Gjendja e oksidimit është ngarkesa e kushtëzuar e një atomi në një molekulë, ai merr një atom si rezultat i pranimit të plotë të elektroneve, llogaritet nga supozimi se të gjitha lidhjet janë të natyrës jonike. Si të përcaktohet shkalla e oksidimit?
Përcaktimi i shkallës së oksidimit
Ka grimca të ngarkuara, jone, ngarkesa pozitive e të cilave është e barabartë me numrin e elektroneve të marra nga një atom. Ngarkesa negative e një joni është e barabartë me numrin e elektroneve të pranuara nga një atom i një elementi kimik. Për shembull, futja e një elementi të tillë si Ca2 + do të thotë që atomet e elementeve kanë humbur një, dy ose tre elementë. Për të gjetur përbërjen e përbërjeve jonike dhe përbërjeve të molekulave, duhet të dimë se si të përcaktojmë gjendjen e oksidimit të elementeve. Gjendjet e oksidimit janë negative, pozitive dhe zero. Nëse marrim parasysh numrin e atomeve, atëherë gjendja e oksidimit algjebrik në molekulë është zero.
Për të përcaktuar gjendjen e oksidimit të një elementi, duhet të udhëhiqeni nga njohuri të caktuara. Për shembull, në përbërjet metalike, gjendja e oksidimit është pozitive. Dhe gjendja më e lartë e oksidimit korrespondon me numrin e grupit të sistemit periodik, ku ndodhet elementi. Në metale, gjendjet e oksidimit mund të jenë pozitive ose negative. Kjo do të varet nga faktori me të cilin lidhet atomi i metalit. Për shembull, nëse është i lidhur me një atom metali, atëherë shkalla do të jetë negative, por nëse është e lidhur me një jometal, atëherë shkalla do të jetë pozitive.
Gjendja më e lartë negative e oksidimit të metalit mund të përcaktohet duke zbritur nga numri tetë numrin e grupit ku ndodhet elementi i nevojshëm. Si rregull, është e barabartë me numrin e elektroneve të vendosura në shtresën e jashtme. Numri i këtyre elektroneve gjithashtu korrespondon me numrin e grupit.
Si të llogarisni gjendjen e oksidimit
Në shumicën e rasteve, gjendja e oksidimit të një atomi të një elementi të caktuar nuk përputhet me numrin e lidhjeve që ai formon, domethënë nuk është e barabartë me valencën e këtij elementi. Kjo mund të shihet qartë në shembullin e përbërjeve organike.
Më lejoni t'ju kujtoj se valenca e karbonit në përbërjet organike është 4 (d.m.th., ai formon 4 lidhje), por gjendja e oksidimit të karbonit, për shembull, në metanol CH 3 OH është -2, në CO 2 +4, në CH4 -4, në acidin formik HCOOH + 2. Valenca matet me numrin e lidhjeve kimike kovalente, duke përfshirë ato të formuara nga mekanizmi dhurues-pranues.
Gjatë përcaktimit të gjendjes së oksidimit të atomeve në molekula, një atom elektronegativ, kur një çift elektronik zhvendoset në drejtimin e tij, fiton një ngarkesë prej -1, por nëse ka dy çifte elektronike, atëherë -2 do të jetë një ngarkesë. Shkalla e oksidimit nuk ndikohet nga lidhja midis të njëjtëve atome. Për shembull:
- Lidhja e atomeve C-C është e barabartë me gjendjen e tyre zero të oksidimit.
- Lidhja C-H - këtu, karboni si atomi më elektronegativ do të korrespondojë me një ngarkesë prej -1.
- Lidhja C-O, ngarkesa e karbonit, duke qenë më pak elektronegative, do të jetë +1.
Shembuj të përcaktimit të shkallës së oksidimit
- Në një molekulë të tillë si CH 3 Cl, ekzistojnë tre lidhje C-HC). Kështu, gjendja e oksidimit të atomit të karbonit në këtë përbërje do të jetë e barabartë me: -3 + 1 = -2.
- Le të gjejmë gjendjen e oksidimit të atomeve të karbonit në molekulën e acetaldehidit Cˉ3H3-C1O-H. Në këtë përbërje, tre lidhjet C-H do të japin një ngarkesë totale në atomin C, e cila është (Cº+3e→Cˉ³)-3. Lidhja e dyfishtë C = O (këtu oksigjeni do të marrë elektrone nga atomi i karbonit, sepse oksigjeni është më elektronegativ) jep një ngarkesë në atomin C, është +2 (Cº-2e → C²), ndërsa lidhja C-H ka një ngarkesë prej -1, që do të thotë se ngarkesa totale në atomin C është: (2-1=1)+1.
- Tani le të gjejmë gjendjen e oksidimit në molekulën e etanolit: Cˉ3H-Cˉ1H2-OH. Këtu, tre lidhje C-H do të japin një ngarkesë totale në atomin C, e cila është (Cº+3e→Cˉ³)-3. Dy lidhje C-H do të japin një ngarkesë në atomin C, i cili do të jetë -2, ndërsa lidhja C→O do të japë një ngarkesë +1, që do të thotë ngarkesa totale në atomin C: (-2+1=-1 )-1.
Tani ju e dini se si të përcaktoni gjendjen e oksidimit të një elementi. Nëse keni të paktën njohuri bazë të kimisë, atëherë kjo detyrë nuk do të jetë problem për ju.
Elektronegativiteti, si vetitë e tjera të atomeve të elementeve kimike, ndryshon periodikisht me një rritje të numrit rendor të elementit:
Grafiku i mësipërm tregon shpeshtësinë e ndryshimeve në elektronegativitetin e elementeve të nëngrupeve kryesore, në varësi të numrit rendor të elementit.
Kur lëvizni poshtë nëngrupit të tabelës periodike, elektronegativiteti i elementeve kimike zvogëlohet, kur lëviz në të djathtë përgjatë periudhës, rritet.
Elektronegativiteti pasqyron jometalitetin e elementeve: sa më e lartë të jetë vlera e elektronegativitetit, aq më shumë shprehen vetitë jometalike të elementit.
Gjendja e oksidimit
Si të llogaritet gjendja e oksidimit të një elementi në një përbërje?
1) Gjendja e oksidimit të elementeve kimike në substanca të thjeshta është gjithmonë zero.
2) Ka elementë që shfaqin një gjendje konstante oksidimi në substanca komplekse:
3) Ka elemente kimike që shfaqin një gjendje konstante oksidimi në shumicën dërrmuese të përbërjeve. Këta elementë përfshijnë:
Elementi |
Gjendja e oksidimit në pothuajse të gjitha komponimet |
Përjashtimet |
| hidrogjen H | +1 | Hidridet e metaleve alkaline dhe tokësore alkaline, për shembull: |
| oksigjen O | -2 | Hidrogjeni dhe peroksidet e metaleve: Fluori i oksigjenit - |
4) Shuma algjebrike e gjendjeve të oksidimit të të gjithë atomeve në një molekulë është gjithmonë zero. Shuma algjebrike e gjendjeve të oksidimit të të gjithë atomeve në një jon është e barabartë me ngarkesën e jonit.
5) Gjendja më e lartë (maksimale) e oksidimit është e barabartë me numrin e grupit. Përjashtim që nuk bëjnë pjesë në këtë rregull janë elementët e nëngrupit dytësor të grupit I, elementët e nëngrupit dytësor të grupit VIII, si dhe oksigjeni dhe fluori.
Elementet kimike, numri i grupit të të cilëve nuk përputhet me gjendjen e tyre më të lartë të oksidimit (të detyrueshme për t'u memorizuar)
6) Gjendja më e ulët e oksidimit të metaleve është gjithmonë zero, dhe gjendja më e ulët e oksidimit të jometaleve llogaritet me formulën:
gjendja më e ulët e oksidimit të një jometali = numri i grupit - 8
Bazuar në rregullat e paraqitura më sipër, është e mundur të përcaktohet shkalla e oksidimit të një elementi kimik në çdo substancë.
Gjetja e gjendjeve të oksidimit të elementeve në përbërje të ndryshme
Shembulli 1
Përcaktoni gjendjen e oksidimit të të gjithë elementëve në acidin sulfurik.
Vendimi:
Le të shkruajmë formulën për acidin sulfurik:
Gjendja e oksidimit të hidrogjenit në të gjitha substancat komplekse është +1 (përveç hidrideve metalike).
Gjendja e oksidimit të oksigjenit në të gjitha substancat komplekse është -2 (përveç peroksideve dhe fluorit të oksigjenit prej 2). Le të rregullojmë gjendjet e njohura të oksidimit:
Le të shënojmë gjendjen e oksidimit të squfurit si x:
Molekula e acidit sulfurik, ashtu si molekula e çdo substance, është përgjithësisht neutrale elektrike, sepse. shuma e gjendjeve të oksidimit të të gjithë atomeve në një molekulë është zero. Skematikisht, kjo mund të përshkruhet si më poshtë:
ato. kemi marrë ekuacionin e mëposhtëm:
Le ta zgjidhim:
Kështu, gjendja e oksidimit të squfurit në acidin sulfurik është +6.
Shembulli 2
Përcaktoni gjendjen e oksidimit të të gjithë elementëve në dikromatin e amonit.
Vendimi:
Le të shkruajmë formulën e dikromatit të amonit:
Si në rastin e mëparshëm, ne mund të rregullojmë gjendjet e oksidimit të hidrogjenit dhe oksigjenit:
Megjithatë, ne shohim se gjendjet e oksidimit të dy elementeve kimike njëherësh, azotit dhe kromit, janë të panjohura. Prandaj, ne nuk mund t'i gjejmë gjendjet e oksidimit në të njëjtën mënyrë si në shembullin e mëparshëm (një ekuacion me dy ndryshore nuk ka një zgjidhje unike).
Le t'i kushtojmë vëmendje faktit se substanca e treguar i përket klasës së kripërave dhe, në përputhje me rrethanat, ka një strukturë jonike. Atëherë me të drejtë mund të themi se përbërja e dikromatit të amonit përfshin kationet NH 4 + (ngarkesa e këtij kationi mund të shihet në tabelën e tretshmërisë). Prandaj, meqenëse ka dy katione NH 4 + me një ngarkesë pozitive në njësinë e formulës së dikromatit të amonit, ngarkesa e jonit të dikromatit është -2, pasi substanca në tërësi është elektrikisht neutrale. ato. substancën e formojnë kationet NH 4 + dhe anionet Cr 2 O 7 2-.
Ne i dimë gjendjet e oksidimit të hidrogjenit dhe oksigjenit. Duke ditur se shuma e gjendjeve të oksidimit të atomeve të të gjithë elementëve në jon është e barabartë me ngarkesën, dhe duke treguar gjendjet e oksidimit të azotit dhe kromit si x dhe y në përputhje me rrethanat, ne mund të shkruajmë:
ato. marrim dy ekuacione të pavarura:
Duke zgjidhur atë, ne gjejmë x dhe y:
Kështu, në dikromatin e amonit, gjendjet e oksidimit të azotit janë -3, hidrogjeni +1, kromi +6 dhe oksigjeni -2.
Si të përcaktohet gjendja e oksidimit të elementeve në substancat organike mund të lexohet.
Valence
Valenca e atomeve tregohet me numra romakë: I, II, III, etj.
Mundësitë e valencës së një atomi varen nga sasia:
1) elektrone të paçiftuara
2) çifte elektronike të pandara në orbitalet e niveleve të valencës
3) orbitalet elektronike boshe të nivelit të valencës
Mundësitë e valencës së atomit të hidrogjenit
Le të përshkruajmë formulën grafike elektronike të atomit të hidrogjenit:
Thuhej se tre faktorë mund të ndikojnë në mundësitë e valencës - prania e elektroneve të paçiftëzuara, prania e çifteve elektronike të pandarë në nivelin e jashtëm dhe prania e orbitaleve vakante (boshe) të nivelit të jashtëm. Ne shohim një elektron të paçiftuar në nivelin e jashtëm (dhe të vetëm) të energjisë. Bazuar në këtë, hidrogjeni mund të ketë saktësisht një valencë të barabartë me I. Megjithatë, në nivelin e parë të energjisë ekziston vetëm një nënnivel - s, ato. atomi i hidrogjenit në nivelin e jashtëm nuk ka as çifte elektronike të pandarë, as orbitale boshe.
Kështu, e vetmja valencë që mund të shfaqë një atom hidrogjeni është I.
Mundësitë e valencës së një atomi karboni
Konsideroni strukturën elektronike të atomit të karbonit. Në gjendjen bazë, konfigurimi elektronik i nivelit të tij të jashtëm është si më poshtë:
ato. Në gjendjen bazë, niveli i jashtëm i energjisë i një atomi karboni të pangacmuar përmban 2 elektrone të paçiftuar. Në këtë gjendje, ai mund të shfaqë një valencë të barabartë me II. Sidoqoftë, atomi i karbonit shumë lehtë kalon në një gjendje të ngacmuar kur i jepet energji, dhe konfigurimi elektronik i shtresës së jashtme në këtë rast merr formën:
Edhe pse një sasi e caktuar energjie shpenzohet në procesin e ngacmimit të atomit të karbonit, shpenzimi kompensohet më shumë nga formimi i katër lidhjeve kovalente. Për këtë arsye, valenca IV është shumë më karakteristike për atomin e karbonit. Kështu, për shembull, karboni ka valencë IV në molekulat e dioksidit të karbonit, acidit karbonik dhe absolutisht të gjitha substancave organike.
Përveç elektroneve të paçiftuara dhe çifteve elektronike të pandarë, prania e orbitaleve vakante () të nivelit të valencës ndikon gjithashtu në mundësitë e valencës. Prania e orbitaleve të tilla në nivelin e mbushur çon në faktin se atomi mund të veprojë si një pranues i çiftit elektronik, d.m.th. formojnë lidhje kovalente shtesë nga mekanizmi dhurues-pranues. Kështu, për shembull, në kundërshtim me pritjet, në molekulën e monoksidit të karbonit CO, lidhja nuk është e dyfishtë, por e trefishtë, gjë që tregohet qartë në ilustrimin e mëposhtëm:
Mundësitë e valencës së atomit të azotit
Le të shkruajmë formulën elektronografike të nivelit të energjisë së jashtme të atomit të azotit:
Siç mund të shihet nga ilustrimi i mësipërm, atomi i azotit në gjendjen e tij normale ka 3 elektrone të paçiftëzuara, dhe për këtë arsye është logjike të supozohet se ai mund të shfaqë një valencë të barabartë me III. Në të vërtetë, një valencë prej tre vërehet në molekulat e amoniakut (NH 3), acidit azotik (HNO 2), triklorurit të azotit (NCl 3), etj.
U tha më lart se valenca e një atomi të një elementi kimik varet jo vetëm nga numri i elektroneve të paçiftuara, por edhe nga prania e çifteve të elektroneve të pandarë. Kjo për faktin se një lidhje kimike kovalente mund të formohet jo vetëm kur dy atome i japin njëri-tjetrit nga një elektron secili, por edhe kur një atom që ka një palë elektrone të pandarë - donatori () ia jep atë një atomi tjetër me një vakant. () niveli i valencës orbitale (pranuesi). ato. për atomin e azotit, valenca IV është gjithashtu e mundur për shkak të një lidhjeje kovalente shtesë të formuar nga mekanizmi dhurues-pranues. Kështu, për shembull, katër lidhje kovalente, njëra prej të cilave është formuar nga mekanizmi dhurues-pranues, vërehen gjatë formimit të kationit të amonit:
Përkundër faktit se njëra prej lidhjeve kovalente formohet nga mekanizmi dhurues-pranues, të gjitha lidhjet N-H në kationin e amonit janë absolutisht identike dhe nuk ndryshojnë nga njëra-tjetra.
Një valencë e barabartë me V, atomi i azotit nuk është në gjendje të tregojë. Kjo për faktin se kalimi në një gjendje të ngacmuar është i pamundur për atomin e azotit, në të cilin çiftimi i dy elektroneve ndodh me kalimin e njërit prej tyre në një orbitale të lirë, e cila është më e afërta në nivelin e energjisë. Atomi i azotit nuk ka d-nënnivel, dhe kalimi në orbitalin 3s është energjikisht aq i shtrenjtë sa që kostot e energjisë nuk mbulohen nga formimi i lidhjeve të reja. Shumë mund të pyesin veten, cila është valenca e azotit, për shembull, në molekulat e acidit nitrik HNO 3 ose oksidit nitrik N 2 O 5? Mjaft e çuditshme, valenca atje është gjithashtu IV, siç mund të shihet nga formulat strukturore të mëposhtme:
Vija me pika në ilustrim tregon të ashtuquajturat të delokalizuara π -lidhje. Për këtë arsye, JO lidhje terminale nuk mund të quhet "një e gjysmë". Lidhje të ngjashme një e gjysmë gjenden edhe në molekulën e ozonit O 3 , benzen C 6 H 6 , etj.
Mundësitë e valencës së fosforit
Le të përshkruajmë formulën elektronografike të nivelit të energjisë së jashtme të atomit të fosforit:
Siç mund ta shohim, struktura e shtresës së jashtme të atomit të fosforit në gjendjen bazë dhe atomit të azotit është e njëjtë, dhe për këtë arsye është logjike të pritet për atomin e fosforit, si dhe për atomin e azotit, valenca të mundshme të barabarta. deri te I, II, III dhe IV, gjë që vërehet në praktikë.
Sidoqoftë, ndryshe nga azoti, atomi i fosforit gjithashtu ka d-nënnivel me 5 orbitale të lira.
Në këtë drejtim, ai është në gjendje të kalojë në një gjendje të ngacmuar, duke avulluar elektronet 3 s-orbitalet:
Kështu, valenca V për atomin e fosforit, i cili është i paarritshëm për azotin, është i mundur. Kështu, për shembull, një atom fosfori ka një valencë prej pesë në molekulat e komponimeve të tilla si acidi fosforik, halidet e fosforit (V), oksidi i fosforit (V), etj.
Mundësitë e valencës së atomit të oksigjenit
Formula elektronografike e nivelit të energjisë së jashtme të atomit të oksigjenit ka formën:
Ne shohim dy elektrone të paçiftuar në nivelin e 2-të, dhe për këtë arsye valenca II është e mundur për oksigjenin. Duhet të theksohet se kjo valencë e atomit të oksigjenit vërehet pothuajse në të gjitha përbërjet. Më sipër, kur kemi marrë parasysh mundësitë e valencës së atomit të karbonit, kemi diskutuar formimin e molekulës së monoksidit të karbonit. Lidhja në molekulën e CO është e trefishtë, prandaj, oksigjeni është trevalent atje (oksigjeni është një dhurues i çiftit elektronik).
Për shkak të faktit se atomi i oksigjenit nuk ka një nivel të jashtëm d-nënnivelet, prishja e elektroneve s dhe p- orbitalet janë të pamundura, kjo është arsyeja pse aftësitë valore të atomit të oksigjenit janë të kufizuara në krahasim me elementët e tjerë të nëngrupit të tij, për shembull, squfurin.
Mundësitë e valencës së atomit të squfurit
Niveli i jashtëm i energjisë i atomit të squfurit në gjendje të pangacmuar:
Atomi i squfurit, si atomi i oksigjenit, ka dy elektrone të paçiftëzuara në gjendjen e tij normale, kështu që mund të konkludojmë se një valencë prej dy është e mundur për squfurin. Në të vërtetë, squfuri ka valencë II, për shembull, në molekulën e sulfurit të hidrogjenit H 2 S.
Siç mund ta shohim, atomi i squfurit në nivelin e jashtëm ka d nënniveli me orbitale të lira. Për këtë arsye, atomi i squfurit është në gjendje të zgjerojë aftësitë e tij valore, ndryshe nga oksigjeni, për shkak të kalimit në gjendjet e ngacmuara. Pra, kur ççiftoni një çift elektronik të vetëm 3 fq- nënniveli, atomi i squfurit merr konfigurimin elektronik të nivelit të jashtëm të formës së mëposhtme:
Në këtë gjendje, atomi i squfurit ka 4 elektrone të paçiftëzuara, gjë që na tregon për mundësinë që atomet e squfurit të tregojnë një valencë të barabartë me IV. Në të vërtetë, squfuri ka valencë IV në molekulat SO 2, SF 4, SOCl 2, etj.
Kur shkëputni çiftin e dytë të vetëm elektronik të vendosur në 3 s- nënniveli, niveli i jashtëm i energjisë fiton konfigurimin e mëposhtëm:
Në një gjendje të tillë, manifestimi i valencës VI tashmë bëhet i mundur. Një shembull i komponimeve me squfur VI-valent janë SO 3 , H 2 SO 4 , SO 2 Cl 2 etj.
Në mënyrë të ngjashme, ne mund të konsiderojmë mundësitë e valencës së elementëve të tjerë kimikë.
Një element kimik në një përbërje, i llogaritur nga supozimi se të gjitha lidhjet janë jonike.
Gjendjet e oksidimit mund të kenë vlerë pozitive, negative ose zero, prandaj shuma algjebrike e gjendjeve të oksidimit të elementeve në një molekulë, duke marrë parasysh numrin e atomeve të tyre, është 0, dhe në një jon - ngarkesa e jonit.
1. Gjendjet e oksidimit të metaleve në përbërje janë gjithmonë pozitive.
2. Gjendja më e lartë e oksidimit korrespondon me numrin e grupit të sistemit periodik ku ndodhet ky element (përjashtim është: Au+3(I grupi), Cu+2(II), nga grupi VIII, gjendja e oksidimit +8 mund të jetë vetëm në osmium Os dhe rutenium Ru.
3. Gjendjet e oksidimit të jometaleve varen se me cilin atom lidhet:
- nëse me një atom metali, atëherë gjendja e oksidimit është negative;
- nëse me një atom jometal, atëherë gjendja e oksidimit mund të jetë pozitive dhe negative. Varet nga elektronegativiteti i atomeve të elementeve.
4. Gjendja më e lartë negative e oksidimit të jometaleve mund të përcaktohet duke zbritur nga 8 numrin e grupit në të cilin ndodhet ky element, d.m.th. gjendja më e lartë pozitive e oksidimit është e barabartë me numrin e elektroneve në shtresën e jashtme, që korrespondon me numrin e grupit.
5. Gjendjet e oksidimit të substancave të thjeshta janë 0, pavarësisht nëse është metal apo jometal.
Elemente me gjendje konstante oksidimi.
|
Elementi |
Gjendja karakteristike e oksidimit |
Përjashtimet |
|
Hidridet e metaleve: LIH-1 |
||
|
gjendja e oksidimit quhet ngarkesa e kushtëzuar e grimcës me supozimin se lidhja është thyer plotësisht (ka karakter jonik). H- Cl = H + + Cl - , Lidhja në acid klorhidrik është kovalente polare. Çifti elektronik është më i njëanshëm drejt atomit Cl - , sepse është më shumë element i tërë elektronegativ. Si të përcaktohet shkalla e oksidimit?Elektronegativitetiështë aftësia e atomeve për të tërhequr elektrone nga elementë të tjerë. Gjendja e oksidimit tregohet mbi elementin: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,K + Cl - etj. Mund të jetë negative dhe pozitive. Gjendja e oksidimit të një lënde të thjeshtë (e palidhur, gjendje e lirë) është zero. Gjendja e oksidimit të oksigjenit në shumicën e komponimeve është -2 (përjashtim bëjnë peroksidet H 2 O 2, ku është -1 dhe komponimet me fluorin - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ). - Gjendja e oksidimit një jon i thjeshtë monoatomik është i barabartë me ngarkesën e tij: Na + , Ca +2 . Hidrogjeni në përbërjet e tij ka një gjendje oksidimi +1 (përjashtim bëjnë hidridet - Na + H - dhe lloji i lidhjeve C +4 H 4 -1 ). Në lidhjet metal-jo-metal, atomi që ka elektronegativitetin më të lartë ka një gjendje oksidimi negativ (të dhënat e elektronegativitetit janë dhënë në shkallën Pauling): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NR 3 ) - etj. Rregullat për përcaktimin e shkallës së oksidimit në përbërjet kimike.Le të marrim një lidhje KMnO 4 , është e nevojshme të përcaktohet gjendja e oksidimit të atomit të manganit. Arsyetimi:
K+MnXO 4 -2 Le te jete X- e panjohur për ne shkalla e oksidimit të manganit. Numri i atomeve të kaliumit është 1, mangani - 1, oksigjeni - 4. Është vërtetuar se molekula në tërësi është elektrikisht neutrale, kështu që ngarkesa totale e saj duhet të jetë e barabartë me zero. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, X = +7, Prandaj, gjendja e oksidimit të manganit në permanganat kaliumi = +7. Le të marrim një shembull tjetër të një oksidi Fe2O3. Është e nevojshme të përcaktohet gjendja e oksidimit të atomit të hekurit. Arsyetimi:
2*(X) + 3*(-2) = 0, Përfundim: gjendja e oksidimit të hekurit në këtë oksid është +3. Shembuj. Përcaktoni gjendjen e oksidimit të të gjithë atomeve në molekulë. 1. K2Cr2O7. Gjendja e oksidimit K+1, oksigjen O -2. Indekset e dhëna: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2). Sepse shuma algjebrike e gjendjeve të oksidimit të elementeve në një molekulë, duke marrë parasysh numrin e atomeve të tyre, është 0, atëherë numri i gjendjeve pozitive të oksidimit është i barabartë me numrin e atyre negative. Gjendjet e oksidimit K+O=(-14)+(+2)=(-12). Nga kjo rezulton se numri i fuqive pozitive të atomit të kromit është 12, por ka 2 atome në molekulë, që do të thotë se ka (+12):2=(+6) për atom. Përgjigje: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3-. Në këtë rast, shuma e gjendjeve të oksidimit nuk do të jetë më e barabartë me zero, por me ngarkesën e jonit, d.m.th. - 3. Le të bëjmë një ekuacion: x+4×(- 2)= - 3 . Përgjigje: (Si +5 O 4 -2) 3-. |
Detyra e përcaktimit të shkallës së oksidimit mund të jetë edhe një formalitet i thjeshtë dhe një enigmë komplekse. Para së gjithash, do të varet nga formula e përbërjes kimike, si dhe nga disponueshmëria e njohurive elementare në kimi dhe matematikë.
Duke ditur rregullat themelore dhe algoritmin e veprimeve vijuese logjike, të cilat do të diskutohen në këtë artikull, kur zgjidhin probleme të këtij lloji, të gjithë mund ta përballojnë lehtësisht këtë detyrë. Dhe pasi të jeni trajnuar dhe mësuar të përcaktoni shkallën e oksidimit të përbërjeve të ndryshme kimike, mund të merrni me siguri barazimin e reaksioneve komplekse redoks me metodën e përpilimit të një bilanc elektronik.
Koncepti i gjendjes së oksidimit
Për të mësuar se si të përcaktoni shkallën e oksidimit, së pari duhet të kuptoni se çfarë do të thotë ky koncept?
- Gjendja e oksidimit përdoret gjatë regjistrimit në reaksionet redoks, kur elektronet transferohen nga atomi në atom.
- Gjendja e oksidimit fikson numrin e elektroneve të transferuara, duke treguar ngarkesën e kushtëzuar të atomit.
- Gjendja e oksidimit dhe valenca janë shpesh identike.
Ky emërtim është shkruar në krye të elementit kimik, në këndin e tij të djathtë dhe është një numër i plotë me një shenjë "+" ose "-". Vlera zero e shkallës së oksidimit nuk ka një shenjë.
Rregullat për përcaktimin e shkallës së oksidimit
Konsideroni kanonet kryesore për përcaktimin e shkallës së oksidimit:
- Substancat e thjeshta elementare, domethënë ato që përbëhen nga një lloj atomesh, do të kenë gjithmonë një gjendje oksidimi zero. Për shembull, Na0, H02, P04
- Ka një numër atomesh që kanë gjithmonë një gjendje oksidimi konstante. Është më mirë të mbani mend vlerat e dhëna në tabelë.
- Siç mund ta shihni, përjashtimi i vetëm është hidrogjeni në kombinim me metalet, ku fiton një gjendje oksidimi "-1" që nuk është karakteristikë për të.
- Oksigjeni gjithashtu merr gjendjen e oksidimit "+2" në kombinim kimik me fluorin dhe "-1" në përbërjet e peroksideve, superoksideve ose ozonideve, ku atomet e oksigjenit janë të lidhur me njëri-tjetrin.
- Jonet metalike kanë disa vlera të shkallës së oksidimit (dhe vetëm pozitive), kështu që përcaktohet nga elementët fqinjë në përbërje. Për shembull, në FeCl3, klori ka një gjendje oksidimi "-1", ka 3 atome, kështu që ne shumëzojmë -1 me 3, marrim "-3". Në mënyrë që shuma e gjendjeve të oksidimit të përbërjes të jetë "0", hekuri duhet të ketë një gjendje oksidimi "+3". Në formulën FeCl2, hekuri, përkatësisht, do të ndryshojë shkallën e tij në "+2".
- Duke përmbledhur matematikisht gjendjet e oksidimit të të gjithë atomeve në formulë (duke marrë parasysh shenjat), gjithmonë duhet të merret një vlerë zero. Për shembull, në acidin klorhidrik H + 1Cl-1 (+1 dhe -1 = 0), dhe në acidin sulfurik H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 = +2 për hidrogjenin, +4 për squfurin dhe -2 * 3 = -6 për oksigjen; +6 dhe -6 shtohen deri në 0).
- Gjendja e oksidimit të një joni monatomik do të jetë e barabartë me ngarkesën e tij. Për shembull: Na+, Ca+2.
- Shkalla më e lartë e oksidimit, si rregull, korrespondon me numrin e grupit në sistemin periodik të D.I. Mendeleev.
Algoritmi i veprimeve për përcaktimin e shkallës së oksidimit
Rendi i gjetjes së shkallës së oksidimit nuk është i komplikuar, por kërkon vëmendje dhe veprime të caktuara.
Detyrë: Renditni gjendjet e oksidimit në përbërjen KMnO4
- Elementi i parë, kaliumi, ka një gjendje konstante oksidimi "+1".
Për të kontrolluar, mund të shikoni sistemin periodik, ku kaliumi është në grupin e parë të elementeve. - Nga dy elementët e mbetur, oksigjeni tenton të marrë një gjendje oksidimi prej "-2".
- Marrim formulën e mëposhtme: K + 1MnxO4-2. Mbetet për të përcaktuar gjendjen e oksidimit të manganit.
Pra, x është gjendja e oksidimit të manganit e panjohur për ne. Tani është e rëndësishme t'i kushtohet vëmendje numrit të atomeve në përbërje.
Numri i atomeve të kaliumit është 1, mangani - 1, oksigjeni - 4.
Duke marrë parasysh neutralitetin elektrik të molekulës, kur ngarkesa totale (totali) është zero,
1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1x+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(kur transferoni, ndryshoni shenjën)
1x = +7, x = +7
Kështu, gjendja e oksidimit të manganit në përbërje është "+7".
Detyrë: rregulloni gjendjet e oksidimit në përbërjen Fe2O3.
- Oksigjeni, siç e dini, ka një gjendje oksidimi "-2" dhe vepron si një agjent oksidues. Duke marrë parasysh numrin e atomeve (3), vlera totale e oksigjenit është “-6” (-2*3= -6), d.m.th. shumëzoni gjendjen e oksidimit me numrin e atomeve.
- Për të balancuar formulën dhe për ta sjellë atë në zero, 2 atome hekuri do të kenë një gjendje oksidimi "+3" (2*+3=+6).
- Në total, marrim zero (-6 dhe +6 = 0).
Detyrë: renditni gjendjet e oksidimit në përbërjen Al(NO3)3.
- Atomi i aluminit është një dhe ka një gjendje konstante oksidimi "+3".
- Ka 9 (3 * 3) atome oksigjeni në molekulë, gjendja e oksidimit të oksigjenit, siç e dini, është "-2", që do të thotë se duke shumëzuar këto vlera, marrim "-18".
- Mbetet të barazohen vlerat negative dhe pozitive, duke përcaktuar kështu shkallën e oksidimit të azotit. Mungon -18 dhe +3, + 15. Dhe duke pasur parasysh se ka 3 atome azoti, është e lehtë të përcaktohet gjendja e tij e oksidimit: ndani 15 me 3 dhe merrni 5.
- Gjendja e oksidimit të azotit është "+5", dhe formula do të duket si: Al + 3 (N + 5O-23) 3
- Nëse është e vështirë të përcaktohet vlera e dëshiruar në këtë mënyrë, mund të hartoni dhe zgjidhni ekuacionet:
1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5
Pra, shkalla e oksidimit është një koncept mjaft i rëndësishëm në kimi, që simbolizon gjendjen e atomeve në një molekulë.
Pa njohuri për dispozita ose baza të caktuara që ju lejojnë të përcaktoni saktë shkallën e oksidimit, është e pamundur të përballeni me këtë detyrë. Prandaj, ekziston vetëm një përfundim: të njiheni plotësisht dhe të studioni rregullat për gjetjen e shkallës së oksidimit, të paraqitura në mënyrë të qartë dhe të përmbledhur në artikull, dhe të ecni me guxim në rrugën e vështirë të mençurisë kimike.
Temat e kodifikuesit USE: Elektronegativiteti. Shkalla e oksidimit dhe valenca e elementeve kimike.
Kur atomet ndërveprojnë dhe formohen, elektronet ndërmjet tyre në shumicën e rasteve shpërndahen në mënyrë të pabarabartë, pasi vetitë e atomeve ndryshojnë. Më shumë elektronegative atomi e tërheq më fort densitetin e elektronit në vetvete. Një atom që ka tërhequr densitetin e elektroneve në vetvete fiton një ngarkesë të pjesshme negative. δ — , "partneri" i tij është një ngarkesë e pjesshme pozitive δ+ . Nëse diferenca në elektronegativitetin e atomeve që formojnë një lidhje nuk kalon 1.7, ne e quajmë lidhjen polare kovalente . Nëse diferenca në elektronegativitetin duke formuar një lidhje kimike tejkalon 1.7, atëherë ne e quajmë një lidhje të tillë jonike .
Gjendja e oksidimit është ngarkesa e kushtëzuar ndihmëse e një atomi të një elementi në një përbërje, e llogaritur nga supozimi se të gjitha përbërjet përbëhen nga jone (të gjitha lidhjet polare janë jonike).
Çfarë do të thotë "tarifë me kusht"? Ne thjesht pajtohemi që do t'i thjeshtojmë pak gjërat: do t'i konsiderojmë çdo lidhje polare si plotësisht jonike dhe do të konsiderojmë që një elektron largohet plotësisht ose vjen nga një atom në tjetrin, edhe nëse në fakt nuk është kështu. Dhe me kusht, një elektron lë një atom më pak elektronegativ për një atom më elektronegativ.
për shembull, në lidhjen H-Cl, ne besojmë se hidrogjeni me kusht "i dha" një elektron dhe ngarkesa e tij u bë +1, dhe klori "pranoi" një elektron dhe ngarkesa e tij u bë -1. Në fakt, nuk ka ngarkesa të tilla totale në këto atome.
Me siguri, keni një pyetje - pse të shpikni diçka që nuk ekziston? Ky nuk është një plan tinëzar i kimistëve, gjithçka është e thjeshtë: një model i tillë është shumë i përshtatshëm. Idetë për gjendjen e oksidimit të elementeve janë të dobishme në përpilim klasifikimi kimikatet, duke përshkruar vetitë e tyre, duke formuluar përbërjet dhe nomenklaturën. Sidomos shpesh gjendjet e oksidimit përdoren kur punoni me reaksionet redoks.
Gjendjet e oksidimit janë më të larta, më të ulëta dhe e ndërmjetme.
Më e lartë gjendja e oksidimit është e barabartë me numrin e grupit me shenjë plus.
Inferiore përkufizohet si numri i grupit minus 8.
Dhe e ndërmjetme një gjendje oksidimi është pothuajse çdo numër i plotë në rangun nga gjendja më e ulët e oksidimit në më të lartën.
për shembull, azoti karakterizohet nga: gjendja më e lartë e oksidimit është +5, më e ulëta 5 - 8 \u003d -3, dhe gjendjet e ndërmjetme të oksidimit janë nga -3 në +5. Për shembull, në hidrazinën N 2 H 4, gjendja e oksidimit të azotit është e ndërmjetme, -2.
Më shpesh, gjendja e oksidimit të atomeve në substanca komplekse tregohet së pari me një shenjë, pastaj me një numër, për shembull. +1, +2, -2 etj. Kur bëhet fjalë për ngarkesën e një joni (duke supozuar se joni ekziston në të vërtetë në një përbërje), atëherë së pari tregoni numrin, pastaj shenjën. për shembull: Ca 2+ , CO 3 2- .
Për të gjetur gjendjet e oksidimit përdorni sa vijon rregulloret :
- Gjendja e oksidimit të atomeve në substanca të thjeshta është e barabartë me zero;
- AT molekulat neutrale shuma algjebrike e gjendjeve të oksidimit është zero, për jonet kjo shumë është e barabartë me ngarkesën e jonit;
- Gjendja e oksidimit metalet alkaline (elementet e grupit I të nëngrupit kryesor) në komponimet është +1, gjendja e oksidimit metalet alkaline të tokës (elementet e grupit II të nëngrupit kryesor) në përbërje është +2; gjendja e oksidimit alumini te komponimet është +3;
- Gjendja e oksidimit hidrogjeni në komponimet me metale (- NaH, CaH 2, etj.) është e barabartë me -1 ; në komponimet me jometale () +1 ;
- Gjendja e oksidimit oksigjenështë e barabartë me -2 . Përjashtim përbëjnë peroksidet- komponimet që përmbajnë grupin -О-О-, ku është gjendja e oksidimit të oksigjenit -1 dhe disa komponime të tjera ( superoksidet, ozonidet, fluoridet e oksigjenit NGA 2 dhe etj.);
- Gjendja e oksidimit fluorin në të gjitha substancat komplekse është e barabartë me -1 .
Më sipër janë situatat kur kemi parasysh shkallën e oksidimit konstante . Për të gjithë elementët e tjerë kimikë, gjendja e oksidimit — e ndryshueshme, dhe varet nga rendi dhe lloji i atomeve në përbërje.
Shembuj:
Ushtrimi: caktoni gjendjet e oksidimit të elementeve në molekulën e dikromatit të kaliumit: K 2 Cr 2 O 7.
Vendimi: gjendja e oksidimit të kaliumit është +1, gjendja e oksidimit të kromit shënohet si X, gjendja e oksidimit të oksigjenit -2. Shuma e të gjitha gjendjeve të oksidimit të të gjitha atomeve në një molekulë është 0. Marrim ekuacionin: +1*2+2*x-2*7=0. E zgjidhim, marrim gjendjen e oksidimit të kromit +6.
Në përbërjet binare, një element më elektronegativ karakterizohet nga një gjendje oksidimi negativ, një element më pak elektronegativ karakterizohet nga një pozitiv.
vini re se koncepti i gjendjes së oksidimit është shumë i kushtëzuar! Gjendja e oksidimit nuk tregon ngarkesën reale të atomit dhe nuk ka asnjë kuptim të vërtetë fizik.. Ky është një model i thjeshtuar që funksionon në mënyrë efektive kur na duhet, për shembull, të barazojmë koeficientët në një ekuacion të reaksionit kimik, ose të algoritmojmë klasifikimin e substancave.
Gjendja e oksidimit nuk është valencë! Gjendja e oksidimit dhe valenca në shumë raste nuk përputhen. Për shembull, valenca e hidrogjenit në një substancë të thjeshtë H 2 është I, dhe gjendja e oksidimit, sipas rregullit 1, është 0.
Këto janë rregullat bazë që do t'ju ndihmojnë të përcaktoni gjendjen e oksidimit të atomeve në komponimet në shumicën e rasteve.
Në disa situata, mund ta keni të vështirë të përcaktoni gjendjen e oksidimit të një atomi. Le të hedhim një vështrim në disa nga këto situata dhe si t'i zgjidhim ato:
- Në oksidet e dyfishta (të ngjashme me kripën), shkalla në atom, si rregull, është dy gjendje oksidimi. Për shembull, në oksidin e hekurit Fe 3 O 4 hekuri ka dy gjendje oksidimi: +2 dhe +3. Cilin për të treguar? te dyja. Për ta thjeshtuar, kjo përbërje mund të përfaqësohet si një kripë: Fe (FeO 2) 2. Në këtë rast, mbetja e acidit formon një atom me gjendje oksidimi +3. Ose një oksid i dyfishtë mund të përfaqësohet si më poshtë: FeO * Fe 2 O 3.
- Në përbërjet perokso, shkalla e oksidimit të atomeve të oksigjenit të lidhura me lidhje kovalente jopolare, si rregull, ndryshon. Për shembull, në peroksidin e hidrogjenit H 2 O 2 dhe peroksidet e metaleve alkali, gjendja e oksidimit të oksigjenit është -1, sepse njëra prej lidhjeve është kovalente jopolare (H-O-O-H). Një shembull tjetër është acidi peroksomonosulfurik (acidi karo) H 2 SO 5 (shih figurën) përmban dy atome oksigjeni me gjendje oksidimi -1, atomet e mbetura me gjendje oksidimi -2, kështu që hyrja e mëposhtme do të jetë më e kuptueshme: H 2 SO 3 (O2). Komponimet perokso të kromit janë gjithashtu të njohura - për shembull, peroksidi i kromit (VI) CrO (O 2) 2 ose CrO 5, dhe shumë të tjerë.
- Një shembull tjetër i komponimeve me gjendje të paqartë oksidimi janë superoksidet (NaO 2) dhe ozonidet e ngjashme me kripën KO 3 . Në këtë rast, është më e përshtatshme të flasim për jonin molekular O 2 me ngarkesë -1 dhe O 3 me ngarkesë -1. Struktura e grimcave të tilla përshkruhet nga disa modele që përdoren në kurrikulën ruse në kurset e para të universiteteve kimike: MO LCAO, metoda e mbivendosjes së skemave të valencës, etj.
- Në përbërjet organike, koncepti i gjendjes së oksidimit nuk është shumë i përshtatshëm për t'u përdorur, sepse ndërmjet atomeve të karbonit ekziston një numër i madh i lidhjeve kovalente jopolare. Sidoqoftë, nëse vizatoni formulën strukturore të një molekule, atëherë gjendja e oksidimit të secilit atom mund të përcaktohet edhe nga lloji dhe numri i atomeve me të cilët lidhet drejtpërdrejt ky atom. Për shembull, për atomet primare të karbonit në hidrokarbure, gjendja e oksidimit është -3, për atomet sekondare -2, për atomet terciare -1, për kuaternare - 0.
Le të praktikojmë përcaktimin e gjendjes së oksidimit të atomeve në përbërjet organike. Për ta bërë këtë, duhet të vizatoni formulën e plotë strukturore të atomit dhe të zgjidhni atomin e karbonit me mjedisin e tij të menjëhershëm - atomet me të cilët është i lidhur drejtpërdrejt.
- Për të thjeshtuar llogaritjet, mund të përdorni tabelën e tretshmërisë - tarifat e joneve më të zakonshme tregohen atje. Në shumicën e provimeve ruse të kimisë (USE, GIA, DVI), lejohet përdorimi i një tabele tretshmërie. Kjo është një fletë mashtrimi e gatshme, e cila në shumë raste mund të kursejë shumë kohë.
- Gjatë llogaritjes së gjendjes së oksidimit të elementeve në substanca komplekse, së pari tregojmë gjendjet e oksidimit të elementeve që i njohim me siguri (elemente me gjendje konstante oksidimi), dhe gjendja e oksidimit të elementeve me gjendje të ndryshueshme oksidimi shënohet si x. Shuma e të gjitha ngarkesave të të gjitha grimcave është e barabartë me zero në një molekulë ose e barabartë me ngarkesën e një joni në një jon. Është e lehtë të formosh dhe zgjidhësh një ekuacion nga këto të dhëna.