Металлы с отрицательной степенью окисления

Обновлено: 05.07.2024

Действительно, школьная химия говорит нам, что металлы - всегда имеют положительную степень окисления, а так ли это на самом деле? Не совсем. Существует ряд веществ, в которых металлы будут проявлять отрицательную степень окисления.

1. Cs9Pt4H (платинид-гидрид цезия) Соединение Cs9Pt4H было выделено в виде кристаллов вишнево-красного цвета, для его получения использовали реакцию платины с металлическим цезием и гидридом цезия. Изучение платинид-гидрида цезия с помощью ЯМР-спектроскопии и квантовохимического моделирования подтвердило его строение и распределение зарядов;

2. Алкалиды — соли, содержащие в качестве аниона анионы щелочных металлов.

Алкалиды, как правило, содержат катион металла, связанный органическим полидентатным лигандом (краун-эфиры, криптанды, азакрауны и др.) и анион щелочного металла. Были изучены и получены более 30 алкалидов с анионами Na−, K−, Rb− и Cs−

3. Интерметалли́д (интерметаллическое соединение) — химическое соединение двух или более металлов. Интерметаллиды, как и другие химические соединения, имеют фиксированное соотношение между компонентами.

Степень окисления - довольно условная циферка. И отрицательная у металлов встречается нередко. Всякие там станниды или висмутиды.

"Действительно, школьная химия говорит нам, что металлы - всегда имеют положительную степень окисления, а так ли это на самом деле?"

И школьная химия абсолютно права, то что ты привел это сплавы, а не металлы.

Хули эти вещества . Ты пример металла приведи.

В школе нам сначала говорят, что числа бывают только положительные и целые, потом говорят что из большего нельзя вычитать меньшее, потом говорят что на 0 делить нельзя. И всё это правильно, потому что каждой информации своё время, а так можно и 8 класс начать с уравнения Шрёдингера, что бы ну всё по "чесноку".

Не бывает металлов или сплавов с отрицательной степенью окисления? А то в заголовке одно, в тексте уже другое

Ответ на пост «Не нужны уроки сексуального воспитания в школах, пусть, но хотя бы анатомию и физиологию нормально объясняйте»⁠ ⁠

В 15 лет среди знакомых сверстников узнала о существовании в городе центра "Анти-СПИД", медицинского центра. На его базе было волонтерское отделение, где психологи работали со школьниками старших классов и организовывали встречи с учебными классами в школах города. Идея была в том, чтобы такие же школьники, которым объяснили все про ВИЧ, СПИД, пути заражения, предохранения и тд, рассказывали своим ровесникам, все что нужно, отвечали на их вопросы. Что важно, во время такой встречи учитель должен был выйти из класса, чтобы было максимально доверительное общение и задавались откровенные вопросы, например можно ли заразиться через оральный секс или прерванный половой акт. Ну и конечно в центре нас обучали так, чтобы с одной стороны всей информацией мы владели, но не выглядели ботаниками, которые читают по бумажке доклад.
Это был 2000 год, в нашем городе было засилие героиновых наркоманов. Везде валялись шприцы, да и гуляя во дворе все видели - этот нарик, этот тоже торчит. Ну а дальше по цепочке, один укололся, переспал с подругой, та с другом. Проблема была актуальная. Конечно акцент в этих встречах был именно на проблеме ВИЧ, а не сексуальном просвещении. Но от СПИДа защищают те же презервативы, что и от нежелательной беременности, про них мы тоже говорили.
Лично я пошла в этот центр, чтобы самой узнать про СПИД, потому что в 2000 у кого-то был компьютер и наверное интернет, но не у меня) Но была потребность разобраться.
Сейчас этот центр существует как медицинский, но вряд ли в нем есть подобные группы волонтёров. Я думаю, уже есть несколько статей, по которым подобное можно запретить, закрыть, признать и призвать к ответственности.

Ответ Farengate451 в «Не нужны уроки сексуального воспитания в школах, пусть, но хотя бы анатомию и физиологию нормально объясняйте»⁠ ⁠

Обитаю в европах и могу немного поделиться про эти самые уроки сексуального воспитания у моих детей.

Их проводили два раза - один раз в 4-5 классе и один раз в седьмом. Оба раза давали информацию по анатомии и физиологии, но во второй раз ещё и по ЗППП, предохранению, ранней беремености, овуляции, согласию и ответственности. Давали информационный материал, где сухо было описано то, что объясняли на уроке специально приглашённые люди. Изображения присутствовали, но схематические как в учебнике.

Никакой пропаганды ЛГБТ, никакой пошлятины - всё по-взрослому, с медицинскими терминами. Лично для меня ничего нового или незнакомого, но я бы не осилил так чётко, сжато и без смущения объяснить всё это дочери. На вопросы ответить смог, но вот всё в полном объёме я бы просто не потянул рассказать.

Я не сторонник ранней половой жизни и сам немного пуританского воспитания, родители никогда не обсуждали со мной подобные темы. Данные уроки считаю правильным делом при условии ответственной подборки материала и ведущего эти уроки.

Если есть вопросы (не по сексуальным аспектам) - буду рад ответить.

В 8 классе кажется, училка биологии молча раздала каждому по 2 листка, на одном влагалище, на другом пенис, и в частям этих органов проведены стрелочки. Наша задача была просто подписать каждый элемент органа. С пенисом все справились быстро, чего сложного, там головка, там мошонка, ну и крайняя плоть.

Со вторым листком ситуация была не однозначная. Влагалище на нем было типа раскрытое, ну как перед гинекологом, что то такое. Девочки справились почти сразу, возможно у них был хотя бы один урок где хоть что-то рассказывали, точно не помню.

А вот мы с парнями обосрались по полной. Писали кто как мог, кто то слышал про точку G - подписал к мочеиспускательному отверстию, кто то даже слышал про внешние половые губы, значит где то там должны быть внутренние наверное, пара минут ушла на то чтобы из ниоткуда вспомнить про какой-то клитор и придумать где он находится. Это было фиаско братцы. Даже я про клитор наверное в южном парке только слышал.

Те кто поумней попробовали поискать ту же схему в учебнике. Те кто посмелей не стаснялись перешептываться с девочками и просить помочь.

Результаты были очевидны, пацанам проставили в основном тройки. Ни объяснений, ни попыток наверстать упущенное в образовании.

К сожалению и сегодня тяжело поднимать такую тему. Мы к этому не предрасположены, закрыты какими то устаревшими моральными комплексами. Единственное что мы можем, это в кругу семьи попросить поделиться знаниями и опытом, что конечно не даёт 100% результата. Где то в семье почитается религия и кроме "береги честь семьи" подросток ничего не узнает.

Перенимать опыт стран Европы тоже считаю нужно с осторожностью, раскройте подросткам границы сексуальной стороны жизни без должной ответственности и у вас будет массовое оплодотворение несовершеннолетних, возможные вспышки ЗППП, сотни уголовных дел о совращении и т.д.

В общем сложное это дерьмо, а я так, чисто поделился нашим опытом. Чукча не писатель и все такое.

Ответ Aleks.Krasnoff в «Не нужны уроки сексуального воспитания в школах, пусть, но хотя бы анатомию и физиологию нормально объясняйте»⁠ ⁠

Заканчивал школу в 2001 году.

У нас преподаватель по биологии сначала рассказала про функции половых органов у мужчин и женщин, в общих чертах.

А потом всех парней выгнали, а девочкам видимо рассказывали про месячные, ЗППП, предохранения и т.д.

Нам, пацанам, которым по 15-16 лет было никто ничего не собирался рассказывать.

Мне-то в общем и не нужно было, я уже в 1 классе знал всё про размножение/месячные и как всё происходит. Не знал только про ЗППП, уже в ПТУ учась на следующем году узнал, прочитав в книге.

Но чего я никогда не забуду, это хохот и смехуёчки парней и девчонок, когда нам рассказывали про размножение и устройство половых органов. Не смеялся один я, да ещё пара девочек. Всем остальным было очень весело.

Моя история старая, но показательная. 97-й, ВС РФ, срочка. Сидим как-то ночью, чаи гоняем в курилке, человек шесть-семь. Начальство всё по домам. Был в батарее двухметровый детина по прозвищу, естественно, "Малыш". И вот он вваливается к нам: губы трясутся, глаза блестят, уставные трусы мокрые. И дрожащим голосом говорит: Парни, со мной случилось то, что бывает только у мальчиков в 14 лет. Я сначала решил, что шутит, по сторонам посмотрел - у народа напряжённые лица, все за сигаретами потянулись. Ну решил разрядить обстановку, говорю, мол, радуйся, организм работает, как надо. Тут уже ко мне все обернулись с вопросом на лицах. Напомнил им про поллюции. Ноль эмоций. Не может быть, думаю, и начинаю потихоньку, издалека им про это дело рассказывать. Никогда в жизни меня так внимательно не слушали! Минут сорок разглагольствовал. И это люди по 19-20 лет, каждый из которых себя гигантом секса считал.

"Малыш" потом подошёл, говорит: Спасибо, FlyingVombat, я-то думал, что безнадёжно болен.

Ответ Gx460 в «Не нужны уроки сексуального воспитания в школах, пусть, но хотя бы анатомию и физиологию нормально объясняйте»⁠ ⁠

В 10-11 классе у нас тоже был урок сексуального воспитания в школе. И я была бы рада поделиться, если бы он был хоть в чем-то информативный, но на деле…

Собрали нас, девочек, в классе, зашла тетя, не помню, кем она представилась, но искренне надеюсь, что гинекологом она никогда не работала, и стала просвещать наши неокрепшие умы:

Во-первых, телегония. Да-да, девочки, секс нужен только после свадьбы, иначе ваш ребёнок будет похож на первого полового партнера, так как матка имеет память, а член какие-то особые клетки, способные проникать в женский организм и оставаться там на всю жизнь… нет, презерватив не поможет, эти клетки живучие и проникают через него.

Во-вторых, секс после свадьбы нужен потому, что стопроцентных методов предохранения от беременности (ну и ЗППП, естественно) нет и быть не может. И упустила бы я этот пункт, но дальше нам было рассказано, как работает внутриматочная спираль. Если вкратце, то вставляют в матку нечто похожее на насадку на миксер такого плана

Для наглядности нам это все зарисовали на доске. И вот способ работы этого оборудования в том, что внутри матки этот венчик крутится и соскребает и расчленяет бедного несчастного человеческого детёныша…

В-третьих, что следует из второго пункта, аборт зло. Зло. Зло. Зло. Для того, чтобы мы окончательно в этом утвердились, нам был зачитан и так же дан в распечатанном виде «Дневник нерожденного ребёнка». Мракобесная слезовыжималка.

Окончил школу в 2001, так что не помню уже в каком это классе было. Но хорошо запомнил случай:
У нас учитель по биологии была набожной. Когда что-то рассказывала, она могла приплести религию. В духе: «дети, знаете почему у насекомых 6 лап? Вспомните на какой день Бог создал животных». 🤦🏼‍♂️
Ну а когда мы должны были перейти к изучению анатомии человека она вообще сказала: «я не буду вам это все рассказывать, изучайте всё самостоятельно дома». Понятно, что никто ничего не читал, так- пролистали в лучшем случае.🤷🏻‍♂️

С чего вы решили, что более длительный и углубленный курс анатомии и физиологии даст знания по данным вопросам?

Это ПАТфизиология, это вам кажутся очевидными данные факты, поскольку вы учились профильно на врача.

Чтобы понять что аборт не метод контрацепции, нужно проводить урок по методам контрацепции в рамках курса полового воспитания, а где в анатомии и физиологии заложен такой курс? Правильно, нигде!

Про механизмы ожирения и инсулинорезистентности не всегда даже узкопрофильный врач знает, поэтому существуют эндокринологи, которые знают как лечить его. И тут дело не в заблуждении о лечении содой, а в том, что многие слепо уверены: достаточно меньше жрать. Вы хотите впихнуть эти знания в голову школьников? Голова взорвется!

Про хламидиоз вообще молчу, нужно знать определенные моменты физиологии, патофизиологии, микробиологии, дерматовенерологии, гинекологии. Какой нахрен школьный курс?

Вы путаете необходимые «бытовые» знания, которые должны приниматься де-факто без понимания сущности и просто применяться в жизни (к примеру, прочитал про хламидиоз в Википедии, или, допустим, объяснили просвещенные в данном вопросе родители / знакомые) и наполнение школьного курса по анатомии и физиологии.

Да, имеется необходимость каких-то прикладных курсов в школе: «половое воспитание», «первая медицинская помощь», «информационная культура» и пр., но это никак не связано с анатомией и физиологией. Хотя согласен, что в головах большинства людей роятся дикие, а иногда варварские мысли «о правильном» в разных сферах жизни.

У меня в школе тоже достаточно пожилая учительница в конце 90-х постеснялась объяснять и рассказывать, но у меня был свой самоучитель:

Сколько же там было всего интересного: письма в редакцию, советы, анекдоты.
Мне родители не проводили лекций о половом созревании, но, мне кажется, они специально оставляли эту литературу в туалете.
Именно, благодаря этой газете, я был более чем готов к своему первому разу)

Ответ на пост «Лабораторные работы в школе: "Провести нельзя игнорировать"»⁠ ⁠

Есть еще другая проблема. Отсутствие в школе материально-технической базы для проведения лабораторных практикумов. Старые, просроченные реактивы советских еще времен, не хватает лабораторной посуды.

А еще банальный страх администрации образовательных учреждений.

Работала я в одной из школ учителем химии. Мой предшественник как-то видимо нарушил ТБ и устроил в кабинете пожар во время одной из лабораторных работ. Учителя уволили, кабинет отремонтировали. А еще списали и утилизировали почти все реактивы и оборудование, оставив только советские, с истекшим сроком годности.

На мой вопрос, как проводить лабораторные работы, мне сказали - показывайте видеоуроки с Ютуба.

А потом из детей, ни разу в школе не прикоснувшихся к лаб. посуде, не умеющих лить кислоту в воду, получаются первокурсники естественнонаучных и медицинских специальностей, у которых трясутся руки при попытке взять в руки пробирку или колбу, и не дай Бог, что-то смешать. Такое тоже видела.

Из этой школы я ушла, по комплексу факторов. Это был один из них.

Лабораторные работы в школе: "Провести нельзя игнорировать"⁠ ⁠

Немного о наболевшем.

Меня очень сильно расстраивает современная тенденция по игнорированию учителями естественных наук лабораторных практикумов. Очень больно смотреть на высохшие рН-электроды, на совершенно новые газоанализаторы с вышедшими из строя датчиками (некоторые имеют срок годности и со временем портятся), слежавшиеся в камень реактивы, запылившиеся микроскопы. Понятное дело, порой причина кроется в преподавателях — кому-то лень, кому-то некогда. В той школе, где работал я — на это было плевать всем, вплоть до директора. У меня были дорогущие цифровые лаборатории с современными датчиками, но не было даже нормального количества стаканов, не говоря уже о весах и бюретках. Директор школы предлагал мне пользоваться рычажными весами с гирьками, а слежавшиеся реактивы из стеклянных пузырьков с узким горлышком выковыривать карандашом. За 4 месяца пинания разных управленцев мне так и не смогли повесить дистиллятор (он всё это время валялся по вытяжным шкафом).

И я прекрасно понимаю, что таких школ много. Как бороться с этим изнутри я не представляю. Но! Сейчас я учусь в магистратуре и темой своей дипломной работы я взял экспертизу качества проведения лабораторных практикумов в средней школе. На мой взгляд, повысить количество и качество практикумов на сегодняшний день можно лишь в том случае, если создать нормативную базу, а так же регулярно проверять школы на исполнение этой нормативной базы, заранее рассказав всем что и как будет проверяться.

На мой взгляд, только так можно увеличить скорость закупки реактивов и оборудования. Только так учитель может донести до руководства необходимость наличия тех или иных приборов. Только так можно содействовать появлению мотивации учителей реально проводить практические работы.

С другой стороны, я очень часто слышал, мол, а зачем всё это надо? Кто хочет — найдёт практикум на стороне, нам главное на ЕГЭ натаскать, да и вообще, лабораторные работы — это лишний геморрой. А так — "Праки реже — деньги те же!"

А как Вы считаете, есть ли другие методы улучшения ситуации с лабораторными работами? И нужно ли вообще в этой области что-то делать?

Ну и бонусом, буду признателен всем, кто ответит на небольшой опросник. Он анонимный. Хотелось бы видеть хотя бы примерный масштаб трагедии.

UPD: Пост не призывает куда-то писать, кому-то жаловаться и так далее. Я сам лично буду проталкивать наверх проекты нормативок. А здесь мне больше интересно, насколько это вообще важно для обывателя. Для родителей, дети которых ходят или пойдут в школу, для тех, кто работает по ту сторону баррикад. Насколько вообще то, что я делаю, нужно для общества.

Степень окисления элемента

В химии степень окисления элементов говорит о том, как проходят окислительно-восстановительные реакции, а точнее — как при этом атомы перераспределяют между собой электроны. Это не очень сложная тема, но в ней часто бывает путаница. Разберемся, как считать степень окисления в разных соединениях.

О чем эта статья:

Что такое степень окисления

Для начала давайте вспомним, как проходят химические связи в молекуле вещества. Взаимодействуя между собой, атомы могут притягивать или отдавать электроны для образования общей электронной пары. Атом с более высокой электроотрицательностью (ЭО) притягивает электроны и приобретает отрицательный заряд, а атом с меньшей ЭО, напротив, отдает электроны и обретает положительный заряд.

Степень окисления — это условный заряд, который предположительно обретет атом после перемещения электронов. Он вычисляется из предположения, что все свободные электроны полностью перемещаются от одного атома к другому и все образованные связи — ионные.

Почему в определении степени окисления мы говорим об условном заряде? Потому что в реальности он может быть другим, а химические связи атома в соединении не обязательно будут ионными. Но мы предполагаем, что все именно так, чтобы немного упростить расчеты. Это помогает в составлении формул и классификаций.

Запомните:

Численно степень окисления равна количеству электронов, которые перешли от одного атома к другому.

У атома с меньшей ЭО, который отдает электроны, — положительная степень окисления.

У атома с большей ЭО, который притягивает электроны, — отрицательная степень окисления.

Простые вещества, такие как Cl₂, O₂ и т. д., имеют степень окисления, равную 0, поскольку смещения электронов в данном случае не происходит.

Как рассчитать степень окисления

Как мы уже выяснили выше, определить степень окисления элемента (иначе говоря, окислительное число) помогает электроотрицательность. Значения ЭО легко узнать, пользуясь таблицей Менделеева или шкалой относительной электроотрицательности. Сравните, у какого химического элемента в соединении ЭО выше — этот элемент будет притягивать электроны и приобретет отрицательный заряд.

Шкала относительной электроотрицательности

В нейтральной молекуле все окислительные числа в сумме образуют ноль. В ионе их сумма равна заряду иона.

Это правило поможет составить уравнение и посчитать степень окисления любого химического элемента в соединении, если известны данные по остальным элементам. Еще больше облегчат расчеты следующие закономерности:

у водорода в гидридах окислительное число −1, а во всех остальных веществах оно равно +1;

у кислорода степень окисления в оксидах равна −2, в пероксидах −1, в соединениях с фтором +2;

у неметаллов в соединениях с водородом и металлами окислительное число всегда отрицательное;

у металлов степень окисления всегда положительная.

Также есть элементы, которые во всех соединениях отдают или принимают одинаковое количество электронов, поэтому их окислительное число — постоянная величина.

Алгоритм действий

Итак, мы знаем основные закономерности. Давайте разберемся, как находить степени окисления на примерах. Предлагаем следующий алгоритм действий.

Посмотрите, является ли вещество элементарным. Если да — значит, оно находится в химически несвязанном состоянии и окислительное число равно 0. Это правило подходит как для веществ, образованных из отдельных атомов, так и для тех, что включают многоатомные молекулы одного и того же элемента.

Пример

Степень окисления Cl₂, S₈ равна 0.

Если это соединение, определите, состоит ли оно из ионов. В многоатомном ионе сумма всех степеней окисления равна его заряду. Узнайте эту сумму из таблицы растворимости и составьте уравнение с известными окислительными числами.

Допустим, нужно определить заряд азота в ионе аммония.

Согласно таблице растворимости заряд иона аммония NH₄ + равен +1. Это значит, что сумма степеней окисления в этом соединении тоже будет равна +1.

Также известно, что водород всюду, кроме гидридов, имеет заряд +1. В данном случае есть 4 атома водорода, т. е. +1 × 4.

Составим формулу: х + (+1) × 4 = +1. Значит х = −3.

Окислительное число азота в ионе аммония равно −3, т. е. N -3 H₄ +1 .

Если соединение — нейтральная молекула, составьте уравнение, учитывая, что все окислительные числа в сумме равны 0.

Допустим, нужно определить степень окисления серы в соединении Na₂SO₄.

Мы знаем, что у щелочного металла Na постоянное окислительное число +1. Кислород, согласно вышеизложенным правилам, в оксидах имеет заряд −2.

Составим уравнение: (+1) × 2 + х + (−2) × 4 = 0. Значит х = −6.

Степень окисления серы равна −6, т. е. Na₂ +1 S -6 O₄ -2 .

Как узнать степень окисления нескольких элементов

А как быть, если неизвестны окислительные числа двух и более элементов в соединении? В математике уравнения с двумя неизвестными не всегда имеют решение. Но в химии есть выход: можно разделить химическую формулу на несколько частей, которые имеют постоянные заряды.

Как вычислить степень окисления в сложном веществе (NH₄)₂SO₄? Посмотрим на него как на соединение двух ионов с известными зарядами: NH₄ + и SO₄ 2- .

Поскольку мы знаем окислительные числа водорода и кислорода, найти заряды азота и серы в каждом ионе не составит труда.

В ионе NH₄ + формула для определения заряда азота будет следующей: х + (+1) × 4 = 1. Понятно, что х = −3, т. е. степень окисления азота −3.

В ионе SO₄ 2- формула для серы х + (−2) × 4 = −2. Следовательно, х = 6, т. е. заряд серы равен +6.

Получаем следующие окислительные числа: (N -3 H₄ +1 )₂S +6 O₄ -2 .

Как определить высшую и низшую степень окисления

Выделяют высшую (или максимально положительную) и низшую (максимально отрицательную) степени окисления. В диапазоне между ними располагаются окислительные числа, которые могут принадлежать данному химическому элементу в различных соединениях. Для четных групп характерны четные числа в диапазоне, а для нечетных групп — нечетные.

Высшая степень окисления совпадает с номером группы элемента (для элементов в главной подгруппе) в короткой форме периодической системы.

Низшая степень окисления равна числу, которое получится, если от номера группы элемента отнять 8.

Исключения: фтор, железо, кобальт, родий, подгруппа никеля, кислород, благородные газы (помимо ксенона).

Проиллюстрируем на примере, как найти высшую и низшую степень окисления.

По степени окисления можно понять, как поведет себя вещество в окислительно-восстановительных реакциях. Если в соединении главный действующий элемент имеет высшую степень окисления, оно является окислителем, а если он имеет низшую степень окисления — восстановителем.

Например, серная кислота является окислителем, поскольку у серы в данном случае заряд +6. А вот в сернистой кислоте у серы заряд всего +4, поэтому она может проявлять и окислительную способность, и восстановительную. В сероводороде заряд серы равен −2, и это минимальная степень окисления, а значит, данное вещество — восстановитель.

Как найти степень окисления в органическом соединении

В органической химии определять окислительные числа элементов немного сложнее, поскольку все органические вещества включают углерод, известный большим количеством неполярных связей. Если у нас всего один атом углерода, можно использовать стандартный способ.

Рассчитайте степень окисления углерода в метаноле H₃C−OH.

Мы знаем, что водород Н имеет окислительное число +1, а у кислорода в данном случае оно равно −2. Составим уравнение:

х + (+1) × 4 + (+2) × 1 = 0

Заряд углерода равен −2, т. е. C -2 H₄ +1 O -2 .

Но что делать, если атомов углерода больше? Придется анализировать структурную формулу, чтобы понять, какие химические связи есть между элементами и сколько электронов они теряют/приобретают в результате. Такой вариант нахождения окислительного числа называют графическим.

Графический метод

Нарисуйте структурную формулу соединения.

Изобразите стрелками химические связи и смещение атомов (все связи между атомами углерода С−С считайте неполярными).

Посчитайте, сколько стрелок ведет к атому (это «−») и сколько от него (это «+»), а затем суммируйте «+» и «−», чтобы узнать степень окисления.

Валентность и степень окисления: в чем разница?

Школьники, которые только начали изучать данные разделы химии, нередко путают степень окисления и валентность. Численно эти показатели могут совпадать (но далеко не всегда), а вот по смыслу они в корне различаются.

Валентность показывает, какое количество связей способен образовать один атом, а степень окисления — сколько электронов перемещается в результате этих связей.

Между этими двумя понятиями есть следующие отличия:

валентность не имеет знака, в то время как у окислительного числа он есть («+» или «−»);

валентность равна нулю только в том случае, если атом не имеет связей с другими частицами, а степень окисления может быть равна нулю и при наличии таких связей;

вычисляя степень окисления, мы предполагаем, что в соединении ионные связи, хотя на самым деле это может быть не так, а валентность всегда имеет реальный смысл.

Поэтому отождествлять эти два понятия ни в коем случае не стоит. Более того, не нужно ориентироваться на валентность, пытаясь определить окислительное число.

Металлы с отрицательной степенью окисления

В этой статье мы рассмотрим характеристики азота в химии, узнаем, какие степени окисления может иметь азот и поговорим о важнейших соединениях, в состав которых входит этот химический элемент.

11 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Азот (N₂) — первый представитель V группы главной подгруппы и 2 периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Если рассматривать местоположение азота в длиннопериодной таблице Менделеева, то там он занимает лидирующее место в 15 группе. Для представителей этой группы было предложено название пниктогены (от греческого корня πνῑ́γω — удушливый, плохо пахнущий). Явно это относится к водородным соединениям представителей данной группы.

Электронное строение азота

Рассмотрим строение атома и электронную конфигурацию азота, а затем сделаем некоторые заключения.

Атомный или порядковый номер азота равен 7, что соответствует количеству электронов и протонов в ядре. Молярная масса равна 14,00728 г/моль, а количество нейтронов в атоме этого изотопа равно семи.

Теперь перейдем к электронному строению. В основном состоянии электронная формула азота: 1s 2 2s 2 2p 3 , в сокращенном виде — [He]2s 2 2p 3 . На внешнем энергетическом уровне 5 валентных электронов, среди которых 3 неспаренных p-электрона.

Исходя из такой конфигурации, азот может образовывать только 3 связи по обменному механизму и еще одну по донорно-акцепторному механизму. Это связано с тем, что на втором подуровне у азота больше нет вакантных орбиталей, куда могли бы распариться электроны с 2s-подуровня. Отсюда вытекает максимальная валентность азота IV.

Для азота характерен весь спектр возможных степеней окисления от −3 до +5.

Давайте рассмотрим шкалу, где отражены соединения азота в различных веществах.

Строение молекулы азота

Азот — двухатомная молекула, атомы которой связаны между собой прочной тройной связью. Длина связи — 0,110 нм.

Почему именно тройная связь и из чего она состоит?

Напомним, что у каждого атома в молекуле азота 3 неспаренных электрона, которые и образуют впоследствии тройную связь, которая, в свою очередь, состоит из одной сигма-связи и двух пи-связей.

Физические свойства азота

Азот как простое вещество — бесцветный газ, который не имеет запаха и плохо растворяется в воде. По своей молярной массе азот легче, чем воздух. Благодаря наличию тройной неполярной связи и относительно маленьким радиусам атомов азот имеет низкие температуры кипения и плавления: t_пл = −210 °С и t_кип = −196 °С. Аллотропных модификаций азот не имеет. Несмотря на то, что основное состояние азота — газообразное, он бывает еще и жидким. Например, 1 литр жидкого азота при нагревании до 20 °С превращается в 700 литров газообразного азота. Более подробную информацию можно узнать в нашем видео:

Химические свойства азота

Азот химически малоактивен из-за наличия все той же тройной связи. Она же обуславливает малую термическую устойчивость соединений азота при нагревании. В химических реакциях азот может проявлять себя и как окислитель, и как восстановитель благодаря широкому спектру возможных степеней окисления.

Как восстановитель азот реагирует:

Эти реакции проходят при температуре выше 1000 градусов Цельсия либо в электрическом заряде.

Как окислитель азот реагирует:

азот реагирует при обычных условиях только с литием, а с щелочноземельными металлами — только при нагревании;

реакция протекает обратимо в присутствии металлического железа в качестве катализатора.

Рассмотрим способы получения азота. В промышленности его получают фракционной перегонкой жидкого воздуха, а вот в лаборатории азот получают иначе. Вот лишь некоторые способы:

реакция взаимодействия хлорида аммония и нитрита натрия
NaNO₂ + NH₄Cl = N₂ + NaCl + 2H₂O

разложение некоторых солей аммония (на примере нитрита аммония)
NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O

Азот — основной компонент любого белка в организме человека. Давайте рассмотрим способы получения исходных компонентов для синтеза собственных белков.

Важнейшие соединения азота

Аммиак

В первую очередь поговорим о водородном соединении азота — аммиаке. Аммиак — бесцветный газ с характерным резким запахом. Давайте рассмотрим строение молекулы аммиака:

Аммиак имеет форму тригональной пирамиды. Этот газ очень ядовит и способен вызывать химический ожог глаз, а пары сильно раздражают слизистые оболочки органов дыхания. В то же время аммиак обладает достаточно высокой растворимостью в воде из-за образования водородных связей с молекулами воды. Вас когда-нибудь приводили в чувства после потери сознания ваткой, смоченной чем-то гадко пахнущим? Поздравляю, это было ваше первое знакомство с раствором аммиака в воде.

Поговорим теперь о химических свойствах этого газа.

В отличие от самого азота, аммиак является крайне реакционноспособным соединением. Так как азот находится в аммиаке в своей низшей степени окисления (−3), то аммиак проявляет только восстановительные свойства.

Например, аммиак реагирует с кислородом (при нагревании):

Как видно из уравнений, аммиак вступает в реакции окисления, а продукты его окисления напрямую зависят от силы окислителя и условий проведения реакций.

Со сложными веществами — окислителями аммиак реагирует следующим образом:

С кислотами аммиак реагирует благодаря своим оснóвным свойствам, что приводит к образованию различных солей:

А теперь рассмотрим получение аммиака. Различают два типа способов: промышленный и лабораторный.

Промышленный способ — синтез из простых веществ:

В данном способе аммиак собирают в перевернутую вверх дном колбу, так как аммиак легче воздуха.

Азотная кислота

Азотная кислота — одна из важнейших неорганических кислот. Это летучая бесцветная жидкость с резким запахом, которая способна смешиваться с водой в любых пропорциях.

Получают ее в промышленности в несколько этапов. Рассмотрим подробнее каждый из них:

Окисление аммиака кислородом воздуха на платиновом катализаторе
4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

Окисление оксида азота (II)
2NO + O₂ = 2NO₂

Поглощение образующегося оксида азота (IV) водой в избытке воздуха
4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃

Для азотной кислоты характерны особые химические свойства исходя из ее концентрации.

Например, с металлами данная кислота никогда не будет реагировать с выделением газообразного водорода. Рассмотрим таблицу с примерами металлов с различными концентрациями азотной кислоты:

Также азотная кислота как сильный окислитель способна окислять некоторые неметаллы до их кислот. Давайте рассмотрим примеры:

Азотная кислота в соотношении 1:3 с соляной кислотой образуют смесь под названием царская водка. Это желтовато-оранжевая дымящаяся жидкость, которая получила свое название от алхимиков благодаря способности растворять «царские» металлы — золото и платину.

Оксиды азота

В отличие от других химических элементов, азот образует большое число оксидов: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄ и N₂O₅, каждый из которых является кислотным. В таблице показали, какой оксид какой кислоте соответствует:

Оксид азота (I) N₂O. Несолеобразующий оксид, представляет собой бесцветный газ с приятным запахом и сладковатым привкусом. По своей молярной массе тяжелее воздуха и растворим в воде. У этого оксида есть и другие названия, самое распространенное из них — закись азота. Оксид азота (I) применяли в медицине в качестве наркоза более 200 лет назад. При вдыхании этого газа человека охватывает радость и безудержный смех, отчего оксид получил еще одно название — веселящий газ.

Оксид азота (II) NO. Несолеобразующий оксид, который при нормальный условиях является бесцветным газом, плохо растворяется в воде и в больших концентрациях ядовит для человека.

Оксид азота (III) N₂O₃. Соединение очень неустойчивое и существует только при низких температурах. В твердом и жидком состоянии оксид азота (III) окрашен в ярко-синий цвет. При температуре выше 0 градусов разлагается до оксида азота (II) и оксида азота (IV).

Оксиды азота (IV) NO₂ и N₂O₄. Твердый оксид азота (IV) бесцветный, так как состоит из молекул N2O4. При нагревании появляется коричневая окраска, которая усиливается с повышением температуры по мере увеличения NO₂ в смеси. Эти оксиды хорошо растворимы в воде и взаимодействуют с ней.

Оксид азота (V) N₂O₅. Азотный ангидрид, который образуется в виде летучих бесцветных гигроскопичных кристаллов. Это крайне неустойчивое вещество, которое распадается в течение нескольких часов. При нагревании распадается со взрывом на оксид азота (IV) и газообразный кислород.

Таблица окисления химических элементов

Степень окисления – условная величина, использующаяся для записи окислительно-восстановительных реакций. Для определения степени окисления используется таблица окисления химических элементов.

Значение

Степень окисления основных химических элементов основана на их электроотрицательности. Значение равно числу смещённых в соединениях электронов.

Степень окисления считается положительной, если электроны смещаются от атома, т.е. элемент отдаёт электроны в соединении и является восстановителем. К таким элементам относятся металлы, их степень окисления всегда положительная.

При смещении электрона к атому значение считается отрицательным, а элемент – окислителем. Атом принимает электроны до завершения внешнего энергетического уровня. Окислителями является большинство неметаллов.

Простые вещества, не вступающие в реакцию, всегда имеют нулевую степень окисления.

Рис. 1. Таблица степеней окисления.

В соединении положительную степень окисления имеет атом неметалла с меньшей электроотрицательностью.

Определение

Определить максимальную и минимальную степень окисления (сколько электронов может отдавать и принимать атом) можно по периодической таблице Менделеева.

Максимальная степень равна номеру группы, в которой находится элемент, или количеству валентных электронов. Минимальное значение определяется по формуле:

Рис. 2. Таблица Менделеева.

Углерод находится в четвёртой группе, следовательно, его высшая степень окисления +4, а низшая – -4. Максимальная степень окисления серы +6, минимальная – -2. Большинство неметаллов всегда имеет переменную – положительную и отрицательную – степень окисления. Исключением является фтор. Его степень окисления всегда равна -1.

Следует помнить, что к щелочным и щелочноземельным металлам I и II групп соответственно, это правило не применимо. Эти металлы имеют постоянную положительную степень окисления – литий Li +1 , натрий Na +1 , калий K +1 , бериллий Be +2 , магний Mg +2 , кальций Ca +2 , стронций Sr +2 , барий Ba +2 . Остальные металлы могут проявлять разную степень окисления. Исключением является алюминий. Несмотря на нахождение в III группе, его степень окисления всегда +3.

Рис. 3. Щелочные и щелочноземельные металлы.

Из VIII группы высшую степень окисления +8 могут проявлять только рутений и осмий. Находящиеся в I группе золото и медь проявляют степень окисления +3 и +2 соответственно.

Запись

Чтобы правильно записывать степень окисления, следует помнить о нескольких правилах:

инертные газы не вступают в реакции, поэтому их степень окисления всегда равна нулю;
в соединениях переменная степень окисления зависит от переменной валентности и взаимодействия с другими элементами;
водород в соединениях с металлами проявляет отрицательную степень окисления – Ca +2 H₂ −1 , Na +1 H −1 ;
кислород всегда имеет степень окисления -2, кроме фторида кислорода и пероксида – O +2 F₂ −1 , H₂ +1 O₂ −1 .

Что мы узнали?

Степень окисления – условная величина, показывающая, сколько электронов принял или отдал атом элемента в соединении. Величина зависит от количества валентных электронов. Металлы в соединениях всегда имеют положительную степень окисления, т.е. являются восстановителями. Для щелочных и щелочноземельных металлов степень окисления всегда одинаковая. Неметаллы, кроме фтора, могут принимать положительную и отрицательную степень окисления.

Чтобы определить условный заряд атомов в окислительно-восстановительных реакциях, используют таблицу окисления химических элементов. В зависимости от свойств атома элемент может проявлять положительную или отрицательную степень окисления.

Условный заряд атомов элементов в сложных веществах называется степенью окисления. Значение заряда атомов записывается в окислительно-восстановительных реакциях, чтобы понять, какой элемент является восстановителем, а какой – окислителем.

Степень окисления взаимосвязана с электроотрицательностью, которая показывает возможность атомов принимать или отдавать электроны. Чем выше значение электроотрицательности, тем больше способность атома отнимать электроны в реакциях.

Рис. 1. Ряд электроотрицательности.

Степень окисления может иметь три значения:

нулевое – атом находится в состоянии покоя (все простые вещества имеют степень окисления 0);
положительное – атом отдаёт электроны и является восстановителем (все металлы, некоторые неметаллы);
отрицательное – атом принимает электроны и является окислителем (большинство неметаллов).

Например, степени окисления в реакции натрия с хлором выглядят следующим образом:

В реакции металлов с неметаллами металл всегда является восстановителем, а неметалл – окислителем.

Как определить

Существует таблица, в которой указаны все возможные степени окисления элементов.

Название

Символ

Степень окисления

-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5

+2, +3, редко +4 и +6

-1, +1, +5, редко +3, +4

+3, +6, редко +2, +3, +5

+6, редко +2, +3, +4, +5

+3, +4, +6, +8, редко +2

+3, +4, +6, редко +1, +2

+2, +4, +6, редко +1, +3

+3, редко +3, +2, +4, +5

Или использовать на уроках этот вариант таблицы.

Рис. 2. Таблица степеней окисления.

Кроме того, степени окисления химических элементов можно определить по периодической таблице Менделеева:

высшая степень (максимально положительная) совпадает с номером группы;
для определения минимального значения степени окисления из номера группы вычитается восемь.

Рис. 3. Таблица Менделеева.

Большинство неметаллов имеют положительную и отрицательную степени окисления. Например, кремний находится в IV группе, значит, его максимальная степень окисления +4, а минимальная -4. В соединениях неметаллов (SO₃, CO₂, SiC) окислителем является неметалл с отрицательной степенью окисления или с большим значением электроотрицательности. Например, в соединении PCl₃ фосфор имеет степень окисления +3, хлор -1. Электроотрицательность фосфора – 2,19, хлора – 3,16.

Второе правило не работает для щелочных и щелочноземельных металлов, которые всегда имеют одну положительную степень окисления, равную номеру группы. Исключения составляют магний и бериллий (+1, +2). Также постоянную степень окисления имеют:

алюминий (+3);
цинк (+2);
кадмий (+2).

Остальные металлы имеют непостоянную степень окисления. В большинстве реакций выступают в качестве восстановителя. В редких случаях могут быть окислителями с отрицательной степенью окисления.

Фтор – самый мощный окислитель. Его степень окисления всегда -1.

Из урока 8 класса узнали о степени окисления. Это условная величина, показывающая, сколько электронов может отдать или принять атом в ходе химической реакции. Значение связано с электроотрицательностью. Окислители принимают электроны и имеют отрицательную степень окисления, восстановители отдают электроны и проявляют положительную степень окисления. Большинство металлов – восстановители с постоянной или переменной степенью окисления. Неметаллы могут проявлять свойства окислителя и восстановителя в зависимости от вещества, с которым реагируют.

Читайте также: