Kako odrediti maksimalno pozitivno oksidacijsko stanje. Kako odrediti stepen oksidacije

Za karakterizaciju redoks sposobnosti čestica važan je koncept kao što je stepen oksidacije. OKSIDACIJSKO STANJE je naboj koji bi atom u molekuli ili jonu mogao imati kada bi sve njegove veze s drugim atomima bile prekinute, a uobičajeni elektronski parovi ostali s više elektronegativnih elemenata.

Za razliku od stvarnih naboja jona, oksidaciono stanje pokazuje samo uslovni naboj atoma u molekulu. Može biti negativan, pozitivan ili nula. Na primjer, oksidacijsko stanje atoma u jednostavne supstance je jednako "0" (,
,,). U hemijskim jedinjenjima atomi mogu imati konstantno ili promenljivo oksidaciono stanje. Za metale glavnih podgrupa I, II i III grupa Periodnog sistema u hemijskim jedinjenjima, oksidaciono stanje je obično konstantno i jednako Me +1, Me +2 i Me +3, respektivno (Li +, Ca +2 , Al +3). Atom fluora uvijek ima -1. Hlor u jedinjenjima sa metalima uvek ima -1. U velikoj većini jedinjenja kiseonik ima oksidaciono stanje -2 (osim peroksida, gde je njegovo oksidaciono stanje -1), i vodonik +1 (osim metalnih hidrida, gde je njegovo oksidaciono stanje -1).

Algebarski zbir oksidacionih stanja svih atoma u neutralnom molekulu jednak je nuli, au jonu jednak naboju jona. Ovaj odnos omogućava izračunavanje oksidacionih stanja atoma u kompleksnim jedinjenjima.

U molekulu sumporne kiseline H 2 SO 4 atom vodika ima oksidacijsko stanje +1, a atom kisika -2. Pošto postoje dva atoma vodika i četiri atoma kiseonika, imamo dva "+" i osam "-". Šest "+" nedostaje neutralnosti. Taj broj je stanje oksidacije sumpora -
. Molekul kalijum dihromata K 2 Cr 2 O 7 sastoji se od dva atoma kalija, dva atoma hroma i sedam atoma kiseonika. Kalijum ima oksidaciono stanje +1, kiseonik ima -2. Dakle, imamo dva "+" i četrnaest "-". Preostalih dvanaest "+" pada na dva atoma hroma, od kojih svaki ima oksidaciono stanje +6 (
).

Tipični oksidacijski i redukcijski agensi

Iz definicije procesa redukcije i oksidacije proizilazi da u principu kao oksidirajuća sredstva mogu djelovati jednostavne i složene tvari koje sadrže atome koji nisu u najnižem oksidacijskom stanju i stoga mogu sniziti svoje oksidacijsko stanje. Slično tome, jednostavne i složene tvari koje sadrže atome koji nisu u najvišem oksidacijskom stanju i stoga mogu povećati svoje oksidacijsko stanje mogu djelovati kao redukcijski agensi.

Najjači oksidanti su:

1) jednostavne supstance formirane od atoma velike elektronegativnosti, tj. tipični nemetali koji se nalaze u glavnim podgrupama šeste i sedme grupe periodnog sistema: F, O, Cl, S (odnosno F 2 , O 2 , Cl 2 , S);

2) supstance koje sadrže elemente u višim i srednjim

pozitivna oksidaciona stanja, uključujući u obliku jona, jednostavnih, elementarnih (Fe 3+) i oksoaniona koji sadrže kiseonik (permanganatni ion - MnO 4 -);

3) jedinjenja peroksida.

Posebne supstance koje se u praksi koriste kao oksidanti su kiseonik i ozon, hlor, brom, permanganati, dihromati, oksikiseline hlora i njihove soli (npr.
,
,
), azotna kiselina (
), koncentrirana sumporna kiselina (
), mangan dioksid (
), vodikov peroksid i metalni peroksidi (
,
).

Najmoćniji redukcioni agensi su:

1) jednostavne supstance čiji atomi imaju nisku elektronegativnost („aktivni metali“);

2) katjoni metala u niskim oksidacionim stanjima (Fe 2+);

3) jednostavni elementarni anjoni, na primer, sulfidni jon S 2- ;

4) anjoni koji sadrže kiseonik (oksoanioni) koji odgovaraju najnižim pozitivnim oksidacionim stanjima elementa (nitrit
, sulfit
).

Specifične supstance koje se u praksi koriste kao redukcioni agensi su, na primer, alkalni i zemnoalkalni metali, sulfidi, sulfiti, halogenidi vodonika (osim HF), organske supstance - alkoholi, aldehidi, formaldehid, glukoza, oksalna kiselina, kao i vodonik, ugljenik. , monoksid ugljik (
) i aluminijum na visokim temperaturama.

U principu, ako tvar sadrži element u srednjem oksidacionom stanju, tada te tvari mogu pokazati i oksidirajuća i redukcijska svojstva. Sve zavisi od toga

"partner" u reakciji: sa dovoljno jakim oksidantom može reagovati kao redukciono sredstvo, a sa dovoljno jakim redukcionim agensom kao oksidaciono sredstvo. Tako, na primjer, nitrit ion NO 2 - in kisela sredina djeluje kao oksidant u odnosu na ion I -:

2
+ 2+ 4HCl→ + 2
+ 4KCl + 2H 2 O

i kao redukciono sredstvo u odnosu na permanganat ion MnO 4 -

5
+ 2
+ 3H 2 SO 4 → 2
+ 5
+ K 2 SO 4 + 3H 2 O

Oksidacijsko stanje je uvjetni naboj atoma u molekuli, prima atom kao rezultat potpunog prihvatanja elektrona, izračunava se iz pretpostavke da su sve veze ionske prirode. Kako odrediti stepen oksidacije?

Određivanje stepena oksidacije

Postoje nabijene čestice, joni, čiji je pozitivni naboj jednak broju elektrona primljenih od jednog atoma. Negativni naboj jona jednak je broju elektrona koje prihvata jedan atom hemijski element. Na primjer, ulazak elementa kao što je Ca2 + znači da su atomi elemenata izgubili jedan, dva ili tri elementa. Da bismo pronašli sastav ionskih spojeva i spojeva molekula, moramo znati kako odrediti oksidacijsko stanje elemenata. Oksidacijska stanja su negativna, pozitivna i nula. Ako uzmemo u obzir broj atoma, tada je algebarsko stanje oksidacije u molekuli nula.

Da biste odredili oksidacijsko stanje elementa, morate se voditi određenim znanjem. Na primjer, u metalnim spojevima, oksidacijsko stanje je pozitivno. A najviše stanje oksidacije odgovara broju grupe periodnog sistema, gdje se element nalazi. U metalima, oksidaciona stanja mogu biti pozitivna ili negativna. To će ovisiti o faktoru kojim je atom metala povezan. Na primjer, ako je povezan s atomom metala, tada će stupanj biti negativan, ali ako je povezan s nemetalom, tada će stupanj biti pozitivan.

Najveće negativno oksidaciono stanje metala može se odrediti oduzimanjem broja grupe u kojoj se nalazi potrebni element od broja osam. Po pravilu je jednak broju elektrona koji se nalaze na vanjski sloj. Broj ovih elektrona takođe odgovara broju grupe.

Kako izračunati stanje oksidacije

U većini slučajeva, oksidacijsko stanje atoma određenog elementa ne odgovara broju veza koje formira, odnosno nije jednako valenciji ovog elementa. To se može jasno vidjeti na primjeru organskih jedinjenja.

Da vas podsjetim da je valencija ugljika u organska jedinjenja jednako 4 (tj. formira 4 veze), ali je oksidacijsko stanje ugljika, na primjer, u metanolu CH 3 OH -2, u CO 2 +4, u CH4 -4, u mravljoj kiselini HCOOH +2. Valentnost se meri brojem kovalentnih hemijskih veza, uključujući i one formirane mehanizmom donor-akceptor.

Prilikom određivanja oksidacijskog stanja atoma u molekulima, elektronegativni atom, kada se jedan par elektrona pomakne u njegovom smjeru, dobiva naboj od -1, ali ako postoje dva elektronska para, tada će -2 biti naboj. Veza između istih atoma ne utiče na stepen oksidacije. Na primjer:

• Veza C-C atoma jednaka je njihovom nultom oksidacionom stanju.
• C-H veza - ovdje će ugljik kao najelektronegativniji atom odgovarati naboju od -1.
• Veza C-O punjenje ugljenik, kao manje elektronegativan, biće jednak +1.

Primjeri određivanja stepena oksidacije

1. U takvoj molekuli kao što je CH 3Cl tri C-H veze C). Dakle, oksidacijsko stanje atoma ugljika u ovom spoju će biti jednako: -3 + 1 = -2.
2. Nađimo oksidacijsko stanje atoma ugljika u molekulu acetaldehida Cˉ³H3-C¹O-H. U ovom jedinjenju, tri veze C-H će dati ukupan naboj na C atomu, a to je (Cº+3e→Cˉ³)-3. Dvostruka veza C = O (ovdje će kisik uzimati elektrone od atoma ugljika, jer je kisik elektronegativniji) daje naboj na C atomu, jednak je +2 (Cº-2e → C²), dok je veza C-H punjenje-1, pa je ukupni naboj na atomu C: (2-1=1)+1.
3. Sada pronađimo stanje oksidacije u molekulu etanola: Cˉ³H-Cˉ¹H2-OH. Ovdje će tri C-H veze dati ukupan naboj na C atomu, a to je (Cº+3e→Cˉ³)-3. Dvije veze C-H će dati naboj na C atomu, koji će biti jednak -2, dok će C→O veza dati naboj od +1, što znači ukupan naboj na C atomu: (-2+1= -1)-1.

Sada znate kako odrediti oksidacijsko stanje elementa. Ako imate barem osnovno znanje u hemiji, onda za tebe dati zadatak neće biti problem.

Stepen oksidacije. Određivanje oksidacionog stanja atoma elementa pomoću hemijska formula veze. Sastavljanje formule spoja prema poznatim oksidacijskim stanjima atoma elemenata

Oksidacijsko stanje elementa je uvjetni naboj atoma u tvari, izračunat uz pretpostavku da se sastoji od iona. Da biste odredili stupanj oksidacije elemenata, potrebno je zapamtiti određena pravila:

1. Oksidacijsko stanje može biti pozitivno, negativno ili nula. Označava se arapskim brojem sa znakom plus ili minus iznad simbola elementa.

2. Prilikom određivanja oksidacijskih stanja, oni polaze od elektronegativnosti tvari: zbir oksidacijskih stanja svih atoma u spoju je nula.

3. Ako je spoj formiran od atoma jednog elementa (u jednostavnoj tvari), tada je oksidacijsko stanje tih atoma nula.

4. Atomima nekih hemijskih elemenata obično se pripisuju oksidaciona stanja čelika. Na primjer, oksidacijsko stanje fluora u jedinjenjima je uvijek -1; litijum, natrijum, kalijum, rubidijum i cezijum +1; magnezijum, kalcijum, stroncijum, barijum i cink +2, aluminijum +3.

5. Oksidacijsko stanje vodonika u većini jedinjenja je +1, a samo u jedinjenjima sa nekim metalima jednako je -1 (KH, BaH2).

6. Oksidacijsko stanje kiseonika u većini jedinjenja je -2, a samo u nekim jedinjenjima mu je dodeljeno oksidaciono stanje -1 (H2O2, Na2O2 ili +2 (OF2).

7. Atomi mnogih hemijskih elemenata imaju varijable stepena oksidacija.

8. Oksidacijsko stanje atoma metala u jedinjenjima je pozitivno i brojčano jednako njegovoj valenciji.

9. Maksimalno pozitivno oksidaciono stanje elementa obično je jednako broju grupe u periodičnom sistemu u kojem se element nalazi.

10. Minimalno stanje oksidacije za metale je nula. Za nemetale u većini slučajeva ispod negativan stepen oksidacija je jednaka razlici između broja grupe i broja osam.

11. Oksidacijsko stanje atoma formira jednostavan ion (sastoji se od jednog atoma), jednak naboju ovog jona.

Koristeći gore navedena pravila, određujemo oksidaciona stanja hemijskih elemenata u sastavu H2SO4. Ovo je složena supstanca koja se sastoji od tri hemijska elementa - vodonika H, ​​sumpora S i kiseonika O. Primećujemo oksidaciona stanja onih elemenata za koja su konstantna. U našem slučaju to su vodonik H i kiseonik O.

Odredimo nepoznato stanje oksidacije sumpora. Neka je oksidacijsko stanje sumpora u ovom spoju x.

Napravimo jednadžbe tako što za svaki element pomnožimo njegov indeks sa stanjem oksidacije i izjednačimo ekstrahiranu količinu sa nulom: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0

2 + X - 8 = 0

x = +8 - 2 = +6

Stoga je oksidacijsko stanje sumpora plus šest.

U sljedećem primjeru, hajde da saznamo kako možete napisati formulu za spoj s poznatim oksidacijskim stanjima atoma elemenata. Napravimo formulu ferum (III) oksida. Riječ "oksid" znači da desno od simbola za željezo treba napisati simbol za kisik: FeO.

Obratite pažnju na oksidaciona stanja hemijskih elemenata iznad njihovih simbola. Oksidacijsko stanje gvožđa je naznačeno u nazivu u zagradama (III), dakle jednako je +3, oksidaciono stanje kiseonika u oksidima je -2.

Nađimo najmanji zajednički višekratnik za brojeve 3 i 2, ovo je 6. Podijelimo broj 6 sa 3, dobićemo broj 2 - ovo je indeks za željezo. Broj 6 podijelimo sa 2, dobijemo broj 3 - ovo je indeks kisika.

U sljedećem primjeru, hajde da saznamo kako formulirati formulu spoja s poznatim oksidacijskim stanjima atoma elementa i nabojima jona. Napravimo formulu kalcijum ortofosfata. Riječ "ortofosfat" znači da desno od simbola kalcijuma treba napisati kiseli ostatak ortofosfatne kiseline: CaPO4.

Obratite pažnju na stanje oksidacije kalcijuma (pravilo broj četiri) i naboj kiselog ostatka (prema tabeli rastvorljivosti).

Nađimo najmanji zajednički višekratnik za brojeve 2 i 3, ovo je 6. Podijelimo broj 6 sa 2, dobićemo broj 3 - ovo je indeks za kalcijum. Broj 6 podijelimo sa 3, dobijemo broj 2 - ovo je indeks za kiselinski ostatak.

Elektronegativnost, kao i druga svojstva atoma hemijskih elemenata, povremeno se mijenja s povećanjem rednog broja elementa:

Gornji grafikon prikazuje periodičnost promjene elektronegativnosti elemenata glavnih podgrupa u zavisnosti od rednog broja elementa.

Pri kretanju niz podgrupu periodnog sistema, elektronegativnost hemijskih elemenata se smanjuje, kada se kreće udesno duž perioda, povećava se.

Elektronegativnost odražava nemetaličnost elemenata: što je veća vrijednost elektronegativnosti, to je više nemetalnih svojstava izraženo u elementu.

Oksidacijsko stanje

Kako izračunati oksidacijsko stanje elementa u spoju?

1) Oksidacijsko stanje hemijskih elemenata u jednostavnim supstancama je uvijek nula.

2) Postoje elementi koji pokazuju konstantno stanje oksidacije u složenim supstancama:

3) Postoje hemijski elementi koji pokazuju konstantno oksidaciono stanje u velikoj većini jedinjenja. Ovi elementi uključuju:

4) Algebarski zbir oksidacionih stanja svih atoma u molekulu je uvek nula. Algebarski zbir oksidacionih stanja svih atoma u jonu jednak je naboju jona.

5) Najviše (maksimalno) oksidaciono stanje je jednako broju grupe. Izuzeci koji ne potpadaju pod ovo pravilo su elementi sekundarne podgrupe grupe I, elementi sekundarne podgrupe grupe VIII, kao i kiseonik i fluor.

Hemijski elementi čiji broj grupe ne odgovara njihovom najviši stepen oksidacija (obavezno zapamtiti)

6) Najniže oksidaciono stanje metala je uvek nula, a najniže oksidaciono stanje nemetala izračunava se po formuli:

najniže oksidaciono stanje nemetala = broj grupe - 8

Na osnovu gore navedenih pravila, moguće je utvrditi stupanj oksidacije kemijskog elementa u bilo kojoj tvari.

Pronalaženje oksidacijskih stanja elemenata u različitim spojevima

Primjer 1

Odrediti oksidaciona stanja svih elemenata u sumpornoj kiselini.

Odluka:

Napišimo formulu za sumpornu kiselinu:

Oksidacijsko stanje vodika u svim složenim supstancama je +1 (osim metalnih hidrida).

Oksidacijsko stanje kisika u svim složenim tvarima je -2 (osim peroksida i kisikovog fluorida OF 2). Složimo poznata oksidaciona stanja:

Označimo stanje oksidacije sumpora kao x:

Molekula sumporne kiseline, kao i molekula bilo koje supstance, općenito je električno neutralna, jer. zbir oksidacionih stanja svih atoma u molekulu je nula. Šematski, ovo se može prikazati na sljedeći način:

One. dobili smo sljedeću jednačinu:

Hajde da to riješimo:

Dakle, oksidaciono stanje sumpora u sumpornoj kiselini je +6.

Primjer 2

Odrediti oksidacijsko stanje svih elemenata u amonijevom dihromatu.

Odluka:

Napišimo formulu amonijum dihromata:

Kao iu prethodnom slučaju, možemo rasporediti oksidaciona stanja vodonika i kiseonika:

Međutim, vidimo da su oksidaciona stanja dva hemijska elementa odjednom, azota i hroma, nepoznata. Stoga ne možemo pronaći oksidaciona stanja na isti način kao u prethodnom primjeru (jedna jednačina sa dvije varijable nema jedinstveno rješenje).

Obratimo pažnju na činjenicu da navedena tvar pripada klasi soli i, shodno tome, ima ionsku strukturu. Tada s pravom možemo reći da sastav amonijum dihromata uključuje NH 4 + katione (naboj ovog kationa se može videti u tabeli rastvorljivosti). Stoga, budući da postoje dva pozitivna jednostruko nabijena NH 4 + kationa u jedinici formule amonijum dihromata, naboj dikromatnog jona je -2, pošto je supstanca kao celina električni neutralna. One. supstancu formiraju NH 4 + kationi i Cr 2 O 7 2- anioni.

Poznata su nam oksidaciona stanja vodonika i kiseonika. Znajući da je zbir oksidacionih stanja atoma svih elemenata u jonu jednak naboju, i označavajući oksidaciona stanja dušika i hroma kao x i y shodno tome, možemo napisati:

One. dobijamo dve nezavisne jednačine:

Rešavajući koje, nalazimo x i y:

Dakle, u amonijum dihromatu, oksidaciona stanja azota su -3, vodonika +1, hroma +6 i kiseonika -2.

Kako odrediti oksidacijsko stanje elemenata u organskim tvarima može se pročitati.

Valence

Valentnost atoma je označena rimskim brojevima: I, II, III itd.

Valentne mogućnosti atoma zavise od količine:

1) nespareni elektroni

2) nepodijeljeni elektronski parovi u orbitalama valentnih nivoa

3) prazne elektronske orbitale valentnog nivoa

Valentne mogućnosti atoma vodika

Hajde da opišemo elektronsku grafičku formulu atoma vodika:

Rečeno je da tri faktora mogu uticati na valentne mogućnosti - prisustvo nesparenih elektrona, prisustvo nepodeljenih elektronskih parova na spoljašnjem nivou i prisustvo praznih (praznih) orbitala spoljašnjeg nivoa. Vidimo jedan nespareni elektron na vanjskom (i jedinom) energetskom nivou. Na osnovu ovoga, vodonik može tačno imati valenciju jednaku I. Međutim, na prvom energetskom nivou postoji samo jedan podnivo - s, one. atom vodonika na vanjskom nivou nema nepodijeljene elektronske parove niti prazne orbitale.

Dakle, jedina valencija koju atom vodika može pokazati je I.

Valentne mogućnosti atoma ugljika

Razmotrite elektronsku strukturu atoma ugljika. U osnovnom stanju, elektronska konfiguracija njegovog vanjskog nivoa je sljedeća:

One. U osnovnom stanju, vanjski energetski nivo nepobuđenog atoma ugljika sadrži 2 nesparena elektrona. U ovom stanju, može pokazati valentnost jednaku II. Međutim, atom ugljika vrlo lako prelazi u pobuđeno stanje kada mu se prenese energija, a elektronska konfiguracija vanjskog sloja u ovom slučaju ima oblik:

Iako se dio energije troši u procesu ekscitacije atoma ugljika, utrošak je više nego nadoknađen formiranjem četiri kovalentne veze. Iz tog razloga, valencija IV je mnogo karakterističnija za atom ugljika. Tako, na primjer, ugljik ima valenciju IV u molekulima ugljičnog dioksida, ugljične kiseline i apsolutno svih organskih tvari.

Pored nesparenih elektrona i usamljenih elektronskih parova, prisustvo praznih () orbitala valentnog nivoa takođe utiče na mogućnosti valencije. Prisustvo takvih orbitala u ispunjenom nivou dovodi do činjenice da atom može djelovati kao akceptor elektronskog para, tj. formiraju dodatne kovalentne veze mehanizmom donor-akceptor. Tako, na primjer, suprotno očekivanjima, u molekulu ugljen monoksid CO veza nije dvostruka, već trostruka, što je jasno prikazano na sljedećoj ilustraciji:

Valentne mogućnosti atoma dušika

Zapišimo elektronsko-grafsku formulu vanjskog energetskog nivoa atoma dušika:

Kao što se može vidjeti iz gornje ilustracije, atom dušika u svom normalnom stanju ima 3 nesparena elektrona, te je stoga logično pretpostaviti da može pokazati valenciju jednaku III. Zaista, u molekulima amonijaka (NH 3) uočena je valencija jednaka tri. azotna kiselina(HNO 2), azot trihlorid (NCl 3) itd.

Gore je rečeno da valencija atoma nekog hemijskog elementa ne zavisi samo od broja nesparenih elektrona, već i od prisustva nepodeljenih elektronskih parova. To je zbog činjenice da je kovalentna hemijska veza može nastati ne samo kada dva atoma daju jedan drugom po jedan elektron, već i kada jedan atom koji ima nepodijeljeni par elektrona - donor () ga daje drugom atomu sa slobodnom () orbitalom valentnog nivoa (akceptor ). One. za atom dušika, valencija IV je također moguća zbog dodatne kovalentne veze formirane mehanizmom donor-akceptor. Tako se, na primjer, četiri kovalentne veze, od kojih je jedna formirana donor-akceptorskim mehanizmom, primjećuju tokom formiranja amonijum kationa:

Uprkos činjenici da jednu od kovalentnih veza formira mehanizam donor-akceptor, sve N-H veze u amonijum kationu su apsolutno identične i ne razlikuju se jedna od druge.

Valenciju jednaku V, atom dušika nije u stanju pokazati. To je zbog činjenice da je prijelaz u pobuđeno stanje nemoguć za atom dušika, u kojem dolazi do uparivanja dva elektrona s prijelazom jednog od njih na slobodnu orbitalu, koja je najbliža energetskom nivou. Atom dušika nema d-podnivo, a prelazak na 3s-orbitalu je energetski toliko skup da se troškovi energije ne pokrivaju formiranjem novih veza. Mnogi se mogu zapitati, kolika je onda valencija dušika, na primjer, u molekulima azotna kiselina HNO 3 ili dušikov oksid N 2 O 5? Začudo, valencija je također IV, kao što se može vidjeti iz sljedećih strukturnih formula:

Isprekidana linija na ilustraciji prikazuje tzv delokalizovan π -veza. Iz tog razloga, NO terminalne veze se mogu nazvati "jedan i po". Slične jednoipol veze nalaze se i u molekulu ozona O 3 , benzenu C 6 H 6 itd.

Valentne mogućnosti fosfora

Opišimo elektronsko-grafsku formulu vanjskog energetskog nivoa atoma fosfora:

Kao što vidimo, struktura vanjskog sloja atoma fosfora u osnovnom stanju i atoma dušika je ista, te je stoga logično očekivati ​​za atom fosfora, kao i za atom dušika, moguće valencije jednake do I, II, III i IV, što je uočeno u praksi.

Međutim, za razliku od dušika, atom fosfora također ima d-podnivo sa 5 slobodnih orbitala.

S tim u vezi, može prijeći u pobuđeno stanje, pareći elektrone 3 s-orbitale:

Tako je moguća valencija V za atom fosfora, koji je nedostupan dušiku. Tako, na primjer, atom fosfora ima valenciju od pet u molekulima takvih spojeva kao što su fosforna kiselina, fosfor (V) halogenidi, fosfor (V) oksid, itd.

Valentne mogućnosti atoma kiseonika

Elektronsko-grafska formula vanjskog energetskog nivoa atoma kisika ima oblik:

Vidimo dva nesparena elektrona na 2. nivou, pa je stoga moguća valencija II za kiseonik. Treba napomenuti da se ova valencija atoma kiseonika primećuje u skoro svim jedinjenjima. Iznad, kada smo razmatrali valentne mogućnosti atoma ugljika, raspravljali smo o formiranju molekula ugljičnog monoksida. Veza u molekuli CO je trostruka, stoga je kiseonik tamo trovalentan (kiseonik je donor elektronskog para).

Zbog činjenice da atom kisika nema vanjski nivo d-podnivoi, sparivanje elektrona s i p- orbitale je nemoguće, zbog čega su valentne mogućnosti atoma kiseonika ograničene u odnosu na druge elemente njegove podgrupe, na primer, sumpor.

Valentne mogućnosti atoma sumpora

Vanjski energetski nivo atoma sumpora u nepobuđenom stanju:

Atom sumpora, kao i atom kiseonika, ima dva nesparena elektrona u svom normalnom stanju, tako da možemo zaključiti da je za sumpor moguća valencija dva. Zaista, sumpor ima valenciju II, na primjer, u molekulu vodonik sulfida H 2 S.

Kao što možemo vidjeti, atom sumpora na vanjskom nivou ima d podnivo sa slobodnim orbitalama. Iz tog razloga, atom sumpora je u stanju da proširi svoje valentne sposobnosti, za razliku od kiseonika, zbog prelaska u pobuđena stanja. Dakle, kada rasparite usamljeni elektronski par 3 str-podnivo koji atom sumpora dobija elektronska konfiguracija vanjski nivo ovako:

U ovom stanju, atom sumpora ima 4 nesparena elektrona, što nam govori o mogućnosti da atomi sumpora pokažu valenciju jednaku IV. Zaista, sumpor ima valenciju IV u molekulima SO 2, SF 4, SOCl 2, itd.

Kada rasparite drugi usamljeni elektronski par koji se nalazi na 3 s- podnivo, vanjski energetski nivo poprima sljedeću konfiguraciju:

U takvom stanju, manifestacija valencije VI već postaje moguća. Primjer jedinjenja sa VI-valentnim sumporom su SO 3 , H 2 SO 4 , SO 2 Cl 2 itd.

Slično, možemo razmotriti valentne mogućnosti drugih hemijskih elemenata.

Zadatak određivanja stepena oksidacije može biti i puka formalnost i izazovna zagonetka. Prije svega, to će ovisiti o formuli kemijskog spoja, kao i o dostupnosti elementarnih znanja iz hemije i matematike.

Poznavajući osnovna pravila i algoritam sekvencijalnih logičkih radnji, o kojima će biti riječi u ovom članku, pri rješavanju problema ove vrste, svi se lako mogu nositi s ovim zadatkom. I nakon što ste se obučili i naučili odrediti stupanj oksidacije različitih kemijskih spojeva, možete sigurno preuzeti izjednačavanje složenih redoks reakcija metodom sastavljanja elektronske ravnoteže.

Koncept oksidacionog stanja

Da biste naučili kako odrediti stupanj oksidacije, prvo morate shvatiti što ovaj koncept znači?

• Oksidacijsko stanje se koristi prilikom snimanja u redoks reakcijama, kada se elektroni prenose s atoma na atom.
• Oksidacijsko stanje fiksira broj prenesenih elektrona, označavajući uvjetni naboj atoma.
• Oksidacijsko stanje i valencija su često identični.

Ova oznaka je napisana na vrhu hemijskog elementa, u njegovom desnom uglu, i predstavlja ceo broj sa znakom “+” ili “-”. Nulta vrijednost stepena oksidacije ne nosi znak.

Pravila za određivanje stepena oksidacije

Razmotrite glavne kanone za određivanje stepena oksidacije:

• Jednostavne elementarne tvari, odnosno one koje se sastoje od jedne vrste atoma, uvijek će imati nulto oksidacijsko stanje. Na primjer, Na0, H02, P04
• Postoji veliki broj atoma koji uvijek imaju jedno, konstantno, oksidacijsko stanje. Bolje je zapamtiti vrijednosti date u tabeli.

• Kao što vidite, jedini izuzetak je za vodonik u kombinaciji s metalima, gdje on poprima oksidacijsko stanje "-1" koje mu nije karakteristično.
• Kiseonik takođe zauzima oksidaciono stanje "+2" u hemijskoj kombinaciji sa fluorom i "-1" u sastavima peroksida, superoksida ili ozonida, gde su atomi kiseonika međusobno povezani.

• Metalni joni imaju nekoliko vrijednosti stupnja oksidacije (i to samo pozitivne), tako da ga određuju susjedni elementi u spoju. Na primjer, u FeCl3, hlor ima oksidaciono stanje "-1", ima 3 atoma, pa pomnožimo -1 sa 3, dobijemo "-3". Da bi zbir oksidacionih stanja jedinjenja bio "0", gvožđe mora imati oksidaciono stanje "+3". U formuli FeCl2, željezo će promijeniti svoj stepen na "+2".
• Matematičkim sumiranjem oksidacijskih stanja svih atoma u formuli (uzimajući u obzir predznake), uvijek treba dobiti nultu vrijednost. Na primjer, u hlorovodonične kiseline H + 1Cl-1 (+1 i -1 = 0), au sumpornoj kiselini H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 = +2 za vodonik, +4 za sumpor i -2 * 3 = -6 za kiseonik; +6 i -6 zbrajaju do 0).
• Oksidacijsko stanje jednoatomnog jona bit će jednako njegovom naboju. Na primjer: Na+, Ca+2.
• Najviši stepen oksidacije, po pravilu, odgovara broju grupe u periodičnom sistemu D.I. Mendeljejeva.

Algoritam radnji za određivanje stepena oksidacije

Redoslijed pronalaženja stupnja oksidacije nije komplikovan, ali zahtijeva pažnju i određene radnje.

Zadatak: Rasporediti oksidaciona stanja u jedinjenju KMnO4

• Prvi element, kalij, ima konstantno stanje oksidacije "+1".
  Da biste provjerili, možete pogledati periodični sistem, gdje je kalijum u 1. grupi elemenata.
• Od preostala dva elementa, kiseonik ima tendenciju da preuzme oksidaciono stanje "-2".
• Dobijamo sljedeću formulu: K + 1MnxO4-2. Ostaje odrediti oksidacijsko stanje mangana.
  Dakle, x je nama nepoznato oksidaciono stanje mangana. Sada je važno obratiti pažnju na broj atoma u spoju.
  Broj atoma kalija je 1, mangana - 1, kiseonika - 4.
  Uzimajući u obzir električnu neutralnost molekule, kada je ukupni (ukupni) naboj nula,

1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1x+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(pri transferu promijenite znak)
1x = +7, x = +7

Dakle, oksidaciono stanje mangana u jedinjenju je "+7".

Zadatak: urediti oksidaciona stanja u spoju Fe2O3.

• Kiseonik, kao što znate, ima oksidaciono stanje "-2" i deluje kao oksidaciono sredstvo. Uzimajući u obzir broj atoma (3), ukupna vrijednost kiseonika je “-6” (-2*3= -6), tj. pomnožite oksidacijsko stanje sa brojem atoma.
• Da bi se formula izbalansirala i dovela na nulu, 2 atoma željeza imat će oksidacijsko stanje "+3" (2*+3=+6).
• Sve u svemu, dobijamo nulu (-6 i +6 = 0).

Zadatak: rasporediti oksidaciona stanja u jedinjenju Al(NO3)3.

• Atom aluminijuma je jedan i ima konstantno oksidaciono stanje "+3".
• U molekuli ima 9 (3 * 3) atoma kisika, oksidacijsko stanje kisika, kao što znate, je "-2", što znači da množenjem ovih vrijednosti dobijamo "-18".
• Ostaje izjednačiti negativne i pozitivne vrijednosti, čime se određuje stepen oksidacije azota. Nedostaje -18 i +3, + 15. A s obzirom da postoje 3 atoma dušika, lako je odrediti njegovo oksidacijsko stanje: podijelite 15 sa 3 i dobijete 5.
• Oksidacijsko stanje dušika je "+5", a formula će izgledati ovako: Al + 3 (N + 5O-23) 3
• Ako je na ovaj način teško odrediti željenu vrijednost, možete sastaviti i riješiti jednadžbe:

1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5

Dakle, oksidacijsko stanje je prilično važan koncept u hemiji, simbolizirajući stanje atoma u molekuli.
Bez poznavanja određenih odredbi ili baza koje vam omogućavaju da ispravno odredite stupanj oksidacije, nemoguće je nositi se s ovim zadatkom. Stoga postoji samo jedan zaključak: temeljito se upoznati i proučiti pravila za pronalaženje stupnja oksidacije, jasno i koncizno predstavljena u članku, i hrabro krenuti dalje teškim putem kemijske mudrosti.