Un metal care prezintă o stare de oxidare de 1 în compuși. Cel mai scăzut grad de oxidare. Transferul de electroni în reacții chimice

Când studiezi legăturile chimice polare ionice și covalente, te-ai familiarizat cu substanțe complexe formate din două elemente chimice. Astfel de substanțe sunt numite binare (din latină bi - două) sau cu două elemente.

Să ne amintim compușii binari tipici pe care i-am citat ca exemplu pentru a lua în considerare mecanismele de formare a legăturilor chimice polare ionice și covalente: NaCl - clorură de sodiu și HCl - clorură de hidrogen.

În primul caz, legătura este ionică: atomul de sodiu și-a transferat electronul exterior atomului de clor și s-a transformat într-un ion cu o sarcină de +1, iar atomul de clor a acceptat un electron și s-a transformat într-un ion cu o sarcină de - 1. Schematic, procesul de transformare a atomilor în ioni poate fi descris după cum urmează:

În molecula de clorură de hidrogen HC1, se formează o legătură chimică datorită împerecherii electronilor exteriori neperechi și formării unei perechi de electroni comune de atomi de hidrogen și clor:

Este mai corect să reprezentăm formarea unei legături covalente într-o moleculă de clorură de hidrogen ca o suprapunere a unui nor s cu un electron al unui atom de hidrogen cu un nor p cu un electron al unui atom de clor:

În timpul interacțiunii chimice, perechea de electroni comună este deplasată către atomul de clor mai electronegativ: , adică, electronul nu se va transfera complet de la atomul de hidrogen la atomul de clor, ci parțial, provocând astfel o sarcină parțială a atomilor 5 (vezi § 12). ): . Dacă ne imaginăm că în molecula de HCl, precum și în clorura de sodiu NaCl, electronul a trecut complet de la atomul de hidrogen la atomul de clor, atunci ar primi sarcini +1 și -1: . Astfel de sarcini condiționate se numesc stare de oxidare. La definirea acestui concept, se presupune în mod condiționat că în compușii polari covalenti, electronii de legare s-au transferat complet la un atom mai electronegativ și, prin urmare, compușii constau numai din ioni încărcați pozitiv și negativ.

Starea de oxidare poate avea o valoare negativă, pozitivă sau zero, care este de obicei plasată deasupra simbolului elementului din partea de sus, de exemplu:

Acei atomi care au primit electroni de la alți atomi sau la care sunt deplasate perechile de electroni comuni, adică atomii mai multor elemente electronegative, au o valoare negativă pentru gradul de oxidare. Fluorul are întotdeauna o stare de oxidare de -1 în toți compușii. Oxigenul, al doilea element cel mai electronegativ după fluor, are aproape întotdeauna o stare de oxidare de -2, cu excepția compușilor cu fluor, de exemplu:

Acei atomi care își donează electronii altor atomi sau din care se extrag perechi de electroni comuni, adică atomii de elemente mai puțin electronegative, au o valoare pozitivă pentru gradul de oxidare. Metalele din compuși au întotdeauna o stare de oxidare pozitivă. Pentru metalele principalelor subgrupe: grupa I (grupa IA) în toți compușii, starea de oxidare este +1, grupa II (grupa IIA) este +2, grupa III (grupa IIIA) - +3, de exemplu:

dar în compușii cu metale, hidrogenul are o stare de oxidare de -1:

Valoarea zero a stării de oxidare are atomi în moleculele substanțelor simple și atomi în stare liberă, de exemplu:

Aproape de conceptul de „stare de oxidare” este conceptul de „valență”, pe care l-ați întâlnit atunci când luați în considerare o legătură chimică covalentă. Cu toate acestea, ele nu sunt la fel.

Conceptul de „valență” este aplicabil substanțelor care au o structură moleculară. Marea majoritate a substanțelor organice cu care te vei familiariza în clasa a 10-a au tocmai o astfel de structură. În cursul școlii de bază, studiați chimia anorganică, a cărei materie este substanțe cu structură atât moleculară, cât și nemoleculară, de exemplu, ionică. Prin urmare, este de preferat să se folosească conceptul de „stare de oxidare”.

Care este diferența dintre valența și starea de oxidare?

Adesea valența și starea de oxidare sunt numeric aceleași, dar valența nu are un semn de sarcină, iar starea de oxidare are. De exemplu, hidrogenul monovalent are următoarele stări de oxidare în diferite substanțe:

S-ar părea că fluorul monovalent - elementul cel mai electronegativ - ar trebui să aibă o coincidență completă a valorilor stării de oxidare și valenței. La urma urmei, atomul său este capabil să formeze o singură legătură covalentă, deoarece îi lipsește un electron până la finalizarea stratului electronic exterior. Totuși, și aici există o diferență:

Valența și starea de oxidare diferă și mai mult dacă nu coincid numeric. De exemplu:

În compuși, starea totală de oxidare este întotdeauna zero. Cunoscând aceasta și starea de oxidare a unuia dintre elemente, puteți găsi starea de oxidare a altui element prin formula, de exemplu, un compus binar. Deci, să găsim starea de oxidare a clorului în compusul C1 2 O 7.

Să notăm gradul de oxidare a oxigenului: . Prin urmare, șapte atomi de oxigen vor avea o sarcină negativă totală de (-2) × 7 = -14. Atunci sarcina totală a doi atomi de clor va fi +14, iar un atom de clor: (+14) : 2 = +7. Prin urmare, starea de oxidare a clorului este .

În mod similar, cunoscând stările de oxidare ale elementelor, se poate formula formula unui compus, de exemplu, carbura de aluminiu (un compus de aluminiu și carbon).

Este ușor de observat că ați lucrat în mod similar cu conceptul de „valență” atunci când ați derivat formula unui compus covalent sau ați determinat valența unui element prin formula compusului său.

Numele compușilor binari sunt formate din două cuvinte - numele elementelor chimice constitutive ale acestora. Primul cuvânt denotă partea electronegativă a compusului - nemetal, numele său latin cu sufixul -id este întotdeauna în cazul nominativ. Al doilea cuvânt denotă partea electropozitivă - un metal sau un element mai puțin electronegativ, numele său este întotdeauna în cazul genitiv:

De exemplu: NaCl - clorură de sodiu, MgS - sulfură de magneziu, KH - hidrură de potasiu, CaO - oxid de calciu. Dacă elementul electropozitiv prezintă grade diferite de oxidare, atunci acest lucru se reflectă în nume, indicând gradul de oxidare cu o cifră romană, care este plasată la sfârșitul numelui, de exemplu: - oxid de fier (II) (a se citi " oxid de fier doi”), - oxid de fier (III) (a se citi „oxid de fier trei”).

Dacă compusul este format din două elemente nemetalice, atunci sufixul -id este adăugat la numele celui mai electronegativ dintre ele, a doua componentă este plasată după aceea în cazul genitiv. De exemplu: - fluorură de oxigen (II), - oxid de sulf (IV) și - oxid de sulf (VI).

În unele cazuri, numărul de atomi ai elementelor este indicat folosind nume de numere în limba greacă - mono, di, trei, tetra, penta, hexa, etc. De exemplu: - monoxid de carbon sau monoxid de carbon (II), - carbon dioxid sau oxid de carbon (IV), - tetraclorură de plumb sau clorură de plumb (IV).

Pentru ca chimiștii din diferite țări să se înțeleagă între ei, a fost necesar să se creeze o terminologie și o nomenclatură unificate a substanțelor. Principiile nomenclaturii chimice au fost dezvoltate pentru prima dată de chimiștii francezi A. Lavoisier, A. Fourcroix, L. Giton de Mervaux și C. Berthollet în 1785. În prezent, Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) coordonează activitățile oamenilor de știință. din diferite țări și emite recomandări privind nomenclatura substanțelor și terminologia utilizată în chimie.

Cuvinte cheie și expresii

1. Compuși binari sau cu două elemente.
2. Gradul de oxidare.
3. Nomenclatura chimică.
4. Determinarea stărilor de oxidare ale elementelor prin formula.
5. Întocmirea formulelor compuşilor binari în funcţie de stările de oxidare ale elementelor.

Lucrați cu computerul

1. Consultați aplicația electronică. Studiați materialul lecției și finalizați sarcinile propuse.
2. Căutați pe Internet adrese de e-mail care pot servi ca surse suplimentare care dezvăluie conținutul cuvintelor cheie și frazelor din paragraf. Oferă profesorului ajutorul tău în pregătirea unei noi lecții - întocmește un raport asupra cuvintelor și expresiilor cheie din următorul paragraf.

Întrebări și sarcini

1. Scrieți formulele oxizilor de azot (II), (V), (I), (III), (IV).
2. Dați denumirile compușilor binari ale căror formule sunt: ​​a) С1 2 0 7 , С1 2 O, С1O 2 ; b) FeCI2, FeCI3; c) MnS, Mn02, MnF4, MnO, MnCI4; r) Cu20, Mg2Si, SiCI4, Na3N, FeS.
3. Găsiți în cărți de referință și dicționare tot felul de denumiri de substanțe cu formule: a) CO 2 și CO; b) SO2 și SO3. Explicați etimologia lor. Dați două denumiri ale acestor substanțe conform nomenclaturii internaționale, în conformitate cu regulile stabilite în alineat.
4. Ce alt nume poate fi dat amoniacului H 3 N?
5. Aflați volumul pe care îl au la n. y. 17 g de hidrogen sulfurat.
6. Câte molecule sunt conținute în acest volum?
7. Calculați masa a 33,6 m3 de metan CH 2 la n. y. și determinați numărul moleculelor sale conținute în acest volum.
8. Determinați starea de oxidare a carbonului și scrieți formulele structurale ale următoarelor substanțe, știind că carbonul din compușii organici este întotdeauna tetravalent: metan CH 4, tetraclorura de carbon CC1 4, etan C 2 H 4, acetilena C 2 H 2.

Pregătire chimică pentru ZNO și DPA
Ediție cuprinzătoare

PARTEA ȘI

CHIMIE GENERALĂ

LEGĂTURA CHIMĂ ȘI STRUCTURA SUBSTANȚEI

Stare de oxidare

Starea de oxidare este sarcina condiționată a unui atom dintr-o moleculă sau un cristal care a apărut pe acesta atunci când toate legăturile polare create de acesta erau de natură ionică.

Spre deosebire de valență, stările de oxidare pot fi pozitive, negative sau zero. La compușii ionici simpli, starea de oxidare coincide cu sarcinile ionilor. De exemplu, în clorură de sodiu NaCl (Na + Cl - ) Sodiul are o stare de oxidare de +1, iar clorul -1, în oxid de calciu CaO (Ca +2 O -2) Calciul prezintă o stare de oxidare de +2, iar Oxysen - -2. Această regulă se aplică tuturor oxizilor de bază: starea de oxidare a unui element metalic este egală cu sarcina ionului metalic (Sodiu +1, Bariu +2, Aluminiu +3), iar starea de oxidare a oxigenului este -2. Gradul de oxidare este indicat prin cifre arabe, care sunt plasate deasupra simbolului elementului, precum valența, și indică mai întâi semnul sarcinii și apoi valoarea sa numerică:

Dacă modulul stării de oxidare este egal cu unu, atunci numărul „1” poate fi omis și se poate scrie doar semnul: Na + Cl -.

Starea de oxidare și valența sunt concepte înrudite. În mulți compuși, valoarea absolută a stării de oxidare a elementelor coincide cu valența acestora. Cu toate acestea, există multe cazuri în care valența diferă de starea de oxidare.

În substanțele simple - nemetale, există o legătură covalentă nepolară, o pereche de electroni comună este deplasată la unul dintre atomi, prin urmare gradul de oxidare a elementelor din substanțele simple este întotdeauna zero. Dar atomii sunt legați între ei, adică prezintă o anumită valență, ca, de exemplu, în oxigen, valența oxigenului este II, iar în azot, valența azotului este III:

Într-o moleculă de peroxid de hidrogen, valența oxigenului este de asemenea II, iar hidrogenul este I:

Definiţia posibil degrees oxidarea elementului

Stările de oxidare, pe care elementele le pot prezenta în diverși compuși, în majoritatea cazurilor pot fi determinate de structura nivelului electronic extern sau de locul elementului în sistemul periodic.

Atomii elementelor metalice pot dona doar electroni, astfel încât în ​​compuși ei prezintă stări de oxidare pozitive. Valoarea sa absolută în multe cazuri (cu excepția d -elemente) este egal cu numărul de electroni din nivelul exterior, adică numărul grupului din sistemul Periodic. atomi d -elementele pot dona electroni si de la nivelul frontului si anume din neumplut d -orbitali. Prin urmare, pentru d -elemente, este mult mai dificil de determinat toate stările de oxidare posibile decât pentru s- și p-elemente. Este sigur să spunem că majoritatea d -elementele prezintă o stare de oxidare de +2 datorită electronilor nivelului electronic exterior, iar starea de oxidare maximă în majoritatea cazurilor este egală cu numărul grupului.

Atomii elementelor nemetalice pot prezenta atât stări de oxidare pozitive, cât și negative, în funcție de atomul cu care element formează o legătură. Dacă elementul este mai electronegativ, atunci prezintă o stare de oxidare negativă, iar dacă este mai puțin electronegativ - pozitiv.

Valoarea absolută a stării de oxidare a elementelor nemetalice poate fi determinată din structura stratului electronic exterior. Un atom este capabil să accepte atât de mulți electroni încât opt ​​electroni sunt localizați la nivelul său exterior: elementele nemetalice din grupa VII iau un electron și prezintă o stare de oxidare de -1, grupa VI - doi electroni și arată o stare de oxidare de - 2, etc.

Elementele nemetalice sunt capabile să elibereze un număr diferit de electroni: maxim cât se află la nivelul energiei externe. Cu alte cuvinte, starea maximă de oxidare a elementelor nemetalice este egală cu numărul grupului. Datorită spoolingului de electroni la nivelul exterior al atomilor, numărul de electroni nepereche pe care un atom îi poate dona în reacții chimice variază, astfel încât elementele nemetalice sunt capabile să prezinte diferite stări intermediare de oxidare.

Posibile stări de oxidare elementele s - și p

Grupul PS
Cea mai înaltă stare de oxidare
Stare intermediară de oxidare
Stare de oxidare mai scăzută

Determinarea stărilor de oxidare în compuși

Orice moleculă neutră din punct de vedere electric, deci suma stărilor de oxidare ale atomilor tuturor elementelor trebuie să fie zero. Să determinăm gradul de oxidare în sulf (I V) oxid SO 2 taufosfor (V) sulfură P 2 S 5.

Oxid de sulf (și V) SO2 format din atomi ai două elemente. Dintre acestea, Oxigenul are cea mai mare electronegativitate, astfel încât atomii de oxigen vor avea o stare de oxidare negativă. Pentru oxigen este -2. În acest caz, sulful are o stare de oxidare pozitivă. În diferiți compuși, Sulful poate prezenta diferite stări de oxidare, așa că în acest caz trebuie calculat. Într-o moleculă SO2 doi atomi de oxigen cu o stare de oxidare de -2, deci sarcina totală a atomilor de oxigen este -4. Pentru ca molecula să fie neutră din punct de vedere electric, atomul de sulf trebuie să neutralizeze complet sarcina ambilor atomi de oxigen, astfel încât starea de oxidare a sulfului este +4:

În molecula de fosfor V) sulfură P2S5 elementul mai electronegativ este Sulful, adică prezintă o stare de oxidare negativă, iar Fosforul una pozitivă. Pentru sulf, starea de oxidare negativă este doar 2. Împreună, cinci atomi de sulf poartă o sarcină negativă de -10. Prin urmare, doi atomi de fosfor trebuie să neutralizeze această sarcină cu o sarcină totală de +10. Deoarece există doi atomi de fosfor în moleculă, fiecare trebuie să aibă o stare de oxidare de +5:

Este mai dificil de calculat gradul de oxidare în compușii nebinari - săruri, baze și acizi. Dar pentru aceasta, ar trebui să folosiți și principiul neutralității electrice și, de asemenea, să vă amintiți că, în majoritatea compușilor, starea de oxidare a oxigenului este -2, hidrogen +1.

Luați în considerare acest lucru folosind exemplul sulfatului de potasiu K2SO4. Starea de oxidare a potasiului în compuși poate fi doar +1, iar oxigenul -2:

Din principiul electroneutralității, calculăm starea de oxidare a sulfului:

2(+1) + 1(x) + 4(-2) = 0, deci x = +6.

La determinarea stărilor de oxidare ale elementelor din compuși, trebuie respectate următoarele reguli:

1. Starea de oxidare a unui element dintr-o substanță simplă este zero.

2. Fluorul este elementul chimic cel mai electronegativ, deci starea de oxidare a Fluorului în toți compușii este -1.

3. Oxigenul este cel mai electronegativ element după Fluor, prin urmare starea de oxidare a Oxigenului în toți compușii, cu excepția fluorurilor, este negativă: în majoritatea cazurilor este -2, iar în peroxizi - -1.

4. Starea de oxidare a Hidrogenului în majoritatea compușilor este +1, iar în compușii cu elemente metalice (hidruri) - -1.

5. Starea de oxidare a metalelor în compuși este întotdeauna pozitivă.

6. Un element mai electronegativ are întotdeauna o stare de oxidare negativă.

7. Suma stărilor de oxidare ale tuturor atomilor dintr-o moleculă este zero.

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.

Element	Stare de oxidare caracteristică	Excepții
		Hidruri metalice: LIH-1
		starea de oxidare numită sarcină condiționată a particulei în ipoteza că legătura este complet ruptă (are un caracter ionic). H- Cl = H + + Cl - , Legătura acidului clorhidric este polară covalentă. Perechea de electroni este mai predispusă la atom Cl - , deoarece este un element întreg mai electronegativ. Cum se determină gradul de oxidare? Electronegativitatea este capacitatea atomilor de a atrage electroni din alte elemente. Starea de oxidare este indicată deasupra elementului: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F2 -1 ,K + Cl - etc. Poate fi negativ și pozitiv. Starea de oxidare a unei substanțe simple (nelegat, stare liberă) este zero. Starea de oxidare a oxigenului în majoritatea compușilor este -2 (excepția sunt peroxizii H2O2, unde este -1 și compuși cu fluor - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ). - Stare de oxidare un ion monoatomic simplu este egal cu sarcina lui: N / A + , Ca +2 . Hidrogenul din compușii săi are o stare de oxidare de +1 (excepțiile sunt hidrurile - N / A + H - și tip conexiuni C +4 H 4 -1 ). În legăturile metal-nemetal, atomul care are cea mai mare electronegativitate are o stare de oxidare negativă (datele de electronegativitate sunt date pe scara Pauling): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NU 3 ) - etc. Reguli pentru determinarea gradului de oxidare în compușii chimici. Să luăm o conexiune KMnO 4 , este necesar să se determine starea de oxidare a atomului de mangan. Raţionament: Potasiul este un metal alcalin din grupa I a tabelului periodic și, prin urmare, are doar o stare de oxidare pozitivă de +1. Se știe că oxigenul are o stare de oxidare de -2 în majoritatea compușilor săi. Această substanță nu este un peroxid, ceea ce înseamnă că nu face excepție. Realizează o ecuație: K+MnXO 4 -2 Lăsa X- necunoscut gradul de oxidare al manganului. Numărul de atomi de potasiu este 1, mangan - 1, oxigen - 4. Se dovedește că molecula în ansamblu este neutră din punct de vedere electric, deci sarcina sa totală trebuie să fie egală cu zero. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, X = +7, Prin urmare, starea de oxidare a manganului în permanganatul de potasiu = +7. Să luăm un alt exemplu de oxid Fe2O3. Este necesar să se determine starea de oxidare a atomului de fier. Raţionament: Fierul este un metal, oxigenul este un nemetal, ceea ce înseamnă că este oxigenul care va fi un agent oxidant și va avea o sarcină negativă. Știm că oxigenul are o stare de oxidare de -2. Luăm în considerare numărul de atomi: fier - 2 atomi, oxigen - 3. Facem o ecuație unde X- starea de oxidare a atomului de fier: 2*(X) + 3*(-2) = 0, Concluzie: starea de oxidare a fierului în acest oxid este +3. Exemple. Determinați stările de oxidare ale tuturor atomilor din moleculă. 1. K2Cr2O7. Starea de oxidare K+1, oxigen O -2. Indicii dați: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2). pentru că suma algebrică a stărilor de oxidare ale elementelor dintr-o moleculă, ținând cont de numărul atomilor acestora, este 0, atunci numărul de stări de oxidare pozitive este egal cu numărul celor negative. Stări de oxidare K+O=(-14)+(+2)=(-12). De aici rezultă că numărul de puteri pozitive ale atomului de crom este 12, dar există 2 atomi în moleculă, ceea ce înseamnă că există (+12):2=(+6) pe atom. Răspuns: K2 + Cr2 +607-2. 2.(AsO 4) 3-. În acest caz, suma stărilor de oxidare nu va mai fi egală cu zero, ci cu sarcina ionului, adică. - 3. Să facem o ecuație: x+4×(- 2)= - 3 . Răspuns: (Ca +504-2) 3-.

În multe manuale școlare și manuale, ele învață cum să scrieți formule pentru valențe, chiar și pentru compuși cu legături ionice. Pentru a simplifica procedura de compilare a formulelor, acest lucru, în opinia noastră, este acceptabil. Dar trebuie să înțelegeți că acest lucru nu este în întregime corect din cauza motivelor de mai sus.

Un concept mai universal este conceptul de grad de oxidare. Prin valorile stărilor de oxidare ale atomilor, precum și prin valorile valenței, se pot compila formule chimice și se pot nota unități de formule.

Starea de oxidare este sarcina condiționată a unui atom dintr-o particulă (moleculă, ion, radical), calculată prin aproximarea că toate legăturile din particule sunt ionice.

Înainte de a determina stările de oxidare, este necesar să se compare electronegativitatea atomilor legați. Un atom cu o electronegativitate mai mare are o stare de oxidare negativă, în timp ce un atom cu o electronegativitate mai mică are o stare pozitivă.

Pentru a compara în mod obiectiv valorile electronegativității atomilor la calcularea stărilor de oxidare, în 2013 IUPAC a recomandat utilizarea scalei Allen.

* Deci, de exemplu, pe scara Allen, electronegativitatea azotului este 3,066, iar clorul este 2,869.

Să ilustrăm definiția de mai sus cu exemple. Să facem o formulă structurală a unei molecule de apă.

Legăturile polare covalente O-H sunt prezentate cu albastru.

Imaginează-ți că ambele legături nu sunt covalente, ci ionice. Dacă ar fi ionici, atunci un electron ar trece de la fiecare atom de hidrogen la atomul de oxigen mai electronegativ. Notăm aceste tranziții cu săgeți albastre.

*În aiade exemplu, săgeata servește pentru a ilustra transferul complet de electroni și nu pentru a ilustra efectul inductiv.

Este ușor de observat că numărul de săgeți arată numărul de electroni transferați, iar direcția lor - direcția transferului de electroni.

Două săgeți sunt direcționate către atomul de oxigen, ceea ce înseamnă că doi electroni trec către atomul de oxigen: 0 + (-2) = -2. Un atom de oxigen are o sarcină de -2. Acesta este gradul de oxidare a oxigenului într-o moleculă de apă.

Un electron părăsește fiecare atom de hidrogen: 0 - (-1) = +1. Aceasta înseamnă că atomii de hidrogen au o stare de oxidare de +1.

Suma stărilor de oxidare este întotdeauna egală cu sarcina totală a particulei.

De exemplu, suma stărilor de oxidare dintr-o moleculă de apă este: +1(2) + (-2) = 0. O moleculă este o particulă neutră din punct de vedere electric.

Dacă calculăm stările de oxidare într-un ion, atunci suma stărilor de oxidare, respectiv, este egală cu sarcina acestuia.

Valoarea stării de oxidare este de obicei indicată în colțul din dreapta sus al simbolului elementului. În plus, semnul este scris în fața numărului. Dacă semnul este după număr, atunci aceasta este sarcina ionului.

De exemplu, S -2 este un atom de sulf în starea de oxidare -2, S2- este un anion de sulf cu o sarcină de -2.

S +6 O -2 4 2- - valorile stărilor de oxidare ale atomilor din anionul sulfat (sarcina ionului este evidențiată cu verde).

Acum luați în considerare cazul în care compusul are legături mixte: Na 2 SO 4 . Legătura dintre anionul sulfat și cationii de sodiu este ionică, legăturile dintre atomul de sulf și atomii de oxigen din ionul sulfat sunt polare covalente. Scriem formula grafică pentru sulfatul de sodiu, iar săgețile indică direcția tranziției electronilor.

*Formula structurală reflectă ordinea legăturilor covalente dintr-o particulă (moleculă, ion, radical). Formulele structurale sunt utilizate numai pentru particulele cu legături covalente. Pentru particulele cu legături ionice, conceptul de formulă structurală este lipsit de sens. Dacă există legături ionice în particule, atunci se utilizează formula grafică.

Vedem că șase electroni părăsesc atomul de sulf central, ceea ce înseamnă că starea de oxidare a sulfului este 0 - (-6) = +6.

Atomii terminali de oxigen iau câte doi electroni fiecare, ceea ce înseamnă că stările lor de oxidare sunt 0 + (-2) = -2

Atomii de oxigen din punte acceptă câte doi electroni, starea lor de oxidare este -2.

De asemenea, este posibil să se determine gradul de oxidare prin formula structural-grafică, unde liniuțele indică legături covalente, iar ionii indică sarcina.

În această formulă, atomii de oxigen de legătură au deja sarcini negative unitare și un electron suplimentar le vine de la atomul de sulf -1 + (-1) = -2, ceea ce înseamnă că stările lor de oxidare sunt -2.

Starea de oxidare a ionilor de sodiu este egală cu sarcina lor, adică. +1.

Să determinăm stările de oxidare ale elementelor din superoxidul de potasiu (superoxid). Pentru a face acest lucru, vom întocmi o formulă grafică pentru superoxidul de potasiu, vom arăta redistribuirea electronilor cu o săgeată. Legătura O-O este covalentă nepolară, deci redistribuirea electronilor nu este indicată în ea.

* Anionul superoxid este un ion radical. Sarcina formală a unui atom de oxigen este -1, iar celălalt, cu un electron nepereche, este 0.

Vedem că starea de oxidare a potasiului este +1. Starea de oxidare a atomului de oxigen scris în formula opusă potasiului este -1. Starea de oxidare a celui de-al doilea atom de oxigen este 0.

În același mod, se poate determina gradul de oxidare prin formula structural-grafică.

Cercurile indică sarcinile formale ale ionului de potasiu și ale unuia dintre atomii de oxigen. În acest caz, valorile sarcinilor formale coincid cu valorile stărilor de oxidare.

Deoarece ambii atomi de oxigen din anionul superoxid au stări de oxidare diferite, putem calcula starea medie aritmetică de oxidare oxigen.

Va fi egal cu / 2 \u003d - 1/2 \u003d -0,5.

Valorile stărilor de oxidare medii aritmetice sunt de obicei indicate în formule brute sau unități de formulă pentru a arăta că suma stărilor de oxidare este egală cu sarcina totală a sistemului.

Pentru cazul superoxidului: +1 + 2(-0,5) = 0

Este ușor să determinați stările de oxidare folosind formulele punctului de electroni, în care perechile de electroni singuri și electronii legăturilor covalente sunt indicați prin puncte.

Oxigenul este un element al grupului VIA, prin urmare există 6 electroni de valență în atomul său. Imaginați-vă că legăturile din molecula de apă sunt ionice, caz în care atomul de oxigen ar primi un octet de electroni.

Starea de oxidare a oxigenului este, respectiv, egală cu: 6 - 8 \u003d -2.

Și atomi de hidrogen: 1 - 0 = +1

Capacitatea de a determina gradul de oxidare folosind formule grafice este de neprețuit pentru înțelegerea esenței acestui concept, deoarece această abilitate va fi necesară în cursul chimiei organice. Dacă avem de-a face cu substanțe anorganice, atunci este necesar să putem determina gradul de oxidare prin formule moleculare și unități de formulă.

Pentru a face acest lucru, în primul rând, trebuie să înțelegeți că stările de oxidare sunt constante și variabile. Elementele care prezintă o stare de oxidare constantă trebuie memorate.

Orice element chimic se caracterizează prin stări de oxidare superioare și inferioare.

Cea mai scăzută stare de oxidare este sarcina pe care o dobândește un atom ca urmare a primirii numărului maxim de electroni pe stratul exterior de electroni.

Având în vedere această, cea mai scăzută stare de oxidare este negativă, cu excepția metalelor, ai căror atomi nu iau niciodată electroni din cauza valorilor scăzute ale electronegativității. Metalele au cea mai scăzută stare de oxidare de 0.

Majoritatea nemetalelor din principalele subgrupuri încearcă să-și umple stratul exterior de electroni cu până la opt electroni, după care atomul capătă o configurație stabilă ( regula octetului). Prin urmare, pentru a determina cea mai scăzută stare de oxidare, este necesar să înțelegem câți electroni de valență îi lipsesc unui atom unui octet.

De exemplu, azotul este un element al grupului VA, ceea ce înseamnă că există cinci electroni de valență în atomul de azot. Atomul de azot are trei electroni mai puțin de un octet. Deci cea mai scăzută stare de oxidare a azotului este: 0 + (-3) = -3

Pentru a caracteriza starea elementelor din compuși, a fost introdus conceptul de grad de oxidare.

DEFINIȚIE

Numărul de electroni deplasați de la un atom al unui element dat sau la un atom al unui element dat dintr-un compus se numește starea de oxidare.

O stare de oxidare pozitivă indică numărul de electroni care sunt deplasați de la un anumit atom, iar o stare de oxidare negativă indică numărul de electroni care sunt deplasați către un anumit atom.

Din această definiție rezultă că în compușii cu legături nepolare, starea de oxidare a elementelor este zero. Moleculele constând din atomi identici (N2, H2, CI2) pot servi ca exemple de astfel de compuși.

Starea de oxidare a metalelor în stare elementară este zero, deoarece distribuția densității electronilor în ele este uniformă.

La compușii ionici simpli, starea de oxidare a elementelor lor constitutive este egală cu sarcina electrică, deoarece în timpul formării acestor compuși are loc un transfer aproape complet de electroni de la un atom la altul: Na +1 I -1, Mg +2 CI-12, Al+3F-13, Zr+4Br-14.

La determinarea gradului de oxidare a elementelor din compușii cu legături covalente polare, se compară valorile electronegativității acestora. Deoarece, în timpul formării unei legături chimice, electronii sunt deplasați în atomi de elemente mai electronegative, acestea din urmă au o stare de oxidare negativă în compuși.

Cea mai înaltă stare de oxidare

Pentru elementele care prezintă diferite stări de oxidare în compușii lor, există concepte de stări de oxidare superioare (pozitive maxime) și inferioare (minim negative). Cea mai mare stare de oxidare a unui element chimic coincide de obicei numeric cu numărul grupului din sistemul periodic al lui D. I. Mendeleev. Excepțiile sunt fluorul (starea de oxidare este -1, iar elementul este situat în grupa VIIA), oxigenul (starea de oxidare este +2, iar elementul este situat în grupa VIA), heliu, neon, argon (starea de oxidare). este 0, iar elementele sunt situate în grupa VIII), precum și elementele subgrupelor de cobalt și nichel (starea de oxidare este +2, iar elementele sunt situate în grupa VIII), pentru care se exprimă cea mai mare stare de oxidare printr-un număr a cărui valoare este mai mică decât numărul grupului căruia îi aparțin. Elementele subgrupei de cupru, dimpotrivă, au o stare de oxidare mai mare de mai mult de una, deși aparțin grupei I (starea maximă de oxidare pozitivă a cuprului și argintului este +2, aur +3).

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Răspuns Vom determina alternativ gradul de oxidare a sulfului în fiecare dintre schemele de transformare propuse și apoi alegem răspunsul corect.

• În hidrogenul sulfurat, starea de oxidare a sulfului este (-2), iar într-o substanță simplă - sulf - 0:

Modificarea stării de oxidare a sulfului: -2 → 0, adică. al șaselea răspuns.

• Într-o substanță simplă - sulf - starea de oxidare a sulfului este 0, iar în SO 3 - (+6):

Modificarea stării de oxidare a sulfului: 0 → +6, adică. al patrulea răspuns.

• În acidul sulfuros, starea de oxidare a sulfului este (+4), iar într-o substanță simplă - sulf - 0:

1×2 +x+ 3×(-2) =0;

Modificarea stării de oxidare a sulfului: +4 → 0, adică al treilea raspuns.

EXEMPLUL 2

Exercițiu	Valenta III si starea de oxidare (-3) azotul prezinta in compus: a) N2H4; b) NH3; c) NH4CI; d) N2O5
Soluţie	Pentru a da un răspuns corect la întrebarea pusă, vom determina alternativ valența și starea de oxidare a azotului în compușii propuși. a) valența hidrogenului este întotdeauna egală cu I. Numărul total de unități de valență a hidrogenului este 4 (1 × 4 = 4). Împărțiți valoarea obținută la numărul de atomi de azot din moleculă: 4/2 \u003d 2, prin urmare, valența azotului este II. Acest răspuns este incorect. b) valența hidrogenului este întotdeauna egală cu I. Numărul total de unități de valență a hidrogenului este 3 (1 × 3 = 3). Împărțim valoarea obținută la numărul de atomi de azot din moleculă: 3/1 \u003d 2, prin urmare, valența azotului este III. Starea de oxidare a azotului din amoniac este (-3): Acesta este răspunsul corect.
Răspuns	Opțiunea (b)