- Степень окисления
- Определение степени окисления атомов химических элементов
- Составление химических формул по степени окисления
- сформировать понятие о степени окисления химического элемента
- научиться рассчитывать степени окисления по формулам соединений, а также составлять химические формулы по степени окисления
- Какие типы химической связи вы знаете?
- Что такое электроотрицательность, как она изменяется в периодах, в главных подгруппах?
- Дайте определение ионной связи. Что такое ионы, какие они бывают по заряду?
- Определите тип химической связи для следующих веществ: $H_{2} ; HCl ; NaCl ; Ca$.
Степень окисления
Когда атомы химических элементов взаимодействуют между собой, образуется химическая связь, электроны между ними в большинстве случаев распределяются неравномерно, поскольку свойства атомов различаются.
Более электроотрицательный атом сильнее притягивает к себе электронную плотность. Атом, который притянул к себе электронную плотность, приобретает частичный отрицательный заряд δ−, а атом, который отдал электроны, — частичный положительный заряд δ+. Такие условные заряды называют степенью окисления.
Степень окисления — это условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный на основе предположения, что все соединения (и ионные, и ковалентные полярные) состоят из ионов.
Значения степеней окисления ставят над символом элемента арабской цифрой, впереди которой ставят «+» или «−». Например, в $CaCl_{2}$степень окисления кальция равна +2, а хлора -1.
Следует различать степени окисления и заряды ионов. Например, для хлорида кальция степени окисления указываются как $Ca^{+ 2} Cl_{2}^{- 1}$, а заряды как $Ca^{2 +} Cl_{2}^{-}$.
Например, для азота характерны высшая степень окисления +5, низшая 5 − 8 = −3, а промежуточные степени окисления от −3 до +5. Например, в гидразине $N_{2} H_{4}$ степень окисления азота промежуточная, −2.
Определение степени окисления атомов химических элементов
Для определения степени окисления пользуются следующими правилами:
- Степень окисления свободных атомов и простых веществ равна 0: ($\overset{0}{Zn} , \overset{0}{Mg}$).
- Степень окисления водорода в соединениях с неметаллами равна +1, а с металлами равна −1: ($Na \overset{- 1}{H} , \overset{+ 1}{H} Cl$).
- Степень окисления фтора в соединениях всегда равна −1: ($H \overset{- 1}{F} , Ca \overset{- 1}{F_{2}}$).
- Степень окисления кислорода в соединениях равна −2 ($N \overset{- 2}{O} , Al_{2} \overset{- 2}{O_{3}}$), а в пероксидах −1 ($H_{2} \overset{- 1}{O_{2}} , \overset{+ 2}{O} F_{2}$ — исключение).
- Степень окисления металлов в соединениях всегда положительная, у металлов I-A, II-A, III-A соответственно равна +1, +2, +3.
- Суммарная степень окисления всех атомов в молекуле равна 0.
- Элементы в высшей степени окисления могут только принимать электроны.
- Элементы в низшей степени окисления могут только отдавать электроны.
- Элементы в промежуточной степени окисления могут и принимать, и отдавать электроны.
Значения степеней окисления (с. о.) некоторых элементов
|
Постоянная
|
Элемент
|
|
+1
|
$Li , Na , K , Rb ,$ $Cs , Ag , H$в гидридах −1 ($Na \overset{- 1}{H}$)
|
|
+2
|
$Be , Mg , Ca , Sr ,$ $Ba , Zn$
|
|
+3
|
$Al$
|
|
−1
|
$F$
|
|
−2
|
$O$ в пероксидах −1 ($H_{2} \overset{- 1}{O_{2}}$)
|
|
Переменная
|
Элемент
|
|
+1, +2
|
$Cu , Hg$
|
|
+2, +3
|
$Co , Ni$
|
|
+2, +3, +6
|
$Cr , Fe$
|
|
−4, +2, +4
|
$C , Si$
|
|
−2, +4, +6
|
$S$
|
Алгоритм определения степеней окисления по формуле:
- В первую очередь определить элемент с постоянной степенью окисления (см. выше правила): $N_{2} \left(\overset{- 2}{O}\right)_{5}$.
- Умножить эту с. о. на индекс атома (или группы) (–2 · 5 = –10).
- Полученное число разделить на индекс второго элемента (или группы)
(10 : 2 = 5).
- Записать полученную c. о. с противоположным знаком ($\left(\overset{+ 5}{N}\right)_{2} \overset{- 2}{O_{5}}$).
- Если вещество состоит из трёх и более элементов, необходимо помнить, что суммарный заряд молекулы равен 0.
Пример 1
Определим степени окисления элементов в бинарном (состоящем из двух элементов) соединении $Al_{2} O_{3}$.
Степень окисления $O$ нам известна (–2). Следовательно, три атома $O$ будут иметь общий заряд (–6), т. к. (–2) · 3 = –6. Тогда общий заряд двух атомов алюминия будет равен (+6). Помните, что суммарный заряд равен 0. Значит, степень окисления одного атома $Al$ будет (+3), т. к. (+6) : 2 = +3.
$Al_{2} O_{3} \rightarrow Al_{2} \left(\overset{- 2}{O}\right)_{3} \rightarrow \underset{+ 6}{Al_{2}} \underset{- 6}{\left(\overset{- 2}{O}\right)_{3}} \rightarrow \left(\overset{+ 3}{Al}\right)_{2} \left(\overset{- 2}{O}\right)_{3}$
Упражнение 1
Определите степени окисления элементов в соединениях:
а) $MgO$; б) $H_{2} O$; в) $P_{2} O_{5}$; г) $Fe_{2} O_{3}$.
Пример 2
Определим степени окисления элементов в соединении, состоящем из трёх элементов: $H_{2} SO_{4}$.
Степень окисления $O$ нам известна (–2), как и степень окисления $H$ (+1). Следовательно, четыре атома $O$ будут иметь общий заряд (–8), т. к. (–2) · 4 = –8. Общий заряд двух атомов водорода будет равен (+2), т. к. (+1) · 2 = +2.
Мы помним, что суммарный заряд молекулы равен 0. Значит, на один атом серы приходится заряд, равный +6, т. е. степень окисления одного атома $S$ будет (+6).
$H_{2} SO_{4} \rightarrow \left(\overset{+ 1}{H}\right)_{2} S \left(\overset{- 2}{O}\right)_{4} \rightarrow \underset{+ 8}{\left(\overset{+ 1}{H}\right)_{2} S} \underset{- 8}{\left(\overset{- 2}{O}\right)_{4}} \rightarrow \left(\overset{+ 1}{H}\right)_{2} \overset{+ 6}{S} \left(\overset{- 2}{O}\right)_{4}$
Упражнение 2
Определите степени окисления элементов в соединениях:
а) $HClO_{2}$; б) $H_{2} CO_{3}$; в) $AlPO_{4}$.
Составление химических формул по степени окисления
Алгоритм составления формул по степени окисления:
- Записать знаки элементов (частиц) в порядке: на первом месте — положительно заряженную, на втором — отрицательно заряженную ( $Al O$).
- Расставить степени окисления ($\overset{+ 3}{Al} \overset{- 2}{O}$).
- Найти наименьшее общее кратное (НОК) между значениями степеней окисления, записать его между ними в «окошечко».
- Разделить НОК на значение степеней окисления, полученные результаты записать как индексы (6 : 3 = 2; 6 : 3 = 3 $Al_{2} O_{3}$).
Пример 3
Составим формулу соединения Ca с Cl. Для этого запишем символы элементов Cа Cl. Неметалл на втором месте, потому что он более электроотрицательный. Ca — элемент IIA группы. Он является металлом, поэтому он отдаст свои 2 электрона и получит степень окисления (+2), а Cl — элемент VIIA, он примет 1 электрон для завершения своего внешнего энергетического уровня, на котором уже есть 7 электронов, при этом получит степень окисления (–1).
Запишем значения степеней окисления в формулу сверху. Теперь найдём наименьшее общее кратное (НОК). Оно будет 2.
Затем НОК разделим на значения степеней окисления и получим соответствующие индексы. 2 : 2 = 1, значит, индекс у Ca — 1, 2 : 1 = 2, значит, индекс у Cl — 2. Следовательно, формула будет CaCl2.
$CaCl \rightarrow \overset{+ 2}{Ca} Cl \rightarrow \overset{+ 2}{Ca} \overset{- 1}{Cl} \rightarrow CaCl_{2}$
Упражнение 3
Составьте формулу соединения:
а) $Ba c O$; б) $Na c O$; в) $K c Br$.
Контрольные вопросы
- Что такое степень окисления?
- Чему равна степень окисления простых веществ?
- Какой алгоритм составления формулы соединения по степеням окисления элементов?
Упражнение 1
а) $\overset{+ 2}{Mg} \overset{- 2}{O}$; б)$\left(\overset{+ 1}{H}\right)_{2} \overset{- 2}{O}$; в) $\left(\overset{+ 5}{P}\right)_{2} \overset{- 2}{O_{5}}$; г) $\overset{+ 3}{Fe_{2}} \overset{- 2}{O_{3}}$.
Упражнение 2
а) $\overset{+ 1}{H} \overset{+ 3}{Cl} \overset{- 2}{O_{2}}$; б) $\overset{+ 1}{H_{2}} \overset{+ 4}{C} \left(\overset{- 2}{O}\right)_{3}$; в) $\overset{+ 3}{Al} \overset{+ 5}{P} \overset{- 2}{O_{4}}$.
Упражнение 3
а) $BaO$; б) $Na_{2} O$; в) $KBr$.
