1 = 0 - в левой части выражении стоит сумма степеней окисления всех входящих в соединение атомов. В СaO кальций имеет степень окисления +2, а - -2. Исключения из этого - соединения OF2 и H2O2.
У степень окисления всегда равна -1.

Обычно максимальная положительная степень окисления элемента совпадает с номером его группы в периодической таблицы элементов Менделеева. Максимальная степень окисления равна элемента минус восемь. Пример - хлор в седьмой группе. 7-8 = -1 - степень окисления . Исключение в этом правиле составляют фтор, кислород и железо - высшая степень окисления ниже номера их группы. У элементов подгруппы меди высшая степень окисления больше 1.

Источники:

• Степень окисления элементов в 2018

Степень окисления элемента – это условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный из предположения, что соединения состоят только из ионов. Они могут иметь положительные, отрицательные, нулевые значения. У металлов степени окисления всегда положительные, у неметаллов могут быть как положительные, так и отрицательные. Это зависит от того, с каким атомом соединен атом неметалла.

Инструкция

Обратите внимание

Степень окисления может иметь дробные значения, например в магнитном железняке Fe2O3 равна +8/3.

Источники:

• "Пособие по химии", Г.П. Хомченко, 2005.

Степень окисления - часто встречающаяся в учебниках химии характеристика элементов. Существует большое количество задач, направленных на определение этой степени, и многие из них вызывают у школьников и студентов трудности. Но, следуя определенному алгоритму, эти трудности можно избежать.

Вам понадобится

• - периодическая система химических элементов (таблица Д.И. Менделеева).

Инструкция

Запомните одно общее правило: любого элемента в простом веществе равна нулю ( простых веществ: Na, Mg, Al, - т.е. вещества, состоящие из одного элемента). Для определения вещества вначале просто запишите его, не теряя индексов - цифр, стоящих в правой нижней части рядом с символом элемента. Примером будет серная - H2SO4.

Далее откройте таблицу Д.И. Менделеева и найдите степень самого левого элемента в вашем веществе - в случае данного примера. По существующему правилу его степень окисления будет всегда положительна, и записывается она со знаком «+», так как он занимает крайнее левое положение в записи формулы вещества. Чтобы определить числовое значение степени окисления, обратите внимание на расположение элемента относительно групп. Водород находится в первой группе, следовательно, его степень окисления +1, но так как в серной два атома водорода (это нам показывает индекс), то над его символом напишите +2.

После этого определите степень окисления самого правого элемента в записи - кислорода в данном случае. Его условный (или степень окисления) будет всегда отрицателен, так как он занимает правое положение в записи вещества. Это правило справедливо во всех случаях. Числовое значение правого элемента находится в результате вычитания из номера его группы числа 8. В данном случае степень окисления кислорода равна -2 (6-8=-2), учитывая индекс - -8.

Чтобы найти условный заряд атома третьего элемента, воспользуйтесь правилом - сумма степеней окисления всех элементов должна быть равна нулю. Значит, условный заряд атома кислорода в веществе будет равен +6: (+2)+(+6)+(-8)=0. После этого запишите +6 над символом серы.

Источники:

• как степени окисления химических элементов

Фосфор – химический элемент, имеющий 15-й порядковый номер в Таблице Менделеева. Он расположен в ее V группе. Классический неметалл, открытый алхимиком Брандом в 1669-м году. Существует три основных модификации фосфора: красный (входящий в состав смеси для розжига спичек), белый и черный. При очень высоких давлениях (порядка 8,3*10^10Па) черный фосфор переходит в другое аллотропическое состояние («металлический фосфор») и начинает проводить ток. фосфора в различных веществах?

Инструкция

Вспомните, степень . Это величина, соответствующая заряду иона в молекуле, при условии, что электронные пары, осуществляющие связь, смещены в сторону более электроотрицательного элемента (расположенного в Таблице Менделеева правее и выше).

Надо также знать главное условие: сумма электрических зарядов всех ионов, входящих в состав молекулы, с учетом коэффициентов всегда должна равняться нулю.

Степень окисления далеко не всегда количественно совпадает с валентностью. Наилучший пример – углерод, который в органических всегда имеет , равную 4, а степень окисления может быть равной и -4, и 0, и +2, и +4.

Какова степень окисления в молекуле фосфина PH3, например? С учетом всего дать на этот вопрос очень легко. Поскольку водород – самый первый элемент в Таблице Менделеева, он по определению не может располагаться там «правее и выше», чем . Следовательно, именно фосфор притянет к себе электроны водорода.

Каждый атом водорода, лишившись электрона, превратится в положительно заряженный ион окисления +1. Следовательно, суммарный положительный заряд равен +3. Значит, с учетом правила, гласящего, что суммарный заряд молекулы равен нулю, степень окисления фосфора в молекуле фосфина равна -3.

Ну, а какова степень окисления фосфора в оксиде P2O5? Возьмите Таблицу Менделеева. Кислород расположен в VI группе, правее фосфора, и к тому же выше, следовательно, он однозначно более электроотрицателен. То есть степень окисления кислорода в этом соединении будет со знаком «минус», а фосфора – со знаком «плюс». Каковы же эти степени, чтобы молекула в целом была нейтральна? Легко можно увидеть, что наименьшее общее кратное для чисел 2 и 5 – это 10. Следовательно, степень окисления кислорода -2, а фосфора +5.

Химия подготовка к ЗНО и ДПА
Комплексное издание

ЧАСТЬ И

ОБЩАЯ ХИМИЯ

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Степень окисления

Степень окисления - это условный заряд на атоме в молекуле или кристалле, который возник на нем, когда бы все полярные связи, созданные им, имели ионный характер.

На отличие от валентности, степени окисления может быть положительным, отрицательным или равняться нулю. В простых ионных соединениях степень окисления совпадает с зарядами ионов. Например, в натрий хлориде NaCl (Na + Cl - ) Натрий имеет степень окисления +1, а Хлор -1, в кальций оксиде СаО (Са +2 О -2) Кальций проявляет степень окисления +2, а Оксисен - -2. Это правило распространяется на все основные оксиды: степень окисления металлического элемента равен заряду иона металла (Натрия +1, Бария +2, Алюминия +3), а степень окисления Кислорода равна-2. Степень окисления обозначают арабскими цифрами, которые ставят над символом элемента, подобно валентности, причем вначале указывают знак заряда, а потом его численное значение:

Если модуль степени окисления равна единице, то число «1» можно не ставить и писать только знак: Na + Cl - .

Степень окисления и валентность - родственные понятия. Во многих соединениях абсолютная величина степени окисления элементов совпадает с их валентностью. Однако существует немало случаев, когда валентность отличается от степени окисления.

В простых веществах - неметалах существует ковалентная неполярная связь, совместная электронная пара смещается к одному из атомов, поэтому степень окисления элементов в простых веществ всегда равна нулю. Но атомы друг с другом связаны, то есть проявляют определенную валентность, как, например, в кислороде валентность Кислорода равна II, а в азоте валентность Азота - III:

В молекуле водород пероксида валентность Кислорода также равна II, а Водорода - И:

Определение возможных степеней окисления элементов

Степени окисление, какие элементы могут проявлять в различных соединениях, в большинстве случаев можно определить по строению внешнего электронного уровня или по местом элемента в Периодической системе.

Атомы металлических элементов могут только отдавать электроны, поэтому в соединениях они проявляют положительные степени окисления. Его абсолютное значение во многих случаях (за исключением d -элементов) равен числу электронов на внешнем уровне, то есть номера группы в Периодической системе. Атомы d -элементов могут также отдавать электроны с передзовнішнього уровня, а именно - с незаполненных d -орбиталей. Поэтому для d -элементов определить все возможные степени окисления значительно сложнее, чем для s - и р-элементов. С уверенностью можно утверждать, что большинство d -элементов проявляют степень окисления +2 благодаря электронам внешнего электронного уровня, а максимальная степень окисления в большинстве случаев равен номеру группы.

Атомы неметаллических элементов могут проявлять как положительные, так и отрицательные степени окисление, в зависимости от того, с атомом какого элемента они образуют связь. Если элемент более электроотрицательным, то он проявляет негативное степень окисления, а если менее электроотрицательный - положительный.

Абсолютное значение степени окисления неметаллических элементов можно определить по строению внешнего электронного слоя. Атом способен принять столько электронов, чтобы на его внешнем уровне расположилось восемь электронов: неметаллические элементы VII группы принимают один электрон и проявляют степень окисления -1, VIгруппы - два электроны и проявляют степень окисления -2 и т.д.

Неметаллические элементы способны отдавать разное число электронов: максимум столько, сколько расположено на внешнем энергетическом уровне. Иначе говоря, максимальный степень окисления неметаллических элементов равна номеру группы. Благодаря промотуванню электронов на внешнем уровне атомов число неспаренных электронов, которые атом может отдавать в химических реакциях, бывает разным, поэтому неметаллические элементы способны обнаруживать различные промежуточные значения степени окисления.

Возможны степени окисления s - и р-элементов

Группа ПС
Высшую степень окисления
Промежуточный степень окисления
Ниже степень окисления

Определение степеней окисления в соединениях

Любая электронейтральная молекула, поэтому сумма степеней окисления атомов всех элементов должна равняться нулю. Определим степень окисления в сульфур(И V ) оксиде SO 2 тауфосфор(V ) сульфіді P 2 S 5 .

Сульфур(И V ) оксид SO 2 образован атомами двух элементов. Из них электроотрицательности большая у Кислорода, поэтому атомы Кислорода будут иметь негативный степень окисления. Для Кислорода он равен-2. В этом случае Сульфур оказывает положительное степень окисления. В различных соединениях Сульфур может проявлять разные степени окисления, поэтому в этом случае его необходимо вычислить. В молекуле SO 2 два атома Кислорода со степенью окисления -2, поэтому общий заряд атомов Кислорода равна-4. Для того, чтобы молекула была електронейтральною, атом Серы имеет полностью нейтрализовать заряд обоих атомов Кислорода, поэтому степень окисления Серы равна +4:

В молекуле фосфор( V ) сульфида P 2 S 5 более електронегативним элементом является Сульфур, то есть он проявляет негативное степень окисления, а Фосфор - положительный. Для Серы негативный степень окисления составляет только 2. Вместе пять атомов Серы несут отрицательный заряд, равный-10. Поэтому два атома Фосфора имеют нейтрализовать этот заряд с общим зарядом +10. Поскольку атомов Фосфора в молекуле два, то каждый должен иметь степень окисления +5:

Сложнее вычислять степень окисления не в бинарных соединениях - солях, основаниях и кислотах. Но для этого также следует воспользоваться принципом электронейтральности, а еще помнить о том, что в большинстве соединений степень окисления Кислорода составляет -2, Водорода +1.

Рассмотрим это на примере калий сульфата K 2 SO 4 . Степень окисления Калия в соединениях может быть только +1, а Кислорода -2:

С принципа электронейтральности вычисляем степень окисления Серы:

2(+1) + 1 (х) + 4 (-2) = 0, откуда х = +6.

При определении степеней окисления элементов в соединениях следует придерживаться таких правил:

1. Степень окисления элемента в простом веществе равна нулю.

2. Фтора - наиболее электроотрицательный химический элемент, поэтому степень окисления Фтора в всех соединениях равна-1.

3. Оксиген - наиболее электроотрицательный элемент после Фтора, поэтому степень окисления Кислорода во всех соединениях, кроме фторидов, отрицательный: в большинстве случаев он равна -2, а в пероксидах - -1.

4. Степень окисления Водорода в большинстве соединений равна +1, а в соединениях с металлическими элементами (гидридах) - -1.

5. Степень окисления металлов в соединениях всегда положительный.

6. Более электроотрицательный элемент всегда имеет отрицательный степень окисления.

7. Сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю.

Электроотрицательность, как и прочие свойства атомов химических элементов, изменяется с увеличением порядкового номера элемента периодически:

График выше демонстрирует периодичность изменения электроотрицательности элементов главных подгрупп в зависимости от порядкового номера элемента.

При движении вниз по подгруппе таблицы Менделеева электроотрицательность химических элементов уменьшается, при движении вправо по периоду возрастает.

Электроотрицательность отражает неметалличность элементов: чем выше значение электроотрицательности, тем более у элемента выражены неметаллические свойства.

Степень окисления

Как рассчитать степень окисления элемента в соединении?

1) Степень окисления химических элементов в простых веществах всегда равна нулю.

2) Существуют элементы, проявляющие в сложных веществах постоянную степень окисления:

3) Существуют химические элементы, которые проявляют в подавляющем большинстве соединений постоянную степень окисления. К таким элементам относятся:

Элемент	Степень окисления практически во всех соединениях	Исключения
водород H	+1	Гидриды щелочных и щелочно-земельных металлов, например:
кислород O	-2	Пероксиды водорода и металлов: Фторид кислорода —

4) Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле всегда равна нулю. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в ионе равна заряду иона.

5) Высшая (максимальная) степень окисления равна номеру группы. Исключения, которые не попадают под это правило, — элементы побочной подгруппы I группы, элементы побочной подгруппы VIII группы, а также кислород и фтор.

Химические элементы, номер группы которых не совпадает с их высшей степенью окисления (обязательные к запоминанию)

6) Низшая степень окисления металлов всегда равна нулю, а низшая степень окисления неметаллов рассчитывается по формуле:

низшая степень окисления неметалла = № группы − 8

Отталкиваясь от представленных выше правил, можно установить степень окисления химического элемента в любом веществе.

Нахождение степеней окисления элементов в различных соединениях

Пример 1

Определите степени окисления всех элементов в серной кислоте.

Решение:

Запишем формулу серной кислоты:

Степень окисления водорода во всех сложных веществах +1 (кроме гидридов металлов).

Степень окисления кислорода во всех сложных веществах равна -2 (кроме пероксидов и фторида кислорода OF 2). Расставим известные степени окисления:

Обозначим степень окисления серы как x :

Молекула серной кислоты, как и молекула любого вещества, в целом электронейтральна, т.к. сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю. Схематически это можно изобразить следующим образом:

Т.е. мы получили следующее уравнение:

Решим его:

Таким образом, степень окисления серы в серной кислоте равна +6.

Пример 2

Определите степень окисления всех элементов в дихромате аммония.

Решение:

Запишем формулу дихромата аммония:

Как и в предыдущем случае, мы можем расставить степени окисления водорода и кислорода:

Однако мы видим, что неизвестны степени окисления сразу у двух химических элементов — азота и хрома. Поэтому найти степени окисления аналогично предыдущему примеру мы не можем (одно уравнение с двумя переменными не имеет единственного решения).

Обратим внимание на то, что указанное вещество относится к классу солей и, соответственно, имеет ионное строение. Тогда справедливо можно сказать, что в состав дихромата аммония входят катионы NH 4 + (заряд данного катиона можно посмотреть в таблице растворимости). Следовательно, так как в формульной единице дихромата аммония два положительных однозарядных катиона NH 4 + , заряд дихромат-иона равен -2, поскольку вещество в целом электронейтрально. Т.е. вещество образовано катионами NH 4 + и анионами Cr 2 O 7 2- .

Мы знаем степени окисления водорода и кислорода. Зная, что сумма степеней окисления атомов всех элементов в ионе равна заряду, и обозначив степени окисления азота и хрома как x и y соответственно, мы можем записать:

Т.е. мы получаем два независимых уравнения:

Решая которые, находим x и y :

Таким образом, в дихромате аммония степени окисления азота -3, водорода +1, хрома +6, а кислорода -2.

Как определять степени окисления элементов в органических веществах можно почитать .

Валентность

Валентность атомов обозначается римскими цифрами: I, II, III и т.д.

Валентные возможности атома зависят от количества:

1) неспаренных электронов

2) неподеленных электронных пар на орбиталях валентных уровней

3) пустых электронных орбиталей валентного уровня

Валентные возможности атома водорода

Изобразим электронно-графическую формулу атома водорода:

Было сказано, что на валентные возможности могут влиять три фактора — наличие неспаренных электронов, наличие неподеленных электронных пар на внешнем уровне, а также наличие вакантных (пустых) орбиталей внешнего уровня. Мы видим на внешнем (и единственном) энергетическом уровне один неспаренный электрон. Исходя из этого, водород может точно иметь валентность, равную I. Однако на первом энергетическом уровне есть только один подуровень — s, т.е. атом водорода на внешнем уровне не имеет как неподеленных электронных пар, так и пустых орбиталей.

Таким образом, единственная валентность, которую может проявлять атом водорода, равна I.

Валентные возможности атома углерода

Рассмотрим электронное строение атома углерода. В основном состоянии электронная конфигурация его внешнего уровня выглядит следующим образом:

Т.е. в основном состоянии на внешнем энергетическом уровне невозбужденного атома углерода находится 2 неспаренных электрона. В таком состоянии он может проявлять валентность, равную II. Однако атом углерода очень легко переходит в возбужденное состояние при сообщении ему энергии, и электронная конфигурация внешнего слоя в этом случае принимает вид:

Несмотря на то что на процесс возбуждения атома углерода тратится некоторое количество энергии, траты с избытком компенсируются при образовании четырех ковалентных связей. По этой причине валентность IV намного более характерна для атома углерода. Так, например, валентность IV углерод имеет в молекулах углекислого газа, угольной кислоты и абсолютно всех органических веществ.

Помимо неспаренных электронов и неподеленных электронных пар на валентные возможности также влияет наличие вакантных () орбиталей валентного уровня. Наличие таких орбиталей на заполняемом уровне приводит к тому, что атом может выполнять роль акцептора электронной пары, т.е. образовывать дополнительные ковалентные связи по донорно-акцепторному механизму. Так, например, вопреки ожиданиям, в молекуле угарного газа CO связь не двойная, а тройная, что наглядно показано на следующей иллюстрации:

Валентные возможности атома азота

Запишем электронно-графическую формулу внешнего энергетического уровня атома азота:

Как видно из иллюстрации выше, атом азота в своем обычном состоянии имеет 3 неспаренных электрона, в связи с чем логично предположить о его способности проявлять валентность, равную III. Действительно, валентность, равная трём, наблюдается в молекулах аммиака (NH 3), азотистой кислоты (HNO 2), треххлористого азота (NCl 3) и т.д.

Выше было сказано, что валентность атома химического элемента зависит не только от количества неспаренных электронов, но также и от наличия неподеленных электронных пар. Связано это с тем, что ковалентная химическая связь может образоваться не только, когда два атома предоставляют друг другу по одному электрону, но также и тогда, когда один атом, имеющий неподеленную пару электронов — донор() предоставляет ее другому атому с вакантной () орбиталью валентного уровня (акцептору). Т.е. для атома азота возможна также валентность IV за счет дополнительной ковалентной связи, образованной по донорно-акцепторному механизму. Так, например, четыре ковалентных связи, одна из которых образована по донорно-акцепторному механизму, наблюдается при образовании катиона аммония:

Несмотря на то что одна из ковалентных связей образуется по донорно-акцепторному механизму, все связи N-H в катионе аммония абсолютно идентичны и ничем друг от друга не отличаются.

Валентность, равную V, атом азота проявлять не способен. Связано это с тем, что для атома азота невозможен переход в возбужденное состояние, при котором происходит распаривание двух электронов с переходом одного из них на свободную орбиталь, наиболее близкую по уровню энергии. Атом азота не имеет d -подуровня, а переход на 3s-орбиталь энергетически настолько затратен, что затраты энергии не покрываются образованием новых связей. Многие могут задаться вопросом, а какая же тогда валентность у азота, например, в молекулах азотной кислоты HNO 3 или оксида азота N 2 O 5 ? Как ни странно, валентность там тоже IV, что видно из нижеследующих структурных формул:

Пунктирной линией на иллюстрации изображена так называемая делокализованная π -связь. По этой причине концевые связи NO можно назвать «полуторными». Аналогичные полуторные связи имеются также в молекуле озона O 3 , бензола C 6 H 6 и т.д.

Валентные возможности фосфора

Изобразим электронно-графическую формулу внешнего энергетического уровня атома фосфора:

Как мы видим, строение внешнего слоя у атома фосфора в основном состоянии и атома азота одинаково, в связи с чем логично ожидать для атома фосфора так же, как и для атома азота, возможных валентностей, равных I, II, III и IV, что и наблюдается на практике.

Однако в отличие от азота, атом фосфора имеет на внешнем энергетическом уровне еще и d -подуровень с 5-ю вакантными орбиталями.

В связи с этим он способен переходить в возбужденное состояние, распаривая электроны 3s -орбитали:

Таким образом, недоступная для азота валентность V для атома фосфора возможна. Так, например, валентность, равную пяти, атом фосфора имеет в молекулах таких соединений, как фосфорная кислота, галогениды фосфора (V), оксид фосфора (V) и т.д.

Валентные возможности атома кислорода

Электронно-графическая формула внешнего энергетического уровня атома кислорода имеет вид:

Мы видим на 2-м уровне два неспаренных электрона, в связи с чем для кислорода возможна валентность II. Следует отметить, что данная валентность атома кислорода наблюдается практически во всех соединениях. Выше при рассмотрении валентных возможностей атома углерода мы обсудили образование молекулы угарного газа. Связь в молекуле CO тройная, следовательно, кислород там трехвалентен (кислород — донор электронной пары).

Из-за того что атом кислорода не имеет на внешнем уровне d -подуровня, распаривание электронов s и p- орбиталей невозможно, из-за чего валентные возможности атома кислорода ограничены по сравнению с другими элементами его подгруппы, например, серой.

Валентные возможности атома серы

Внешний энергетический уровень атома серы в невозбужденном состоянии:

У атома серы, как и у атома кислорода, в обычном состоянии два неспаренных электрона, поэтому мы можем сделать вывод о том, что для серы возможна валентность, равная двум. И действительно, валентность II сера имеет, например, в молекуле сероводорода H 2 S.

Как мы видим, у атома серы на внешнем уровне появляется d -подуровень с вакантными орбиталями. По этой причине атом серы способен расширять свои валентные возможности в отличие от кислорода за счет перехода в возбужденные состояния. Так, при распаривании неподеленной электронной пары 3p -подуровня атом серы приобретает электронную конфигурацию внешнего уровня следующего вида:

В таком состоянии атом серы имеет 4 неспаренных электрона, что говорит нам о возможности проявления атомами серы валентности, равной IV. Действительно, валентность IV сера имеет в молекулах SO 2 , SF 4 , SOCl 2 и т.д.

При распаривании второй неподеленной электронной пары, расположенной на 3s -подуровне, внешний энергетический уровень приобретает конфигурацию:

В таком состоянии уже становится возможным проявление валентности VI. Примером соединений с VI-валентной серой являются SO 3 , H 2 SO 4 , SO 2 Cl 2 и т.д.

Аналогично можно рассмотреть валентные возможности остальных химических элементов.