Степень окисления

670px-Find-Oxidation-Numbers-Step-5-Version-2

Чтобы описать процессы, происходящие с атомами при окислительно-восстановительных реакций, пользуются понятием степень окисления.

Цель занятия:

  • понять, что такое степень окисления элемента;
  • научиться определять степени окисления атомов элементов по химическим формулам соединений.
.
Степень окисления — это условный целочисленный заряд атомов химического элемента в соединениях, который вычисляют из предположения, что все полярные связи является ионными.

Степень окисления может принимать отрицательное, положительное или нулевое значение, которое обычно ставят над символом элемента сверху, например;

 Если вещества образованы за счет ковалентных связей, то для определения степеней окисления элементов предполагают, что общие электронные пары полностью смещены в сторону более электроотрицательных атомов. При этом элемент с большим электроотрицательностью имеет отрицательный степень окисления, а элемент с меньшей электроотрицательностью положительный степень окисления.

  • Вспомните, что такое электрон элементов.

Для того, чтобы определить степень окисления атомов по формуле, мы должны использовать определенные правила .

  1. Поскольку вещество электронейтральной, то сумма степеней окисления всех атомов в каждой веществе равна нулю.
  2. Поскольку простые вещества состоят из атомов одного элемента, электрон которых одинакова, поэтому степень окисления элемента в простой веществе равна 0.
  3. Поскольку электрон металлических элементов очень низкая, то металлические элементы в соединениях всегда проявляют только положительный степень окисления. Причем в металлических элементов I — III-А групп степень окисления постоянен и равен числу электронов на последнем уровне, то есть номера группы. Например: в Кальция всегда степень окисления +2, в Лития — 1, в Алюминия +3.
  4. У атома водорода является только один электрон, поэтому в соединениях он может либо отдавать один электрон, или присоединять один электрон. Поскольку электрон водорода меньше, чем в большинстве неметаллических элементов, то в соединениях с неметаллическими элементами атомы водорода имеют степень окисления +1.

Например: в водород сульфиде (H 2 S), водород хлорида (HCl), водород нитрида (NH 3 ).

  1. Электрон металлических элементов меньше электроотрицательность водорода, поэтому в соединениях с металлическими элементами степень окисления атомов водорода составляет 1.

Например: в литий гидрид (LiH), кальций гидрид (CaH 2 ).

  1. Фтор имеет наибольшую электроотрицательность всех элементов, поэтому в соединениях фтор всегда степень окисления -1.

Определим степень окисления кислорода в соединении с фтора, формула которой OF 2 .

Поскольку кислород менее электроотрицательным по Флуор, то у него будет положительный степень окисления. В фтора степень окисления -1. Суммарный заряд двух атомов фтора 2. Соединение будет электронейтральной при условии, что сумма всех степеней окисления будет равен 0. То есть степень окисления кислорода 2:.

  1. Кислород находится на втором месте по электроотрицательностью после фтора, поэтому кислород в соединениях с другими элементами проявляет отрицательный степень окисления, чаще 2. Например, в оксидах, основаниях, кислотах, солях, где атомы кислорода не связаны друг с другом.

В соединениях, таких как: водород пероксид (H 2 O 2 ), натрий пероксид (Na 2 O 2 ), где атомы кислорода связаны друг с другом ковалентными неполярными связями, они имеют степень окисления -1. Как уже отмечалось в водорода и натрия степень окисления +1, суммарный положительный заряд на этих атомах 2, поскольку вся соединение электронейтральна, то суммарный отрицательный заряд на атомах кислорода должен быть 2, а это значит, что степень окисления каждого атома кислорода -1 :

  1. Как мы знаем атомы могут переходить в возбужденное состояние, и тогда все электроны последнего уровня элементов главных подгрупп участвуют в образовании связей, в таком случае максимальная степень окисления элемента совпадает с номером группы периодической системы, в которой находится элемент, за исключением кислорода и фтора, атомы которых переходят в возбужденное состояние.

Например, в атома хлора в третьем возбужденном состоянии два р-электрона и один s-электрон третьего уровня переходят на d-подуровень.

Збуджкний состояние хлора

В таком состоянии хлор имеет степень окисления +7, например, образует хлор (VИИ) оксид.

Это правило справедливо и для большинства элементов побочных подгрупп, в которых валентными являются s-электроны внешнего уровня и d-электроны предпоследнего уровня.

Например, максимальная степень окисления в высших оксидах марганца +7, хрома +6, Ванадия + 5,,.

  1. Минимальный (отрицательный) степень окисления неметаллических элементов можно вычислить по формуле: 8 — № группы периодической системы, в которой находится элемент. Именно такое количество электронов может присоединить атом до завершения внешнего р-подуровня.

Например, Бром, находится в седьмой группе периодической системы, восемь минус семь равняется один, таким образом, минимальной степени окисления Брома 1, Карбон находится в 4 группе периодической системы, поэтому его минимальной степени окисления -4.

Рассмотрим как определить степени окисления атомов в бинарных соединениях на примере фосфор (III) сульфида, формула которого Р 2 S 3 .

1). Сравним электрон элементов. Серы в периодической системе находится справа от фосфора, поэтому в серы электрон больше электроотрицательность фосфора, следовательно, серы будет иметь отрицательный степень окисления, а Фосфор — положительный.

2). Поскольку Сера стоит в шестой группе, то определяем значение его степени окисления по формуле 8-6 = 2, то есть степень окисления серы 2.

3). Определим суммарный степень окисления трех атомов серы:

3 ∙ 2 = 6.

4). Зная, что сумма степеней окисления всех атомов равна нулю, делаем вывод: суммарная степень окисления фосфора равна +6.

5). Учитывая, что на три атома серы приходится два атома фосфора определяем значение электроотрицательности фосфора 6: 2 = 3. Следовательно, степень окисления фосфора равна +3.

Ответ: Р 2 +3 В 3 -2 .

Рассмотрим, как определить степень окисления атомов в соединениях, состоящих из трех элементов . Например, в сульфитной кислоте, формула которой H 2 SO 3 .

Наиболее электроотрицательным элементом является кислород, поэтому степень окисления его отрицателен и равен 2.

На трех атомах кислорода сосредоточен суммарный заряд -6.

Натрий металлический элемент, в атоме которого на последнем уровне есть 1 электрон, поэтому его степень окисления в соединениях всегда постоянен и равен +1.

Суммарный заряд двух атомов натрия составляет +2.

Соединение будет электронейтральной при условии, что сумма всех степеней окисления будет равен 0.

Если степень окисления серы мы примем за х, тогда получим уравнение: 2 ∙ (1) + х + 3 ∙ (-2) = 0, решив которое, определим, что степень окисления серы в сульфитной кислоте равна +4.

Ответ: H 2 + 1 S +4 O 3 2 .

ВЫВОДЫ

Степень окисления элементов — это условный целочисленный заряд атома в веществе.

Степень окисления элемента в простой веществе равна 0.

Положительный степень окисления имеет элемент с меньшей электроотрицательностью, а отрицательный — элемент с большим электроотрицательностью.

Максимальная степень окисления элемента численно равна номеру группы, где он находится.

Минимальная степень окисления неметаллического элемента можно рассчитать по форулою: 8 — № группы элемента.

Степень окисления элемента можно определить, используя правило электронейтральности вещества.

Для вычисления степеней окисления элементов в соединениях, сначала указывают степень окисления элементов, которые имеют постоянное значение, затем составляют и решают алгебраические уравнения, приняв значение переменного степени окисления элемента по х.

Вопросы для закрепления знаний .

  1. Что называют степенью окисления?
  2. Почему в простых веществах степень окисления атомов равна нулю?
  3. Какой знак степени окисления атома, что притягивает электроны?
  4. Почему атомы неметаллических элементов имеют положительные и отрицательные степени окисления?
  5. Как определить максимальный и минимальный степень окисления неметаллических элементов?
  6. Почему атомы металлических элементов проявляют в соединениях только положительные степени окисления?
  7. Как определить степень окисления атомов в соединениях?