El estado de oxidación es la carga condicional de un átomo en una molécula, recibe un átomo como resultado de la aceptación completa de electrones, se calcula a partir del supuesto de que todos los enlaces son de naturaleza iónica. ¿Cómo determinar el grado de oxidación?
Determinación del grado de oxidación
Hay partículas cargadas, iones, cuya carga positiva es igual al número de electrones recibidos de un átomo. La carga negativa de un ion es igual al número de electrones aceptados por un átomo de un elemento químico. Por ejemplo, la entrada de un elemento como Ca2+ significa que los átomos de los elementos han perdido uno, dos o tres elementos. Para encontrar la composición de compuestos iónicos y compuestos de moléculas, necesitamos saber cómo determinar el estado de oxidación de los elementos. Los estados de oxidación son negativo, positivo y cero. Si tenemos en cuenta el número de átomos, entonces el estado de oxidación algebraico en la molécula es cero.
Para determinar el estado de oxidación de un elemento, debe guiarse por ciertos conocimientos. Por ejemplo, en compuestos metálicos, el estado de oxidación es positivo. Y el estado de oxidación más alto corresponde al número de grupo del sistema periódico, donde se encuentra el elemento. En los metales, los estados de oxidación pueden ser positivos o negativos. Esto dependerá del factor por el cual el átomo esté conectado al metal. Por ejemplo, si está conectado a un átomo de metal, entonces el grado será negativo, pero si está conectado a un no metal, entonces el grado será positivo.
El estado de oxidación más alto negativo del metal se puede determinar restando del número ocho el número del grupo donde se encuentra el elemento necesario. Como regla general, es igual al número de electrones ubicados en la capa externa. El número de estos electrones también corresponde al número de grupo.
Cómo calcular el estado de oxidación
En la mayoría de los casos, el estado de oxidación de un átomo de un determinado elemento no coincide con el número de enlaces que forma, es decir, no es igual a la valencia de dicho elemento. Esto se puede ver claramente en el ejemplo de los compuestos orgánicos.
Permítanme recordarles que la valencia del carbono en los compuestos orgánicos es 4 (es decir, forma 4 enlaces), pero el estado de oxidación del carbono, por ejemplo, en metanol CH 3 OH es -2, en CO 2 +4, en CH4 -4, en ácido fórmico HCOOH + 2. La valencia se mide por el número de enlaces químicos covalentes, incluidos los formados por el mecanismo donante-aceptor.
Al determinar el estado de oxidación de los átomos en las moléculas, un átomo electronegativo, cuando un par de electrones se desplaza en su dirección, adquiere una carga de -1, pero si hay dos pares de electrones, entonces -2 será una carga. El grado de oxidación no se ve afectado por el enlace entre los mismos átomos. Por ejemplo:
- El enlace de los átomos C-C es igual a su estado de oxidación cero.
- El enlace C-H: aquí, el carbono como el átomo más electronegativo corresponderá a una carga de -1.
- El enlace C-O, la carga del carbono, al ser menos electronegativo, será +1.
Ejemplos de determinación del grado de oxidación.
- En una molécula como CH 3 Cl, hay tres enlaces C-HC). Así, el estado de oxidación del átomo de carbono en este compuesto será igual a: -3 + 1 = -2.
- Encontremos el estado de oxidación de los átomos de carbono en la molécula de acetaldehído Cˉ³H3-C¹O-H. En este compuesto, tres enlaces C-H darán una carga total en el átomo de C, que es (Cº+3e→Cˉ³)-3. El doble enlace C \u003d O (aquí el oxígeno tomará electrones del átomo de carbono, porque el oxígeno es más electronegativo) le da una carga al átomo de C, es +2 (Cº-2e → C²), mientras que el enlace CH tiene un carga de -1, lo que significa que la carga total en el átomo C es: (2-1=1)+1.
- Ahora encontremos el estado de oxidación en la molécula de etanol: Cˉ³H-Cˉ¹H2-OH. Aquí, tres enlaces C-H darán una carga total en el átomo de C, que es (Cº+3e→Cˉ³)-3. Dos enlaces CH darán una carga en el átomo de C, que será igual a -2, mientras que el enlace C→O dará una carga de +1, lo que significa que la carga total en el átomo de C: (-2+1= -1)-1.
Ahora ya sabes cómo determinar el estado de oxidación de un elemento. Si tiene al menos conocimientos básicos de química, entonces esta tarea no será un problema para usted.
La electronegatividad, como otras propiedades de los átomos de los elementos químicos, cambia periódicamente con un aumento en el número ordinal del elemento:
El gráfico anterior muestra la periodicidad del cambio en la electronegatividad de los elementos de los principales subgrupos, dependiendo del número ordinal del elemento.
Al moverse hacia abajo en el subgrupo de la tabla periódica, la electronegatividad de los elementos químicos disminuye, al moverse hacia la derecha a lo largo del período, aumenta.
La electronegatividad refleja la no metalicidad de los elementos: cuanto mayor sea el valor de la electronegatividad, más propiedades no metálicas se expresan en el elemento.
Estado de oxidación
¿Cómo calcular el estado de oxidación de un elemento en un compuesto?
1) El estado de oxidación de los elementos químicos en sustancias simples es siempre cero.
2) Hay elementos que exhiben un estado de oxidación constante en sustancias complejas:
3) Hay elementos químicos que presentan un estado de oxidación constante en la gran mayoría de los compuestos. Estos elementos incluyen:
Elemento |
El estado de oxidación en casi todos los compuestos. |
Excepciones |
| hidrógeno H | +1 | Hidruros de metales alcalinos y alcalinotérreos, por ejemplo: |
| oxígeno O | -2 | Peróxidos de hidrógeno y metálicos: fluoruro de oxigeno - |
4) La suma algebraica de los estados de oxidación de todos los átomos en una molécula es siempre cero. La suma algebraica de los estados de oxidación de todos los átomos en un ion es igual a la carga del ion.
5) El estado de oxidación más alto (máximo) es igual al número de grupo. Las excepciones que no caen bajo esta regla son los elementos del subgrupo secundario del grupo I, los elementos del subgrupo secundario del grupo VIII, así como el oxígeno y el flúor.
Elementos químicos cuyo número de grupo no coincide con su estado de oxidación más alto (obligatorio memorizar)
6) El estado de oxidación más bajo de los metales es siempre cero, y el estado de oxidación más bajo de los no metales se calcula mediante la fórmula:
estado de oxidación más bajo de un no metal = número de grupo - 8
Con base en las reglas presentadas anteriormente, es posible establecer el grado de oxidación de un elemento químico en cualquier sustancia.
Encontrar los estados de oxidación de los elementos en varios compuestos.
Ejemplo 1
Determinar los estados de oxidación de todos los elementos en ácido sulfúrico.
Solución:
Escribamos la fórmula del ácido sulfúrico:
El estado de oxidación del hidrógeno en todas las sustancias complejas es +1 (excepto los hidruros metálicos).
El estado de oxidación del oxígeno en todas las sustancias complejas es -2 (excepto los peróxidos y el fluoruro de oxígeno OF 2). Ordenemos los estados de oxidación conocidos:
Denotemos el estado de oxidación del azufre como X:
La molécula de ácido sulfúrico, como la molécula de cualquier sustancia, es generalmente eléctricamente neutra, porque. la suma de los estados de oxidación de todos los átomos en una molécula es cero. Esquemáticamente, esto se puede representar de la siguiente manera:
Esos. obtuvimos la siguiente ecuación:
Vamos a resolverlo:
Así, el estado de oxidación del azufre en ácido sulfúrico es +6.
Ejemplo 2
Determine el estado de oxidación de todos los elementos en el dicromato de amonio.
Solución:
Escribamos la fórmula del dicromato de amonio:
Como en el caso anterior, podemos ordenar los estados de oxidación del hidrógeno y el oxígeno:
Sin embargo, vemos que se desconocen los estados de oxidación de dos elementos químicos a la vez, nitrógeno y cromo. Por lo tanto, no podemos encontrar los estados de oxidación de la misma forma que en el ejemplo anterior (una ecuación con dos variables no tiene solución única).
Prestemos atención al hecho de que la sustancia indicada pertenece a la clase de sales y, en consecuencia, tiene una estructura iónica. Entonces podemos decir correctamente que la composición del dicromato de amonio incluye cationes NH 4 + (la carga de este catión se puede ver en la tabla de solubilidad). Por lo tanto, dado que hay dos cationes NH 4 + positivos con una sola carga en la unidad de fórmula de dicromato de amonio, la carga del ion dicromato es -2, ya que la sustancia en su conjunto es eléctricamente neutra. Esos. la sustancia está formada por cationes NH 4 + y aniones Cr 2 O 7 2-.
Conocemos los estados de oxidación del hidrógeno y el oxígeno. Sabiendo que la suma de los estados de oxidación de los átomos de todos los elementos en el ion es igual a la carga, y denotando los estados de oxidación del nitrógeno y el cromo como X Y y en consecuencia, podemos escribir:
Esos. obtenemos dos ecuaciones independientes:
Resolviendo cuál, encontramos X Y y:
Así, en el dicromato de amonio, los estados de oxidación del nitrógeno son -3, hidrógeno +1, cromo +6 y oxígeno -2.
Se puede leer cómo determinar el estado de oxidación de los elementos en sustancias orgánicas.
Valencia
La valencia de los átomos se indica con números romanos: I, II, III, etc.
Las posibilidades de valencia de un átomo dependen de la cantidad:
1) electrones desapareados
2) pares de electrones no compartidos en los orbitales de los niveles de valencia
3) orbitales electrónicos vacíos del nivel de valencia
Posibilidades de valencia del átomo de hidrógeno
Representemos la fórmula gráfica electrónica del átomo de hidrógeno:
Se dijo que tres factores pueden afectar las posibilidades de valencia: la presencia de electrones no apareados, la presencia de pares de electrones no compartidos en el nivel exterior y la presencia de orbitales vacantes (vacíos) en el nivel exterior. Vemos un electrón desapareado en el nivel de energía exterior (y único). Según esto, el hidrógeno puede tener exactamente una valencia igual a I. Sin embargo, en el primer nivel de energía solo hay un subnivel: s, esos. el átomo de hidrógeno en el nivel exterior no tiene pares de electrones no compartidos ni orbitales vacíos.
Por lo tanto, la única valencia que puede exhibir un átomo de hidrógeno es I.
Posibilidades de valencia de un átomo de carbono
Considere la estructura electrónica del átomo de carbono. En estado fundamental, la configuración electrónica de su nivel exterior es la siguiente:
Esos. En el estado fundamental, el nivel de energía exterior de un átomo de carbono no excitado contiene 2 electrones desapareados. En este estado, puede exhibir una valencia igual a II. Sin embargo, el átomo de carbono entra muy fácilmente en un estado excitado cuando se le imparte energía, y la configuración electrónica de la capa externa en este caso toma la forma:
Aunque se gasta algo de energía en el proceso de excitación del átomo de carbono, el gasto es más que compensado por la formación de cuatro enlaces covalentes. Por esta razón, la valencia IV es mucho más característica del átomo de carbono. Entonces, por ejemplo, el carbono tiene valencia IV en las moléculas de dióxido de carbono, ácido carbónico y absolutamente todas las sustancias orgánicas.
Además de los electrones desapareados y los pares de electrones solitarios, la presencia de orbitales () vacantes del nivel de valencia también afecta las posibilidades de valencia. La presencia de tales orbitales en el nivel lleno conduce al hecho de que el átomo puede actuar como un aceptor de pares de electrones, es decir formar enlaces covalentes adicionales mediante el mecanismo donante-aceptor. Entonces, por ejemplo, contrariamente a lo esperado, en la molécula de monóxido de carbono CO, el enlace no es doble, sino triple, lo cual se muestra claramente en la siguiente ilustración:
Posibilidades de valencia del átomo de nitrógeno
Escribamos la fórmula electrónica del nivel de energía externa del átomo de nitrógeno:
Como se puede ver en la ilustración anterior, el átomo de nitrógeno en su estado normal tiene 3 electrones desapareados y, por lo tanto, es lógico suponer que puede exhibir una valencia igual a III. De hecho, se observa una valencia de tres en las moléculas de amoníaco (NH 3), ácido nitroso (HNO 2), tricloruro de nitrógeno (NCl 3), etc.
Se dijo anteriormente que la valencia de un átomo de un elemento químico depende no solo del número de electrones no apareados, sino también de la presencia de pares de electrones no compartidos. Esto se debe al hecho de que un enlace químico covalente puede formarse no solo cuando dos átomos se proporcionan un electrón cada uno, sino también cuando un átomo que tiene un par de electrones no compartidos (donante) lo proporciona a otro átomo con un vacío. (+) nivel de valencia orbital (aceptor). Esos. para el átomo de nitrógeno, la valencia IV también es posible debido a un enlace covalente adicional formado por el mecanismo donador-aceptor. Entonces, por ejemplo, durante la formación del catión amonio se observan cuatro enlaces covalentes, uno de los cuales está formado por el mecanismo donante-aceptor:
A pesar de que uno de los enlaces covalentes se forma por el mecanismo donador-aceptor, todos los enlaces N-H en el catión amonio son absolutamente idénticos y no difieren entre sí.
Una valencia igual a V, el átomo de nitrógeno no es capaz de mostrar. Esto se debe a que la transición a un estado excitado es imposible para el átomo de nitrógeno, en el que se produce el apareamiento de dos electrones con la transición de uno de ellos a un orbital libre, que es el más cercano en nivel de energía. El átomo de nitrógeno no tiene D-subnivel, y la transición al orbital 3s es energéticamente tan costosa que los costos de energía no se cubren con la formación de nuevos enlaces. Muchos se preguntarán, ¿cuál es entonces la valencia del nitrógeno, por ejemplo, en las moléculas de ácido nítrico HNO 3 o de óxido nítrico N 2 O 5? Curiosamente, la valencia allí también es IV, como se puede ver en las siguientes fórmulas estructurales:
La línea punteada en la ilustración muestra los llamados deslocalizado π -conexión. Por esta razón, los enlaces NO terminales pueden denominarse "uno y medio". También se encuentran enlaces similares de uno y medio en la molécula de ozono O 3 , benceno C 6 H 6 , etc.
Posibilidades de valencia del fósforo
Representemos la fórmula electrónica del nivel de energía externa del átomo de fósforo:
Como podemos ver, la estructura de la capa externa del átomo de fósforo en el estado fundamental y el átomo de nitrógeno es la misma, y por lo tanto es lógico esperar para el átomo de fósforo, así como para el átomo de nitrógeno, posibles valencias iguales a I, II, III y IV, lo que se observa en la práctica.
Sin embargo, a diferencia del nitrógeno, el átomo de fósforo también tiene D-subnivel con 5 orbitales vacantes.
En este sentido, puede pasar a un estado excitado, vaporizando electrones 3 s-orbitales:
Así, es posible la valencia V para el átomo de fósforo, que es inaccesible al nitrógeno. Entonces, por ejemplo, un átomo de fósforo tiene una valencia de cinco en las moléculas de compuestos tales como ácido fosfórico, haluros de fósforo (V), óxido de fósforo (V), etc.
Posibilidades de valencia del átomo de oxígeno
La fórmula electrónica del nivel de energía externa del átomo de oxígeno tiene la forma:
Vemos dos electrones desapareados en el segundo nivel y, por lo tanto, la valencia II es posible para el oxígeno. Cabe señalar que esta valencia del átomo de oxígeno se observa en casi todos los compuestos. Anteriormente, al considerar las posibilidades de valencia del átomo de carbono, discutimos la formación de la molécula de monóxido de carbono. El enlace en la molécula de CO es triple, por lo tanto, el oxígeno es trivalente allí (el oxígeno es un donante de pares de electrones).
Debido al hecho de que el átomo de oxígeno no tiene un nivel externo D-subniveles, desparejamiento de electrones s Y pags- orbitales es imposible, por lo que las capacidades de valencia del átomo de oxígeno son limitadas en comparación con otros elementos de su subgrupo, por ejemplo, el azufre.
Posibilidades de valencia del átomo de azufre
El nivel de energía externa del átomo de azufre en el estado no excitado:
El átomo de azufre, como el átomo de oxígeno, tiene dos electrones desapareados en su estado normal, por lo que podemos concluir que es posible una valencia de dos para el azufre. De hecho, el azufre tiene valencia II, por ejemplo, en la molécula de sulfuro de hidrógeno H 2 S.
Como podemos ver, el átomo de azufre en el nivel exterior tiene D subnivel con orbitales vacantes. Por esta razón, el átomo de azufre es capaz de expandir sus capacidades de valencia, a diferencia del oxígeno, debido a la transición a estados excitados. Entonces, al desemparejar un par de electrones solitario 3 pags- subnivel, el átomo de azufre adquiere la configuración electrónica del nivel exterior de la siguiente forma:
En este estado, el átomo de azufre tiene 4 electrones desapareados, lo que nos habla de la posibilidad de que los átomos de azufre presenten una valencia igual a IV. En efecto, el azufre tiene valencia IV en las moléculas SO 2, SF 4, SOCl 2, etc.
Al desemparejar el segundo par de electrones solitario ubicado en 3 s- subnivel, el nivel de energía exterior adquiere la siguiente configuración:
En tal estado, la manifestación de la valencia VI ya se vuelve posible. Un ejemplo de compuestos con azufre VI-valente son SO 3 , H 2 SO 4 , SO 2 Cl 2 etc.
De manera similar, podemos considerar las posibilidades de valencia de otros elementos químicos.
Un elemento químico en un compuesto, calculado a partir de la suposición de que todos los enlaces son iónicos.
Los estados de oxidación pueden tener un valor positivo, negativo o cero, por lo que la suma algebraica de los estados de oxidación de los elementos en una molécula, teniendo en cuenta el número de sus átomos, es 0, y en un ion, la carga del ion.
1. Los estados de oxidación de los metales en los compuestos son siempre positivos.
2. El estado de oxidación más alto corresponde al número de grupo del sistema periódico donde se encuentra este elemento (la excepción es: Au+3(Yo grupo), Cu+2(II), del grupo VIII, el estado de oxidación +8 solo puede estar en el osmio Os y rutenio ru.
3. Los estados de oxidación de los no metales dependen del átomo al que están conectados:
- si con un átomo de metal, entonces el estado de oxidación es negativo;
- si con un átomo no metálico, entonces el estado de oxidación puede ser tanto positivo como negativo. Depende de la electronegatividad de los átomos de los elementos.
4. El estado de oxidación negativo más alto de los no metales se puede determinar restando de 8 el número del grupo en el que se encuentra este elemento, es decir. el estado de oxidación positivo más alto es igual al número de electrones en la capa exterior, que corresponde al número de grupo.
5. Los estados de oxidación de las sustancias simples son 0, independientemente de que sea un metal o un no metal.
Elementos con estados de oxidación constantes.
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Elemento |
Estado de oxidación característico |
Excepciones |
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Hidruros metálicos: LIH-1 |
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estado de oxidación llamada carga condicional de la partícula bajo el supuesto de que el enlace está completamente roto (tiene un carácter iónico). H- cl = H + + cl - , El enlace en el ácido clorhídrico es polar covalente. El par de electrones está más sesgado hacia el átomo. cl - , porque es un elemento entero más electronegativo. ¿Cómo determinar el grado de oxidación?Electronegatividad Es la capacidad de los átomos para atraer electrones de otros elementos. El estado de oxidación se indica sobre el elemento: hermano 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,k + cl - etc Puede ser negativo y positivo. El estado de oxidación de una sustancia simple (estado libre, no ligado) es cero. El estado de oxidación del oxígeno en la mayoría de los compuestos es -2 (la excepción son los peróxidos). H 2 O 2, donde es -1 y compuestos con flúor - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ). - Estado de oxidación un ion monoatómico simple es igual a su carga: N / A + , California +2 . El hidrógeno en sus compuestos tiene un estado de oxidación de +1 (las excepciones son los hidruros - N / A + H - y tipo de conexiones C +4 H 4 -1 ). En los enlaces metal-no metal, el átomo que tiene la electronegatividad más alta tiene un estado de oxidación negativo (los datos de electronegatividad se dan en la escala de Pauling): H + F - , cobre + hermano - , California +2 (NO 3 ) - etc Reglas para determinar el grado de oxidación en compuestos químicos.Hagamos una conexión KMnO 4 , es necesario determinar el estado de oxidación del átomo de manganeso. Razonamiento:
K+MnXO 4 -2 Permitir X- Desconocido para nosotros el grado de oxidación del manganeso. El número de átomos de potasio es 1, manganeso - 1, oxígeno - 4. Se demuestra que la molécula en su conjunto es eléctricamente neutra, por lo que su carga total debe ser igual a cero. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, X = +7, Por lo tanto, el estado de oxidación del manganeso en permanganato de potasio = +7. Tomemos otro ejemplo de un óxido. Fe2O3. Es necesario determinar el estado de oxidación del átomo de hierro. Razonamiento:
2*(X) + 3*(-2) = 0, Conclusión: el estado de oxidación del hierro en este óxido es +3. Ejemplos. Determinar los estados de oxidación de todos los átomos en la molécula. 1. K2Cr2O7. Estado de oxidación k+1, oxigeno O -2. Índices dados: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2). Porque la suma algebraica de los estados de oxidación de los elementos en una molécula, teniendo en cuenta el número de sus átomos, es 0, entonces el número de estados de oxidación positivos es igual al número de estados de oxidación negativos. Estados de oxidación K+O=(-14)+(+2)=(-12). De esto se deduce que el número de potencias positivas del átomo de cromo es 12, pero hay 2 átomos en la molécula, lo que significa que hay (+12):2=(+6) por átomo. Responder: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO4) 3-. En este caso, la suma de los estados de oxidación ya no será igual a cero, sino a la carga del ion, es decir - 3. Hagamos una ecuación: x+4×(- 2)= - 3 . Responder: (Como +5 O 4 -2) 3-. |
La tarea de determinar el grado de oxidación puede ser tanto una simple formalidad como un rompecabezas complejo. En primer lugar, dependerá de la fórmula del compuesto químico, así como de la disponibilidad de conocimientos elementales en química y matemáticas.
Conociendo las reglas básicas y el algoritmo de acciones secuencialmente lógicas, que se discutirán en este artículo, al resolver problemas de este tipo, todos pueden hacer frente fácilmente a esta tarea. Y habiendo entrenado y aprendido a determinar el grado de oxidación de diversos compuestos químicos, puede asumir con seguridad la ecualización de reacciones redox complejas mediante el método de compilación de un balance electrónico.
El concepto de estado de oxidación.
Para aprender a determinar el grado de oxidación, primero debe averiguar qué significa este concepto.
- El estado de oxidación se usa cuando se registran reacciones redox, cuando los electrones se transfieren de un átomo a otro.
- El estado de oxidación fija el número de electrones transferidos, denotando la carga condicional del átomo.
- El estado de oxidación y la valencia son a menudo idénticos.
Esta designación se escribe encima del elemento químico, en su esquina derecha, y es un número entero con un signo “+” o “-”. El valor cero del grado de oxidación no lleva signo.
Reglas para determinar el grado de oxidación.
Considere los principales cánones para determinar el grado de oxidación:
- Las sustancias elementales simples, es decir, las que están formadas por una sola clase de átomos, tendrán siempre un estado de oxidación nulo. Por ejemplo, Na0, H02, P04
- Hay una serie de átomos que siempre tienen un estado de oxidación constante. Es mejor recordar los valores dados en la tabla.
- Como puedes ver, la única excepción es el hidrógeno en combinación con metales, donde adquiere un estado de oxidación “-1” que no le es característico.
- El oxígeno también toma el estado de oxidación "+2" en combinación química con el flúor y "-1" en las composiciones de peróxidos, superóxidos u ozónidos, donde los átomos de oxígeno están conectados entre sí.
- Los iones metálicos tienen varios valores del grado de oxidación (y solo positivos), por lo que está determinado por los elementos vecinos en el compuesto. Por ejemplo, en FeCl3, el cloro tiene un estado de oxidación de "-1", tiene 3 átomos, entonces multiplicamos -1 por 3, obtenemos "-3". Para que la suma de los estados de oxidación del compuesto sea "0", el hierro debe tener un estado de oxidación de "+3". En la fórmula FeCl2, el hierro, respectivamente, cambiará su grado a "+2".
- Sumando matemáticamente los estados de oxidación de todos los átomos en la fórmula (teniendo en cuenta los signos), siempre se debe obtener un valor cero. Por ejemplo, en ácido clorhídrico H + 1Cl-1 (+1 y -1 = 0), y en ácido sulfuroso H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 = +2 para hidrógeno, +4 para azufre y -2 * 3 = -6 para oxígeno; +6 y -6 suman 0).
- El estado de oxidación de un ion monoatómico será igual a su carga. Por ejemplo: Na+, Ca+2.
- El grado más alto de oxidación, por regla general, corresponde al número de grupo en el sistema periódico de D. I. Mendeleev.
Algoritmo de acciones para determinar el grado de oxidación.
El orden de encontrar el grado de oxidación no es complicado, pero requiere atención y ciertas acciones.
Tarea: ordenar los estados de oxidación en el compuesto KMnO4
- El primer elemento, el potasio, tiene un estado de oxidación constante de "+1".
Para verificar, puede mirar el sistema periódico, donde el potasio está en el primer grupo de elementos. - De los dos elementos restantes, el oxígeno tiende a adoptar un estado de oxidación de "-2".
- Obtenemos la siguiente fórmula: K + 1MnxO4-2. Queda por determinar el estado de oxidación del manganeso.
Entonces, x es el estado de oxidación del manganeso desconocido para nosotros. Ahora es importante prestar atención a la cantidad de átomos en el compuesto.
El número de átomos de potasio es 1, manganeso - 1, oxígeno - 4.
Teniendo en cuenta la neutralidad eléctrica de la molécula, cuando la carga total (total) es cero,
1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1x+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(al transferir, cambie el signo)
1x = +7, x = +7
Así, el estado de oxidación del manganeso en el compuesto es "+7".
Tarea: ordenar los estados de oxidación en el compuesto Fe2O3.
- El oxígeno, como sabes, tiene un estado de oxidación de "-2" y actúa como agente oxidante. Teniendo en cuenta el número de átomos (3), el valor total de oxígeno es “-6” (-2*3= -6), es decir multiplicar el estado de oxidación por el número de átomos.
- Para equilibrar la fórmula y llevarla a cero, 2 átomos de hierro tendrán un estado de oxidación de "+3" (2*+3=+6).
- En suma, obtenemos cero (-6 y +6 = 0).
Tarea: organizar los estados de oxidación en el compuesto Al(NO3)3.
- El átomo de aluminio es uno y tiene un estado de oxidación constante de "+3".
- Hay 9 (3 * 3) átomos de oxígeno en la molécula, el estado de oxidación del oxígeno, como saben, es "-2", lo que significa que al multiplicar estos valores, obtenemos "-18".
- Queda por igualar los valores negativos y positivos, determinando así el grado de oxidación del nitrógeno. -18 y +3, falta + 15. Y dado que hay 3 átomos de nitrógeno, es fácil determinar su estado de oxidación: divide 15 entre 3 y obtienes 5.
- El estado de oxidación del nitrógeno es “+5”, y la fórmula se verá así: Al + 3 (N + 5O-23) 3
- Si es difícil determinar el valor deseado de esta manera, puede componer y resolver ecuaciones:
1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5
Entonces, el estado de oxidación es un concepto bastante importante en química, que simboliza el estado de los átomos en una molécula.
Sin el conocimiento de ciertas disposiciones o bases que le permitan determinar correctamente el grado de oxidación, es imposible hacer frente a esta tarea. Por lo tanto, solo hay una conclusión: familiarizarse a fondo y estudiar las reglas para encontrar el grado de oxidación, presentadas de manera clara y concisa en el artículo, y avanzar audazmente por el difícil camino de la sabiduría química.
Temas del codificador USE: Electronegatividad. El grado de oxidación y valencia de los elementos químicos.
Cuando los átomos interactúan y se forman, los electrones entre ellos en la mayoría de los casos se distribuyen de manera desigual, ya que las propiedades de los átomos difieren. Más electronegativo el átomo atrae la densidad de electrones hacia sí con más fuerza. Un átomo que ha atraído hacia sí densidad de electrones adquiere una carga negativa parcial. δ — , su "pareja" es una carga positiva parcial δ+ . Si la diferencia en la electronegatividad de los átomos que forman un enlace no excede de 1.7, llamamos al enlace polar covalente . Si la diferencia en la electronegatividad que forma un enlace químico excede 1.7, entonces llamamos a dicho enlace iónico .
Estado de oxidación es la carga condicional auxiliar de un átomo de un elemento en un compuesto, calculada a partir de la suposición de que todos los compuestos están formados por iones (todos los enlaces polares son iónicos).
¿Qué significa "cargo condicional"? Simplemente estamos de acuerdo en que simplificaremos un poco las cosas: consideraremos que cualquier enlace polar es completamente iónico, y consideraremos que un electrón sale o viene completamente de un átomo a otro, aunque en realidad no lo sea. Y condicionalmente, un electrón deja un átomo menos electronegativo por uno más electronegativo.
Por ejemplo, en el enlace H-Cl, creemos que el hidrógeno condicionalmente "dio" un electrón, y su carga se convirtió en +1, y el cloro "aceptó" un electrón, y su carga se convirtió en -1. De hecho, no hay tales cargas totales en estos átomos.
Seguramente, tienes una pregunta: ¿por qué inventar algo que no existe? Este no es un plan insidioso de químicos, todo es simple: tal modelo es muy conveniente. Las ideas sobre el estado de oxidación de los elementos son útiles para compilar clasificación productos químicos, describiendo sus propiedades, formulando compuestos y nomenclatura. Especialmente a menudo se utilizan los estados de oxidación cuando se trabaja con reacciones redox.
Los estados de oxidación son más alto, más bajo Y intermedio.
Más alto el estado de oxidación es igual al número de grupo con un signo más.
Inferior se define como el número de grupo menos 8.
Y intermedio un estado de oxidación es casi cualquier número entero en el rango desde el estado de oxidación más bajo hasta el más alto.
Por ejemplo, el nitrógeno se caracteriza por: el estado de oxidación más alto es +5, el más bajo 5 - 8 \u003d -3, y los estados de oxidación intermedios son de -3 a +5. Por ejemplo, en la hidrazina N 2 H 4, el estado de oxidación del nitrógeno es intermedio, -2.
Muy a menudo, el estado de oxidación de los átomos en sustancias complejas se indica primero con un signo, luego con un número, por ejemplo +1, +2, -2 etc Cuando se trata de la carga de un ion (asumiendo que el ion realmente existe en un compuesto), primero indique el número, luego el signo. Por ejemplo: Ca2+, CO32-.
Para encontrar los estados de oxidación utilice el siguiente regulaciones :
- El estado de oxidación de los átomos en sustancias simples es igual a cero;
- EN moléculas neutras la suma algebraica de los estados de oxidación es cero, para los iones esta suma es igual a la carga del ion;
- Estado de oxidación Metales alcalinos (elementos del grupo I del subgrupo principal) en compuestos es +1, el estado de oxidación metales alcalinotérreos (elementos del grupo II del subgrupo principal) en compuestos es +2; estado de oxidación aluminio en compuestos es +3;
- Estado de oxidación hidrógeno en compuestos con metales (- NaH, CaH 2, etc.) es igual a -1 ; en compuestos con no metales () +1 ;
- Estado de oxidación oxígeno es igual a -2 . Una excepción constituir peróxidos- compuestos que contienen el grupo -О-О-, donde el estado de oxidación del oxígeno es -1 , y algunos otros compuestos ( superóxidos, ozónidos, fluoruros de oxígeno OF 2 y etc.);
- Estado de oxidación flúor en todas las sustancias complejas es igual a -1 .
Las anteriores son las situaciones cuando consideramos el grado de oxidación. permanente . Para todos los demás elementos químicos, el estado de oxidación — variable, y depende del orden y tipo de átomos en el compuesto.
Ejemplos:
La tarea: determine los estados de oxidación de los elementos en la molécula de dicromato de potasio: K 2 Cr 2 O 7.
Solución: el estado de oxidación del potasio es +1, el estado de oxidación del cromo se denota como X, estado de oxidación del oxígeno -2. La suma de todos los estados de oxidación de todos los átomos en una molécula es 0. Obtenemos la ecuación: +1*2+2*x-2*7=0. Lo resolvemos, obtenemos el estado de oxidación del cromo +6.
En los compuestos binarios, un elemento más electronegativo se caracteriza por un estado de oxidación negativo, un elemento menos electronegativo se caracteriza por uno positivo.
tenga en cuenta que ¡El concepto de estado de oxidación es muy condicional! El estado de oxidación no muestra la carga real del átomo y no tiene un significado físico real.. Este es un modelo simplificado que funciona de manera efectiva cuando necesitamos, por ejemplo, igualar los coeficientes en una ecuación de reacción química, o algoritmizar la clasificación de sustancias.
El estado de oxidación no es valencia.! El estado de oxidación y la valencia en muchos casos no coinciden. Por ejemplo, la valencia del hidrógeno en una sustancia simple H 2 es I, y el estado de oxidación, según la regla 1, es 0.
Estas son las reglas básicas que te ayudarán a determinar el estado de oxidación de los átomos en los compuestos en la mayoría de los casos.
En algunas situaciones, puede resultarle difícil determinar el estado de oxidación de un átomo. Veamos algunas de estas situaciones y cómo resolverlas:
- En los óxidos dobles (similares a la sal), el grado en el átomo, por regla general, es de dos estados de oxidación. Por ejemplo, en el óxido de hierro Fe 3 O 4 el hierro tiene dos estados de oxidación: +2 y +3. ¿Cuál indicar? Ambas cosas. Para simplificar, este compuesto se puede representar como una sal: Fe (FeO 2) 2. En este caso, el residuo ácido forma un átomo con un estado de oxidación de +3. O un óxido doble se puede representar de la siguiente manera: FeO * Fe 2 O 3.
- En los compuestos peroxo, el grado de oxidación de los átomos de oxígeno conectados por enlaces no polares covalentes, por regla general, cambia. Por ejemplo, en el peróxido de hidrógeno H 2 O 2 y los peróxidos de metales alcalinos, el estado de oxidación del oxígeno es -1, porque uno de los enlaces es covalente no polar (H-O-O-H). Otro ejemplo es el ácido peroxomonosulfúrico (Caro acid) H 2 SO 5 (ver figura) contiene dos átomos de oxígeno con un estado de oxidación de -1, los átomos restantes con un estado de oxidación de -2, por lo que la siguiente entrada será más comprensible: H 2 SO 3 (O2). También se conocen compuestos de peroxo de cromo, por ejemplo, peróxido de cromo (VI) CrO (O 2) 2 o CrO 5, y muchos otros.
- Otro ejemplo de compuestos con estados de oxidación ambiguos son los superóxidos (NaO 2 ) y los ozónidos KO 3 similares a las sales. En este caso, es más apropiado hablar del ion molecular O 2 con una carga de -1 y O 3 con una carga de -1. La estructura de tales partículas se describe mediante algunos modelos que se enseñan en el plan de estudios ruso en los primeros cursos de las universidades químicas: MO LCAO, el método de superposición de esquemas de valencia, etc.
- En compuestos orgánicos, el concepto de estado de oxidación no es muy conveniente de usar, porque hay una gran cantidad de enlaces covalentes no polares entre los átomos de carbono. Sin embargo, si dibuja la fórmula estructural de una molécula, entonces el estado de oxidación de cada átomo también puede determinarse por el tipo y la cantidad de átomos con los que este átomo está directamente unido. Por ejemplo, para los átomos de carbono primarios en los hidrocarburos, el estado de oxidación es -3, para los secundarios -2, para los átomos terciarios -1, para los cuaternarios - 0.
Practiquemos determinar el estado de oxidación de los átomos en compuestos orgánicos. Para hacer esto, debe dibujar la fórmula estructural completa del átomo y seleccionar el átomo de carbono con su entorno inmediato, los átomos con los que está conectado directamente.
- Para simplificar los cálculos, puede usar la tabla de solubilidad: allí se indican las cargas de los iones más comunes. En la mayoría de los exámenes de química rusos (USE, GIA, DVI), se permite el uso de una tabla de solubilidad. Esta es una hoja de trucos lista para usar, que en muchos casos puede ahorrar mucho tiempo.
- Al calcular el estado de oxidación de los elementos en sustancias complejas, primero indicamos los estados de oxidación de los elementos que conocemos con seguridad (elementos con un estado de oxidación constante), y el estado de oxidación de los elementos con un estado de oxidación variable se denota como x. La suma de todas las cargas de todas las partículas es igual a cero en una molécula o igual a la carga de un ion en un ion. Es fácil formar y resolver una ecuación a partir de estos datos.