Posibile stări de oxidare ale elementelor. Gradul de oxidare. Determinarea gradului de oxidare într-un compus. Algoritm pentru calcularea valenței unui element dintr-un compus

Valență (lat. valere - a avea un sens) - o măsură a „conectivității” unui element chimic, egală cu numărul legăturile chimice individuale pe care le poate forma un atom.

Valenta este determinata de numarul de legaturi pe care un atom le formeaza cu ceilalti. De exemplu, luați în considerare molecula

Pentru a determina valența, trebuie să aveți o idee bună formule grafice substante. În acest articol, veți vedea multe formule. Vă informez și despre elemente chimice cu valență constantă, care sunt foarte utile de știut.

În teoria electronică, se crede că valența legăturii este determinată de numărul de electroni neperechi (de valență) în starea fundamentală sau excitată. Am atins subiectul electronilor de valență și starea excitată a atomului. Folosind exemplul fosforului, să combinăm aceste două subiecte pentru o înțelegere completă.

Majoritate covârșitoare elemente chimice are o valoare variabilă a valenței. Valența variabilă este caracteristică cuprului, fierului, fosforului, cromului și sulfului.

Mai jos veți vedea elemente cu valență variabilă și compușii acestora. Rețineți că alte elemente ne ajută să determinăm valența lor nepermanentă - cu o valență constantă.

Amintiți-vă că pentru unele substanțe simple, valența capătă valorile: III - pentru azot, II - pentru oxigen. Să rezumăm cunoștințele acumulate prin scrierea formulelor grafice de azot, oxigen, dioxid de carbon și monoxid de carbon, carbonat de sodiu, fosfat de litiu, sulfat de fier (II) și acetat de potasiu.

După cum ați observat, valențele sunt indicate cu cifre romane: I, II, III etc. Pe formulele prezentate, valențele substanțelor sunt egale:

• N-III
• O-II
• H, Na, K, li - I
• S-VI
• C - II (în monoxid de carbon CO), IV (în dioxid de carbon CO 2 și carbonat de sodiu Na 2 CO 3
• Fe-II

Starea de oxidare (CO) este un indicator condiționat care caracterizează sarcina unui atom dintr-un compus și comportamentul acestuia într-o OVR (reacție redox). În substanțele simple, CO este întotdeauna egal cu zero, în substanțele complexe se determină pe baza stărilor constante de oxidare ale unor elemente.

Din punct de vedere numeric, starea de oxidare este egală cu sarcina condiționată care poate fi atribuită unui atom, ghidată de presupunerea că toți electronii care formează legături au trecut la un element mai electronegativ.

Determinând gradul de oxidare, atribuim sarcina condiționată „+” unui element și „-” celuilalt. Acest lucru se datorează electronegativității - capacitatea unui atom de a atrage electroni la sine. Semnul „+” înseamnă o lipsă de electroni, iar „-” - excesul lor. Repet, CO este un concept condiționat.

Suma tuturor stărilor de oxidare dintr-o moleculă este zero - acest lucru este important de reținut pentru autoexaminare.

Cunoașterea modificărilor electronegativității în perioade și grupe ale tabelului periodic D.I. Mendeleev, putem concluziona care element ia „+” și care minus. În această chestiune ajută și elementele cu grad constant de oxidare.

Cine este mai electronegativ, el atrage electronii la sine mai puternic și „intră în minus”. Cei care își donează electronii și se confruntă cu o lipsă de ei primesc semnul „+”.

Determinați independent stările de oxidare ale atomilor din următoarele substanțe: RbOH, NaCl, BaO, NaClO 3, SO 2 Cl 2, KMnO 4, Li 2 SO 3, O 2, NaH 2 PO 4. Mai jos veți găsi o soluție la această problemă.

Comparați valoarea electronegativității conform tabelului periodic și, desigur, folosiți-vă intuiția :) Cu toate acestea, pe măsură ce studiați chimia, cunoașterea exactă a stărilor de oxidare ar trebui să înlocuiască chiar și cea mai dezvoltată intuiție ;-)

Aș dori în special să evidențiez subiectul ionilor. Un ion este un atom sau un grup de atomi care, din cauza pierderii sau câștigului unuia sau mai multor electroni, a dobândit (și) o sarcină pozitivă sau negativă.

Când se determină CO a atomilor dintr-un ion, nu ar trebui să ne străduim să aducem încărcătura totală a ionului la „0”, ca într-o moleculă. Ionii sunt dați în tabelul de solubilitate, au sarcini diferite - este necesar să aduceți ionul la o astfel de încărcare. O sa explic cu un exemplu.

© Bellevich Yury Sergeevich 2018-2020

Acest articol a fost scris de Yury Sergeevich Bellevich și este proprietatea sa intelectuală. Copierea, distribuirea (inclusiv prin copierea pe alte site-uri și resurse de pe Internet) sau orice altă utilizare a informațiilor și obiectelor fără acordul prealabil al deținătorului drepturilor de autor se pedepsește conform legii. Pentru a obține materialele articolului și permisiunea de a le folosi, vă rugăm să contactați

Masa. Gradele de oxidare ale elementelor chimice.

Masa. Gradele de oxidare ale elementelor chimice.

Evaluare articol:

Definiție

Electronegativitatea (EO) $\chi$(chi) - o valoare care caracterizează capacitatea unui atom al unui element de a atrage electroni la sine atunci când se formează o legătură chimică cu alți atomi.

Conceptul modern al electronegativității atomilor a fost introdus de omul de știință american Linus Pauling în 1932. Definiție teoretică electronegativitatea a fost dezvoltată mai târziu. Fizicianul american Robert Mulliken a propus să calculeze electronegativitatea ca jumătate din suma potențialului de ionizare și a afinității electronice:

$\chi_(\textrm(M)) = \dfrac (I + A_e)(2),$

unde $I$ este potențialul de ionizare, $A_e$ este energia afinității electronilor.

În plus față de scara Mulliken descrisă mai sus, există mai mult de 20 de alte scale diferite de electronegativitate (pe baza calculului valorilor cărora se bazează pe diferite proprietăți ale substanțelor), inclusiv scara lui L. Pauling (pe baza legării). energie în timpul formării substanță complexă din cele simple), scara Allred-Rochov (bazată pe forța electrostatică care acționează asupra unui electron extern) etc.

În prezent, există multe modalități de cuantificare a mărimii electronegativității unui atom. Valorile electronegativității elementelor calculate căi diferite, de regulă, nu coincid nici măcar cu introducerea factorilor de corecție. Totuși, tendințele generale de modificare a $\chi$ conform sistemului Periodic se păstrează. Acest lucru poate fi ilustrat prin compararea celor două scale cele mai utilizate pe scară largă - după Pauling și după Allred-Rochov ( îndrăzneţ fontul indică valorile EC pe scara Pauling, cu caractere inclinate- conform scalei Allred-Rokhov; $s$-elemente în roz, $p$-elemente în galben, $d$-elemente în verde, $f$-elemente în albastru):

Strict vorbind, unui element nu i se poate atribui o electronegativitate permanentă. Electronegativitatea unui atom depinde de mulți factori, în special de starea de valență a atomului, starea formală de oxidare, tipul de compus, numărul de coordonare, natura liganzilor care formează mediul atomului din sistem molecular și altele.

Electronegativitatea este legată de activitatea redox a unui element. În consecință, cu cât electronegativitatea unui element este mai mare, cu atât proprietățile sale de oxidare sunt mai puternice.

Cu cât învelișul de electroni a unui atom dat este mai aproape învelișul de electroni gaz inert, cu atât electronegativitatea este mai mare. Cu alte cuvinte, în perioade pe măsură ce nivelul de energie exterior este umplut cu electroni (adică de la stânga la dreapta), electronegativitatea crește, pe măsură ce numărul de grup și numărul de electroni din nivelul de energie exterior cresc.

Cu cât electronii de valență sunt mai departe de nucleu, cu atât sunt ținuți mai slab și cu atât capacitatea atomului de a atrage suplimentari către sine este mai mică. Prin urmare, in grupuri electronegativitatea crește odată cu scăderea razei atomice, adică de jos în sus. Elementul cu cea mai mare electronegativitate este fluorul, iar elementul cu cea mai scăzută este cesiul. Nemetalele tipice au astfel valori ridicate de electronegativitate, în timp ce metalele tipice au valori scăzute.

VALENTA ELEMENTELOR CHIMICE

Valenţă caracterizează capacitatea atomilor unui element chimic dat de a forma legături chimice.

Valenţă determină numărul de legături chimice prin care un atom este legat de alți atomi dintr-o moleculă.

Anterior, valența era definită ca numărul de atomi ai unui element monovalent, cu care este conectat un atom al acestui element. Astfel, hidrogenul este considerat un element monovalent. În molecula $HBr$, atomul de brom se combină cu un atom de hidrogen, iar atomul de sulf din molecula $H_2S$ se combină cu doi atomi de hidrogen. Prin urmare, bromul din $HBr$ este univalent, iar sulful din $H_2S$ este divalent. Valorile valenței pentru diferite elemente pot varia de la unu la opt. Astfel, în acidul percloric $HClO_4$, elementul hidrogen este monovalent, oxigenul este bivalent, iar clorul este heptavalent. În molecula de oxid de xenon $XeO_4$, valența xenonului ajunge la opt. Toate acestea sunt ilustrate de următoarele formule structurale, care arată ordinea legăturii atomilor dintr-o moleculă între ei în conformitate cu valențele lor (cu un prim de valență corespunzător fiecărei unități de valență):

Definiție

Momentan sub valenţăînțelegeți numărul de perechi de electroni prin care un anumit atom este legat de alți atomi.

Valenţă(sau covalență) determinată de numărul de legături covalente formate de un atom dat dintr-un compus. În acest caz, sunt luate în considerare atât legăturile covalente formate prin mecanismul de schimb, cât și legăturile covalente formate prin mecanismul donor-acceptor.

Valency nu are semn!

Deoarece există două mecanisme pentru formarea unei legături covalente (mecanismul de împerechere a electronilor și mecanismul donor-acceptor), atunci posibilități de valență atomii depind de:

• numărul de electroni nepereche dintr-un atom dat;
• din prezența orbitalilor atomici liberi la nivelul exterior;
• asupra numărului de perechi de electroni neîmpărțiți.

Valența elementelor primei perioade nu poate depăși I, valența elementelor din a doua perioadă nu poate depăși IV. Începând din a treia perioadă, valența elementelor poate crește la VIII (de exemplu, $XeO_4$) în funcție de numărul grupului în care se află elementul.

Luați în considerare, de exemplu, posibilitățile de valență ale atomilor unui număr de elemente.

CAPACITĂȚI DE VALENȚĂ ALE HIDROGENULUI

Atomul de hidrogen are un singur electron de valență, care este reflectat de formula electronică $1s^1$ sau de formula grafică:

Datorită acestui electron nepereche, un atom de hidrogen poate forma o singură legătură covalentă cu orice alt atom prin mecanismul de împerechere (sau socializare) a electronilor. Nu există alte posibilități de valență pentru atomul de hidrogen. Prin urmare, hidrogenul prezintă o singură valență egală cu I.

POSIBILITĂȚI DE VALENȚĂ ALE FOSFORULUI

Elementul fosfor se află în a treia perioadă, în subgrupul principal al celui de-al cincilea grup. Configurația electronică a electronilor de valență este $3s^23p^3$ sau

Ca analog al azotului, fosforul poate prezenta și valențe I, II, III și IV. Dar, deoarece orbitalii $3d$ vacante sunt disponibili pentru elementele din a treia perioadă, atomul de fosfor poate intra într-o stare excitată prin transferul unuia dintre electronii $s$ la subnivelul $d$:

Astfel, un atom de fosfor poate forma cinci legături covalente prin mecanismul de schimb. Fosforul prezintă valența maximă V în moleculele $PF_5$, $H_3PO_4$, $POCl_3$ etc.:

GRAD DE OXIDAARE

Definiție

Stare de oxidare este sarcina condiționată a unui atom dintr-un compus, presupunând că toate legăturile din acel compus sunt ionice (adică toate perechile de electroni de legătură sunt complet deplasate către un atom al unui element mai electronegativ).

Cu alte cuvinte, starea de oxidare este un număr care arată câți electroni a cedat un atom (sarcină +) sau a primit (sarcină –) atunci când s-a format o legătură chimică cu un alt atom.

Spre deosebire de valență, starea de oxidare are un semn - poate fi negativă, zero sau pozitivă.

Pentru a calcula stările de oxidare ale atomilor dintr-un compus, există o serie de reguli simple:

• Starea de oxidare a elementului din compoziție o substanță simplă se ia egal cu zero. Dacă substanța este în stare atomică, atunci și starea de oxidare a atomilor săi este zero.
• Un număr de elemente prezintă o stare de oxidare constantă în compuși. Printre acestea se numără fluorul (−1), metalele alcaline (+1), metalele alcalino-pământoase, beriliul, magneziul și zincul (+2), aluminiul (+3).
• Oxigenul, de regulă, prezintă o stare de oxidare de −2, cu excepția peroxizilor $H_2O_2$ (−1), superoxizilor $MO_2$ ($-\frac(1)(2)$), ozonidelor $M^IO_3 ,\ M^(II )(O_3)_2$ ($-\frac(1)(3)$) și fluorura de oxigen $OF_2$ (+2).
• Hidrogenul în combinație cu metale (în hidruri) prezintă o stare de oxidare de -1, iar în compușii cu nemetale, de regulă, +1 (cu excepția $SiH_4,\ B_2H_6$).
• Suma algebrică a stărilor de oxidare ale tuturor atomilor dintr-o moleculă trebuie să fie egală cu zero, iar într-un ion complex, sarcina acestui ion.

Cea mai mare stare de oxidare pozitivă egal, de regulă, cu numărul de grup al elementului din sistemul periodic.

Deci, sulful (un element din grupa VIA) prezintă cea mai înaltă stare de oxidare +6, azotul (un element din grupa V) - cea mai înaltă stare de oxidare +5, manganul - un element de tranziție al grupului VIIB - cea mai înaltă stare de oxidare +7. Această regulă nu se aplică elementelor subgrupului secundar al primului grup, ale căror stări de oxidare depășesc de obicei +1, precum și elementelor subgrupului secundar al grupului VIII. De asemenea, elementele oxigen și fluor nu prezintă stări de oxidare mai mari, egale cu numărul grupului.

Cea mai scăzută stare de oxidare negativă pentru elementele nemetalice, se determină scăzând numărul grupului din 8.

Astfel, sulful (elementul din grupa VIA) prezintă cea mai scăzută stare de oxidare -2, azotul (elementul din grupa V) - cea mai scăzută stare de oxidare -3.

Pe baza regulilor de mai sus, puteți găsi starea de oxidare a unui element din orice substanță.

$+1 + x = 0 \hspace(1.5cm) +2 + 2x = 0 \hspace(1.5cm) +3 + 3x = 0$

$x = - 1 \hspace(2,3 cm) x = - 1 \hspace(2,6 cm) x = - 1$

$\overset(x)(Cl\overset(-2)(O_3))^(-1)$

Capacitatea de a găsi starea de oxidare a elementelor chimice este conditie necesara pentru o soluție de succes ecuatii chimice descriind reacțiile redox. Fără el, nu veți putea elabora o formulă exactă pentru o substanță rezultată dintr-o reacție între diferite elemente chimice. Ca urmare, decizia sarcini chimice construit pe astfel de ecuații va fi fie imposibil, fie eronat.

În reacțiile redox, conceptul de stare de oxidare este folosit pentru a determina formule chimice compuși ai elementelor rezultate din interacțiunea mai multor substanțe.

La prima vedere, poate părea că starea de oxidare este echivalentă cu conceptul de valență a unui element chimic, dar nu este așa. concept valenţă folosit pentru a cuantifica interacțiunea electronică în compuși covalenți, adică în compuși formați prin formarea de perechi de electroni împărtășiți. Starea de oxidare este folosită pentru a descrie reacțiile care sunt însoțite de donarea sau câștigarea de electroni.

Spre deosebire de valența, care este o caracteristică neutră, starea de oxidare poate avea o valoare pozitivă, negativă sau zero. O valoare pozitivă corespunde numărului de electroni donați și număr negativ atașat. O valoare zero înseamnă că elementul este fie sub forma unei substanțe simple, fie a fost redus la 0 după oxidare, fie oxidat la zero după o reducere anterioară.

Cum se determină starea de oxidare a unui anumit element chimic
Determinarea stării de oxidare pentru un anumit element chimic este supusă următoarelor reguli:

1. Starea de oxidare a substanțelor simple este întotdeauna zero.
   
2. Metalele alcaline, care se află în primul grup al tabelului periodic, au o stare de oxidare de +1.
   
3. Metalele alcalino-pământoase, care ocupă a doua grupă din tabelul periodic, au o stare de oxidare de +2.
   
4. Hidrogenul din compușii cu diferite nemetale prezintă întotdeauna o stare de oxidare de +1, iar în compușii cu metale +1.
   
5. Starea de oxidare a oxigenului molecular în toți compușii considerați în curs şcolar Chimie anorganică, este egal cu -2. Fluor -1.
   
6. La determinarea gradului de oxidare în produse reacții chimice se pornește de la regula neutralității electrice, conform căreia suma stărilor de oxidare ale diferitelor elemente care alcătuiesc substanța trebuie să fie egală cu zero.
   
7. Aluminiul din toți compușii prezintă o stare de oxidare de +3.
   

Există stări de oxidare superioare, inferioare și intermediare. Cea mai mare stare de oxidare, ca și valența, corespunde numărului de grup al elementului chimic din tabelul periodic, dar are o valoare pozitivă. Cea mai scăzută stare de oxidare este numeric egală cu diferența dintre numărul 8 al grupului de elemente. Starea intermediară de oxidare va fi orice număr din intervalul de la cea mai scăzută stare de oxidare la cea mai mare.

Pentru a vă ajuta să navigați în varietatea stărilor de oxidare ale elementelor chimice, vă aducem la cunoștință următorul tabel auxiliar. Selectați elementul care vă interesează și veți obține valorile posibilelor sale stări de oxidare. Valorile care apar rar vor fi indicate între paranteze.

Un element chimic dintr-un compus, calculat din ipoteza că toate legăturile sunt ionice.

Stările de oxidare pot avea o valoare pozitivă, negativă sau zero, prin urmare suma algebrică a stărilor de oxidare ale elementelor dintr-o moleculă, ținând cont de numărul atomilor lor, este 0, iar într-un ion - sarcina ionului.

1. Stările de oxidare ale metalelor din compuși sunt întotdeauna pozitive.

2. Cea mai mare stare de oxidare corespunde numărului de grup al sistemului periodic în care se află acest element (excepția este: Au+3(eu grup), Cu+2(II), din grupa VIII, starea de oxidare +8 poate fi doar în osmiu Osși ruteniu Ru.

3. Starile de oxidare ale nemetalelor depind de atomul la care este conectat:

• dacă cu un atom de metal, atunci starea de oxidare este negativă;
• dacă este vorba de un atom nemetal, atunci starea de oxidare poate fi atât pozitivă, cât și negativă. Depinde de electronegativitatea atomilor elementelor.

4. Cea mai mare stare de oxidare negativă a nemetalelor poate fi determinată scăzând din 8 numărul grupului în care se află acest element, adică. cea mai mare stare de oxidare pozitivă este egală cu numărul de electroni de pe stratul exterior, care corespunde numărului de grup.

5. Stările de oxidare ale substanțelor simple sunt 0, indiferent dacă este un metal sau un nemetal.

Elemente cu stari de oxidare constante.