Степень окисления бинарные соединения металлов и неметаллов

Обновлено: 04.05.2024

Цель урока: повторить и углубить знания учащихся о валентности и степени окисления атомов, познакомить с понятием валентные возможности атомов.

Задачи урока:

дать понятия «валентность», «валентные электроны»;
научить определять валентность атома в основном состоянии;
закрепить знания о возбужденном состоянии атома и научить определять его валентные возможности;
закрепить знание понятия «степень окисления», научить определять С.О. в бинарных соединениях и более сложного состава;
убедиться в существенном различии понятий «степень окисления» и «валентность атома»;
дать представление об атомах-донорах и атомах-акцепторах.

Данный материал будет полезен учащимся 11 классов при подготовке к ЕГЭ, при закреплении и повторении изученного материала в предыдущих классах.

Как вы знаете, атомы большинства химических элементов взаимодействуют с другими атомами и образуют множество соединений. Но почему так происходит? Ответ на этот вопрос долгое время оставался неизвестен.

Первой попыткой объяснить химическое взаимодействие была теория Бертолле. Атомы должны притягиваться друг к другу тем сильнее, чем больше их массы. А по электрохимической теории Берцелиуса, каждый атом имеет два противоположно заряженных полюса. Теория делила все элементы на два класса — металлы с преобладанием положительного заряженного полюса и металлоиды с отрицательным заряженным полюсом. Причём считалось, что соединяться друг с другом могли лишь атомы противоположной электрической природы.

Эта теория была отвергнута, когда выяснилось, что элементы одного и того же класса также могут соединяться друг с другом. И только лишь в 20 столетии возникли два направления теории химического взаимодействия на основе электронных представлений, основные положения которых были сформулированы Косселем и Льюисом. С точки зрения Косселя, движущей причиной химического взаимодействия является «стремление» атомов к достижению наиболее устойчивых электронных конфигураций. Основной недостаток теории Косселя в том, что не все соединения могут рассматриваться с ионной точки зрения. Между тем идея Льюиса об образовании электронной пары позволяет охватить самые разнообразные случаи валентной связи и сохраняет свое значение до сих пор.

Впервые понятие «валентности» как соединительной силы ввел Э. Франкланд. Он считал, что взаимодействие разнообразных атомов происходит благодаря валентным силам.

Из всего вышесказанного приходим к выводу, валентность — это мера способности атомов притягиваться друг к другу посредством общих электронных пар. Валентность, как правило, обозначается римской цифрой. Рассмотрим электронные конфигурации атомов, чтобы разобраться, как возникают валентные взаимодействия между атомами.

В основном состоянии на внешних энергетических уровнях, а иногда и на предвнешних уровнях атомов, могут находиться спаренные и неспаренные электроны. Валентность атома определяется числом неспаренных электронов, принимающих участие в образовании химической связи.

У s- и p-элементов валентные электроны расположены на s- и p-подуровнях внешнего энергетического уровня.

Например, литий, у которого заряд ядра +3, 3 электрона, это s-элемент, атом имеет один неспаренный s-электрон, значит валентность лития I.

У d-элементов валентные электроны находятся на s-подуровне последнего энергетического уровня и d-подуровне предвнешнего энергического уровня.

Например, у атома титана заряд ядра +22, соответственно столько же электронов — 22. Титан имеет 4 валентных электрона, 2 спаренных s-электронов и два неспаренных d-электронов.

У f-элементов валентные электроны располагаются на s-подуровне последнего энергетического уровня и d-подуровне предпоследнего энергетического уровня и f- подуровня, третьего с края энергетического уровня.

Например, у атома эйнштейния заряд ядра +99, столько же у него и электронов. Эйнштейний имеет 13 валентных электронов, 12 спаренных и 1 неспаренный на 5f-подуровне. Этому элементу было присвоено название эйнштейний в честь выдающегося ученого двадцатого столетия Альберта Эйнштейна, внесшего большой вклад в науку об атоме и атомном ядре.

Следует усвоить, что основные свойства элементов определяются валентными электронами, а уровни, подуровни, на которых располагаются валентные электроны, называются валентными. Самыми первыми вступают в реакцию неспаренные электроны, расположенные на внешнем энергетическом уровне. Количеством этих неспаренных электронов и определяет валентность. Если на спаренные электроны, при имеющейся свободной орбитали в атоме, подействует энергия извне, эти электроны распариваются и атом переходит из основного состояния в возбужденное. Энергия, затраченная на переход электронов, компенсируется при образовании новых связей.

Валентные возможности атомов также определяются числом пустых орбиталей и числом неподеленных электронных пар. Атом-донор предоставляет неподеленную электронную пару атому-акцептору, который имеет свободные орбитали.

Например, заряд ядра атома фосфора +15, число электронов 15. В основном состоянии атом фосфора, который относится к p-элементам, на внешнем уровне содержит 1 пару спаренных электронов и 3 неспаренных электрона. Поэтому, он проявляет валентность III, так как у него 3 неспаренных p-электрона. Валентность азота IV, так как атом фосфора это атом-донор, который может предоставить пару электронов для образования химической связи.

При имеющихся вакантных орбиталях на 3d-подуровне и паре спаренных электронов на 3s-подуровне атом фосфора может переходить в возбужденное состояние. Это происходит за счёт распаривания и перехода электрона на свободную орбиталь другого подуровня. В атоме появляется 5 неспаренных электронов, что и обеспечивает возможность существования валентности атома фосфора — V.

Поэтому, если у элементов на внешнем энергетическом уровне есть неспаренные электроны, то они являются активными элементами или реакционноспособными. А если на внешнем уровне электроны находятся только в спаренном состоянии, тогда эти элементы относят к малоактивным.

Например, к малоактивным химическим элементам относят VIIIA группу химических элементов Периодической системы. Их так и называют — благородные или инертные (малоактивные) химические элементы — так как на внешнем слое этих элементов все электроны находятся в спаренном состоянии. Нет свободных или неспаренных электронов, которые образовывали связи с электронами других химических элементов.

Следует запомнить, что s-, d-, f-элементы — это металлические элементы, кроме некоторых исключений. Так как на последнем уровне у них электронов меньше, чем 3; у неметаллических элементов, наоборот, на последнем уровне электронов больше, чем 4.

P-элементы могут быть металлические и неметаллические. Рассмотрим Периодическую систему химических элементов. По диагонали от бора к астату все p-элементы выше диагонали — неметаллические, ниже — металлические. По строению элементы, у которых на внешнем энергетическом уровне 3 или 4 электрона, считаются переходными элементами; многие d-элементы — металлические с переходными свойствами.

У элементов в соединении можно определить не только валентность, но и степень окисления. Степень окисления — это условный заряд атома — положительный или отрицательный, в зависимости от смещения электронов от атома или к нему, если считать все связи в веществе ионными. Степень окисления и валентность это не одно и тоже понятие. Например, атом углерода в органических соединениях четырёхвалентен, однако степени окисления имеет различные.

Запомним, если в соединении атом не проявляет валентность как донор, то степень окисления численно совпадает с валентностью. Например, в молекуле аммиака валентность азота равна III и степень окисления равна тоже -3. И наоборот, если в соединении атом проявляет валентность как донор, то степень окисления численно не совпадает с валентностью. У катиона аммония атом азота проявляет валентность IV, а степень окисления -3.

Степень окисления может быть минимальной, промежуточной и максимальной.

Минимальная степень окисления для неметаллических элементов определяется числом валентных мест в незавершенном энергетическом уровне. У атома углерода она равна -4, так как до устойчивости внешнего энергетического уровня атома углерода (до 8 электронов) число валентных мест — 4. Соответственно, у атома азота минимальная степень окисления -3, у кислорода — -2.

Максимальная степень окисления определяется суммой s- и p-электронов на внешних энергетических уровнях, а для d-элементов — суммой s- и d-электронов.

Например, атом титана — это d-элемент, металлический. На внешнем электронном слое у него находится 4 электрона. Значит, максимальная степень окисления титана +4.

Промежуточными степенями окисления считаются значения между минимальной и максимальной степенями окисления в атомах химических элементов.

Определим степень окисления в бинарных соединениях на примере оксидов азота. Более электроотрицательным элементом, к которому смещаются электроны во всех оксидах, является кислород. Как мы помним, минимальная степень окисления кислорода равнa -2, а молекула всегда электронейтральна. Следовательно, произведение степени окисления электроотрицательного элемента на количество атомов по абсолютной величине равно произведению его электроположительного элемента на количество атомов. Таким образом, определяется валентность в соединениях, состоящих из двух элементов, то есть бинарных.

В соединениях более сложного состава необходимо расставить известные степени окисления химических элементов, а неизвестную степень окисления обозначить, например, за «x». Далее так же, как и в бинарных соединениях решаем уравнение с одной неизвестной и получаем ответ по абсолютной величине.

В простых веществах с неполярной ковалентной связью степень окисления равна 0. Степень окисления углерода в органических соединениях определяется у каждого в отдельности, учитывая степень окисления элементов, связанных с ним.

Степень окисления. Бинарные соединения

Данный видеофрагмент позволит выяснить, что такое степень окисления и бинарные соединения, здесь подробно рассказывается об определении степеней окисления в простых и сложных веществах, объясняется отличие зарядов от степеней окисления, как называть, так и составлять формулы бинарных соединений, что позволит учащимся в дальнейшем не делать ошибки в названиях веществ и в составлении их формул, все представлено наглядно и красочно, выделено главное, поэтому интересно и доступно для каждого ученика.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Степень окисления. Бинарные соединения"

Бинарные соединения еще называют двухэлементными соединениями, потому что «би» от лат. – два. Т.е. бинарные соединения – это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов.

Например, при изучении ионной и ковалентной связи, мы встречали такие соединения. При образовании молекулы NaCl, Na отдаёт свой электрон атому Cl, при этом они оба превращаются в ионы Na + и Cl - .

Ионное соединение

При образовании молекулы HCl, общая пара электронов смещена к атому Cl, т.к. он более электроотрицательный и на атомах появляются частичные заряды: на атоме H +δ , на атоме Cl -δ . Если предположить, что электрон от Н полностью перешёл к атому Cl, то их заряды будет не частичные, а +1 и –1: H +1 и Cl -1 . Эти условные заряды и называют степенью окисления.

Ковалентная полярная связь

Значения степеней окисления ставят над символом элемента арабской цифрой, впереди которой ставят «+» или «-». Например, MgCl₂, степень окисления Mg (+2), Cl (–1). Следует различать степени окисления и заряды ионов. Например, в молекуле NaCl, степень окисления Na (+1), а Cl (–1). В зарядах этих ионов цифры опускают и записывают ионы Na + , Cl - .

Степени окисления

Степень окисления – это условный заряд атомов химического элемента в соединении, если предположить, что оно состоит только из ионов.

Степень окисления может быть положительной, отрицательной и нулевой. Положительную степень окисления имеют как металлы, так и неметаллы, кроме фтора, гелия и неона. Максимальная степень окисления равна номеру группы. Т.е. у N высшая степень окисления равна +5, т.к. он находится в V группе. Отрицательную степень окисления имеют только неметаллы, т.к. они присоединяют электроны до завершения внешнего уровня. Минимальная степень окисления равна № группы – 8. Т.о. у N минимальная степень окисления будет 5 – 8 = –3. Кроме максимальной и минимальной степени окисления есть еще промежуточная степень окисления. Например, у N она равна +3.

Нужно знать, что степень окисления простых веществ равна 0, т.е. у N₂, H₂, S₈, Cu, O₃ и др. простых веществ она – 0.

Степень окисления F всегда –1, потому что он самый электроотрицательный элемент и принимает электроны при образовании химической связи. Например, в соединении NaF, у F степень окисления (–1).

У кислорода степень окисления –2, потому что он второй элемент по электроотрицательности, исключение cоставляет соединение кислорода с фтором, где его степень окисления +2. Например, в соединении CaO, степень окисления О (–2), а в соединении OF₂, степень окисления О (+2).

У металлов степень окисления всегда положительная, т.к. они отдают электроны другим атомам. Степень окисления металлов А групп численно совпадает с валентностью. Например, в соединении Na₂O степень окисления Na (+1), т.к. он является металлом, значит, у него только положительная степень окисления, а 1, потому что он является металлом I A группы, значит, и валентность его – единица. Аналогично и в соединении BaS, степень окисления Ва (+2), т.к. он металл II A группы, в соединении Al₂O₃, степень окисления Al (+3), т.к. это металл III А группы.

Степень окисления Н всегда (+1), за исключением его соединений с металлами, где у него степень окисления (–1). Например, CaH₂, KH, LiH, в этих соединениях у водорода степень окисления (–1).

Как было сказано, валентность численно совпадает со степенью окисления. Однако не всегда. Степень окисления имеет знак заряда, а валентность – нет.

Валентность – это число связей, которыми атом связан с другими атомами, а степень окисления – это условный заряд атомов.

Сравним валентность и степень окисления у азота (N₂). Степень окисления равна 0, т.к. это простое вещество, а вот валентность равна III, потому что атом азота связан с другим атомом азота тройной связью.

Или в пероксиде (Н₂О₂) степень окисления О (–1), а валентность равна II, т.к. О связан двумя связями с атомами водорода: Н – О – О – Н.

А в ацетилене (С₂Н₂) степень окисления С (–1), а валентность IV:

Учитывая, что суммарная степень окисления равна 0, можно найти степени окисления элементов в соединении, а также составить формулу соединения, зная степени окисления.

Определим степени окисления элементов в соединении Fe₂O₃. Степень окисления О нам известна (–2). Следовательно, три атома О будут иметь общий заряд (–6), т.к. (–2) · 3 = –6. Тогда общий заряд двух атомов железа будет равен (+6), помните, что суммарный заряд равен 0. Значит, степень окисления одного атома Fe будет (+3), т.к. (+6) ׃ 2 = +3.

Составим формулу соединения Al с C. Для этого запишем символы элементов Al, C. Углерод на втором месте, потому что он более электроотрицательный. Al – элемент III A группы. Он является металлом, поэтому он отдаст свои 3 электрона и получит степень окисления (+3), а С – элемент IV A, он примет еще 4 электрона для завершения своего внешнего уровня, на котором уже есть 4 электрона, при этом получит степень окисления (–4). Запишем значения степеней окисления в формулу сверху. Теперь найдем наименьшее общее кратное. Оно будет 12. Затем НОК разделим на абсолютные значения степеней окисления и получим соответствующие индексы. 12 : 3 = 4, значит индекс у Al – 4, 12 : 4 = 3, значит индекс у С – 3. Следовательно, формула будет Al₄C₃.

Чтобы дать название бинарному соединению нужно сделать следующим образом: сначала называют более электроотрицательный элемент – это неметалл. Его латинское название стоит в именительном падеже и употребляется с суффиксом – ид. Например: оксид, хлорид, сульфид, нитрид. Второе слово обозначает элемент менее электроотрицательный, его название стоит в родительном падеже.

Na₂S – сульфид натрия, K₂O – оксид калия, BaCl₂ – хлорид бария, Mg₃N₂ – нитрид магния. Если элемент имеет переменную степень окисления, то после названия в скобках римскими цифрами указывают степень окисления. Например, назовём следующие соединения: MnO₂, CO₂, P₂O₅.

MnO₂ – оксид марганца (IV), CO₂ – оксид углерода (IV), P₂O₅ – оксид фосфора (V).

Название бинарного соединения

В некоторых случаях, число атомов элементов обозначают при помощи названий числительных на греческом языке. Т.е. 1 – моно, 2 – ди, 3 – три, 4 – тетра, 5 – пента и т.д. Например, СО – монооксид углерода, или оксид углерода (II); СО₂ – диоксид углерода, или оксид углерода (IV).

Для того чтобы химики всего мира понимали друг друга, необходимо было создать единую терминологию и номенклатуру, т.е. названия веществ. Впервые в 1785 г. такими учеными, как А. Лавуазье, А. Фуркруа, Л. Гитоном де Мерво и К. Бертолле, были разработаны принципы номенклатуры. В настоящее время принципы номенклатуры и терминологии разрабатывает Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК).

Бинарные (двухэлементные) соединения
Многоэлементные соединения
Сложные вещества
сложные вещества, молекулы или кристаллы которых состоят из двух разных видов химических элементов
сложные вещества, молекулы или кристаллы которых состоят из трёх и более
химических элементов
NH3
CaCO3
K2O
H2SO4

Бинарные вещества
NaCl
CO2
H2O

+
Химическая связь на электронном уровне осуществляется путём одного электронного облака (s-облака) атома, отдающего с внешнего уровня электрон, и второго электронного облака (p-облака) атома, получающего электрон.
Электрон не полностью переходит к другому атому, общая электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного атома.

Химическая связь образуется за счёт спаривания неспаренных внешних электронов и образования внешней электронной пары атомов водорода и хлора.
H
+
Cl
H
Cl
Водород приобретает положительный заряд,
хлор приобретает отрицательный заряд.
Такие условные заряды называются степенью окисления.

Степень окисления — это условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный на основе предположения, что все соединения (и ионные, и ковалентно-полярные) состоят только из ионов.
Cl2
0
Na2S
+1
-2

Определение степеней окисления
1. У металлов IА группы таблицы Менделеева во всех соединениях степень окисления равна +1.
Na2O
+1
–2

Определение степеней окисления
У металлов IIА группы таблицы Менделеева во всех соединениях степень окисления равна +2.
MgS
+2
–2

Определение степеней окисления
У металлов IIIА группы таблицы Менделеева во всех соединениях степень окисления равна +3.
AlF3
+3
–1

Определение степеней окисления
Водород в соединениях имеет степень окисления +1.
HCl
+1
–1
H2O
+1
–2
H3N
+1
–3
Только с металлами –1.
NaH AlH3 MgH2
+1
–1
+3
–1
+2
–1

Определение степеней окисления
Нулевое значение степени окисления имеют атомы в молекулах простых веществ и атомы в свободном состоянии:
H2 N2 Fe Na
0
0
0
0

Отличия степени окисления от валентности:
Степень окисления имеет заряд, а валентность нет.
Н2О
-2
II
Понятие о валентности применимо только к веществам, имеющим молекулярное строение.
Численные значения валентности и степени окисления часто не совпадают.
Cl
C2H2
-1
IV

Алгоритм составления формулы сульфида железа (III)
FeS
Запишем знаки железа и серы рядом. Железо как менее элекроотрицательный элемент становится на первое место, а сера на второе.
+3
-2
Каждый атом железа отдает три внешних электрона атомам серы, каждому из которых не хватает двух электронов до завершения внешнего энергетического уровня. Записываем эти значения в формулу.
Находим наименьшее общее кратное для них, которое равно шести. Рассчитываем и записываем индексы.
6
Fe2S3

Названия бинарных соединений
Первое слово указывает на электроотрицательную часть соединения, к нему прибавляется окончание –ид в именительном падеже.
Второе слово записывается в родительном падеже и обозначает положительную часть соединения. Вторая часть может быть либо металлом, либо менее электроотрицательным элементом, чем элемент в первой части.
KCl
— хлорид калия
FeO
— оксид железа
CaH2
— гидрид кальция
Пример 1.

Названия бинарных соединений
Первое слово указывает на электроотрицательную часть соединения, к нему прибавляется окончание –ид в именительном падеже.
Второе слово записывается в родительном падеже и обозначает положительную часть соединения. Вторая часть может быть либо металлом, либо менее электроотрицательным элементом, чем элемент в первой части.
SiO2
— оксид кремния
NO
— оксид азота (II)
Пример 2.

Антуан Лавуазье
Антуан де Фуркруа
Луи Гитон де Морво
Клод
Бертолле
Принципы химической номенклатуры были разработаны в 1785 г.

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 3 000 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

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.

Читайте также: