Kovy v negatívnych oxidačných stavoch. Stupeň oxidácie. Stanovenie stupňa oxidácie v zlúčenine. Pravidlo usporiadania v zásaditých oxidoch

Cieľ: Pokračujte v štúdiu valencie. Uveďte pojem oxidačného stavu. Zvážte typy oxidačných stavov: pozitívny, negatívny, nulová hodnota. Naučte sa správne určiť oxidačný stav atómu v zlúčenine. Naučiť metódy porovnávania a zovšeobecňovania študovaných pojmov; rozvíjať zručnosti a schopnosti pri určovaní stupňa oxidácie chemickými vzorcami; pokračovať v rozvíjaní zručností samostatná práca; podporovať rozvoj logického myslenia. Vytvárať zmysel pre toleranciu (toleranciu a rešpektovanie názorov iných ľudí) vzájomnej pomoci; realizovať estetickú výchovu (prostredníctvom dizajnu tabule a zošitov, pri používaní prezentácií).

Počas vyučovania

ja. Organizovanie času

Kontrola študentov do triedy.

II. Príprava na lekciu.

Na lekciu budete potrebovať: Periodický systém DIMedeleeva, učebnica, pracovné zošity, perá, ceruzky.

III. Kontrola domácich úloh.

Predný prieskum, niektorí budú pracovať na tabuli na kartách, vykonávať test a zhrnutie tejto fázy bude intelektuálna hra.

1. Práca s kartami.

1 karta

Určte hmotnostné podiely (%) uhlíka a kyslíka v oxide uhličitom (CO 2 ) .

2 karta

Určte typ väzby v molekule H 2 S. Napíšte štruktúrne a elektronický vzorec molekuly.

2. Frontálny prieskum

1. Čo je to chemická väzba?
2. Aké typy chemických väzieb poznáte?
3. Aká väzba sa nazýva kovalentná väzba?
4. Aké kovalentné väzby sú izolované?
5. čo je valencia?
6. Ako definujeme valenciu?
7. Ktoré prvky (kovy a nekovy) majú premenlivú mocnosť?

3. Testovanie

1. Ktoré molekuly majú nepolárne kovalentné väzby?

2 . Ktorá molekula vytvorí trojitú väzbu, keď sa vytvorí kovalentná-nepolárna väzba?

3 . Ako sa nazývajú kladne nabité ióny?

A) katióny

B) molekuly

B) anióny

D) kryštály

4. V akom poradí sa nachádzajú látky iónovej zlúčeniny?

A) CH4, NH3, Mg

B) CI2, MgO, NaCI

B) MgF2, NaCI, CaCI2

D) H2S, HCI, H20

5 . Valencia je určená:

A) podľa čísla skupiny

B) počtom nepárových elektrónov

B) podľa typu chemickej väzby

D) podľa čísla obdobia.

4. Intelektuálna hra „Tic-tac-toe »

Nájdite látky s kovalentno-polárnou väzbou.

IV. Učenie sa nového materiálu

Oxidačný stav je dôležitou charakteristikou stavu atómu v molekule. Valencia je určená počtom nepárových elektrónov v atóme, orbitálov s nezdieľanými elektrónovými pármi, iba v procese excitácie atómu. Najvyššia valencia prvku sa zvyčajne rovná číslu skupiny. Stupeň oxidácie v zlúčeninách s rôznymi chemickými väzbami je tvorený nerovnomerne.

Ako vzniká oxidačný stav v molekulách s rôznymi chemickými väzbami?

1) V zlúčeninách s iónovou väzbou sa oxidačný stav prvkov rovná nábojom iónov.

2) V zlúčeninách s kovalentnou nepolárnou väzbou (v molekulách jednoduchých látok) je oxidačný stav prvkov 0.

H 2 0, Cja 2 0 , F 2 0 , S 0 , AI 0

3) Pre molekuly s kovalentno-polárnou väzbou sa stupeň oxidácie určuje podobne ako pri molekulách s iónovou chemickou väzbou.

Oxidačný stav prvku - toto je podmienený náboj jeho atómu v molekule, ak predpokladáme, že molekula pozostáva z iónov.

Oxidačný stav atómu, na rozdiel od valencie, má znamienko. Môže byť kladný, záporný alebo nulový.

Valencia je označená rímskymi číslicami v hornej časti symbolu prvku:

a oxidačný stav je označený arabskými číslicami s nábojom nad symbolmi prvkov ( Mg +2 , Ca +2 ,N+1,CIˉ¹).

Pozitívny oxidačný stav sa rovná počtu elektrónov darovaných týmto atómom. Atóm môže darovať všetky valenčné elektróny (pre hlavné skupiny sú to elektróny vonkajšej úrovne) zodpovedajúce číslu skupiny, v ktorej sa prvok nachádza, pričom vykazuje najvyšší oxidačný stav (s výnimkou OF 2). : najvyšší oxidačný stav hlavnej podskupiny skupiny II je +2 ( Zn +2) Pozitívny stupeň vykazujú kovy aj nekovy, okrem F, He, Ne. Napríklad: C+4,Na+1 , Al+3

Negatívny oxidačný stav sa rovná počtu elektrónov prijatých daným atómom, vykazujú ho iba nekovy. Atómy nekovov pripájajú toľko elektrónov, koľko nestačia na dokončenie vonkajšej úrovne, pričom vykazujú negatívny stupeň.

Pre prvky hlavných podskupín skupín IV-VII je minimálny oxidačný stav číselne rovný

Napríklad:

Hodnota oxidačného stavu medzi najvyšším a najnižším oxidačným stavom sa nazýva stredná:

V zlúčeninách s kovalentnou nepolárnou väzbou (v molekulách jednoduchých látok) je oxidačný stav prvkov 0: H 2 0 , Sja 2 0 , F 2 0 , S 0 , AI 0

Na určenie oxidačného stavu atómu v zlúčenine je potrebné vziať do úvahy niekoľko ustanovení:

1. Oxidačný stavFvo všetkých zlúčeninách sa rovná "-1".Na +1 F -1 , H +1 F -1

2. Oxidačný stav kyslíka vo väčšine zlúčenín je (-2) výnimkou: OF 2 , kde oxidačný stav je O +2F -1

3. Vodík má vo väčšine zlúčenín oxidačný stav +1, okrem zlúčenín s aktívne kovy, kde oxidačný stav je (-1): Na +1 H -1

4. Stupeň oxidácie kovov hlavných podskupínja, II, IIIskupín vo všetkých zlúčeninách je +1,+2,+3.

Prvky s konštantným oxidačným stavom sú:

A) alkalické kovy (Li, Na, K, Pb, Si, Fr) - oxidačný stav +1

B) prvky II. hlavnej podskupiny okrem (Hg): Be, Mg, Ca, Sr, Ra, Zn, Cd - oxidačný stav +2

C) prvok skupiny III: Al - oxidačný stav +3

Algoritmus na zostavenie vzorca v zlúčeninách:

1 spôsob

1 . Prvok s najnižšou elektronegativitou je uvedený ako prvý, prvok s najvyššou elektronegativitou je uvedený ako druhý.

2 . Prvok napísaný na prvom mieste má kladný náboj „+“ a na druhom záporný náboj „-“.

3 . Uveďte oxidačný stav pre každý prvok.

4 . Nájdite celkový násobok oxidačných stavov.

5. Najmenší spoločný násobok vydeľte hodnotou oxidačných stavov a výsledné indexy priraďte vpravo dole za symbol príslušného prvku.

6. Ak je oxidačný stav párny - nepárny, stanú sa vedľa symbolu v pravom dolnom rohu kríža - krížom bez znamienka "+" a "-":

7. Ak má oxidačný stav rovnomernú hodnotu, musia sa najskôr znížiť o najmenšia hodnota oxidačné stavy a krížik - krížik bez znamienka "+" a "-": C+40-2

2 spôsobom

1 . Označme oxidačný stav N až X, označme oxidačný stav O: N 2 XO 3 -2

2 . Určite súčet záporných nábojov, preto sa oxidačný stav kyslíka vynásobí kyslíkovým indexom: 3 (-2) \u003d -6

3 .Aby bola molekula elektricky neutrálna, musíte určiť súčet kladných nábojov: X2 \u003d 2X

4 .Vytvorte algebraickú rovnicu:

N 2 + 3 O 3 –2

V. Ukotvenie

1) Uskutočnenie opravy témy hrou, ktorá sa nazýva „Had“.

Pravidlá hry: učiteľ rozdáva karty. Každá karta má jednu otázku a jednu odpoveď na ďalšiu otázku.

Učiteľ spustí hru. Prečíta otázku, študent, ktorý má odpoveď na moju otázku, zdvihne ruku a povie odpoveď. Ak je odpoveď správna, tak si prečíta svoju otázku a žiak, ktorý má na túto otázku odpoveď, zdvihne ruku a odpovie atď. Vytvára sa had správnych odpovedí.

1. Ako a kde je označený oxidačný stav atómu chemického prvku?
   Odpoveď: arabské číslo nad symbolom prvku s nábojom „+“ a „-“.
2. Aké typy oxidačných stavov sú izolované z atómov chemické prvky?
   Odpoveď: stredne pokročilý
3. Aký stupeň vykazujú kovy?
   Odpoveď: kladný, záporný, nulový.
4. Aký stupeň ukazujú jednoduché látky alebo molekuly s nepolárnou kovalentnou väzbou.
   Odpoveď: pozitívny
5. Aký náboj majú katióny a anióny?
   Odpoveď: nulový.
6. Ako sa nazýva oxidačný stav, ktorý stojí medzi pozitívnym a negatívnym oxidačným stavom.
   Odpoveď: pozitívny negatívny

2) Napíšte vzorce látok pozostávajúce z nasledujúcich prvkov

1. N a H
2. R&O
3. Zn a Cl

3) Nájdite a prečiarknite látky, ktoré nemajú premenlivý oxidačný stav.

Na, Cr, Fe, K, N, Hg, S, Al, C

VI. Zhrnutie lekcie.

Hodnotenie s komentármi

VII. Domáca úloha

§23, s.67-72, úlohu po §23-s.72 č.1-4 dokončiť.

Elektronegativita (EO) je schopnosť atómov priťahovať elektróny, keď sa viažu s inými atómami .

Elektronegativita závisí od vzdialenosti medzi jadrom a valenčnými elektrónmi a od toho, ako blízko je valenčný obal dokončený. Čím menší je polomer atómu a čím viac valenčných elektrónov, tým vyššia je jeho EC.

Fluór je najviac elektronegatívny prvok. Po prvé, vo valenčnom obale má 7 elektrónov (pred oktetom chýba iba 1 elektrón) a po druhé, tento valenčný obal (…2s 2 2p 5) sa nachádza blízko jadra.

Najmenej elektronegatívne atómy sú alkalické kovy a kovy alkalických zemín. Majú veľké polomery a ich vonkajšie elektrónové obalyďaleko od dokončenia. Je pre nich oveľa jednoduchšie dať svoje valenčné elektróny inému atómu (potom sa predvonkajší obal stane úplným), ako „získať“ elektróny.

Elektronegativita môže byť vyjadrená kvantitatívne a usporiadať prvky vo vzostupnom poradí. Najčastejšie sa používa stupnica elektronegativity, ktorú navrhol americký chemik L. Pauling.

Rozdiel v elektronegativite prvkov v zlúčenine ( ΔX) nám umožní posúdiť typ chemickej väzby. Ak je hodnota ∆ X= 0 - spojenie kovalentné nepolárne.

Keď je rozdiel elektronegativity do 2,0, volá sa väzba kovalentná polárna, Napríklad: H-F pripojenie v molekule fluorovodíka HF: Δ X \u003d (3,98 - 2,20) \u003d 1,78

Do úvahy sa berú väzby s rozdielom elektronegativity väčším ako 2,0 iónový. Napríklad: väzba Na-Cl v zlúčenine NaCl: Δ X \u003d (3,16 - 0,93) \u003d 2,23.

Oxidačný stav

Oxidačný stav (CO) je podmienený náboj atómu v molekule, vypočítaný za predpokladu, že molekula pozostáva z iónov a je vo všeobecnosti elektricky neutrálna.

Keď sa vytvorí iónová väzba, elektrón prechádza z menej elektronegatívneho atómu na elektronegatívnejší, atómy strácajú elektrickú neutralitu a menia sa na ióny. existujú celočíselné poplatky. Keď sa vytvorí kovalentná polárna väzba, elektrón sa neprenesie úplne, ale čiastočne, takže vznikajú čiastočné náboje (na obrázku nižšie HCl). Predstavme si, že elektrón prešiel úplne z atómu vodíka na chlór a na vodíku sa objavil celý kladný náboj +1 a na chlóre -1. takéto podmienené náboje sa nazývajú oxidačný stav.

Tento obrázok ukazuje oxidačné stavy charakteristické pre prvých 20 prvkov.
Poznámka. Najvyššia SD sa zvyčajne rovná číslu skupiny v periodickej tabuľke. Kovy hlavných podskupín majú jeden charakteristický CO, nekovy majú spravidla rozšírenie CO. Preto vznikajú nekovy veľké množstvo zlúčeniny a v porovnaní s kovmi majú „rozmanitejšie“ vlastnosti.

Príklady stanovenia stupňa oxidácie

Stanovme oxidačné stavy chlóru v zlúčeninách:

Pravidlá, ktoré sme zvážili, nám nie vždy umožňujú vypočítať CO všetkých prvkov, ako napríklad v danej molekule aminopropánu.

Tu je vhodné použiť nasledujúcu metódu:

1) Zobrazovanie štruktúrny vzorec molekuly, pomlčka je väzba, elektrónový pár.

2) Pomlčku zmeníme na šípku smerujúcu k viac atómu EO. Táto šípka symbolizuje prechod elektrónu na atóm. Ak sú spojené dva rovnaké atómy, čiaru necháme tak, ako je - nedochádza k prenosu elektrónov.

3) Spočítame, koľko elektrónov „prišlo“ a „odišlo“.

Zvážte napríklad náboj na prvom atóme uhlíka. Tri šípky smerujú k atómu, čo znamená, že dorazili 3 elektróny, náboj je -3.

Druhý atóm uhlíka: vodík mu dal elektrón a dusík vzal jeden elektrón. Poplatok sa nezmenil, rovná sa nule. Atď.

Valence

Valence(z latinského valēns "mať silu") - schopnosť atómov vytvárať určitý počet chemických väzieb s atómami iných prvkov.

Valencia v podstate znamená schopnosť atómov vytvárať určitý počet kovalentných väzieb. Ak má atóm n nepárové elektróny a m osamelé elektrónové páry, potom môže vzniknúť tento atóm n+m kovalentné väzby s inými atómami, t.j. jeho valencia bude n+m. Pri hodnotení maximálnej valencie treba vychádzať z elektronickej konfigurácie „excitovaného“ stavu. Napríklad maximálna valencia atómu berýlia, bóru a dusíka je 4 (napríklad v Be (OH) 4 2-, BF 4 - a NH 4 +), fosfor - 5 (PCl 5), síra - 6 (H2S04), chlór - 7 (Cl207).

V niektorých prípadoch sa valencia môže číselne zhodovať s oxidačným stavom, ale v žiadnom prípade nie sú navzájom totožné. Napríklad v molekulách N 2 a CO sa realizuje trojitá väzba (to znamená, že valencia každého atómu je 3), ale oxidačný stav dusíka je 0, uhlík +2, kyslík -2.

V kyseline dusičnej je oxidačný stav dusíka +5, pričom dusík nemôže mať valenciu vyššiu ako 4, pretože má na vonkajšej úrovni len 4 orbitály (a väzbu možno považovať za prekrývajúce sa orbitály). A vo všeobecnosti žiadny prvok druhej periódy z rovnakého dôvodu nemôže mať valenciu väčšiu ako 4.

Ešte pár „záludných“ otázok, v ktorých sa často robia chyby.

Elektronegativita, podobne ako iné vlastnosti atómov chemických prvkov, sa periodicky mení so zvyšovaním poradového čísla prvku:

Vyššie uvedený graf ukazuje periodicitu zmeny elektronegativity prvkov hlavných podskupín v závislosti od poradového čísla prvku.

Pri pohybe nadol po podskupine periodickej tabuľky elektronegativita chemických prvkov klesá, pri pohybe doprava pozdĺž periódy sa zvyšuje.

Elektronegativita odráža nemetalitu prvkov: čím vyššia je hodnota elektronegativity, tým viac nekovových vlastností je vyjadrených v prvku.

Oxidačný stav

Ako vypočítať oxidačný stav prvku v zlúčenine?

1) Oxidačný stav chemických prvkov v jednoduchých látkach je vždy nulový.

2) Existujú prvky, ktoré vykazujú konštantný oxidačný stav v komplexných látkach:

3) Existujú chemické prvky, ktoré vykazujú konštantný oxidačný stav v prevažnej väčšine zlúčenín. Tieto prvky zahŕňajú:

4) Algebraický súčet oxidačných stavov všetkých atómov v molekule je vždy nula. Algebraický súčet oxidačných stavov všetkých atómov v ióne sa rovná náboju iónu.

5) Najvyšší (maximálny) oxidačný stav sa rovná číslu skupiny. Výnimky, ktoré nespadajú pod toto pravidlo, sú prvky sekundárnej podskupiny skupiny I, prvky sekundárnej podskupiny skupiny VIII, ako aj kyslík a fluór.

Chemické prvky, ktorých číslo skupiny sa nezhoduje s ich najvyšším oxidačným stavom (povinné zapamätať si)

6) Najnižší oxidačný stav kovov je vždy nula a najnižší oxidačný stav nekovov sa vypočíta podľa vzorca:

najnižší oxidačný stav nekovu = číslo skupiny - 8

Na základe vyššie uvedených pravidiel je možné stanoviť stupeň oxidácie chemického prvku v akejkoľvek látke.

Zisťovanie oxidačných stavov prvkov v rôznych zlúčeninách

Príklad 1

Určte oxidačné stavy všetkých prvkov v kyseline sírovej.

Riešenie:

Napíšme vzorec pre kyselinu sírovú:

Oxidačný stav vodíka vo všetkých komplexných látkach je +1 (okrem hydridov kovov).

Oxidačný stav kyslíka vo všetkých zložitých látkach je -2 (okrem peroxidov a fluoridu kyslíka OF 2). Zoraďme známe oxidačné stavy:

Označme oxidačný stav síry ako X:

Molekula kyseliny sírovej, podobne ako molekula akejkoľvek látky, je vo všeobecnosti elektricky neutrálna, pretože. súčet oxidačných stavov všetkých atómov v molekule je nula. Schematicky sa to dá znázorniť nasledujúcim spôsobom:

Tie. dostali sme nasledujúcu rovnicu:

Poďme to vyriešiť:

Oxidačný stav síry v kyseline sírovej je teda +6.

Príklad 2

Určte oxidačný stav všetkých prvkov v dichrómane amónnom.

Riešenie:

Napíšme vzorec dvojchrómanu amónneho:

Rovnako ako v predchádzajúcom prípade môžeme usporiadať oxidačné stavy vodíka a kyslíka:

Vidíme však, že oxidačné stavy dvoch chemických prvkov naraz, dusíka a chrómu, nie sú známe. Preto nemôžeme nájsť oxidačné stavy rovnakým spôsobom ako v predchádzajúcom príklade (jedna rovnica s dvoma premennými nemá jednoznačné riešenie).

Venujme pozornosť skutočnosti, že uvedená látka patrí do triedy solí, a preto má iónovú štruktúru. Potom môžeme právom povedať, že zloženie dvojchrómanu amónneho zahŕňa katióny NH 4 + (náboj tohto katiónu je možné vidieť v tabuľke rozpustnosti). Preto, keďže v jednotke vzorca dvojchrómanu amónneho sú dva kladne nabité katióny NH4+, náboj dvojchrómanu je -2, pretože látka ako celok je elektricky neutrálna. Tie. látka je tvorená katiónmi NH 4 + a aniónmi Cr 2 O 7 2-.

Poznáme oxidačné stavy vodíka a kyslíka. Vedieť, že súčet oxidačných stavov atómov všetkých prvkov v ióne sa rovná náboju, a oxidačné stavy dusíka a chrómu označovať ako X A r podľa toho môžeme napísať:

Tie. dostaneme dve nezávislé rovnice:

Riešenie, ktoré nájdeme X A r:

V dichrómane amónnom sú teda oxidačné stavy dusíka -3, vodík +1, chróm +6 a kyslík -2.

Ako určiť oxidačné stavy prvkov v organickej hmoty sa dá čítať.

Valence

Valencia atómov je označená rímskymi číslicami: I, II, III atď.

Valenčné možnosti atómu závisia od množstva:

1) nepárové elektróny

2) nezdieľané elektrónové páry v orbitáloch valenčných hladín

3) prázdne elektrónové orbitály valenčnej hladiny

Valenčné možnosti atómu vodíka

Znázornime elektronický grafický vzorec atómu vodíka:

Hovorilo sa, že na valenčné možnosti môžu ovplyvniť tri faktory - prítomnosť nespárovaných elektrónov, prítomnosť nezdieľaných elektrónových párov na vonkajšej úrovni a prítomnosť prázdnych (prázdnych) orbitálov vonkajšej úrovne. Vo vonkajšej (a jedinej) energetickej hladine vidíme jeden nepárový elektrón. Na základe toho môže mať vodík presne valenciu rovnajúcu sa I. Avšak na prvej energetickej úrovni existuje iba jedna podúroveň - s, tie. atóm vodíka na vonkajšej úrovni nemá ani nezdieľané elektrónové páry, ani prázdne orbitály.

Jediná valencia, ktorú môže atóm vodíka vykazovať, je teda I.

Valenčné možnosti atómu uhlíka

Zvážte elektronická štruktúra atóm uhlíka. V základnom stave je elektronická konfigurácia jeho vonkajšej úrovne nasledovná:

Tie. V základnom stave obsahuje vonkajšia energetická hladina nevybudeného atómu uhlíka 2 nepárové elektróny. V tomto stave môže vykazovať valenciu rovnajúcu sa II. Atóm uhlíka však veľmi ľahko prechádza do excitovaného stavu, keď je mu odovzdaná energia a elektronická konfigurácia vonkajšej vrstvy má v tomto prípade podobu:

Aj keď sa v procese excitácie atómu uhlíka vynakladá určitá energia, tento výdaj je viac než kompenzovaný vytvorením štyroch kovalentných väzieb. Z tohto dôvodu je valencia IV oveľa charakteristickejšia pre atóm uhlíka. Takže napríklad uhlík má v molekulách valenciu IV oxid uhličitý, kyselina uhličitá a úplne všetky organické látky.

Okrem nepárových elektrónov a osamelých elektrónových párov ovplyvňuje valenčné možnosti aj prítomnosť voľných () orbitálov valenčnej hladiny. Prítomnosť takýchto orbitálov v naplnenej hladine vedie k tomu, že atóm môže pôsobiť ako akceptor elektrónového páru, t.j. vytvárajú ďalšie kovalentné väzby mechanizmom donor-akceptor. Takže napríklad v rozpore s očakávaniami v molekule oxidu uhoľnatého CO nie je väzba dvojitá, ale trojitá, čo je jasne znázornené na nasledujúcom obrázku:

Valenčné možnosti atómu dusíka

Zapíšme si elektrónový vzorec vonkajšej energetickej hladiny atómu dusíka:

Ako je možné vidieť na obrázku vyššie, atóm dusíka má vo svojom normálnom stave 3 nepárové elektróny, a preto je logické predpokladať, že môže vykazovať valenciu rovnajúcu sa III. V skutočnosti sa v molekulách amoniaku (NH 3), kyseliny dusnej (HNO 2), chloridu dusitého (NCl 3) atď.

Vyššie bolo povedané, že valencia atómu chemického prvku závisí nielen od počtu nespárovaných elektrónov, ale aj od prítomnosti nezdieľaných elektrónových párov. Je to spôsobené tým, že kovalentná chemická väzba môže vzniknúť nielen vtedy, keď si dva atómy navzájom poskytnú po jednom elektróne, ale aj vtedy, keď jeden atóm, ktorý má nezdieľaný elektrónový pár - donor () ho poskytne inému atómu s prázdnym () orbitálom valenčnej hladiny (akceptor ). Tie. pre atóm dusíka je valencia IV tiež možná vďaka ďalšej kovalentnej väzbe vytvorenej mechanizmom donor-akceptor. Napríklad pri tvorbe amónneho katiónu sa pozorujú štyri kovalentné väzby, z ktorých jedna je tvorená donorovo-akceptorovým mechanizmom:

Napriek tomu, že jednu z kovalentných väzieb tvorí mechanizmus donor-akceptor, všetky NH väzby v amónnom katióne sú absolútne identické a navzájom sa nelíšia.

Valencia rovnajúca sa V, atóm dusíka nie je schopný ukázať. Je to spôsobené tým, že prechod do excitovaného stavu je nemožný pre atóm dusíka, v ktorom dochádza k párovaniu dvoch elektrónov s prechodom jedného z nich na voľný orbitál, ktorý je energeticky najbližší. Atóm dusíka nemá č d-podúroveň, a prechod na 3s-orbitál je energeticky taký nákladný, že náklady na energiu nepokryje tvorba nových väzieb. Mnohí sa možno pýtajú, aká je potom mocnosť dusíka napríklad v molekulách kyseliny dusičnej HNO 3 alebo oxidu dusnatého N 2 O 5? Napodiv, valencia je tiež IV, ako je možné vidieť z nasledujúcich štruktúrnych vzorcov:

Bodkovaná čiara na obrázku znázorňuje tzv delokalizované π -spojenie. Z tohto dôvodu sa NO terminálne väzby môžu nazývať "jeden a pol". Podobné jeden a pol väzby sa nachádzajú aj v molekule ozónu O 3, benzéne C 6 H 6 atď.

Valenčné možnosti fosforu

Znázornime elektrónový vzorec úrovne vonkajšej energie atómu fosforu:

Ako vidíme, štruktúra vonkajšej vrstvy atómu fosforu v základnom stave a atómu dusíka je rovnaká, a preto je logické očakávať pre atóm fosforu, ako aj pre atóm dusíka, že možné valencie sa rovnajú až I, II, III a IV, čo sa v praxi dodržiava.

Na rozdiel od dusíka má však aj atóm fosforu d-podúroveň s 5 voľnými orbitálmi.

V tomto ohľade je schopný prejsť do excitovaného stavu, naparovať elektróny 3 s- orbitály:

Je teda možná valencia V pre atóm fosforu, ktorý je pre dusík neprístupný. Takže napríklad atóm fosforu má v molekulách takých zlúčenín, ako je kyselina fosforečná, halogenidy fosforu (V), oxid fosforečný (V) atď.

Valenčné možnosti atómu kyslíka

Elektrón-grafický vzorec úrovne vonkajšej energie atómu kyslíka má tvar:

Vidíme dva nepárové elektróny na 2. úrovni, a preto je pre kyslík možná valencia II. Treba poznamenať, že táto valencia atómu kyslíka sa pozoruje takmer vo všetkých zlúčeninách. Vyššie, pri zvažovaní valenčných možností atómu uhlíka sme diskutovali o tvorbe molekuly oxidu uhoľnatého. Väzba v molekule CO je trojitá, preto je tam kyslík trojmocný (kyslík je donorom elektrónového páru).

Vzhľadom na to, že atóm kyslíka nemá vonkajšiu úroveň d-podúrovne, deparácia elektrónov s A p- orbitály je nemožné, a preto sú valenčné schopnosti atómu kyslíka obmedzené v porovnaní s inými prvkami jeho podskupiny, napríklad sírou.

Valenčné možnosti atómu síry

Vonkajšia energetická hladina atómu síry v neexcitovanom stave:

Atóm síry, podobne ako atóm kyslíka, má vo svojom normálnom stave dva nepárové elektróny, takže môžeme konštatovať, že pre síru je možná dvojmocnosť. V skutočnosti má síra valenciu II, napríklad v molekule sírovodíka H2S.

Ako vidíme, atóm síry na vonkajšej úrovni má d podúrovni s prázdnymi orbitálmi. Z tohto dôvodu je atóm síry schopný rozširovať svoje valenčné schopnosti, na rozdiel od kyslíka, vďaka prechodu do excitovaných stavov. Takže pri zrušení párovania osamelého elektrónového páru 3 p- podúroveň, atóm síry nadobúda elektrónovú konfiguráciu vonkajšej úrovne nasledujúcej formy:

V tomto stave má atóm síry 4 nepárové elektróny, čo nám hovorí o možnosti, že atómy síry vykazujú valenciu rovnú IV. V skutočnosti má síra valenciu IV v molekulách SO 2, SF 4, SOCl 2 atď.

Pri zrušení párovania druhého osamelého elektrónového páru umiestneného na 3 s- podúroveň, úroveň vonkajšej energie nadobúda nasledujúcu konfiguráciu:

V takomto stave je už možný prejav valencie VI. Príkladom zlúčenín s VI-valentnou sírou sú S03, H2S04, S02Cl2 atď.

Podobne môžeme uvažovať o valenčných možnostiach iných chemických prvkov.

Schopnosť nájsť oxidačný stav chemických prvkov je nevyhnutná podmienka pre úspešné riešenie chemické rovnice popisujúce redoxné reakcie. Bez nej nebudete môcť zostaviť presný vzorec pre látku, ktorá je výsledkom reakcie medzi rôznymi chemickými prvkami. V dôsledku toho rozhodnutie chemické problémy skonštruované na takýchto rovniciach bude buď nemožné alebo chybné.

Pri redoxných reakciách sa na určenie používa koncept oxidačného stavu chemické vzorce zlúčeniny prvkov vznikajúce pri interakcii viacerých látok.

Na prvý pohľad sa môže zdať, že oxidačný stav je ekvivalentný pojmu mocnosť chemického prvku, ale nie je to tak. koncepcie valencia používa sa na kvantifikáciu elektrónovej interakcie v kovalentných zlúčeninách, to znamená v zlúčeninách vytvorených tvorbou zdieľaných elektrónových párov. Oxidačný stav sa používa na opis reakcií, ktoré sú sprevádzané darovaním alebo ziskom elektrónov.

Na rozdiel od valencie, ktorá je neutrálnou charakteristikou, môže mať oxidačný stav kladnú, zápornú alebo nulovú hodnotu. Kladná hodnota zodpovedá počtu darovaných elektrónov a záporné číslo pripojený. Nulová hodnota znamená, že prvok je buď vo forme jednoduchej látky, alebo bol redukovaný na 0 po oxidácii, alebo oxidovaný na nulu po predchádzajúcej redukcii.

Ako určiť oxidačný stav konkrétneho chemického prvku
Stanovenie oxidačného stavu pre konkrétny chemický prvok podlieha nasledujúcim pravidlám:

1. Oxidačný stav jednoduchých látok je vždy nulový.
   
2. Alkalické kovy, ktoré sú v prvej skupine periodickej tabuľky, majú oxidačný stav +1.
   
3. Kovy alkalických zemín, ktoré zaberajú druhú skupinu v periodickej tabuľke, majú oxidačný stav +2.
   
4. Vodík v zlúčeninách s rôznymi nekovmi má vždy oxidačný stav +1 a v zlúčeninách s kovmi +1.
   
5. Oxidačný stav molekulárneho kyslíka vo všetkých zlúčeninách uvažovaných v školský kurz anorganická chémia, sa rovná -2. Fluór -1.
   
6. Pri určovaní stupňa oxidácie vo výrobkoch chemické reakcie vychádzať z pravidla elektrickej neutrality, podľa ktorého sa súčet oxidačných stavov rôznych prvkov, ktoré látku tvoria, musí rovnať nule.
   
7. Hliník vo všetkých zlúčeninách vykazuje oxidačný stav +3.
   

Existujú vyššie, nižšie a stredné oxidačné stavy. Najvyšší oxidačný stav, podobne ako valencia, zodpovedá číslu skupiny chemického prvku v periodickej tabuľke, ale má kladnú hodnotu. Najnižší oxidačný stav sa číselne rovná rozdielu medzi číslom 8 skupiny prvkov. Stredný oxidačný stav bude akékoľvek číslo v rozsahu od najnižšieho oxidačného stavu po najvyšší.

Aby sme vám pomohli zorientovať sa v rôznych oxidačných stavoch chemických prvkov, dávame vám do pozornosti nasledujúcu pomocnú tabuľku. Vyberte prvok, ktorý vás zaujíma, a získate jeho hodnoty možné stupne oxidácia. Zriedkavo sa vyskytujúce hodnoty budú uvedené v zátvorkách.

Stupne oxidácie prvkov. Ako zistiť oxidačné stavy?

1) V jednoduchej látke je oxidačný stav ľubovoľného prvku 0. Príklady: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Je potrebné pamätať na prvky, ktoré sa vyznačujú konštantnými oxidačnými stavmi. Všetky sú uvedené v tabuľke.

3) Hľadanie oxidačných stavov zostávajúcich prvkov je založené na jednoduchom pravidle:

V neutrálnej molekule sa súčet oxidačných stavov všetkých prvkov rovná nule a v ióne - náboj iónu.

Zvážte použitie tohto pravidla na jednoduchých príkladoch.

Príklad 1. Je potrebné nájsť oxidačné stavy prvkov v amoniaku (NH 3).

Riešenie. Už vieme (pozri 2), že čl. OK. vodík je +1. Zostáva nájsť túto charakteristiku pre dusík. Nech x je požadovaný oxidačný stav. Zostavíme najjednoduchšiu rovnicu: x + 3 * (+1) \u003d 0. Riešenie je zrejmé: x \u003d -3. Odpoveď: N-3H3+1.

Príklad 2. Uveďte oxidačné stavy všetkých atómov v molekule H 2 SO 4 .

Riešenie. Oxidačné stavy vodíka a kyslíka sú už známe: H(+1) a O(-2). Zostavíme rovnicu na určenie stupňa oxidácie síry: 2*(+1) + x + 4*(-2) = 0. Vyriešením tejto rovnice zistíme: x = +6. Odpoveď: H+12S+60-24.

Príklad 3. Vypočítajte oxidačné stavy všetkých prvkov v molekule Al(NO 3) 3.

Riešenie. Algoritmus zostáva nezmenený. Zloženie "molekuly" dusičnanu hlinitého zahŕňa jeden atóm Al (+3), 9 atómov kyslíka (-2) a 3 atómy dusíka, ktorých oxidačný stav musíme vypočítať. Zodpovedajúca rovnica: 1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0. Odpoveď: Al +3 (N +5 O -2 3) 3 .

Príklad 4. Určite oxidačné stavy všetkých atómov v (AsO 4) 3- ióne.

Riešenie. V tomto prípade sa súčet oxidačných stavov už nebude rovnať nule, ale náboju iónu, t.j. -3. Rovnica: x + 4*(-2) = -3. Odpoveď: As(+5), O(-2).

Je možné pomocou podobnej rovnice určiť oxidačné stavy viacerých prvkov naraz? Ak zvážime tento problém z hľadiska matematiky, odpoveď bude negatívna. Lineárna rovnica s dvoma premennými nemôže mať jedinečné riešenie. Ale neriešime len rovnicu!

Príklad 5. Určte oxidačné stavy všetkých prvkov v (NH 4) 2 SO 4.

Riešenie. Oxidačné stavy vodíka a kyslíka sú známe, ale síra a dusík nie. Klasický príklad problémy s dvoma neznámymi! Síran amónny nebudeme považovať za jednu „molekulu“, ale za kombináciu dvoch iónov: NH 4 + a SO 4 2-. Poznáme náboje iónov, každý z nich obsahuje iba jeden atóm s neznámym stupňom oxidácie. Pomocou skúseností získaných pri riešení predchádzajúcich problémov ľahko zistíme oxidačné stavy dusíka a síry. Odpoveď: (N-3H4+1)2S+604-2.

Záver: ak molekula obsahuje niekoľko atómov s neznámymi oxidačnými stavmi, pokúste sa molekulu „rozdeliť“ na niekoľko častí.

Príklad 6. Uveďte oxidačné stavy všetkých prvkov v CH 3 CH 2 OH.

Riešenie. Nájdenie oxidačných stavov v Organické zlúčeniny má svoje špecifiká. Najmä je potrebné samostatne nájsť oxidačné stavy pre každý atóm uhlíka. Môžete to zdôvodniť nasledovne. Zoberme si napríklad atóm uhlíka v metylovej skupine. Tento atóm uhlíka je spojený s 3 atómami vodíka a susedným atómom uhlíka. Autor: S-N spojenia dochádza k posunu elektrónovej hustoty smerom k atómu uhlíka (pretože elektronegativita C prevyšuje EO vodíka). Ak by bol tento posun úplný, atóm uhlíka by získal náboj -3.

Atóm C v skupine -CH 2 OH je naviazaný na dva atómy vodíka (posun elektrónovej hustoty smerom k C), jeden atóm kyslíka (posun elektrónovej hustoty smerom k O) a jeden atóm uhlíka (môžeme predpokladať, že posuny elektrónovej hustoty v tomto prípad sa nedeje). Oxidačný stav uhlíka je -2 +1 +0 = -1.

Odpoveď: C-3H+13C-1H+120-2H+1.

Copyright Repetitor2000.ru, 2000-2015