Los átomos exhiben estados de oxidación. Cómo determinar el estado de oxidación de un átomo de un elemento químico

Electronegatividad (OE) es la capacidad de los átomos para atraer electrones cuando se unen con otros átomos .

La electronegatividad depende de la distancia entre el núcleo y los electrones de valencia, y de lo cerca que esté de completarse la capa de valencia. Cuanto más pequeño es el radio de un átomo y más electrones de valencia, mayor es su ER.

El flúor es el elemento más electronegativo. En primer lugar, tiene 7 electrones en la capa de valencia (solo falta 1 electrón antes de un octeto) y, en segundo lugar, esta capa de valencia (…2s 2 2p 5) se encuentra cerca del núcleo.

Los átomos menos electronegativos son los metales alcalinos y alcalinotérreos. Tienen radios grandes y sus capas electrónicas externas están lejos de estar completas. Es mucho más fácil para ellos dar sus electrones de valencia a otro átomo (entonces la capa preexterna se completará) que "ganar" electrones.

La electronegatividad se puede expresar cuantitativamente y alinear los elementos en orden ascendente. La escala de electronegatividad propuesta por el químico estadounidense L. Pauling es la más utilizada.

La diferencia en la electronegatividad de los elementos en el compuesto ( ΔX) nos permitirá juzgar el tipo de enlace químico. si el valor ∆X= 0 - conexión covalente no polar.

Con una diferencia de electronegatividad de hasta 2.0, el enlace se llama polar covalente, por ejemplo: conexión HF en una molécula de fluoruro de hidrógeno HF: Δ X \u003d (3.98 - 2.20) \u003d 1.78

Se consideran enlaces con una diferencia de electronegatividad superior a 2,0 iónico. Por ejemplo: el enlace Na-Cl en el compuesto NaCl: Δ X \u003d (3.16 - 0.93) \u003d 2.23.

Estado de oxidación

Estado de oxidación (CO) es la carga condicional de un átomo en una molécula, calculada asumiendo que la molécula consta de iones y generalmente es eléctricamente neutra.

Cuando se forma un enlace iónico, un electrón pasa de un átomo menos electronegativo a uno más electronegativo, los átomos pierden su neutralidad eléctrica y se convierten en iones. hay cargas enteras. Cuando se forma un enlace polar covalente, el electrón no se transfiere completamente, sino parcialmente, por lo que surgen cargas parciales (en la figura siguiente, HCl). Imaginemos que el electrón pasó completamente del átomo de hidrógeno al cloro, y apareció una carga positiva completa +1 en el hidrógeno y -1 en el cloro. tales cargas condicionales se denominan estado de oxidación.

Esta figura muestra los estados de oxidación característicos de los primeros 20 elementos.
Nota. El SD ​​más alto suele ser igual al número de grupo en la tabla periódica. Los metales de los subgrupos principales tienen una característica CO, los no metales, por regla general, tienen una dispersión de CO. Por lo tanto, los no metales forman un gran número de compuestos y tienen propiedades más "diversas" en comparación con los metales.

Ejemplos de determinación del grado de oxidación.

Determinemos los estados de oxidación del cloro en compuestos:

Las reglas que hemos considerado no siempre nos permiten calcular el CO de todos los elementos, como, por ejemplo, en una molécula de aminopropano dada.

Aquí es conveniente utilizar el siguiente método:

1) Representamos la fórmula estructural de la molécula, el guión es un enlace, un par de electrones.

2) Convertimos el guión en una flecha dirigida a un átomo más EO. Esta flecha simboliza la transición de un electrón a un átomo. Si se conectan dos átomos idénticos, dejamos la línea como está: no hay transferencia de electrones.

3) Contamos cuántos electrones "vinieron" y "se fueron".

Por ejemplo, considere la carga del primer átomo de carbono. Tres flechas están dirigidas hacia el átomo, lo que significa que han llegado 3 electrones, la carga es -3.

El segundo átomo de carbono: el hidrógeno le dio un electrón y el nitrógeno tomó un electrón. La carga no ha cambiado, es igual a cero. Etc.

Valencia

Valencia(del latín valēns "que tiene fuerza") - la capacidad de los átomos para formar un cierto número enlaces químicos con átomos de otros elementos.

Básicamente, valencia significa la capacidad de los átomos para formar un cierto número de enlaces covalentes. Si un átomo tiene norte electrones desapareados y metro pares de electrones solitarios, entonces este átomo puede formar n+m enlaces covalentes con otros átomos, es decir, su valencia será n+m. Al evaluar la valencia máxima, se debe partir de la configuración electrónica del estado "excitado". Por ejemplo, la valencia máxima de un átomo de berilio, boro y nitrógeno es 4 (por ejemplo, en Be (OH) 4 2-, BF 4 - y NH 4 +), fósforo - 5 (PCl 5), azufre - 6 (H 2 SO 4) , cloro - 7 (Cl 2 O 7).

En algunos casos, la valencia puede coincidir numéricamente con el estado de oxidación, pero de ninguna manera son idénticos entre sí. Por ejemplo, en las moléculas de N 2 y CO, se realiza un enlace triple (es decir, la valencia de cada átomo es 3), pero el estado de oxidación del nitrógeno es 0, carbono +2, oxígeno -2.

El grado de oxidación. Determinación del estado de oxidación de un elemento átomo por fórmula química conexiones Recopilación de la fórmula del compuesto según los estados de oxidación conocidos de los átomos de los elementos

El estado de oxidación de un elemento es la carga condicional de un átomo en una sustancia, calculada con la suposición de que se compone de iones. Para determinar el grado de oxidación de los elementos, es necesario recordar ciertas reglas:

1. El estado de oxidación puede ser positivo, negativo o cero. Se denota por un número arábigo con un signo más o menos sobre el símbolo del elemento.

2. Al determinar los estados de oxidación, proceden de la electronegatividad de la sustancia: la suma de los estados de oxidación de todos los átomos en el compuesto es cero.

3. Si el compuesto está formado por átomos de un elemento (en una sustancia simple), entonces el estado de oxidación de estos átomos es cero.

4. Átomos de algunos elementos químicos Los estados de oxidación generalmente se atribuyen al acero. Por ejemplo, el estado de oxidación del flúor en los compuestos es siempre -1; litio, sodio, potasio, rubidio y cesio +1; magnesio, calcio, estroncio, bario y zinc +2, aluminio +3.

5. El estado de oxidación del hidrógeno en la mayoría de los compuestos es +1, y sólo en compuestos con algunos metales es igual a -1 (KH, BaH2).

6. El estado de oxidación del oxígeno en la mayoría de los compuestos es -2, y solo en algunos compuestos se le asigna un estado de oxidación de -1 (H2O2, Na2O2 o +2 (OF2).

7. Los átomos de muchos elementos químicos tienen variables de grado oxidación.

8. El estado de oxidación de un átomo de metal en compuestos es positivo y numéricamente igual a su valencia.

9. El estado de oxidación positivo máximo de un elemento suele ser igual al número de grupo en sistema periódico En el que reside el elemento.

10. El estado de oxidación mínimo de los metales es cero. Para no metales en la mayoría de los casos a continuación grado negativo oxidación es igual a la diferencia entre el número de grupo y el número ocho.

11. El estado de oxidación de un átomo forma un ion simple (consiste en un átomo), igual a la carga de este ion.

Usando las reglas anteriores, determinamos los estados de oxidación de los elementos químicos en la composición de H2SO4. Esta es una sustancia compleja que consta de tres elementos químicos: hidrógeno H, azufre S y oxígeno O. Observamos los estados de oxidación de aquellos elementos para los que son constantes. En nuestro caso, estos son hidrógeno H y oxígeno O.

Determinemos el estado de oxidación desconocido del azufre. Sea x el estado de oxidación del azufre en este compuesto.

Hagamos ecuaciones multiplicando para cada elemento su índice por el estado de oxidación e igualemos la cantidad extraída a cero: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0

2 + X - 8 = 0

x = +8 - 2 = +6

Por lo tanto, el estado de oxidación del azufre es más seis.

En el siguiente ejemplo, veamos cómo puedes escribir una fórmula para un compuesto con estados de oxidación conocidos de los átomos de los elementos. Hagamos la fórmula del óxido de hierro (III). La palabra "óxido" significa que a la derecha del símbolo del hierro debe escribirse el símbolo del oxígeno: FeO.

Tenga en cuenta los estados de oxidación de los elementos químicos por encima de sus símbolos. El estado de oxidación del hierro se indica en el nombre entre paréntesis (III), por lo tanto, es igual a +3, el estado de oxidación del oxígeno en los óxidos es -2.

Encontremos el mínimo común múltiplo para los números 3 y 2, este es 6. Dividimos el número 6 entre 3, obtenemos el número 2: este es el índice del hierro. Dividimos el número 6 por 2, obtenemos el número 3: este es el índice de oxígeno.

En el siguiente ejemplo, averigüemos cómo formular una fórmula compuesta con estados de oxidación conocidos de átomos de elementos y cargas de iones. Hagamos una fórmula de ortofosfato de calcio. La palabra “ortofosfato” significa que a la derecha del símbolo de Calcio, se debe escribir el residuo ácido del ácido ortofosfato: CaPO4.

Tenga en cuenta el estado de oxidación del calcio (regla número cuatro) y la carga del residuo ácido (según la tabla de solubilidad).

Encontremos el mínimo común múltiplo para los números 2 y 3, este es 6. Dividimos el número 6 entre 2, obtenemos el número 3: este es el índice del calcio. Dividimos el número 6 por 3, obtenemos el número 2: este es el índice del residuo ácido.

La carga formal de un átomo en los compuestos es una cantidad auxiliar, generalmente se usa en las descripciones de las propiedades de los elementos en química. Esta carga eléctrica condicional es el grado de oxidación. Su significado cambia como resultado de muchos procesos quimicos. Aunque la carga es formal, caracteriza vívidamente las propiedades y el comportamiento de los átomos en las reacciones redox (ORD).

Oxidación y reducción

En el pasado, los químicos usaban el término "oxidación" para describir la interacción del oxígeno con otros elementos. El nombre de las reacciones proviene del nombre latino del oxígeno: Oxygenium. Más tarde resultó que otros elementos también se oxidan. En este caso, se restauran: adjuntan electrones. Cada átomo durante la formación de una molécula cambia la estructura de su capa de electrones de valencia. En este caso, aparece una carga formal, cuyo valor depende de la cantidad de electrones dados o recibidos condicionalmente. Para caracterizar este valor, se utilizó anteriormente el término químico inglés "número de oxidación", que significa "número de oxidación" en la traducción. Su uso se basa en la suposición de que los electrones de enlace en moléculas o iones pertenecen al átomo con mayor electronegatividad (EO). La capacidad de retener sus electrones y atraerlos de otros átomos se expresa bien en los no metales fuertes (halógenos, oxígeno). Los metales fuertes (sodio, potasio, litio, calcio, otros elementos alcalinos y alcalinotérreos) tienen propiedades opuestas.

Determinación del grado de oxidación

El estado de oxidación es la carga que adquiriría un átomo si los electrones involucrados en la formación del enlace se desplazaran por completo a un elemento más electronegativo. Hay sustancias que no tienen estructura molecular (halogenuros de metales alcalinos y otros compuestos). En estos casos, el estado de oxidación coincide con la carga del ion. La carga condicional o real muestra qué proceso tuvo lugar antes de que los átomos adquirieran su estado actual. Un estado de oxidación positivo es el número total de electrones que se han eliminado de los átomos. El valor negativo del estado de oxidación es igual al número de electrones adquiridos. Al cambiar el estado de oxidación de un elemento químico, uno juzga lo que le sucede a sus átomos durante la reacción (y viceversa). El color de la sustancia determina qué cambios en el estado de oxidación se han producido. Los compuestos de cromo, hierro y una serie de otros elementos en los que exhiben diferentes valencias se colorean de manera diferente.

Valores de estado de oxidación negativo, cero y positivo

Las sustancias simples están formadas por elementos químicos con el mismo valor de EO. En este caso, los electrones de enlace pertenecen a todas las partículas estructurales por igual. Por lo tanto, en sustancias simples Los elementos ax no se caracterizan por un estado de oxidación (H 0 2, O 0 2, C 0). Cuando los átomos aceptan electrones o nube común cambia en su dirección, se acostumbra escribir las cargas con un signo menos. Por ejemplo, F -1, O -2, C -4. Al donar electrones, los átomos adquieren una carga positiva real o formal. En el óxido OF 2, el átomo de oxígeno cede un electrón cada uno a dos átomos de flúor y se encuentra en el estado de oxidación O+2. Se cree que en una molécula o un ion poliatómico, los átomos más electronegativos reciben todos los electrones de enlace.

El azufre es un elemento que presenta diferentes valencias y estados de oxidación.

Los elementos químicos de los principales subgrupos a menudo exhiben una valencia inferior igual a VIII. Por ejemplo, la valencia del azufre en el sulfuro de hidrógeno y los sulfuros metálicos es II. El elemento se caracteriza por valencias intermedias y más altas en el estado excitado, cuando el átomo cede uno, dos, cuatro o los seis electrones y exhibe valencias I, II, IV, VI, respectivamente. Los mismos valores, solo que con signo menos o más, tienen los estados de oxidación del azufre:

• en el sulfuro de flúor da un electrón: -1;
• en sulfuro de hidrógeno, el valor más bajo: -2;
• en estado intermedio de dióxido: +4;
• en trióxido, ácido sulfúrico y sulfatos: +6.

En su estado de oxidación más alto, el azufre solo acepta electrones; en su estado más bajo, exhibe fuertes propiedades reductoras. Los átomos de S+4 pueden actuar como agentes reductores u oxidantes en los compuestos, según las condiciones.

Transferencia de electrones en reacciones químicas.

Cuando se forma un cristal sal de mesa el sodio dona electrones al cloro más electronegativo. Los estados de oxidación de los elementos coinciden con las cargas de los iones: Na +1 Cl -1 . Para las moléculas creadas por la socialización y el desplazamiento de pares de electrones a un átomo más electronegativo, solo se aplica el concepto de carga formal. Pero se puede suponer que todos los compuestos están formados por iones. Entonces los átomos, al atraer electrones, adquieren una carga negativa condicional, y al ceder, adquieren una positiva. En las reacciones, indica cuántos electrones se desplazan. Por ejemplo, en una molécula de dióxido de carbono C +4 O - 2 2, el índice indicado en la esquina superior derecha en símbolo químico El carbono muestra el número de electrones eliminados de un átomo. El oxígeno en esta sustancia tiene un estado de oxidación de -2. El índice correspondiente con el signo químico O es el número de electrones agregados en el átomo.

Cómo calcular los estados de oxidación

Contar el número de electrones donados y agregados por los átomos puede llevar mucho tiempo. Las siguientes reglas facilitan esta tarea:

1. En las sustancias simples, los estados de oxidación son cero.
2. La suma de la oxidación de todos los átomos o iones en una sustancia neutra es cero.
3. En un ion complejo, la suma de los estados de oxidación de todos los elementos debe corresponder a la carga de toda la partícula.
4. Un átomo más electronegativo adquiere un estado de oxidación negativo, que se escribe con un signo menos.
5. Se obtienen menos elementos electronegativos grados positivos oxidación, se escriben con un signo más.
6. El oxígeno generalmente exhibe un estado de oxidación de -2.
7. para hidrógeno valor característico: +1, encontrado en hidruros metálicos: H-1.
8. El flúor es el más electronegativo de todos los elementos, su estado de oxidación es siempre -4.
9. Para la mayoría de los metales, los números de oxidación y las valencias son los mismos.

Estado de oxidación y valencia.

La mayoría de los compuestos se forman como resultado de procesos redox. La transición o desplazamiento de electrones de un elemento a otro conduce a un cambio en su estado de oxidación y valencia. A menudo estos valores coinciden. Como sinónimo del término "estado de oxidación", se puede utilizar la frase "valencia electroquímica". Pero hay excepciones, por ejemplo, en el ion amonio, el nitrógeno es tetravalente. Al mismo tiempo, el átomo de este elemento se encuentra en el estado de oxidación -3. En las sustancias orgánicas, el carbono es siempre tetravalente, pero los estados de oxidación del átomo de C en el metano CH 4, el alcohol fórmico CH 3 OH y el ácido HCOOH tienen valores diferentes: -4, -2 y +2.

Reacciones redox

Muchos de los redox procesos críticos en la industria, la tecnología, la vida y naturaleza inanimada: combustión, corrosión, fermentación, respiración intracelular, fotosíntesis y otros fenómenos.

Al compilar las ecuaciones OVR, los coeficientes se seleccionan utilizando el método de balance electrónico, en el que se operan las siguientes categorías:

• estados de oxidación;
• el reductor cede electrones y se oxida;
• el agente oxidante acepta electrones y se reduce;
• el número de electrones dados debe ser igual al número de electrones adjuntos.

La adquisición de electrones por parte de un átomo conduce a una disminución de su estado de oxidación (reducción). La pérdida de uno o más electrones por parte de un átomo va acompañada de un aumento en el número de oxidación del elemento como resultado de reacciones. Para OVR que fluye entre iones de electrolitos fuertes en soluciones acuosas, más a menudo no usan el equilibrio electrónico, sino el método de semirreacciones.

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¿Cómo determinar el grado de oxidación? La tabla periódica le permite registrar un valor cuantitativo dado para cualquier elemento químico.

Definición

Primero, tratemos de entender qué es este término. El estado de oxidación según la tabla periódica es el número de electrones que son aceptados o cedidos por un elemento en el proceso de interacción química. Puede tomar negativo y valor positivo.

Enlace a la tabla

¿Cómo se determina el estado de oxidación? La tabla periódica consta de ocho grupos dispuestos verticalmente. Cada uno de ellos tiene dos subgrupos: principal y secundario. Para establecer indicadores para elementos, se deben usar ciertas reglas.

Instrucción

¿Cómo calcular los estados de oxidación de los elementos? La tabla le permite hacer frente por completo a un problema similar. Los metales alcalinos, que se encuentran en el primer grupo (subgrupo principal), muestran el estado de oxidación en los compuestos, corresponde a +, es igual a su valencia más alta. Los metales del segundo grupo (subgrupo A) tienen estado de oxidación +2.

La tabla le permite determinar este valor no solo para elementos que exhiben propiedades metálicas, sino también para no metales. Su valor máximo corresponderá a la valencia más alta. Por ejemplo, para azufre será +6, para nitrógeno +5. ¿Cómo se calcula su cifra mínima (la más baja)? La tabla también responde a esta pregunta. Resta el número del grupo de ocho. Por ejemplo, para el oxígeno será -2, para el nitrógeno -3.

Para sustancias simples que no entraron en interacción química con otras sustancias, el indicador determinado se considera cero.

Tratemos de identificar las principales acciones relacionadas con el arreglo en compuestos binarios. ¿Cómo poner en ellos el grado de oxidación? La tabla periódica ayuda a resolver el problema.

Por ejemplo, tome óxido de calcio CaO. Para el calcio ubicado en el subgrupo principal del segundo grupo, el valor será constante, igual a +2. Para el oxígeno, que tiene propiedades no metálicas, este indicador será un valor negativo y corresponde a -2. Para comprobar la exactitud de la definición, resumimos los números obtenidos. Como resultado, obtenemos cero, por lo tanto, los cálculos son correctos.

Determinemos indicadores similares en otro compuesto binario CuO. Dado que el cobre se ubica en un subgrupo secundario (primer grupo), por lo tanto, el indicador en estudio puede mostrar diferentes significados. Por lo tanto, para determinarlo, primero debe identificar el indicador de oxígeno.

Para un no metal ubicado al final de la fórmula binaria, el estado de oxidación es significado negativo. Dado que este elemento se encuentra en el sexto grupo, al restarle seis a ocho, obtenemos que el estado de oxidación del oxígeno corresponde a -2. Dado que no hay índices en el compuesto, por lo tanto, el estado de oxidación del cobre será positivo, igual a +2.

¿De qué otra manera se usa? tabla quimica? Los estados de oxidación de los elementos en fórmulas que constan de tres elementos también se calculan de acuerdo con cierto algoritmo. Primero, estos indicadores se colocan en el primer y último elemento. Para el primero, este indicador tendrá un valor positivo, corresponderá a la valencia. Para el elemento extremo, que es un no metal, este indicador tiene un valor negativo, se determina como una diferencia (el número del grupo se resta de ocho). Al calcular el estado de oxidación del elemento central, se utiliza una ecuación matemática. Los cálculos tienen en cuenta los índices disponibles para cada elemento. La suma de todos los estados de oxidación debe ser cero.

Ejemplo de determinación en ácido sulfúrico

La fórmula de este compuesto es H 2 SO 4 . El hidrógeno tiene un estado de oxidación de +1, el oxígeno tiene -2. Para determinar el estado de oxidación del azufre, componemos una ecuación matemática: + 1 * 2 + X + 4 * (-2) = 0. Obtenemos que el estado de oxidación del azufre corresponde a +6.

Conclusión

Al usar las reglas, puede organizar los coeficientes en reacciones redox. Esta pregunta considerada en la asignatura de química del grado noveno del currículo escolar. Además, la información sobre los estados de oxidación le permite realizar asignaciones OGE y use.