Kā noteikt maksimālo pozitīvo oksidācijas pakāpi. Kā noteikt oksidācijas pakāpi

Lai raksturotu daļiņu redoksspēju, svarīgs ir tāds jēdziens kā oksidācijas pakāpe. OKSIDĀCIJAS STĀVOKLIS ir lādiņš, kāds varētu būt atomam molekulā vai jona, ja tiktu pārrautas visas tā saites ar citiem atomiem un kopīgie elektronu pāri atstātu vairāk elektronnegatīvu elementu.

Atšķirībā no reālajiem jonu lādiņiem, oksidācijas stāvoklis parāda tikai nosacītu atoma lādiņu molekulā. Tas var būt negatīvs, pozitīvs vai nulle. Piemēram, atomu oksidācijas stāvoklis vienkāršas vielas ir vienāds ar "0" (,
,,). Ķīmiskajos savienojumos atomiem var būt nemainīgs oksidācijas stāvoklis vai mainīgs lielums. Periodiskās sistēmas grupu galveno apakšgrupu I, II un III metāliem ķīmiskajos savienojumos oksidācijas pakāpe parasti ir nemainīga un vienāda ar attiecīgi Me +1, Me +2 un Me +3 (Li +, Ca +2 , Al +3). Fluora atomam vienmēr ir -1. Hloram savienojumos ar metāliem vienmēr ir -1. Lielākajā daļā savienojumu skābekļa oksidācijas pakāpe ir -2 (izņemot peroksīdus, kur tā oksidācijas pakāpe ir -1) un ūdeņradis +1 (izņemot metālu hidrīdus, kur tā oksidācijas pakāpe ir -1).

Visu atomu oksidācijas pakāpju algebriskā summa neitrālā molekulā ir vienāda ar nulli, bet jonā tā ir vienāda ar jona lādiņu. Šī sakarība ļauj aprēķināt atomu oksidācijas pakāpi kompleksos savienojumos.

Sērskābes molekulā H 2 SO 4 ūdeņraža atoma oksidācijas pakāpe ir +1, bet skābekļa atomam ir -2. Tā kā ir divi ūdeņraža atomi un četri skābekļa atomi, mums ir divi "+" un astoņi "-". Līdz neitralitātei trūkst sešu "+". Šis skaitlis ir sēra oksidācijas pakāpe -
. Kālija dihromāta K 2 Cr 2 O 7 molekula sastāv no diviem kālija atomiem, diviem hroma atomiem un septiņiem skābekļa atomiem. Kālija oksidācijas pakāpe ir +1, skābeklim -2. Tātad mums ir divi "+" un četrpadsmit "-". Atlikušie divpadsmit "+" atrodas uz diviem hroma atomiem, no kuriem katram ir oksidācijas pakāpe +6 (
).

Tipiski oksidētāji un reducētāji

No reducēšanas un oksidācijas procesu definīcijas izriet, ka principā par oksidētājiem var darboties vienkāršas un sarežģītas vielas, kas satur atomus, kas nav zemākajā oksidācijas pakāpē un tādējādi var pazemināt to oksidācijas pakāpi. Līdzīgi kā reducētāji var darboties vienkāršas un sarežģītas vielas, kas satur atomus, kas nav visaugstākajā oksidācijas pakāpē un tādējādi var palielināt to oksidācijas pakāpi.

Spēcīgākie oksidētāji ir:

1) vienkāršas vielas, ko veido atomi ar lielu elektronegativitāti, t.i. tipiski nemetāli, kas atrodas periodiskās sistēmas sestās un septītās grupas galvenajās apakšgrupās: F, O, Cl, S (attiecīgi F 2, O 2, Cl 2, S);

2) vielas, kas satur elementus augstākajā un starpproduktā

pozitīvi oksidācijas stāvokļi, tostarp jonu veidā, gan vienkāršie, elementāri (Fe 3+), gan skābekli saturoši, oksoanjoni (permanganāta jons - MnO 4 -);

3) peroksīda savienojumi.

Īpašas vielas, ko praksē izmanto kā oksidētājus, ir skābeklis un ozons, hlors, broms, permanganāti, dihromāti, hlora oksiskābes un to sāļi (piemēram,
,
,
), Slāpekļskābe (
), koncentrēta sērskābe (
), mangāna dioksīds (
), ūdeņraža peroksīds un metālu peroksīdi (
,
).

Spēcīgākie reducējošie līdzekļi ir:

1) vienkāršas vielas, kuru atomiem ir zema elektronegativitāte ("aktīvie metāli");

2) metālu katjoni zemā oksidācijas pakāpē (Fe 2+);

3) vienkāršie elementārie anjoni, piemēram, sulfīda jons S 2- ;

4) skābekli saturoši anjoni (oksoanjoni), kas atbilst elementa (nitrīta) zemākajiem pozitīvajiem oksidācijas pakāpēm
, sulfīts
).

Specifiskas vielas, ko praksē izmanto kā reducētājus, ir, piemēram, sārmu un sārmzemju metāli, sulfīdi, sulfīti, ūdeņraža halogenīdi (izņemot HF), organiskās vielas - spirti, aldehīdi, formaldehīds, glikoze, skābeņskābe, kā arī ūdeņradis, ogleklis. , oglekļa monoksīds (
) un alumīniju augstā temperatūrā.

Principā, ja viela satur elementu vidējā oksidācijas stāvoklī, tad šīm vielām var būt gan oksidējošas, gan reducējošas īpašības. Tas viss ir atkarīgs no

"partneris" reakcijā: ar pietiekami spēcīgu oksidētāju tas var reaģēt kā reducētājs, bet ar pietiekami spēcīgu reducētāju - kā oksidētājs. Tā, piemēram, nitrīta jons NO 2 - in skāba vide darbojas kā oksidētājs attiecībā pret jonu I -:

2
+ 2+ 4HCl→ + 2
+ 4KCl + 2H2O

un kā reducētājs attiecībā pret permanganāta jonu MnO 4 -

5
+ 2
+ 3H2SO4 → 2
+ 5
+ K2SO4 + 3H2O

Oksidācijas stāvoklis ir atoma nosacīts lādiņš molekulā, tas saņem atomu pilnīgas elektronu pieņemšanas rezultātā, to aprēķina no pieņēmuma, ka visas saites ir jonu raksturs. Kā noteikt oksidācijas pakāpi?

Oksidācijas pakāpes noteikšana

Ir lādētas daļiņas, joni, kuru pozitīvais lādiņš ir vienāds ar no viena atoma saņemto elektronu skaitu. Jona negatīvais lādiņš ir vienāds ar elektronu skaitu, ko pieņem viens atoms ķīmiskais elements. Piemēram, tāda elementa kā Ca2 + ievadīšana nozīmē, ka elementu atomi ir zaudējuši vienu, divus vai trīs elementus. Lai atrastu jonu savienojumu un molekulu savienojumu sastāvu, mums jāzina, kā noteikt elementu oksidācijas pakāpi. Oksidācijas stāvokļi ir negatīvi, pozitīvi un nulle. Ja ņemam vērā atomu skaitu, tad algebriskā oksidācijas pakāpe molekulā ir nulle.

Lai noteiktu elementa oksidācijas stāvokli, jums jāvadās pēc noteiktām zināšanām. Piemēram, metālu savienojumos oksidācijas pakāpe ir pozitīva. Un augstākais oksidācijas pakāpe atbilst periodiskās sistēmas grupas numuram, kurā atrodas elements. Metālos oksidācijas stāvokļi var būt pozitīvi vai negatīvi. Tas būs atkarīgs no faktora, ar kādu atomu metāls ir savienots. Piemēram, ja tas ir savienots ar metāla atomu, tad pakāpe būs negatīva, bet, ja tā ir savienota ar nemetālu, tad pakāpe būs pozitīva.

Metāla negatīvo augstāko oksidācijas pakāpi var noteikt, no skaitļa astoņi atņemot tās grupas skaitli, kurā atrodas nepieciešamais elements. Parasti tas ir vienāds ar elektronu skaitu, kas atrodas uz ārējais slānis. Šo elektronu skaits atbilst arī grupas numuram.

Kā aprēķināt oksidācijas stāvokli

Vairumā gadījumu konkrēta elementa atoma oksidācijas pakāpe neatbilst tā izveidoto saišu skaitam, tas ir, tas nav vienāds ar šī elementa valenci. To var skaidri redzēt organisko savienojumu piemērā.

Ļaujiet man jums atgādināt, ka oglekļa valence in organiskie savienojumi vienāds ar 4 (t.i. veido 4 saites), bet oglekļa oksidācijas pakāpe, piemēram, metanolā CH 3 OH ir -2, CO 2 +4, CH4 -4, skudrskābē HCOOH +2. Valenci mēra pēc kovalento ķīmisko saišu skaita, ieskaitot tās, kuras veido donora-akceptora mehānisms.

Nosakot atomu oksidācijas pakāpi molekulās, elektronegatīvs atoms, vienam elektronu pārim izbīdot tā virzienā, iegūst lādiņu -1, bet, ja ir divi elektronu pāri, tad -2 būs lādiņš. Oksidācijas pakāpi neietekmē saite starp tiem pašiem atomiem. Piemēram:

• C-C atomu saite ir vienāda ar to nulles oksidācijas stāvokli.
• C-H saite - šeit ogleklis kā elektronegatīvākais atoms atbildīs lādiņam -1.
• Savienojums C-O lādiņš ogleklis, kā mazāk elektronegatīvs, būs vienāds ar +1.

Oksidācijas pakāpes noteikšanas piemēri

1. Tādā molekulā kā CH 3Cl trīs C-H saites C). Tādējādi oglekļa atoma oksidācijas pakāpe šajā savienojumā būs vienāda ar: -3 + 1 = -2.
2. Noskaidrosim oglekļa atomu oksidācijas pakāpi acetaldehīda molekulā Cˉ³H3-C¹O-H. Šajā savienojumā trīs C-H saites nodrošinās kopējo C atoma lādiņu, kas ir (Cº+3e→Cˉ³)-3. Divkāršā saite C = O (šeit skābeklis paņems elektronus no oglekļa atoma, jo skābeklis ir vairāk elektronegatīvs) dod lādiņu C atomam, tas ir vienāds ar +2 (Cº-2e → C²), savukārt saite C-H lādiņš-1, tātad kopējais atoma C lādiņš ir: (2-1=1)+1.
3. Tagad noskaidrosim oksidācijas pakāpi etanola molekulā: Cˉ³H-Cˉ¹H2-OH. Šeit trīs C-H saites nodrošinās kopējo C atoma lādiņu, kas ir (Cº+3e→Cˉ³)-3. Divas C-H saites radīs C atoma lādiņu, kas būs vienāds ar -2, savukārt C→O saite radīs lādiņu +1, kas nozīmē kopējo C atoma lādiņu: (-2+1= -1)-1.

Tagad jūs zināt, kā noteikt elementa oksidācijas stāvokli. Ja jums ir vismaz pamatzināšanasķīmijā, tad jums dots uzdevums nebūs problēma.

Oksidācijas pakāpe. Elementa atoma oksidācijas pakāpes noteikšana ar ķīmiskā formula savienojumiem. Savienojuma formulas sastādīšana pēc zināmajiem elementu atomu oksidācijas pakāpēm

Elementa oksidācijas pakāpe ir vielā esošā atoma nosacīts lādiņš, ko aprēķina, pieņemot, ka tas sastāv no joniem. Lai noteiktu elementu oksidācijas pakāpi, ir jāatceras daži noteikumi:

1. Oksidācijas stāvoklis var būt pozitīvs, negatīvs vai nulle. To apzīmē ar arābu cipariem ar plusa vai mīnusa zīmi virs elementa simbola.

2. Nosakot oksidācijas pakāpes, tie vadās no vielas elektronegativitātes: visu savienojumā esošo atomu oksidācijas pakāpju summa ir nulle.

3. Ja savienojumu veido viena elementa atomi (vienkāršā vielā), tad šo atomu oksidācijas pakāpe ir nulle.

4. Dažu ķīmisko elementu atomiem tēraudam parasti tiek piešķirti oksidācijas stāvokļi. Piemēram, fluora oksidācijas pakāpe savienojumos vienmēr ir -1; litijs, nātrijs, kālijs, rubīdijs un cēzijs +1; magnijs, kalcijs, stroncijs, bārijs un cinks +2, alumīnijs +3.

5. Ūdeņraža oksidācijas pakāpe lielākajā daļā savienojumu ir +1, un tikai savienojumos ar dažiem metāliem tas ir vienāds ar -1 (KH, BaH2).

6. Skābekļa oksidācijas pakāpe lielākajā daļā savienojumu ir -2, un tikai dažiem savienojumiem tam tiek piešķirts oksidācijas pakāpe -1 (H2O2, Na2O2 vai +2 (OF2).

7. Daudzu ķīmisko elementu atomi ir pakāpes mainīgie oksidēšanās.

8. Metāla atoma oksidācijas pakāpe savienojumos ir pozitīva un skaitliski vienāda ar tā valenci.

9. Elementa maksimālais pozitīvās oksidācijas pakāpe parasti ir vienāda ar grupas numuru periodiskajā sistēmā, kurā elements atrodas.

10. Metālu minimālais oksidācijas līmenis ir nulle. Par nemetāliem vairumā gadījumu zemāk negatīva pakāpe oksidēšanās ir vienāda ar starpību starp grupas numuru un skaitli astoņi.

11. Atoma oksidācijas pakāpe veido vienkāršu jonu (sastāv no viena atoma), kas vienāds ar šī jona lādiņu.

Izmantojot iepriekš minētos noteikumus, mēs nosakām ķīmisko elementu oksidācijas pakāpi H2SO4 sastāvā. Šī ir sarežģīta viela, kas sastāv no trim ķīmiskajiem elementiem - ūdeņraža H, sēra S un skābekļa O. Mēs atzīmējam to elementu oksidācijas stāvokļus, kuriem tie ir nemainīgi. Mūsu gadījumā tie ir ūdeņradis H un skābeklis O.

Noteiksim nezināmo sēra oksidācijas pakāpi. Lai sēra oksidācijas pakāpe šajā savienojumā ir x.

Izveidosim vienādojumus, reizinot katram elementam tā indeksu ar oksidācijas pakāpi un pielīdzināsim iegūto daudzumu nullei: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0

2 + X - 8 = 0

x = +8 - 2 = +6

Tāpēc sēra oksidācijas pakāpe ir plus seši.

Nākamajā piemērā noskaidrosim, kā var uzrakstīt formulu savienojumam ar zināmiem elementu atomu oksidācijas stāvokļiem. Izveidosim dzelzs (III) oksīda formulu. Vārds "oksīds" nozīmē, ka pa labi no dzelzs simbola ir jāraksta skābekļa simbols: FeO.

Ņemiet vērā ķīmisko elementu oksidācijas pakāpi virs to simboliem. Dzelzs oksidācijas pakāpe ir norādīta nosaukumā iekavās (III), tāpēc tas ir vienāds ar +3, skābekļa oksidācijas pakāpe oksīdos ir -2.

Atradīsim skaitļu 3 un 2 mazāko kopīgo reizinātāju, tas ir 6. Sadaliet skaitli 6 ar 3, iegūstam skaitli 2 - tas ir dzelzs rādītājs. Mēs sadalām skaitli 6 ar 2, iegūstam skaitli 3 - tas ir skābekļa indekss.

Nākamajā piemērā noskaidrosim, kā noformulēt savienojuma formulu ar zināmiem elementu atomu oksidācijas pakāpēm un jonu lādiņiem. Pagatavosim kalcija ortofosfāta formulu. Vārds “ortofosfāts” nozīmē, ka pa labi no kalcija simbola ortofosfāta skābes skābes atlikums jāraksta: CaPO4.

Ņemiet vērā kalcija oksidācijas stāvokli (noteikums numur ceturtais) un skābes atlikuma lādiņu (saskaņā ar šķīdības tabulu).

Atradīsim skaitļiem 2 un 3 mazāko kopīgo reizinātāju, tas ir 6. Sadaliet skaitli 6 ar 2, iegūstam skaitli 3 - tas ir kalcija indekss. Mēs sadalām skaitli 6 ar 3, iegūstam skaitli 2 - tas ir skābes atlikuma indekss.

Elektronegativitāte, tāpat kā citas ķīmisko elementu atomu īpašības, periodiski mainās, palielinoties elementa kārtas skaitam:

Augšējā diagramma parāda galveno apakšgrupu elementu elektronegativitātes izmaiņu periodiskumu atkarībā no elementa kārtas numura.

Virzoties lejup pa periodiskās tabulas apakšgrupu, ķīmisko elementu elektronegativitāte samazinās, pa periodu virzoties pa labi, palielinās.

Elektronegativitāte atspoguļo elementu nemetālismu: jo lielāka ir elektronegativitātes vērtība, jo vairāk elementā izpaužas nemetāla īpašības.

Oksidācijas stāvoklis

Kā aprēķināt savienojuma elementa oksidācijas pakāpi?

1) Ķīmisko elementu oksidācijas pakāpe vienkāršās vielās vienmēr ir nulle.

2) Ir elementi, kuriem sarežģītās vielās ir nemainīgs oksidācijas stāvoklis:

3) Ir ķīmiskie elementi, kuriem lielākajā daļā savienojumu ir nemainīgs oksidācijas stāvoklis. Šie elementi ietver:

4) Visu molekulas atomu oksidācijas pakāpju algebriskā summa vienmēr ir nulle. Visu jonu atomu oksidācijas pakāpju algebriskā summa ir vienāda ar jona lādiņu.

5) Augstākais (maksimālais) oksidācijas līmenis ir vienāds ar grupas numuru. Izņēmumi, uz kuriem neattiecas šis noteikums, ir I grupas sekundārās apakšgrupas elementi, VIII grupas sekundārās apakšgrupas elementi, kā arī skābeklis un fluors.

Ķīmiskie elementi, kuru grupas numurs neatbilst tiem augstākā pakāpe oksidēšana (jāatceras)

6) Metālu zemākais oksidācijas pakāpe vienmēr ir nulle, un nemetālu zemāko oksidācijas pakāpi aprēķina pēc formulas:

nemetāla zemākais oksidācijas līmenis = grupas numurs - 8

Pamatojoties uz iepriekš sniegtajiem noteikumiem, jebkurā vielā ir iespējams noteikt ķīmiskā elementa oksidācijas pakāpi.

Elementu oksidācijas pakāpju atrašana dažādos savienojumos

1. piemērs

Noteikt visu sērskābē esošo elementu oksidācijas pakāpi.

Lēmums:

Uzrakstīsim sērskābes formulu:

Ūdeņraža oksidācijas pakāpe visās kompleksajās vielās ir +1 (izņemot metālu hidrīdus).

Skābekļa oksidācijas pakāpe visās kompleksajās vielās ir -2 (izņemot peroksīdus un skābekļa fluorīdu OF 2). Sakārtosim zināmos oksidācijas stāvokļus:

Apzīmēsim sēra oksidācijas pakāpi kā x:

Sērskābes molekula, tāpat kā jebkuras vielas molekula, parasti ir elektriski neitrāla, jo. visu molekulas atomu oksidācijas pakāpju summa ir nulle. Shematiski to var attēlot šādi:

Tie. mēs saņēmām šādu vienādojumu:

Atrisināsim:

Tādējādi sēra oksidācijas pakāpe sērskābē ir +6.

2. piemērs

Noteikt visu amonija dihromāta elementu oksidācijas pakāpi.

Lēmums:

Uzrakstīsim amonija dihromāta formulu:

Tāpat kā iepriekšējā gadījumā, mēs varam sakārtot ūdeņraža un skābekļa oksidācijas stāvokļus:

Tomēr mēs redzam, ka divu ķīmisko elementu, slāpekļa un hroma, oksidācijas pakāpe nav zināma. Tāpēc mēs nevaram atrast oksidācijas stāvokļus tāpat kā iepriekšējā piemērā (vienādojumam ar diviem mainīgajiem nav unikāla risinājuma).

Pievērsīsim uzmanību tam, ka norādītā viela pieder pie sāļu klases un attiecīgi tai ir jonu struktūra. Tad mēs varam pamatoti teikt, ka amonija dihromāta sastāvā ir NH 4 + katjoni (šī katjona lādiņš redzams šķīdības tabulā). Tāpēc, tā kā amonija dihromāta formulas vienībā ir divi pozitīvi atsevišķi lādēti NH 4 + katjoni, dihromāta jona lādiņš ir -2, jo viela kopumā ir elektriski neitrāla. Tie. vielu veido NH 4 + katjoni un Cr 2 O 7 2- anjoni.

Mēs zinām ūdeņraža un skābekļa oksidācijas stāvokļus. Zinot, ka visu jonu elementu atomu oksidācijas pakāpju summa ir vienāda ar lādiņu, un apzīmējot slāpekļa un hroma oksidācijas pakāpes kā x un y attiecīgi mēs varam rakstīt:

Tie. mēs iegūstam divus neatkarīgus vienādojumus:

Kuru atrisinot, mēs atrodam x un y:

Tādējādi amonija dihromātā slāpekļa oksidācijas pakāpe ir -3, ūdeņraža +1, hroma +6 un skābekļa -2.

Kā noteikt elementu oksidācijas pakāpi organiskajās vielās var lasīt.

Valence

Atomu valence tiek apzīmēta ar romiešu cipariem: I, II, III utt.

Atoma valences iespējas ir atkarīgas no daudzuma:

1) nepāra elektroni

2) nedalīti elektronu pāri valences līmeņu orbitālēs

3) valences līmeņa tukšas elektronu orbitāles

Ūdeņraža atoma valences iespējas

Attēlosim ūdeņraža atoma elektronisko grafisko formulu:

Tika teikts, ka valences iespējas var ietekmēt trīs faktori - nesapārotu elektronu klātbūtne, nedalītu elektronu pāru klātbūtne ārējā līmenī un brīvu (tukšu) ārējā līmeņa orbitāļu klātbūtne. Mēs redzam vienu nepāra elektronu ārējā (un vienīgajā) enerģijas līmenī. Pamatojoties uz to, ūdeņraža valence var precīzi būt vienāda ar I. Tomēr pirmajā enerģijas līmenī ir tikai viens apakšlīmenis - s, tie. ūdeņraža atomam ārējā līmenī nav ne kopīgu elektronu pāru, ne tukšu orbitāļu.

Tādējādi vienīgā valence, ko var parādīt ūdeņraža atomam, ir I.

Oglekļa atoma valences iespējas

Apsveriet oglekļa atoma elektronisko struktūru. Pamatstāvoklī tā ārējā līmeņa elektroniskā konfigurācija ir šāda:

Tie. Pamatstāvoklī neierosināta oglekļa atoma ārējais enerģijas līmenis satur 2 nepāra elektronus. Šajā stāvoklī tā valence var būt vienāda ar II. Tomēr oglekļa atoms ļoti viegli nonāk ierosinātā stāvoklī, kad tam tiek nodota enerģija, un ārējā slāņa elektroniskā konfigurācija šajā gadījumā izpaužas šādi:

Lai gan oglekļa atoma ierosināšanas procesam tiek tērēts noteikts enerģijas daudzums, izdevumus vairāk nekā kompensē četru kovalento saišu veidošanās. Šī iemesla dēļ valence IV ir daudz raksturīgāka oglekļa atomam. Tā, piemēram, ogleklim ir IV valence oglekļa dioksīda, ogļskābes un absolūti visu organisko vielu molekulās.

Papildus nepāra elektroniem un vientuļajiem elektronu pāriem valences līmeņa brīvo () orbitāļu klātbūtne ietekmē arī valences iespējas. Šādu orbitāļu klātbūtne piepildītajā līmenī noved pie tā, ka atoms var darboties kā elektronu pāra akceptors, t.i. veido papildu kovalentās saites ar donora-akceptora mehānismu. Tā, piemēram, pretēji gaidītajam, molekulā oglekļa monoksīds CO saite nav divkārša, bet trīskārša, kas skaidri parādīts nākamajā attēlā:

Slāpekļa atoma valences iespējas

Pierakstīsim slāpekļa atoma ārējā enerģijas līmeņa elektrongrafisko formulu:

Kā redzams no iepriekš redzamā attēla, slāpekļa atomam normālā stāvoklī ir 3 nepāra elektroni, un tāpēc ir loģiski pieņemt, ka tā valence var būt vienāda ar III. Patiešām, amonjaka molekulās (NH 3) tiek novērota valence, kas vienāda ar trīs, slāpekļskābe(HNO 2), slāpekļa trihlorīds (NCl 3) utt.

Iepriekš tika teikts, ka ķīmiskā elementa atoma valence ir atkarīga ne tikai no nesapāroto elektronu skaita, bet arī no nedalītu elektronu pāru klātbūtnes. Tas ir saistīts ar faktu, ka kovalentā ķīmiskā saite var veidoties ne tikai tad, kad divi atomi nodrošina viens otru ar vienu elektronu, bet arī tad, kad viens atoms, kuram ir nedalīts elektronu pāris - donors () nodrošina to citam atomam ar valences līmeņa (akceptora) brīvu () orbitāli. ). Tie. slāpekļa atomam ir iespējama arī IV valence, pateicoties papildu kovalentajai saitei, ko veido donora-akceptora mehānisms. Tā, piemēram, amonija katjona veidošanās laikā tiek novērotas četras kovalentās saites, no kurām vienu veido donora-akceptora mehānisms:

Neskatoties uz to, ka vienu no kovalentajām saitēm veido donora-akceptora mehānisms, viss N-H saites amonija katjoni ir absolūti identiski un neatšķiras viens no otra.

Valenci, kas vienāda ar V, slāpekļa atoms nevar parādīt. Tas ir saistīts ar faktu, ka slāpekļa atomam nav iespējama pāreja uz ierosinātu stāvokli, kurā notiek divu elektronu savienošana pārī, vienam no tiem pārejot uz brīvu orbitāli, kas ir vistuvāk enerģijas līmenī. Slāpekļa atomam nav d-apakšlīmenis, un pāreja uz 3s-orbitāli ir enerģētiski tik dārga, ka enerģijas izmaksas nesedz jaunu saišu veidošanās. Daudzi var brīnīties, kāda tad ir slāpekļa valence, piemēram, molekulās slāpekļskābe HNO 3 vai slāpekļa oksīds N 2 O 5? Savādi, ka tur valence ir arī IV, kā redzams no šādām strukturālajām formulām:

Punktētā līnija ilustrācijā parāda t.s delokalizēts π - savienojums. Šī iemesla dēļ NEVIENAS termināla obligācijas nevar saukt par "pusotru". Līdzīgas pusotras saites ir atrodamas arī ozona molekulā O 3 , benzolā C 6 H 6 u.c.

Fosfora valences iespējas

Attēlosim fosfora atoma ārējā enerģijas līmeņa elektrongrafisko formulu:

Kā redzam, fosfora atoma ārējā slāņa struktūra pamatstāvoklī un slāpekļa atomam ir vienāda, un tāpēc ir loģiski sagaidīt, ka fosfora atomam, kā arī slāpekļa atomam iespējamās valences ir vienādas. uz I, II, III un IV, ko ievēro praksē.

Tomēr atšķirībā no slāpekļa ir arī fosfora atoms d-apakšlīmenis ar 5 brīvām orbitālēm.

Šajā sakarā tas spēj pāriet uzbudinātā stāvoklī, tvaicējot elektronus 3 s- orbitāles:

Tādējādi ir iespējama valence V fosfora atomam, kas nav pieejams slāpeklim. Tā, piemēram, fosfora atoma valence ir pieci tādu savienojumu molekulās kā fosforskābe, fosfora (V) halogenīdi, fosfora (V) oksīds utt.

Skābekļa atoma valences iespējas

Skābekļa atoma ārējā enerģijas līmeņa elektrongrafiskajai formulai ir šāda forma:

Mēs redzam divus nepāra elektronus 2. līmenī, un tāpēc skābeklim ir iespējama II valence. Jāatzīmē, ka šī skābekļa atoma valence tiek novērota gandrīz visos savienojumos. Iepriekš, apsverot oglekļa atoma valences iespējas, mēs apspriedām oglekļa monoksīda molekulas veidošanos. CO molekulā saite ir trīskārša, tāpēc skābeklis tur ir trīsvērtīgs (skābeklis ir elektronu pāra donors).

Sakarā ar to, ka skābekļa atomam nav ārējā līmeņa d-apakšlīmeņi, elektronu deparācija s un p- orbitāles nav iespējamas, tāpēc skābekļa atoma valences iespējas ir ierobežotas salīdzinājumā ar citiem tā apakšgrupas elementiem, piemēram, sēru.

Sēra atoma valences iespējas

Sēra atoma ārējais enerģijas līmenis neierosinātā stāvoklī:

Sēra atomam, tāpat kā skābekļa atomam, normālā stāvoklī ir divi nepāra elektroni, tāpēc varam secināt, ka sēram ir iespējama divu valence. Patiešām, sēram ir II valence, piemēram, sērūdeņraža molekulā H 2 S.

Kā redzam, sēra atomam ārējā līmenī ir d apakšlīmenis ar brīvām orbitālēm. Šī iemesla dēļ sēra atoms, atšķirībā no skābekļa, spēj paplašināt savas valences spējas, pārejot uz ierosinātiem stāvokļiem. Tātad, atvienojot vientuļo elektronu pāri 3 lpp-sēra atoms iegūst apakšlīmeni elektroniskā konfigurācijaārējais līmenis kā šis:

Šajā stāvoklī sēra atomam ir 4 nepāra elektroni, kas norāda uz iespēju, ka sēra atomiem ir valence, kas vienāda ar IV. Patiešām, sēram ir IV valence molekulās SO 2, SF 4, SOCl 2 utt.

Atvienojot otro vientuļo elektronu pāri, kas atrodas uz 3 s- apakšlīmenis, ārējais enerģijas līmenis iegūst šādu konfigurāciju:

Šādā stāvoklī jau kļūst iespējama VI valences izpausme. Savienojumu ar VI-valento sēru piemēri ir SO 3 , H 2 SO 4 , SO 2 Cl 2 utt.

Līdzīgi mēs varam apsvērt citu ķīmisko elementu valences iespējas.

Oksidācijas pakāpes noteikšanas uzdevums var būt gan vienkārša formalitāte, gan izaicinoša mīkla. Pirmkārt, tas būs atkarīgs no ķīmiskā savienojuma formulas, kā arī no elementāru zināšanu pieejamības ķīmijā un matemātikā.

Zinot pamatnoteikumus un secīgi loģisko darbību algoritmu, kas tiks apspriests šajā rakstā, risinot šāda veida problēmas, ikviens var viegli tikt galā ar šo uzdevumu. Un, apmācot un iemācījušies noteikt dažādu ķīmisko savienojumu oksidācijas pakāpi, jūs varat droši uzņemties sarežģītu redoksreakciju izlīdzināšanu, izmantojot elektroniskā līdzsvara sastādīšanas metodi.

Oksidācijas stāvokļa jēdziens

Lai uzzinātu, kā noteikt oksidācijas pakāpi, vispirms ir jāizdomā, ko nozīmē šis jēdziens?

• Oksidācijas stāvokli izmanto, reģistrējot redoksreakcijās, kad elektroni tiek pārnesti no atoma uz atomu.
• Oksidācijas stāvoklis nosaka pārnesto elektronu skaitu, apzīmējot atoma nosacīto lādiņu.
• Oksidācijas stāvoklis un valence bieži ir identiski.

Šis apzīmējums ir uzrakstīts virs ķīmiskā elementa, tā labajā stūrī, un ir vesels skaitlis ar “+” vai “-” zīmi. Oksidācijas pakāpes nulles vērtībai nav zīmes.

Noteikumi oksidācijas pakāpes noteikšanai

Apsveriet galvenos kanonus oksidācijas pakāpes noteikšanai:

• Vienkāršām elementārvielām, tas ir, tām, kas sastāv no viena veida atomiem, vienmēr būs nulles oksidācijas pakāpe. Piemēram, Na0, H02, P04
• Ir vairāki atomi, kuriem vienmēr ir viens nemainīgs oksidācijas stāvoklis. Labāk ir atcerēties tabulā norādītās vērtības.

• Kā redzat, vienīgais izņēmums ir ūdeņradis kombinācijā ar metāliem, kur tas iegūst tam neraksturīgu oksidācijas pakāpi “-1”.
• Skābeklis iegūst arī oksidācijas pakāpi "+2" ķīmiskā savienojumā ar fluoru un "-1" peroksīdu, superoksīdu vai ozonīdu kompozīcijās, kur skābekļa atomi ir saistīti viens ar otru.

• Metāla joniem ir vairākas oksidācijas pakāpes vērtības (un tikai pozitīvas), tāpēc to nosaka savienojuma blakus esošie elementi. Piemēram, FeCl3 hlora oksidācijas pakāpe ir "-1", tajā ir 3 atomi, tāpēc mēs reizinām -1 ar 3, mēs iegūstam "-3". Lai savienojuma oksidācijas pakāpju summa būtu "0", dzelzs oksidācijas pakāpei jābūt "+3". Formulā FeCl2 dzelzs, attiecīgi, mainīs savu pakāpi uz "+2".
• Matemātiski summējot visu formulas atomu oksidācijas pakāpes (ņemot vērā zīmes), vienmēr jāiegūst nulles vērtība. Piemēram, iekšā sālsskābe H + 1Cl-1 (+1 un -1 = 0) un sērskābē H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 = +2 ūdeņradim, +4 sēram un -2 * 3 = -6 skābeklis; +6 un -6 kopā veido 0).
• Monatomiskā jona oksidācijas pakāpe būs vienāda ar tā lādiņu. Piemēram: Na+, Ca+2.
• Augstākā oksidācijas pakāpe, kā likums, atbilst grupas numuram D.I. Mendeļejeva periodiskajā sistēmā.

Darbību algoritms oksidācijas pakāpes noteikšanai

Oksidācijas pakāpes noteikšanas secība nav sarežģīta, bet prasa uzmanību un noteiktas darbības.

Uzdevums: Sakārto oksidācijas pakāpes savienojumā KMnO4

• Pirmajam elementam, kālijam, ir nemainīgs oksidācijas stāvoklis "+1".
  Lai pārbaudītu, var apskatīt periodisko sistēmu, kur kālijs ir 1. elementu grupā.
• No pārējiem diviem elementiem skābeklim ir tendence iegūt oksidācijas stāvokli "-2".
• Mēs iegūstam šādu formulu: K + 1MnxO4-2. Atliek noteikt mangāna oksidācijas pakāpi.
  Tātad x ir mums nezināmais mangāna oksidācijas stāvoklis. Tagad ir svarīgi pievērst uzmanību atomu skaitam savienojumā.
  Kālija atomu skaits ir 1, mangāna - 1, skābekļa - 4.
  Ņemot vērā molekulas elektrisko neitralitāti, kad kopējais (kopējais) lādiņš ir nulle,

1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1x+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(pārdodot, nomainiet zīmi)
1x = +7, x = +7

Tādējādi mangāna oksidācijas pakāpe savienojumā ir "+7".

Uzdevums: sakārtot oksidācijas pakāpes savienojumā Fe2O3.

• Skābeklim, kā jūs zināt, ir oksidācijas stāvoklis "-2" un tas darbojas kā oksidētājs. Ņemot vērā atomu skaitu (3), skābekļa kopējā vērtība ir “-6” (-2*3= -6), t.i. reiziniet oksidācijas pakāpi ar atomu skaitu.
• Lai līdzsvarotu formulu un panāktu to līdz nullei, 2 dzelzs atomiem būs oksidācijas pakāpe "+3" (2*+3=+6).
• Summā mēs iegūstam nulli (-6 un +6 = 0).

Uzdevums: sakārtot oksidācijas pakāpes Al(NO3)3 savienojumā.

• Alumīnija atoms ir viens, un tam ir nemainīgs oksidācijas stāvoklis "+3".
• Molekulā ir 9 (3 * 3) skābekļa atomi, skābekļa oksidācijas pakāpe, kā zināms, ir “-2”, kas nozīmē, ka, šīs vērtības reizinot, mēs iegūstam “-18”.
• Atliek izlīdzināt negatīvo un pozitīvas vērtības, tādējādi nosakot slāpekļa oksidācijas pakāpi. Trūkst -18 un +3, + 15. Un, ņemot vērā, ka ir 3 slāpekļa atomi, ir viegli noteikt tā oksidācijas pakāpi: sadaliet 15 ar 3 un iegūstiet 5.
• Slāpekļa oksidācijas pakāpe ir “+5”, un formula izskatīsies šādi: Al + 3 (N + 5O-23) 3
• Ja šādā veidā ir grūti noteikt vēlamo vērtību, varat sastādīt un atrisināt vienādojumus:

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

Tātad oksidācijas pakāpe ir diezgan svarīgs jēdziens ķīmijā, kas simbolizē atomu stāvokli molekulā.
Bez zināšanām par noteiktiem noteikumiem vai bāzēm, kas ļauj pareizi noteikt oksidācijas pakāpi, nav iespējams tikt galā ar šo uzdevumu. Tāpēc ir tikai viens secinājums: rūpīgi jāiepazīstas un jāizpēta noteikumi oksidācijas pakāpes noteikšanai, kas skaidri un kodolīgi izklāstīti rakstā, un drosmīgi doties tālāk pa sarežģīto ķīmiskās gudrības ceļu.