Kāds ir oksidācijas stāvoklis. Kā noteikt ķīmiskā elementa atoma oksidācijas pakāpi

Oksidācijas stāvoklis ir atoma nosacīts lādiņš molekulā, tas saņem atomu pilnīgas elektronu pieņemšanas rezultātā, to aprēķina, pieņemot, ka visas saites ir jonu. Kā noteikt oksidācijas pakāpi?

Oksidācijas pakāpes noteikšana

Ir lādētas daļiņas, joni, kuru pozitīvais lādiņš ir vienāds ar no viena atoma saņemto elektronu skaitu. Jona negatīvais lādiņš ir vienāds ar elektronu skaitu, ko uzņem viens ķīmiskā elementa atoms. Piemēram, tāda elementa kā Ca2 + rakstīšana nozīmē, ka elementu atomi ir zaudējuši vienu, divus vai trīs elementus. Lai atrastu jonu savienojumu un molekulu savienojumu sastāvu, mums jāzina, kā noteikt elementu oksidācijas pakāpi. Oksidācijas stāvokļi ir negatīvi, pozitīvi un nulle. Ja ņemam vērā atomu skaitu, tad algebriskā oksidācijas pakāpe molekulā ir nulle.

Lai noteiktu elementa oksidācijas stāvokli, jums jāvadās pēc noteiktām zināšanām. Piemēram, metālu savienojumos oksidācijas pakāpe ir pozitīva. Un augstākais oksidācijas pakāpe atbilst periodiskās sistēmas grupas numuram, kurā atrodas elements. Metāliem oksidācijas pakāpe var būt pozitīva un negatīva. Tas būs atkarīgs no faktora, ar kādu atomu metāls ir savienots. Piemēram, ja tas ir savienots ar metāla atomu, tad grāds būs negatīvs, ja tas ir savienots ar nemetālu, tad grāds būs pozitīvs.

Metāla negatīvo augstāko oksidācijas pakāpi var noteikt, no skaitļa astoņi atņemot tās grupas skaitli, kurā atrodas vajadzīgais elements. Kā likums, tas ir vienāds ar elektronu skaitu ārējā slānī. Šo elektronu skaits atbilst arī grupas numuram.

Kā aprēķināt oksidācijas pakāpi

Vairumā gadījumu konkrēta elementa atoma oksidācijas pakāpe nesakrīt ar tā izveidoto saišu skaitu, tas ir, tas nav vienāds ar šī elementa valenci. To var skaidri redzēt organisko savienojumu piemērā.

Atgādināšu, ka oglekļa valence organiskajos savienojumos ir 4 (tas ir, veido 4 saites), bet oglekļa oksidācijas pakāpe, piemēram, metanolā CH 3 OH ir -2, CO 2 +4, in CH4-4, skudrskābē HCOOH + 2. Valenci mēra pēc kovalento ķīmisko saišu skaita, ieskaitot tās, kas radušās, izmantojot donora-akceptora mehānismu.

Nosakot atomu oksidācijas pakāpi molekulās, elektronegatīvs atoms, vienam elektronu pārim izbīdot tā virzienā, iegūst lādiņu -1, bet, ja divi elektronu pāri, tad -2 būs lādiņš. Oksidācijas stāvokli neietekmē saite starp tiem pašiem atomiem. Piemēram:

• Saite starp C-C atomiem ir vienāda ar to nulles oksidācijas stāvokli.
• C-H saite - šeit ogleklis kā elektronnegatīvākais atoms atbildīs lādiņam -1.
• C-O saite, oglekļa lādiņš, kā mazāk elektronegatīvs, būs +1.

Oksidācijas pakāpes noteikšanas piemēri

1. Molekulā, piemēram, CH 3Cl, ir trīs C-HC saites). Tādējādi oglekļa atoma oksidācijas pakāpe šajā savienojumā būs: -3 + 1 = -2.
2. Noskaidrosim oglekļa atomu oksidācijas pakāpi acetaldehīda Cˉ³H3-C¹O-H molekulā. Šajā savienojumā trīs C-H saites nodrošinās kopējo C atoma lādiņu, kas ir (Cº + 3e → Cˉ³) -3. Divkāršā saite C = O (šeit skābeklis ņems elektronus no oglekļa atoma, jo skābeklis ir vairāk elektronegatīvs) dod lādiņu C atomam, tas ir +2 (Cº-2e → C²), savukārt CH saite ir lādiņš - 1, kas nozīmē, ka kopējais C atoma lādiņš ir: (2-1 = 1) +1.
3. Tagad noskaidrosim oksidācijas pakāpi etanola molekulā: Cˉ³H-Cˉ¹H2-OH. Šeit trīs C-H saites nodrošinās kopējo C atoma lādiņu, tas ir (Cº + 3e → Cˉ³) -3. Divas CH saites radīs C atoma lādiņu, kas būs -2, savukārt C → O saite radīs lādiņu +1, kas nozīmē kopējo C atoma lādiņu: (-2 + 1 = -1 ) -1.

Tagad jūs zināt, kā noteikt elementa oksidācijas stāvokli. Ja tev ir vismaz pamatzināšanas ķīmijā, tad šis uzdevums tev nesagādās problēmas.

Elektronegativitāte, tāpat kā citas ķīmisko elementu atomu īpašības, periodiski mainās, palielinoties elementa kārtas skaitam:

Augšējā diagramma parāda galveno apakšgrupu elementu elektronegativitātes izmaiņu biežumu atkarībā no elementa kārtas numura.

Virzoties lejup pa periodiskās tabulas apakšgrupu, ķīmisko elementu elektronegativitāte samazinās, pa periodu virzoties pa labi, palielinās.

Elektronegativitāte atspoguļo elementu nemetālismu: jo lielāka ir elektronegativitātes vērtība, jo vairāk elementam ir nemetāla īpašības.

Oksidācijas stāvoklis

Kā aprēķināt savienojuma elementa oksidācijas pakāpi?

1) Ķīmisko elementu oksidācijas pakāpe vienkāršās vielās vienmēr ir nulle.

2) Ir elementi, kuriem sarežģītās vielās ir nemainīgs oksidācijas stāvoklis:

3) Ir ķīmiskie elementi, kas uzrāda nemainīgu oksidācijas stāvokli lielākajā daļā savienojumu. Šie elementi ietver:

Elements	Oksidācijas stāvoklis gandrīz visos savienojumos	Izņēmumi
ūdeņradis H	+1	Sārmu un sārmzemju metālu hidrīdi, piemēram:
skābeklis O	-2	Ūdeņraža un metālu peroksīdi: Skābekļa fluorīds -

4) Visu molekulas atomu oksidācijas pakāpju algebriskā summa vienmēr ir nulle. Visu jonu atomu oksidācijas pakāpju algebriskā summa ir vienāda ar jona lādiņu.

5) Augstākais (maksimālais) oksidācijas līmenis ir vienāds ar grupas numuru. Izņēmumi, uz kuriem neattiecas šis noteikums, ir I grupas sānu apakšgrupas elementi, VIII grupas sānu apakšgrupas elementi, kā arī skābeklis un fluors.

Ķīmiskie elementi, kuru grupas numurs nesakrīt ar augstāko oksidācijas pakāpi (jāatceras)

6) Metālu zemākais oksidācijas pakāpe vienmēr ir nulle, un nemetālu zemāko oksidācijas pakāpi aprēķina pēc formulas:

nemetāla zemākais oksidācijas pakāpe = grupas numurs - 8

Pamatojoties uz iepriekš sniegtajiem noteikumiem, jūs varat noteikt ķīmiskā elementa oksidācijas pakāpi jebkurā vielā.

Elementu oksidācijas pakāpju atrašana dažādos savienojumos

1. piemērs

Noteikt visu sērskābē esošo elementu oksidācijas pakāpi.

Risinājums:

Uzrakstīsim sērskābes formulu:

Ūdeņraža oksidācijas pakāpe visās kompleksajās vielās ir +1 (izņemot metālu hidrīdus).

Skābekļa oksidācijas pakāpe visās kompleksajās vielās ir -2 (izņemot peroksīdus un skābekļa fluorīdu OF 2). Sakārtosim zināmos oksidācijas stāvokļus:

Apzīmēsim sēra oksidācijas pakāpi kā x:

Sērskābes molekula, tāpat kā jebkuras vielas molekula, parasti ir elektriski neitrāla, jo visu molekulas atomu oksidācijas pakāpju summa ir nulle. Shematiski to var attēlot šādi:

Tie. mēs saņēmām šādu vienādojumu:

Atrisināsim:

Tādējādi sēra oksidācijas pakāpe sērskābē ir +6.

2. piemērs

Noteikt visu amonija dihromāta elementu oksidācijas pakāpi.

Risinājums:

Pierakstīsim amonija dihromāta formulu:

Tāpat kā iepriekšējā gadījumā, mēs varam sakārtot ūdeņraža un skābekļa oksidācijas stāvokļus:

Tomēr mēs redzam, ka oksidācijas pakāpes nav zināmas diviem ķīmiskajiem elementiem vienlaikus - slāpeklim un hromam. Tāpēc mēs nevaram atrast oksidācijas stāvokļus tāpat kā iepriekšējā piemērā (vienādojumam ar diviem mainīgajiem nav unikāla risinājuma).

Pievērsīsim uzmanību tam, ka norādītā viela pieder pie sāļu klases un attiecīgi tai ir jonu struktūra. Tad mēs varam pamatoti teikt, ka NH 4 + katjoni ir daļa no amonija dihromāta (šī katjona lādiņu var atrast šķīdības tabulā). Līdz ar to, tā kā amonija dihromāta formulas vienībā ir divi pozitīvi atsevišķi lādēti NH 4 + katjoni, dihromāta jona lādiņš ir -2, jo viela kopumā ir elektriski neitrāla. Tie. vielu veido NH 4 + katjoni un Cr 2 O 7 2- anjoni.

Mēs zinām ūdeņraža un skābekļa oksidācijas stāvokļus. Zinot, ka visu jonu elementu atomu oksidācijas pakāpju summa ir vienāda ar lādiņu, un apzīmējot slāpekļa un hroma oksidācijas pakāpes kā x un y attiecīgi mēs varam rakstīt:

Tie. mēs iegūstam divus neatkarīgus vienādojumus:

Kuru atrisinot, mēs atrodam x un y:

Tādējādi amonija dihromātā slāpekļa oksidācijas pakāpe ir -3, ūdeņraža +1, hroma +6 un skābekļa -2.

Varat lasīt, kā noteikt elementu oksidācijas pakāpi organiskajās vielās.

Valence

Atomu valence tiek apzīmēta ar romiešu cipariem: I, II, III utt.

Atoma valence ir atkarīga no daudzuma:

1) nepāra elektroni

2) vientuļie elektronu pāri valences līmeņu orbitālēs

3) valences līmeņa tukšas elektronu orbitāles

Ūdeņraža atoma valences spējas

Attēlosim ūdeņraža atoma elektrongrafisko formulu:

Tika teikts, ka valences spējas var ietekmēt trīs faktori - nepāra elektronu klātbūtne, vientuļo elektronu pāru klātbūtne ārējā līmenī un brīvu (tukšu) ārējā līmeņa orbitāļu klātbūtne. Mēs redzam vienu nepāra elektronu ārējā (un vienīgajā) enerģijas līmenī. Pamatojoties uz to, ūdeņraža valence var precīzi būt vienāda ar I. Tomēr pirmajā enerģijas līmenī ir tikai viens apakšlīmenis - s, tie. ūdeņraža atomam ārējā līmenī nav ne vientuļo elektronu pāru, ne tukšu orbitāļu.

Tādējādi vienīgā valence, ko var parādīt ūdeņraža atomam, ir I.

Oglekļa atoma valences spējas

Apsveriet oglekļa atoma elektronisko struktūru. Pamatstāvoklī tā ārējā līmeņa elektroniskā konfigurācija ir šāda:

Tie. pamatstāvoklī neierosināta oglekļa atoma ārējā enerģijas līmenī ir 2 nepāra elektroni. Šajā stāvoklī tā valence var būt vienāda ar II. Tomēr oglekļa atoms ļoti viegli pāriet uzbudinātā stāvoklī, kad tam tiek nodota enerģija, un ārējā slāņa elektroniskā konfigurācija šajā gadījumā izpaužas šādi:

Neskatoties uz to, ka oglekļa atoma ierosināšanas procesā tiek tērēts noteikts enerģijas daudzums, atkritumus vairāk nekā kompensē četru kovalento saišu veidošanās. Šī iemesla dēļ valence IV ir daudz raksturīgāka oglekļa atomam. Tā, piemēram, IV valences ogleklis satur oglekļa dioksīda, ogļskābes un absolūti visu organisko vielu molekulās.

Papildus nepāra elektroniem un vientuļajiem elektronu pāriem valences iespējas ietekmē arī valences līmeņa brīvo () orbitāļu klātbūtne. Šādu orbitāļu klātbūtne piepildītajā līmenī noved pie tā, ka atoms var darboties kā elektronu pāra akceptors, t.i. veidot papildu kovalentās saites ar donora-akceptora mehānismu. Tā, piemēram, pretēji gaidītajam, oglekļa monoksīda molekulā CO saite ir nevis divkārša, bet trīskārša, kas skaidri parādīts nākamajā attēlā:

Slāpekļa atoma valence

Pierakstīsim slāpekļa atoma ārējā enerģijas līmeņa elektroniski grafisko formulu:

Kā redzams no ilustrācijas iepriekš, slāpekļa atomam normālā stāvoklī ir 3 nepāra elektroni, un tāpēc ir loģiski pieņemt, ka tas spēj uzrādīt valenci, kas vienāda ar III. Patiešām, trīs valence tiek novērota amonjaka (NH 3), slāpekļskābes (HNO 2), slāpekļa trihlorīda (NCl 3) uc molekulās.

Iepriekš tika teikts, ka ķīmiskā elementa atoma valence ir atkarīga ne tikai no nepāra elektronu skaita, bet arī no vientuļo elektronu pāru klātbūtnes. Tas ir saistīts ar faktu, ka kovalentā ķīmiskā saite var veidoties ne tikai tad, kad divi atomi nodrošina viens otru ar vienu elektronu, bet arī tad, kad viens atoms, kuram ir vientuļš elektronu pāris - donors () nodrošina to citam atomam ar brīvu ( ) orbitālās valences līmenis (akceptors). Tie. slāpekļa atomam ir iespējama arī IV valence, pateicoties papildu kovalentajai saitei, ko veido donora-akceptora mehānisms. Tā, piemēram, veidojoties amonija katjonam, tiek novērotas četras kovalentās saites, no kurām vienu veido donora-akceptora mehānisms:

Neskatoties uz to, ka vienu no kovalentajām saitēm veido donora-akceptora mehānisms, visas N-H saites amonija katjonā ir absolūti identiskas un viena no otras neatšķiras.

Slāpekļa atoms nespēj uzrādīt valenci, kas vienāda ar V. Tas ir saistīts ar faktu, ka slāpekļa atomam nav iespējama pāreja uz ierosinātu stāvokli, kurā divi elektroni sabojājas, vienam no tiem pārejot uz brīvu orbitāli, kas ir vistuvāk enerģijas līmenī. Slāpekļa atomam nav d-apakšlīmenis, un pāreja uz 3s-orbitāli enerģētiski ir tik dārga, ka enerģijas izmaksas nesedz jaunu saišu veidošanās. Daudzi var uzdot jautājumu, kāda tad ir slāpekļa valence, piemēram, slāpekļskābes HNO 3 vai slāpekļa oksīda N 2 O 5 molekulās? Savādi, ka valence ir arī IV, ko var redzēt no šādām strukturālajām formulām:

Punktētā līnija ilustrācijā parāda t.s delokalizēts π - savienojums. Šī iemesla dēļ NO gala saites var saukt par "pusotru". Līdzīgas pusotras saites atrodamas arī ozona O 3, benzola C 6 H 6 u.c. molekulā.

Fosfora valences spējas

Attēlosim fosfora atoma ārējā enerģijas līmeņa elektroniski grafisko formulu:

Kā redzam, fosfora atoma ārējā slāņa struktūra pamatstāvoklī un slāpekļa atomam ir vienāda, un tāpēc ir loģiski sagaidīt, ka fosfora atomam, kā arī slāpekļa atomam iespējamās valences ir vienādas. uz I, II, III un IV, kā novērots praksē.

Tomēr atšķirībā no slāpekļa ir arī fosfora atoms d-apakšlīmenis ar 5 brīvām orbitālēm.

Šajā sakarā tas spēj pāriet ierosinātā stāvoklī, iztvaicējot elektronus 3 s- orbitāles:

Tādējādi ir iespējama slāpeklim nepieejamā valence V fosfora atomam. Piemēram, fosfora atoma valence ir pieci tādu savienojumu molekulās kā fosforskābe, fosfora (V) halogenīdi, fosfora (V) oksīds utt.

Skābekļa atoma valence

Skābekļa atoma ārējā enerģijas līmeņa elektroniski grafiskā formula ir:

2. līmenī mēs redzam divus nepāra elektronus, un tāpēc skābeklim ir iespējama II valence. Jāatzīmē, ka šī skābekļa atoma valence tiek novērota gandrīz visos savienojumos. Iepriekš, apsverot oglekļa atoma valences iespējas, mēs apspriedām oglekļa monoksīda molekulas veidošanos. CO molekulā saite ir trīskārša, tāpēc skābeklis tur ir trīsvērtīgs (skābeklis ir elektronu pāra donors).

Sakarā ar to, ka skābekļa atomam nav ārēja līmeņa d-apakšlīmenis, elektronu tvaicēšana s un p- orbitāles nav iespējamas, tāpēc skābekļa atoma valences iespējas ir ierobežotas salīdzinājumā ar citiem tā apakšgrupas elementiem, piemēram, sēru.

Sēra atoma valences spējas

Sēra atoma ārējais enerģijas līmenis neierosinātā stāvoklī:

Sēra atomam, tāpat kā skābekļa atomam, normālā stāvoklī ir divi nepāra elektroni, tāpēc varam secināt, ka sēram ir iespējama divu valence. Patiešām, sēram ir II valence, piemēram, sērūdeņraža molekulā H 2 S.

Kā redzam, parādās sēra atoms ārējā līmenī d-apakšlīmenis ar brīvām orbitālēm. Šī iemesla dēļ sēra atoms spēj paplašināt savas valences spējas, atšķirībā no skābekļa, pārejot uz ierosinātiem stāvokļiem. Tātad, tvaicējot vientuļo elektronu pāri 3 lpp apakšlīmeņa sēra atoms iegūst elektronisku ārējā līmeņa konfigurāciju šādā formā:

Šajā stāvoklī sēra atomam ir 4 nepāra elektroni, kas norāda uz iespēju izpausties sēra atomu valencei, kas vienāda ar IV. Patiešām, sēram ir IV valence molekulās SO 2, SF 4, SOCl 2 utt.

Kad otrais vientuļš elektronu pāris, kas atrodas 3 s- apakšlīmenis, ārējais enerģijas līmenis iegūst konfigurāciju:

Šajā stāvoklī kļūst iespējama VI valences izpausme. Savienojumu ar VI-valento sēru piemēri ir SO 3, H 2 SO 4, SO 2 Cl 2 utt.

Tāpat varat apsvērt citu ķīmisko elementu valences spējas.

Ķīmiskais elements savienojumā, ko aprēķina, pieņemot, ka visas saites ir jonu tipa.

Oksidācijas pakāpēm var būt pozitīva, negatīva vai nulles vērtība, tāpēc elementu oksidācijas pakāpju algebriskā summa molekulā, ņemot vērā to atomu skaitu, ir vienāda ar 0, bet jona lādiņš jons.

1. Metālu oksidācijas pakāpe savienojumos vienmēr ir pozitīva.

2. Augstākais oksidācijas pakāpe atbilst periodiskās sistēmas grupas numuram, kurā atrodas šis elements (izņemot: Au +3(I grupa), Cu +2(II), no VIII grupas, oksidācijas pakāpi +8 var atrast tikai osmijā Os un rutēnijs Ru.

3. Nemetālu oksidācijas pakāpe ir atkarīga no tā, ar kuru atomu tie ir saistīti:

• ja ar metāla atomu, tad oksidācijas pakāpe ir negatīva;
• ja ar nemetāla atomu, tad oksidācijas pakāpe var būt gan pozitīva, gan negatīva. Tas ir atkarīgs no elementu atomu elektronegativitātes.

4. Nemetālu augstāko negatīvo oksidācijas pakāpi var noteikt, no 8 atņemot tās grupas skaitli, kurā atrodas šis elements, t.i. augstākais pozitīvais oksidācijas stāvoklis ir vienāds ar elektronu skaitu uz ārējā slāņa, kas atbilst grupas numuram.

5. Vienkāršu vielu oksidācijas pakāpe ir 0 neatkarīgi no tā, vai tas ir metāls vai nemetāls.

Elementi ar nemainītiem oksidācijas pakāpēm.

Elements	Tipisks oksidācijas stāvoklis	Izņēmumi
		Metālu hidrīdi: LIH -1
		Oksidācijas stāvoklis sauc par daļiņas nosacītu lādiņu, pieņemot, ka saite ir pilnībā pārrauta (tam ir jonu raksturs). H- Cl = H + + Cl - , Sālsskābē esošā saite ir kovalenta polāra. Elektronu pāris ir lielākā mērā novirzīts uz atomu Cl - kopš tas ir vairāk elektronegatīvs elements. Kā noteikt oksidācijas pakāpi? Elektronegativitāte ir atomu spēja piesaistīt sev citu elementu elektronus. Oksidācijas stāvoklis ir norādīts virs elementa: Br 2 0 , Na 0, O +2 F 2 -1,K + Cl - utt. Tas var būt negatīvs vai pozitīvs. Vienkāršas vielas oksidācijas pakāpe (nesaistītā, brīvā stāvoklī) ir nulle. Skābekļa oksidācijas pakāpe lielākajai daļai savienojumu ir -2 (izņemot peroksīdus H2O2, kur tas ir vienāds ar -1 un savienojumi ar fluoru - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ). - Oksidācijas stāvoklis vienkāršs monatomisks jons ir vienāds ar tā lādiņu: Na + , Ca +2 . Ūdeņradim tā savienojumos ir oksidācijas pakāpe +1 (izņēmums ir hidrīdi - Na + H - un tādi savienojumi kā C +4 H 4 -1 ). "Metāls-nemetāls" saitēs atomam ar vislielāko elektronegatīvumu ir negatīvs oksidācijas stāvoklis (dati par elektronegatīvumu ir norādīti Polinga skalā): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NĒ 3 ) - utt. Noteikumi oksidācijas pakāpes noteikšanai ķīmiskajos savienojumos. Ņemsim savienojumu KMnO 4 , nepieciešams noteikt mangāna atoma oksidācijas pakāpi. Pamatojums: Kālijs ir periodiskās tabulas I grupas sārmu metāls, un tāpēc tam ir tikai pozitīvs oksidācijas stāvoklis +1. Ir zināms, ka lielākajā daļā tā savienojumu skābekļa oksidācijas pakāpe ir -2. Šī viela nav peroksīds, kas nozīmē, ka tā nav izņēmums. Izveido vienādojumu: K+Mn X O 4 -2 Ļaujiet būt NS- mums nezināms mangāna oksidācijas stāvoklis. Kālija atomu skaits ir 1, mangāna ir 1, skābekļa atomu skaits ir 4. Ir pierādīts, ka molekula kopumā ir elektriski neitrāla, tāpēc tās kopējam lādiņam jābūt nullei. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, X = +7, Tas nozīmē, ka mangāna oksidācijas pakāpe kālija permanganātā = +7. Ņemiet vēl vienu oksīda piemēru Fe2O3. Ir nepieciešams noteikt dzelzs atoma oksidācijas pakāpi. Pamatojums: Dzelzs ir metāls, skābeklis ir nemetāls, kas nozīmē, ka tieši skābeklis būs oksidētājs un ar negatīvu lādiņu. Mēs zinām, ka skābekļa oksidācijas pakāpe ir -2. Mēs saskaitām atomu skaitu: dzelzs - 2 atomi, skābeklis - 3. Mēs veidojam vienādojumu kur NS- dzelzs atoma oksidācijas stāvoklis: 2 * (X) + 3 * (- 2) = 0, Secinājums: dzelzs oksidācijas pakāpe šajā oksīdā ir +3. Piemēri. Nosakiet visu molekulas atomu oksidācijas pakāpi. 1. K 2 Cr 2 O 7. Oksidācijas stāvoklis K +1, skābeklis Ak -2. Ņemot vērā indeksus: О = (- 2) × 7 = (- 14), К = (+ 1) × 2 = (+ 2). Jo elementu oksidācijas pakāpju algebriskā summa molekulā, ņemot vērā to atomu skaitu, ir vienāda ar 0, tad pozitīvo oksidācijas pakāpju skaits ir vienāds ar negatīvo skaitu. Oksidācijas stāvokļi K + O = (- 14) + (+ 2) = (- 12). No tā izriet, ka hroma atomam ir 12 pozitīvās jaudas, bet molekulā ir 2 atomi, kas nozīmē, ka uz vienu atomu ir (+12): 2 = (+ 6). Atbilde: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3-. Šajā gadījumā oksidācijas pakāpju summa vairs nebūs vienāda ar nulli, bet gan ar jona lādiņu, t.i. - 3. Sastādām vienādojumu: x + 4 × (- 2)= - 3 . Atbilde: (Kā +5 O 4 -2) 3-.

Oksidācijas stāvokļa noteikšanas uzdevums var būt tikpat vienkārša formalitāte, cik sarežģīta mīkla. Pirmkārt, tas būs atkarīgs no ķīmiskā savienojuma formulas, kā arī no ķīmijas un matemātikas pamatzināšanu pieejamības.

Zinot pamatnoteikumus un secīgo loģisko darbību algoritmu, kas tiks apspriests šajā rakstā, risinot šāda veida problēmas, ikviens var viegli tikt galā ar šo uzdevumu. Un pēc praktizēšanās un apguves, kā noteikt dažādu ķīmisko savienojumu oksidācijas pakāpi, varat droši uzņemties sarežģītu redoksreakciju izlīdzināšanu, sastādot elektronisko svaru.

Oksidācijas stāvokļa jēdziens

Lai uzzinātu, kā noteikt oksidācijas stāvokli, vispirms ir jāizdomā, ko nozīmē šis jēdziens?

• Oksidācijas stāvokli izmanto, reģistrējot redoksreakcijās, kad notiek elektronu pārnešana no atoma uz atomu.
• Oksidācijas stāvoklis nosaka pārnesto elektronu skaitu, apzīmējot atoma nosacīto lādiņu.
• Oksidācijas stāvoklis un valence bieži vien ir vienādi.

Šis apzīmējums ir uzrakstīts virs ķīmiskā elementa, tā labajā stūrī, un ir vesels skaitlis ar "+" vai "-" zīmi. Oksidācijas stāvokļa nulles vērtībai nav zīmes.

Oksidācijas stāvokļa noteikšanas noteikumi

Apsveriet pamata kanonus oksidācijas stāvokļa noteikšanai:

• Vienkāršām elementārvielām, tas ir, tām, kas sastāv no viena veida atomiem, vienmēr būs nulles oksidācijas pakāpe. Piemēram, Na0, H02, P04
• Ir vairāki atomi, kuriem vienmēr ir viens nemainīgs oksidācijas stāvoklis. Vislabāk atceras tabulā norādītās vērtības.

• Kā redzat, vienīgais izņēmums ir ūdeņradim savienojumā ar metāliem, kur tas iegūst neparastu oksidācijas pakāpi "-1".
• Skābeklim ir arī oksidācijas stāvoklis "+2" ķīmiskajā kombinācijā ar fluoru un "-1" peroksīdu, superperoksīdu vai ozonīdu sastāvos, kur skābekļa atomi ir saistīti viens ar otru.

• Metāla joniem ir vairākas oksidācijas pakāpes vērtības (un tikai pozitīvas), tāpēc to nosaka savienojumā blakus esošie elementi. Piemēram, FeCl3 hlora oksidācijas pakāpe ir "-1", tajā ir 3 atomi, tāpēc mēs reizinām -1 ar 3, mēs iegūstam "-3". Lai savienojuma oksidācijas pakāpju summa būtu "0", dzelzs oksidācijas pakāpei jābūt "+3". FeCl2 formulā dzelzs attiecīgi mainīs savu pakāpi uz "+2".
• Matemātiski summējot visu formulas atomu oksidācijas pakāpes (ņemot vērā zīmes), vienmēr jāiegūst nulles vērtība. Piemēram, sālsskābē H + 1Cl-1 (+1 un -1 = 0) un sērskābē H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 = +2 ūdeņradim, + 4 sēram un -2 * 3 = - 6 skābeklim; +6 un -6 kopā veido 0).
• Monatomiskā jona oksidācijas pakāpe būs vienāda ar tā lādiņu. Piemēram: Na +, Ca + 2.
• Augstākais oksidācijas pakāpe, kā likums, atbilst grupas numuram D.I. Mendeļejeva periodiskajā sistēmā.

Darbību algoritms oksidācijas pakāpes noteikšanai

Oksidācijas stāvokļa noteikšanas procedūra nav grūta, taču tai nepieciešama uzmanība un noteiktas darbības.

Uzdevums: sakārtot oksidācijas pakāpes KMnO4 savienojumā

• Pirmajam elementam, kālijam, ir nemainīgs oksidācijas stāvoklis "+1".
  Lai pārbaudītu, var apskatīt periodisko tabulu, kur kālijs ir 1. elementu grupā.
• No atlikušajiem diviem elementiem skābeklis parasti pieņem oksidācijas stāvokli "-2".
• Mēs iegūstam šādu formulu: K + 1MnxO4-2. Atliek noteikt mangāna oksidācijas pakāpi.
  Tātad x ir nezināms mangāna oksidācijas stāvoklis. Tagad ir svarīgi pievērst uzmanību atomu skaitam savienojumā.
  Kālija atomu skaits ir 1, mangāna ir 1, skābekļa atomu skaits ir 4.
  Ņemot vērā molekulas elektroneutralitāti, kad kopējais (kopējais) lādiņš ir nulle,

1 * (+ 1) + 1 * (x) + 4 (-2) = 0,
+ 1 + 1x + (- 8) = 0,
-7 + 1x = 0,
(pārceļot, nomainiet zīmi)
1x = +7, x = +7

Tādējādi mangāna oksidācijas pakāpe savienojumā ir "+7".

Uzdevums: sakārtot oksidācijas pakāpes Fe2O3 savienojumā.

• Skābeklim, kā jūs zināt, ir oksidācijas stāvoklis "-2" un tas darbojas kā oksidētājs. Ņemot vērā atomu skaitu (3), kopējā skābekļa vērtība ir "-6" (-2 * 3 = -6), t.i. reiziniet oksidācijas pakāpi ar atomu skaitu.
• Lai līdzsvarotu formulu un panāktu to līdz nullei, 2 dzelzs atomiem būs oksidācijas pakāpe "+3" (2 * + 3 = + 6).
• Kopumā mēs iegūstam nulli (-6 un +6 = 0).

Uzdevums: sakārtot oksidācijas pakāpes Al (NO3) 3 savienojumā.

• Alumīnija atoms ir viens, un tam ir nemainīgs oksidācijas stāvoklis "+3".
• Skābekļa atomi molekulā ir 9 (3 * 3), skābekļa oksidācijas pakāpe, kā zināms, ir "-2", kas nozīmē, ka šīs vērtības reizinot, mēs iegūstam "-18".
• Atliek izlīdzināt negatīvās un pozitīvās vērtības, tādējādi nosakot slāpekļa oksidācijas pakāpi. Nepietiek ar -18 un +3, + 15. Un ņemot vērā, ka ir 3 slāpekļa atomi, ir viegli noteikt tā oksidācijas pakāpi: sadaliet 15 ar 3 un iegūstiet 5.
• Slāpekļa oksidācijas pakāpe ir "+5", un formula izskatīsies šādi: Al + 3 (N + 5O-23) 3
• Ja šādā veidā ir grūti noteikt vēlamo vērtību, varat izveidot un atrisināt vienādojumus:

1 * (+ 3) + 3x + 9 * (- 2) = 0.
+ 3 + 3x-18 = 0
3x = 15
x = 5

Tātad oksidācijas stāvoklis ir diezgan svarīgs jēdziens ķīmijā, kas simbolizē atomu stāvokli molekulā.
Bez zināšanām par noteiktiem noteikumiem vai pamatprincipiem, kas ļauj pareizi noteikt oksidācijas stāvokli, nav iespējams tikt galā ar šī uzdevuma īstenošanu. Tāpēc ir tikai viens secinājums: rūpīgi jāiepazīstas un jāizpēta noteikumi oksidācijas stāvokļa noteikšanai, kas skaidri un kodolīgi izklāstīti rakstā, un drosmīgi virzīties tālāk pa sarežģīto ķīmiskās gudrības ceļu.

USE kodētāja tēmas: Elektronegativitāte. Ķīmisko elementu oksidācijas stāvoklis un valence.

Kad atomi mijiedarbojas un veidojas, elektroni starp tiem vairumā gadījumu ir sadalīti nevienmērīgi, jo atomu īpašības atšķiras. Vairāk elektronnegatīvs atoms spēcīgāk piesaista elektronu blīvumu. Atoms, kas piesaistījis sev elektronu blīvumu, iegūst daļēju negatīvu lādiņu δ — , tā "partneris" ir daļējs pozitīvs lādiņš δ+ ... Ja starpība starp saiti veidojošo atomu elektronegativitātēm nepārsniedz 1,7, mēs saucam saiti kovalentais polārs ... Ja ķīmisko saiti veidojošo elektronegativitātes starpība pārsniedz 1,7, tad šādu saiti saucam jonu .

Oksidācijas stāvoklis Ir savienojumā esošā elementa atoma papildu nosacīts lādiņš, ko aprēķina, pieņemot, ka visi savienojumi sastāv no joniem (visas polārās saites ir jonu).

Ko nozīmē “nosacīta maksa”? Mēs vienkārši piekrītam, ka situāciju nedaudz vienkāršosim: jebkuras polārās saites uzskatīsim par pilnīgi jonu, un pieņemsim, ka elektrons pilnībā iziet vai nāk no viena atoma uz otru, pat ja patiesībā tas tā nav. Un nosacīti elektrons aiziet no mazāk elektronnegatīva atoma uz vairāk elektronnegatīvu.

Piemēram, attiecībā uz H-Cl mēs uzskatām, ka ūdeņradis nosacīti "atdeva" elektronu, un tā lādiņš kļuva par +1, un hlors "paņēma" elektronu, un tā lādiņš kļuva par -1. Faktiski šiem atomiem nav šādu kopējo lādiņu.

Protams, jums ir jautājums - kāpēc nākt klajā ar kaut ko, kas neeksistē? Tas nav mānīgs ķīmiķu plāns, viss ir vienkāršs: šāds modelis ir ļoti ērts. Elementu oksidācijas pakāpe ir noderīga kompilācijā klasifikācijaķīmiskās vielas, to īpašību apraksts, savienojumu formulu un nomenklatūras sastādīšana. Īpaši bieži oksidācijas stāvokļi tiek izmantoti, strādājot ar redoksreakcijas.

Oksidācijas stāvokļi ir augstāks, zemāks un starpposma.

Augstākais oksidācijas pakāpe ir vienāda ar grupas numuru ar plus zīmi.

Nepilnvērtīgs ir definēts kā grupas numurs mīnus 8.

UN starpposma oksidācijas pakāpe ir gandrīz jebkurš vesels skaitlis diapazonā no zemākā oksidācijas pakāpes līdz augstākajam.

Piemēram, slāpekli raksturo: augstākā oksidācijas pakāpe +5, zemākā 5 - 8 = -3, un vidējie oksidācijas pakāpes no -3 līdz +5. Piemēram, hidrazīnā N 2 H 4 slāpekļa oksidācijas pakāpe ir starpposma, -2.

Visbiežāk atomu oksidācijas pakāpi kompleksās vielās vispirms norāda ar zīmi, pēc tam ar skaitli, piemēram, +1, +2, -2 utt. Runājot par jona lādiņu (pieņemsim, ka jons savienojumā patiešām eksistē), vispirms norādiet skaitli, tad zīmi. Piemēram: Ca 2+, CO 3 2-.

Lai uzzinātu oksidācijas pakāpes, izmantojiet tālāk norādīto noteikumi :

1. Atomu oksidācijas stāvoklis vienkāršas vielas ir vienāds ar nulli;
2. V neitrālas molekulas oksidācijas pakāpju algebriskā summa ir nulle, joniem šī summa ir vienāda ar jona lādiņu;
3. Oksidācijas stāvoklis sārmu metāli (galvenās apakšgrupas I grupas elementi) savienojumos ir vienāds ar +1, oksidācijas pakāpe sārmzemju metāli (galvenās apakšgrupas II grupas elementi) savienojumos ir +2; oksidācijas stāvoklis alumīnija savienojumos ir +3;
4. Oksidācijas stāvoklis ūdeņradis savienojumos ar metāliem (- NaH, CaH 2 utt.) ir vienāds ar -1 ; savienojumos ar nemetāliem () +1 ;
5. Oksidācijas stāvoklis skābeklis ir vienāds ar -2 . Izņēmums meikaps peroksīdi- savienojumi, kas satur -O-O- grupu, kur ir skābekļa oksidācijas pakāpe -1 un daži citi savienojumi ( superoksīdi, ozonīdi, skābekļa fluorīdi OF 2 un utt.);
6. Oksidācijas stāvoklis fluors visās kompleksajās vielās ir vienāds ar -1 .

Iepriekš minētās ir situācijas, kurās mēs ņemam vērā oksidācijas stāvokli pastāvīgs . Visiem pārējiem ķīmiskajiem elementiem ir oksidācijas stāvoklis — mainīgs, un ir atkarīgs no atomu secības un veida savienojumā.

Piemēri:

Exercise: Noteikt kālija dihromāta molekulā esošo elementu oksidācijas pakāpi: K 2 Cr 2 O 7.

Risinājums: kālija oksidācijas pakāpe ir +1, hroma oksidācijas pakāpe ir apzīmēta kā NS, skābekļa oksidācijas pakāpe ir -2. Visu molekulā esošo atomu visu oksidācijas pakāpju summa ir 0. Iegūstam vienādojumu: + 1 * 2 + 2 * x-2 * 7 = 0. Mēs to atrisinām, iegūstam hroma oksidācijas pakāpi +6.

Bināros savienojumos elektronegatīvākam elementam raksturīgs negatīvs oksidācijas stāvoklis, mazāk elektronegatīvam - pozitīvs.

pieraksti to oksidācijas stāvokļa jēdziens ir ļoti patvaļīgs! Oksidācijas stāvoklis neparāda patieso atoma lādiņu un tam nav reālas fiziskas nozīmes... Šis ir vienkāršots modelis, kas efektīvi darbojas gadījumos, kad mums, piemēram, ir jāizlīdzina koeficienti ķīmiskās reakcijas vienādojumā vai vielu algoritmiskai klasifikācijai.

Oksidācijas stāvoklis nav valence! Oksidācijas pakāpe un valence daudzos gadījumos nesakrīt. Piemēram, ūdeņraža valence vienkāršā vielā H 2 ir I, un oksidācijas pakāpe saskaņā ar 1. noteikumu ir 0.

Šie ir pamatnoteikumi, kas vairumā gadījumu palīdzēs noteikt savienojumu atomu oksidācijas pakāpi.

Dažās situācijās var būt grūti noteikt atoma oksidācijas pakāpi. Apskatīsim dažas no šīm situācijām un meklēsim veidus, kā tās atrisināt:

1. Dubultajos (sāls) oksīdos atoma pakāpe parasti ir divi oksidācijas stāvokļi. Piemēram, dzelzs skalā Fe 3 O 4 dzelzs ir divi oksidācijas stāvokļi: +2 un +3. Kura man jānorāda? Abi. Vienkāršības labad jūs varat iedomāties šo savienojumu kā sāli: Fe (FeO 2) 2. Šajā gadījumā skābes atlikums veido atomu ar oksidācijas pakāpi +3. Vai dubulto oksīdu var attēlot šādi: FeO * Fe 2 O 3.
2. Peroksosavienojumos, kā likums, mainās skābekļa atomu oksidācijas stāvoklis, kas savienoti ar kovalentām nepolārām saitēm. Piemēram, ūdeņraža peroksīdā Н 2 О 2 un sārmu metālu peroksīdos skābekļa oksidācijas pakāpe ir -1, jo viena no saitēm ir kovalenta nepolāra (H-O-O-H). Vēl viens piemērs ir peroksomonosulfuric skābe (Karo skābe) H 2 SO 5 (sk. att.) Satur divus skābekļa atomus ar oksidācijas pakāpi -1, pārējos atomus ar oksidācijas pakāpi -2, tāpēc turpmākais ieraksts būs vairāk. saprotams: H 2 SO 3 (O 2). Ir zināmi arī hroma perokso savienojumi - piemēram, hroma (VI) peroksīds CrO (O 2) 2 vai CrO 5 un daudzi citi.
3. Vēl viens savienojumu piemērs ar neskaidru oksidācijas pakāpi ir superoksīdi (NaO 2) un sāļiem līdzīgi ozonīdi KO 3. Šajā gadījumā pareizāk ir runāt par molekulāro jonu O 2 ar lādiņu -1 un O 3 ar lādiņu -1. Šādu daļiņu struktūru apraksta daži modeļi, kas tiek nodoti Krievijas mācību programmā ķīmisko universitāšu pirmajos kursos: MO LCAO, valences shēmu uzklāšanas metode utt.
4. Organiskajos savienojumos oksidācijas stāvokļa jēdziens nav īpaši ērti lietojams, jo starp oglekļa atomiem ir liels skaits kovalento nepolāro saišu. Tomēr, ja jūs uzzīmējat molekulas strukturālo formulu, tad katra atoma oksidācijas pakāpi var noteikt arī pēc atomu veida un skaita, ar kuriem šis atoms ir tieši saistīts. Piemēram, primārajiem oglekļa atomiem ogļūdeņražos oksidācijas pakāpe ir -3, sekundārajiem oglekļa atomiem -2, terciārajiem atomiem -1, kvartārajiem atomiem - 0.

Praktizēsim atomu oksidācijas pakāpes noteikšanu organiskajos savienojumos. Lai to izdarītu, ir jāuzzīmē visa atoma strukturālā formula un jāizvēlas oglekļa atoms ar tā tuvāko vidi - atomiem, ar kuriem tas ir tieši saistīts.

• Lai vienkāršotu aprēķinus, varat izmantot šķīdības tabulu - tur ir norādīti visbiežāk sastopamo jonu lādiņi. Lielākajā daļā krievu eksāmenu ķīmijā (USE, GIA, DVI) ir atļauts izmantot šķīdības tabulu. Šī ir gatava apkrāptu lapa, kas daudzos gadījumos var ietaupīt daudz laika.
• Aprēķinot elementu oksidācijas pakāpi kompleksās vielās, mēs vispirms norādām to elementu oksidācijas pakāpi, kurus mēs noteikti zinām (elementi ar nemainīgu oksidācijas pakāpi), bet elementu oksidācijas pakāpi ar mainīgu oksidācijas pakāpi apzīmējam ar x. Visu daļiņu lādiņu summa ir vienāda ar nulli molekulā vai vienāda ar jona lādiņu jonā. No šiem datiem ir viegli izveidot un atrisināt vienādojumu.