Jak określić maksymalny dodatni stopień utlenienia. Jak określić stopień utlenienia

Aby scharakteryzować zdolność cząstek do reakcji redoks, ważna jest taka koncepcja, jak stopień utlenienia. STAN UTLENIANIA to ładunek, jaki mógłby mieć atom w cząsteczce lub jonie, gdyby wszystkie jego wiązania z innymi atomami zostały zerwane, a wspólne pary elektronów pozostałyby z większą liczbą elementów elektroujemnych.

W przeciwieństwie do rzeczywistych ładunków jonów, stan utlenienia pokazuje tylko warunkowy ładunek atomu w cząsteczce. Może być ujemny, dodatni lub zerowy. Na przykład stopień utlenienia atomów w proste substancje jest równe „0” (,
,,). W związkach chemicznych atomy mogą mieć stały lub zmienny stopień utlenienia. Dla metali głównych podgrup I, II i III grup układu okresowego w związkach chemicznych stopień utlenienia jest zwykle stały i równy Me +1, Me +2 i Me +3 (Li +, Ca +2, Al +3). Atom fluoru zawsze ma -1. Chlor w związkach z metalami zawsze ma -1. W zdecydowanej większości związków tlen ma stopień utlenienia -2 (z wyjątkiem nadtlenków, gdzie jego stopień utlenienia wynosi -1), a wodór +1 (z wyjątkiem wodorków metali, gdzie jego stopień utlenienia wynosi -1).

Suma algebraiczna stanów utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce obojętnej jest równa zeru, aw jonie jest równa ładunkowi jonu. Ta zależność umożliwia obliczenie stanów utlenienia atomów w związkach złożonych.

W cząsteczce kwasu siarkowego H2SO4, atom wodoru ma stopień utlenienia +1, a atom tlenu -2. Ponieważ istnieją dwa atomy wodoru i cztery atomy tlenu, mamy dwa „+” i osiem „-”. Do neutralności brakuje sześciu „+”. To ta liczba jest stopniem utlenienia siarki -
. Cząsteczka dichromianu potasu K 2 Cr 2 O 7 składa się z dwóch atomów potasu, dwóch atomów chromu i siedmiu atomów tlenu. Potas ma stopień utlenienia +1, tlen -2. Mamy więc dwa „+” i czternaście „-”. Pozostałe dwanaście „+” przypada na dwa atomy chromu, z których każdy ma stopień utlenienia +6 (
).

Typowe środki utleniające i redukujące

Z definicji procesów redukcji i utleniania wynika, że ​​w zasadzie proste i złożone substancje zawierające atomy, które nie znajdują się na najniższym stopniu utlenienia, a zatem mogą obniżyć swój stopień utlenienia, mogą działać jako utleniacze. Podobnie proste i złożone substancje zawierające atomy, które nie są na najwyższym stopniu utlenienia, a zatem mogą zwiększać swój stopień utlenienia, mogą działać jako środki redukujące.

Najsilniejszymi utleniaczami są:

1) proste substancje utworzone przez atomy o dużej elektroujemności, tj. typowe niemetale znajdujące się w głównych podgrupach szóstej i siódmej grupy układu okresowego: F, O, Cl, S (odpowiednio F 2 , O 2 , Cl 2 , S);

2) substancje zawierające pierwiastki w stopniu wyższym i pośrednim

dodatnie stany utlenienia, w tym w postaci jonów, zarówno prostych, elementarnych (Fe 3+) jak i oksoanionów zawierających tlen (jon nadmanganianowy - MnO 4 -);

3) związki nadtlenkowe.

Szczególnymi substancjami stosowanymi w praktyce jako utleniacze są tlen i ozon, chlor, brom, nadmanganiany, dichromiany, kwasy tlenowe chloru i ich sole (np.
,
,
), kwas azotowy (
), stężony kwas siarkowy (
), dwutlenek manganu (
), nadtlenek wodoru i nadtlenki metali (
,
).

Najsilniejsze środki redukujące to:

1) proste substancje, których atomy mają niską elektroujemność („metale aktywne”);

2) kationy metali na niskich stopniach utlenienia (Fe 2+);

3) proste aniony elementarne, na przykład jon siarczkowy S2-;

4) aniony zawierające tlen (oksoaniony) odpowiadające najniższym dodatnim stopniom utlenienia pierwiastka (azotyn)
, siarczyn
).

Specyficzne substancje stosowane w praktyce jako reduktory to np. metale alkaliczne i ziem alkalicznych, siarczki, siarczyny, halogenowodory (oprócz HF), substancje organiczne - alkohole, aldehydy, formaldehyd, glukoza, kwas szczawiowy, a także wodór, węgiel , tlenek węgla (
) i aluminium w wysokich temperaturach.

W zasadzie, jeśli substancja zawiera pierwiastek na pośrednim stopniu utlenienia, wówczas substancje te mogą wykazywać zarówno właściwości utleniające, jak i redukujące. Wszystko zależy od

„partner” w reakcji: z wystarczająco silnym środkiem utleniającym może reagować jako środek redukujący, a z wystarczająco silnym środkiem redukującym jako środek utleniający. Na przykład jon azotynowy NO 2 - in środowisko kwaśne działa jako środek utleniający w stosunku do jonu I -:

2
+ 2+ 4HCl→ + 2
+ 4KCl + 2H 2O

oraz jako środek redukujący w stosunku do jonu nadmanganianowego MnO 4 -

5
+ 2
+ 3H 2 SO 4 → 2
+ 5
+ K2SO4 + 3H2O

Stan utlenienia jest warunkowym ładunkiem atomu w cząsteczce, otrzymuje atom w wyniku całkowitej akceptacji elektronów, oblicza się go z założenia, że ​​wszystkie wiązania mają charakter jonowy. Jak określić stopień utlenienia?

Oznaczanie stopnia utlenienia

Istnieją naładowane cząstki, jony, których ładunek dodatni jest równy liczbie elektronów otrzymanych z jednego atomu. Ujemny ładunek jonu jest równy liczbie elektronów przyjmowanych przez jeden atom pierwiastek chemiczny. Na przykład wpis takiego pierwiastka jak Ca2 + oznacza, że ​​atomy pierwiastków straciły jeden, dwa lub trzy pierwiastki. Aby znaleźć skład związków jonowych i związków cząsteczek, musimy wiedzieć, jak określić stopień utlenienia pierwiastków. Stany utlenienia są ujemne, dodatnie i zerowe. Jeśli weźmiemy pod uwagę liczbę atomów, to algebraiczny stopień utlenienia w cząsteczce wynosi zero.

Aby określić stopień utlenienia pierwiastka, musisz kierować się pewną wiedzą. Na przykład w związkach metali stan utlenienia jest dodatni. A najwyższy stopień utlenienia odpowiada numerowi grupy układu okresowego, w którym znajduje się pierwiastek. W metalach stany utlenienia mogą być dodatnie lub ujemne. Będzie to zależeć od czynnika, przez który atom jest połączony. Na przykład, jeśli jest połączony z atomem metalu, stopień będzie ujemny, ale jeśli jest połączony z niemetalem, stopień będzie dodatni.

Ujemny najwyższy stopień utlenienia metalu można określić, odejmując numer grupy, w której znajduje się niezbędny pierwiastek, od liczby osiem. Z reguły jest równa liczbie elektronów znajdujących się na zewnętrzna warstwa. Liczba tych elektronów odpowiada również liczbie grupy.

Jak obliczyć stan utlenienia?

W większości przypadków stopień utlenienia atomu danego pierwiastka nie odpowiada liczbie wiązań, które tworzy, to znaczy nie jest równy wartościowości tego pierwiastka. Widać to wyraźnie na przykładzie związków organicznych.

Przypomnę, że wartościowość węgla w związki organiczne wynosi 4 (tj. tworzy 4 wiązania), ale stopień utlenienia węgla np. w metanolu CH 3 OH wynosi -2, w CO 2 +4, w CH4 -4, w kwasie mrówkowym HCOOH +2. Wartościowość mierzy się liczbą kowalencyjnych wiązań chemicznych, w tym tych utworzonych przez mechanizm dawca-akceptor.

Przy określaniu stanu utlenienia atomów w cząsteczkach atom elektroujemny, gdy jedna para elektronów jest przesunięta w jego kierunku, uzyskuje ładunek -1, ale jeśli są dwie pary elektronów, to -2 będzie ładunkiem. Na stopień utlenienia nie ma wpływu wiązanie między tymi samymi atomami. Na przykład:

• Wiązanie atomów C-C jest równe ich zerowemu stopniowi utlenienia.
• Wiązanie C-H - tutaj węgiel jako najbardziej elektroujemny atom będzie odpowiadał ładunkowi -1.
• Połączenie C-O opłata węgiel, jako mniej elektroujemny, będzie równy +1.

Przykłady określania stopnia utlenienia

1. W takiej cząsteczce jak CH 3Cl trzy Wiązania C-H C). Zatem stopień utlenienia atomu węgla w tym związku będzie równy: -3 + 1 = -2.
2. Znajdźmy stopień utlenienia atomów węgla w cząsteczce aldehydu octowego Cˉ³H3-C¹O-H. W tym związku trzy wiązania C-H dadzą całkowity ładunek na atomie C, który wynosi (Cº+3e→Cˉ³)-3. Wiązanie podwójne C = O (tutaj tlen zabierze elektrony z atomu węgla, ponieważ tlen jest bardziej elektroujemny) daje ładunek na atomie C, jest on równy +2 (Cº-2e → C²), natomiast wiązanie Ładunek C-H-1, więc całkowity ładunek na atomie C wynosi: (2-1=1)+1.
3. Teraz znajdźmy stopień utlenienia w cząsteczce etanolu: Cˉ3H-Cˉ¹H2-OH. Tutaj trzy wiązania C-H dadzą całkowity ładunek na atomie C, który wynosi (Cº+3e → Cˉ³)-3. Dwa wiązania C-H dadzą ładunek na atomie C, który będzie równy -2, podczas gdy wiązanie C→O da ładunek +1, co oznacza całkowity ładunek na atomie C: (-2+1= -1)-1.

Teraz wiesz, jak określić stopień utlenienia pierwiastka. Jeśli masz przynajmniej podstawowa wiedza w chemii, to dla ciebie dane zadanie nie będzie problemu.

Stopień utlenienia. Wyznaczanie stopnia utlenienia atomu pierwiastka przez wzór chemiczny znajomości. Zestawienie wzoru związku według znanych stanów utlenienia atomów pierwiastków

Stan utlenienia pierwiastka to warunkowy ładunek atomu w substancji, obliczony przy założeniu, że składa się on z jonów. Aby określić stopień utlenienia pierwiastków, należy pamiętać o pewnych zasadach:

1. Stan utlenienia może być dodatni, ujemny lub zero. Jest oznaczony cyfrą arabską ze znakiem plus lub minus nad symbolem elementu.

2. Przy określaniu stanów utlenienia wychodzą one z elektroujemności substancji: suma stanów utlenienia wszystkich atomów w związku wynosi zero.

3. Jeśli związek tworzą atomy jednego pierwiastka (w prostej substancji), to stopień utlenienia tych atomów wynosi zero.

4. Atomom niektórych pierwiastków chemicznych przypisuje się zwykle stany utlenienia stali. Na przykład stopień utlenienia fluoru w związkach wynosi zawsze -1; lit, sód, potas, rubid i cez +1; magnez, wapń, stront, bar i cynk +2, glin +3.

5. Stopień utlenienia wodoru w większości związków wynosi +1, a tylko w związkach z niektórymi metalami wynosi -1 (KH, BaH2).

6. Stopień utlenienia tlenu w większości związków wynosi -2, a tylko niektórym związkom przypisuje się stopień utlenienia -1 (H2O2, Na2O2 lub +2 (OF2).

7. Atomy wielu pierwiastków chemicznych mają zmienne stopnia utlenianie.

8. Stan utlenienia atomu metalu w związkach jest dodatni i liczbowo równy jego wartościowości.

9. Maksymalny dodatni stopień utlenienia pierwiastka jest zwykle równy liczbie grup w układzie okresowym, w którym znajduje się pierwiastek.

10. Minimalny stopień utlenienia metali wynosi zero. Dla niemetali w większości przypadków poniżej stopień ujemny utlenianie jest równe różnicy między numerem grupy a liczbą osiem.

11. Stan utlenienia atomu tworzy prosty jon (składa się z jednego atomu), równy ładunkowi tego jonu.

Stosując powyższe zasady wyznaczamy stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych w składzie H2SO4. Jest to złożona substancja składająca się z trzech pierwiastków chemicznych - wodoru H, siarki S i tlenu O. Odnotowujemy stany utlenienia tych pierwiastków, dla których są one stałe. W naszym przypadku są to wodór H i tlen O.

Określmy nieznany stopień utlenienia siarki. Niech stopień utlenienia siarki w tym związku wynosi x.

Zróbmy równania, mnożąc dla każdego pierwiastka jego indeks przez stopień utlenienia i przyrównajmy wyekstrahowaną ilość do zera: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0

2 + X - 8 = 0

x = +8 - 2 = +6

Dlatego stopień utlenienia siarki wynosi plus sześć.

W poniższym przykładzie dowiedzmy się, jak napisać wzór na związek o znanych stopniach utlenienia atomów pierwiastków. Stwórzmy wzór tlenku żelaza (III). Słowo „tlenek” oznacza, że ​​po prawej stronie symbolu żelaza należy napisać symbol tlenu: FeO.

Zwróć uwagę na stany utlenienia pierwiastków chemicznych nad ich symbolami. Stan utlenienia żelaza jest wskazany w nazwie w nawiasach (III), dlatego jest równy +3, stan utlenienia tlenu w tlenkach wynosi -2.

Znajdźmy najmniejszą wspólną wielokrotność dla liczb 3 i 2, to jest 6. Podzielmy liczbę 6 przez 3, otrzymamy liczbę 2 - to jest indeks dla żelaza. Dzielimy liczbę 6 przez 2, otrzymujemy liczbę 3 - to jest wskaźnik tlenu.

W poniższym przykładzie dowiedzmy się, jak sformułować wzór złożony ze znanymi stopniami utlenienia atomów pierwiastków i ładunków jonowych. Zróbmy formułę ortofosforanu wapnia. Słowo „ortofosforan” oznacza, że ​​po prawej stronie symbolu wapnia należy napisać resztę kwasową kwasu ortofosforanowego: CaPO4.

Zwróć uwagę na stan utlenienia wapnia (zasada numer cztery) i ładunek pozostałości kwasowej (zgodnie z tabelą rozpuszczalności).

Znajdźmy najmniejszą wspólną wielokrotność dla liczb 2 i 3, to jest 6. Podzielmy liczbę 6 przez 2, otrzymamy liczbę 3 - to jest wskaźnik wapnia. Dzielimy liczbę 6 przez 3, otrzymujemy liczbę 2 - to jest indeks dla reszty kwasowej.

Elektroujemność, podobnie jak inne właściwości atomów pierwiastków chemicznych, zmienia się okresowo wraz ze wzrostem liczby porządkowej pierwiastka:

Powyższy wykres pokazuje cykliczność zmian elektroujemności pierwiastków głównych podgrup, w zależności od liczby porządkowej pierwiastka.

Przesuwając się w dół podgrupy układu okresowego, elektroujemność pierwiastków chemicznych maleje, gdy porusza się w prawo wzdłuż okresu, wzrasta.

Elektroujemność odzwierciedla niemetaliczność pierwiastków: im wyższa wartość elektroujemności, tym bardziej wyrażane są niemetaliczne właściwości pierwiastka.

Stan utlenienia

Jak obliczyć stopień utlenienia pierwiastka w związku?

1) Stopień utlenienia pierwiastków chemicznych w prostych substancjach jest zawsze zerowy.

2) Istnieją pierwiastki, które wykazują stały stopień utlenienia w złożonych substancjach:

3) W większości związków istnieją pierwiastki chemiczne, które wykazują stały stopień utlenienia. Te elementy obejmują:

4) Suma algebraiczna stanów utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce wynosi zawsze zero. Suma algebraiczna stanów utlenienia wszystkich atomów w jonie jest równa ładunkowi jonu.

5) Najwyższy (maksymalny) stopień utlenienia jest równy numerowi grupy. Wyjątkami, które nie podlegają tej regule, są elementy drugorzędowej podgrupy grupy I, elementy drugorzędowej podgrupy grupy VIII, a także tlen i fluor.

Pierwiastki chemiczne, których numer grupy nie odpowiada ich najwyższy stopień utlenianie (wymagane do zapamiętania)

6) Najniższy stopień utlenienia metali wynosi zawsze zero, a najniższy stopień utlenienia niemetali oblicza się według wzoru:

najniższy stopień utlenienia niemetalu = numer grupy - 8

W oparciu o przedstawione powyżej zasady możliwe jest określenie stopnia utlenienia pierwiastka chemicznego w dowolnej substancji.

Znajdowanie stanów utlenienia pierwiastków w różnych związkach

Przykład 1

Określ stany utlenienia wszystkich pierwiastków w kwasie siarkowym.

Decyzja:

Napiszmy wzór na kwas siarkowy:

Stan utlenienia wodoru we wszystkich złożonych substancjach wynosi +1 (z wyjątkiem wodorków metali).

Stan utlenienia tlenu we wszystkich złożonych substancjach wynosi -2 (z wyjątkiem nadtlenków i fluorku tlenu OF 2). Uporządkujmy znane stany utlenienia:

Oznaczmy stopień utlenienia siarki jako x:

Cząsteczka kwasu siarkowego, podobnie jak cząsteczka każdej substancji, jest ogólnie obojętna elektrycznie, ponieważ. suma stanów utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce wynosi zero. Schematycznie można to przedstawić w następujący sposób:

Tych. otrzymaliśmy następujące równanie:

Rozwiążmy to:

Zatem stopień utlenienia siarki w kwasie siarkowym wynosi +6.

Przykład 2

Określ stopień utlenienia wszystkich pierwiastków w dwuchromianie amonu.

Decyzja:

Napiszmy wzór dwuchromianu amonu:

Podobnie jak w poprzednim przypadku możemy uporządkować stany utlenienia wodoru i tlenu:

Widzimy jednak, że stany utlenienia dwóch pierwiastków chemicznych jednocześnie, azotu i chromu, są nieznane. Dlatego nie możemy znaleźć stanów utlenienia w taki sam sposób jak w poprzednim przykładzie (jedno równanie z dwiema zmiennymi nie ma jednoznacznego rozwiązania).

Zwróćmy uwagę na to, że wskazana substancja należy do klasy soli i odpowiednio ma strukturę jonową. Wtedy słusznie można powiedzieć, że w składzie dwuchromianu amonu znajdują się kationy NH 4 + (ładunek tego kationu widać w tabeli rozpuszczalności). Dlatego też, ponieważ w jednostce wzoru dwuchromianu amonu występują dwa dodatnio naładowane kationy NH 4 +, ładunek jonu dwuchromianowego wynosi -2, ponieważ substancja jako całość jest elektrycznie obojętna. Tych. substancja jest tworzona przez kationy NH 4 + i aniony Cr 2 O 7 2- .

Znamy stany utlenienia wodoru i tlenu. Wiedząc, że suma stanów utlenienia atomów wszystkich pierwiastków w jonie jest równa ładunkowi, i oznaczając stany utlenienia azotu i chromu jako x oraz tak odpowiednio możemy napisać:

Tych. otrzymujemy dwa niezależne równania:

Rozwiązując, które znajdujemy x oraz tak:

Tak więc w dwuchromianie amonu stany utlenienia azotu wynoszą -3, wodór +1, chrom +6 i tlen -2.

Jak określić stopień utlenienia pierwiastków w substancjach organicznych można przeczytać.

Wartościowość

Wartościowość atomów jest oznaczona cyframi rzymskimi: I, II, III itd.

Możliwości walencyjne atomu zależą od ilości:

1) niesparowane elektrony

2) niewspółdzielone pary elektronów na orbitalach poziomów walencyjnych

3) puste orbitale elektronowe poziomu walencyjnego

Możliwości walencyjne atomu wodoru

Przedstawmy elektroniczną formułę graficzną atomu wodoru:

Mówiono, że trzy czynniki mogą wpływać na możliwości walencyjne - obecność niesparowanych elektronów, obecność niedzielonych par elektronów na poziomie zewnętrznym oraz obecność pustych (pustych) orbitali na poziomie zewnętrznym. Widzimy jeden niesparowany elektron na zewnętrznym (i jedynym) poziomie energii. Na tej podstawie wodór może mieć wartościowość równą I. Jednak na pierwszym poziomie energetycznym jest tylko jeden podpoziom - s, tych. atom wodoru na zewnętrznym poziomie nie ma ani niepodzielonych par elektronów, ani pustych orbitali.

Tak więc jedyną wartościowością, jaką może wykazywać atom wodoru, jest I.

Możliwości walencyjne atomu węgla

Rozważmy strukturę elektronową atomu węgla. W stanie podstawowym konfiguracja elektroniczna jej zewnętrznego poziomu wygląda następująco:

Tych. W stanie podstawowym zewnętrzny poziom energii niewzbudzonego atomu węgla zawiera 2 niesparowane elektrony. W tym stanie może wykazywać wartościowość równą II. Jednak atom węgla bardzo łatwo przechodzi w stan wzbudzony po przekazaniu mu energii, a konfiguracja elektronowa warstwy zewnętrznej przybiera w tym przypadku postać:

Chociaż pewna ilość energii jest zużywana na proces wzbudzania atomu węgla, nakład ten jest z nawiązką kompensowany przez tworzenie czterech wiązań kowalencyjnych. Z tego powodu wartościowość IV jest znacznie bardziej charakterystyczna dla atomu węgla. Na przykład węgiel ma wartościowość IV w cząsteczkach dwutlenku węgla, kwasu węglowego i absolutnie wszystkich substancji organicznych.

Oprócz niesparowanych elektronów i samotnych par elektronów obecność wolnych orbitali () poziomu walencyjnego również wpływa na możliwości walencyjne. Obecność takich orbitali na wypełnionym poziomie prowadzi do tego, że atom może pełnić rolę akceptora pary elektronowej, tj. tworzą dodatkowe wiązania kowalencyjne przez mechanizm dawcy-akceptora. Czyli np. wbrew oczekiwaniom w cząsteczce tlenek węgla Wiązanie CO nie jest podwójne, ale potrójne, co wyraźnie widać na poniższej ilustracji:

Możliwości walencyjne atomu azotu

Zapiszmy elektronowo-graficzną formułę zewnętrznego poziomu energii atomu azotu:

Jak widać na powyższej ilustracji, atom azotu w stanie normalnym ma 3 niesparowane elektrony, a zatem logiczne jest założenie, że może on wykazywać wartościowość równą III. Rzeczywiście, w cząsteczkach amoniaku (NH 3) obserwuje się wartościowość równą trzy, kwas azotowy(HNO 2), trichlorek azotu (NCl 3) itp.

Powiedziano powyżej, że wartościowość atomu pierwiastka chemicznego zależy nie tylko od liczby niesparowanych elektronów, ale także od obecności niedzielonych par elektronów. Wynika to z faktu, że kowalencyjne wiązanie chemiczne może powstać nie tylko wtedy, gdy dwa atomy dostarczają sobie nawzajem po jednym elektronie, ale także wtedy, gdy jeden atom, który ma niewspólną parę elektronów - dawca () przekazuje go innemu atomowi z wolną () orbitalem poziomu walencyjnego (akceptorem). ). Tych. dla atomu azotu wartościowość IV jest również możliwa dzięki dodatkowemu wiązaniu kowalencyjnemu utworzonemu przez mechanizm donora-akceptora. Na przykład podczas tworzenia kationu amonowego obserwuje się cztery wiązania kowalencyjne, z których jedno tworzy mechanizm donor-akceptor:

Pomimo faktu, że jedno z wiązań kowalencyjnych jest tworzone przez mechanizm dawcy-akceptora, wszystkie wiązania N-H w kationach amonowych są absolutnie identyczne i nie różnią się od siebie.

Wartościowości równej V atom azotu nie jest w stanie wykazać. Wynika to z faktu, że przejście do stanu wzbudzonego jest niemożliwe dla atomu azotu, w którym następuje parowanie dwóch elektronów z przejściem jednego z nich na orbital swobodny, który jest najbliższy poziomem energii. Atom azotu nie ma d-podpoziom, a przejście na orbital 3s jest tak drogie energetycznie, że kosztów energii nie pokrywa tworzenie nowych wiązań. Wielu może się zastanawiać, jaka jest zatem wartościowość azotu np. w cząsteczkach kwas azotowy HNO 3 czy tlenek azotu N 2 O 5? Co dziwne, walencja jest też IV, co widać z następujących wzorów strukturalnych:

Linia przerywana na ilustracji pokazuje tzw zdelokalizowany π -połączenie. Z tego powodu wiązania końcowe NO można nazwać „półtora”. Podobne półtora wiązania znajdują się również w cząsteczce ozonu O 3 , benzenu C 6 H 6 , itd.

Możliwości walencyjne fosforu

Przedstawmy elektronowo-graficzną formułę zewnętrznego poziomu energii atomu fosforu:

Jak widać, struktura zewnętrznej warstwy atomu fosforu w stanie podstawowym i atomu azotu jest taka sama, dlatego logiczne jest oczekiwanie, że zarówno dla atomu fosforu, jak i atomu azotu możliwe wartościowości będą równe do I, II, III i IV, co jest obserwowane w praktyce.

Jednak w przeciwieństwie do azotu atom fosforu ma również d-podpoziom z 5 pustymi orbitalami.

W związku z tym jest w stanie przejść w stan wzbudzony, parujące elektrony 3 s-orbitale:

Możliwa jest więc wartościowość V dla atomu fosforu, który jest niedostępny dla azotu. Na przykład atom fosforu ma wartościowość równą pięć w cząsteczkach takich związków jak kwas fosforowy, halogenki fosforu (V), tlenek fosforu (V) itp.

Możliwości walencyjne atomu tlenu

Formuła elektronowo-graficzna zewnętrznego poziomu energii atomu tlenu ma postać:

Widzimy dwa niesparowane elektrony na drugim poziomie, a zatem dla tlenu możliwa jest wartościowość II. Należy zauważyć, że tę wartościowość atomu tlenu obserwuje się w prawie wszystkich związkach. Powyżej, rozważając możliwości walencyjne atomu węgla, omówiliśmy powstawanie cząsteczki tlenku węgla. Wiązanie w cząsteczce CO jest potrójne, dlatego tlen jest tam trójwartościowy (tlen jest dawcą pary elektronowej).

Ze względu na to, że atom tlenu nie posiada poziomu zewnętrznego d-podpoziom, wyniszczenie elektronów s oraz p- orbitali jest niemożliwy, dlatego możliwości walencyjne atomu tlenu są ograniczone w porównaniu z innymi pierwiastkami jego podgrupy, na przykład siarką.

Możliwości walencyjne atomu siarki

Poziom energii zewnętrznej atomu siarki w stanie niewzbudzonym:

Atom siarki, podobnie jak atom tlenu, ma dwa niesparowane elektrony w stanie normalnym, więc możemy wywnioskować, że siarka może mieć wartościowość wynoszącą dwa. Rzeczywiście, siarka ma wartościowość II, na przykład w cząsteczce siarkowodoru H 2 S.

Jak widzimy, atom siarki na poziomie zewnętrznym ma d podpoziom z pustymi orbitalami. Z tego powodu atom siarki jest w stanie rozszerzyć swoje możliwości walencyjne, w przeciwieństwie do tlenu, dzięki przejściu do stanów wzbudzonych. Tak więc, gdy niszczymy samotną parę elektronów 3 p-podpoziom nabywany przez atom siarki elektroniczna Konfiguracja poziom zewnętrzny w ten sposób:

W tym stanie atom siarki ma 4 niesparowane elektrony, co mówi nam o możliwości posiadania przez atomy siarki wartościowości równej IV. Rzeczywiście, siarka ma wartościowość IV w cząsteczkach SO 2, SF 4, SOCl 2 itd.

Po rozparowaniu drugiej samotnej pary elektronów znajdującej się na 3 s- podpoziom, zewnętrzny poziom energii przybiera następującą konfigurację:

W takim stanie manifestacja walencji VI staje się już możliwa. Przykładami związków z siarką o wartości VI są SO 3 , H 2 SO 4 , SO 2 Cl 2 itd.

Podobnie możemy rozważyć możliwości walencyjne innych pierwiastków chemicznych.

Zadanie określenia stopnia utlenienia może być zarówno zwykłą formalnością, jak i trudna łamigłówka. Przede wszystkim będzie to zależało od wzoru związku chemicznego, a także od dostępności elementarnej wiedzy z chemii i matematyki.

Znając podstawowe zasady i algorytm sekwencyjnie logicznych działań, które zostaną omówione w tym artykule, przy rozwiązywaniu tego typu problemów każdy z łatwością poradzi sobie z tym zadaniem. A po przeszkoleniu i nauce określania stopnia utlenienia różnych związków chemicznych, możesz bezpiecznie podjąć się wyrównywania złożonych reakcji redoks metodą kompilacji wagi elektronicznej.

Pojęcie stanu utlenienia

Aby dowiedzieć się, jak określić stopień utlenienia, najpierw musisz dowiedzieć się, co oznacza ta koncepcja?

• Stopień utlenienia jest używany podczas rejestracji w reakcjach redoks, kiedy elektrony są przenoszone z atomu na atom.
• Stan utlenienia ustala liczbę przenoszonych elektronów, oznaczającą warunkowy ładunek atomu.
• Stan utlenienia i wartościowość są często identyczne.

To oznaczenie jest napisane na górze pierwiastka chemicznego, w jego prawym rogu i jest liczbą całkowitą ze znakiem „+” lub „-”. Zerowa wartość stopnia utlenienia nie niesie ze sobą znaku.

Zasady określania stopnia utlenienia

Rozważ główne kanony określające stopień utlenienia:

• Proste substancje pierwiastkowe, czyli takie, które składają się z jednego rodzaju atomów, zawsze będą miały zerowy stopień utlenienia. Na przykład Na0, H02, P04
• Istnieje wiele atomów, które zawsze mają jeden, stały stopień utlenienia. Lepiej zapamiętać wartości podane w tabeli.

• Jak widać, jedynym wyjątkiem jest wodór w połączeniu z metalami, gdzie osiąga on nie charakterystyczny dla niego stopień utlenienia „-1”.
• Tlen przyjmuje również stopień utlenienia „+2” w połączeniu chemicznym z fluorem i „-1” w kompozycjach nadtlenków, ponadtlenków lub ozonków, gdzie atomy tlenu są ze sobą połączone.

• Jony metali mają kilka wartości stopnia utlenienia (i tylko dodatnie), więc określają je sąsiednie pierwiastki w związku. Na przykład w FeCl3 chlor ma stopień utlenienia „-1”, ma 3 atomy, więc mnożymy -1 przez 3, otrzymujemy „-3”. Aby suma stopni utlenienia związku wynosiła „0”, żelazo musi mieć stopień utlenienia „+3”. We wzorze FeCl2 odpowiednio żelazo zmieni swój stopień na „+2”.
• Sumując matematycznie stany utlenienia wszystkich atomów we wzorze (z uwzględnieniem znaków), zawsze należy uzyskać wartość zero. Na przykład w kwas chlorowodorowy H + 1Cl-1 (+1 i -1 = 0) oraz w kwasie siarkowym H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 = +2 dla wodoru, +4 dla siarki i -2 * 3 = -6 dla tlen; +6 i -6 dodają do 0).
• Stan utlenienia jonu jednoatomowego będzie równy jego ładunkowi. Na przykład: Na+, Ca+2.
• Najwyższy stopień utlenienia z reguły odpowiada liczbie grup w układzie okresowym D.I. Mendelejewa.

Algorytm działań określania stopnia utlenienia

Kolejność znajdowania stopnia utlenienia nie jest skomplikowana, ale wymaga uwagi i pewnych działań.

Zadanie: Uporządkuj stany utlenienia w związku KMnO4

• Pierwszy pierwiastek, potas, ma stały stopień utlenienia „+1”.
  Aby to sprawdzić, możesz spojrzeć na układ okresowy, w którym potas znajduje się w 1. grupie pierwiastków.
• Z pozostałych dwóch pierwiastków tlen ma tendencję do przyjmowania stanu utlenienia „-2”.
• Otrzymujemy następujący wzór: K + 1MnxO4-2. Pozostaje określić stopień utlenienia manganu.
  Tak więc x jest nieznanym nam stopniem utlenienia manganu. Teraz ważne jest, aby zwrócić uwagę na liczbę atomów w związku.
  Liczba atomów potasu wynosi 1, mangan - 1, tlen - 4.
  Biorąc pod uwagę neutralność elektryczną cząsteczki, gdy całkowity (całkowity) ładunek wynosi zero,

1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1x+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(przy przekazywaniu zmień znak)
1x = +7, x = +7

Tak więc stopień utlenienia manganu w związku wynosi „+7”.

Zadanie: uporządkować stany utlenienia w związku Fe2O3.

• Tlen, jak wiadomo, ma stopień utlenienia „-2” i działa jako środek utleniający. Biorąc pod uwagę liczbę atomów (3), całkowita wartość tlenu wynosi „-6” (-2*3= -6), czyli pomnóż stopień utlenienia przez liczbę atomów.
• Aby zrównoważyć wzór i sprowadzić go do zera, 2 atomy żelaza będą miały stopień utlenienia „+3” (2*+3=+6).
• W sumie otrzymujemy zero (-6 i +6 = 0).

Zadanie: uporządkować stany utlenienia w związku Al(NO3)3.

• Atom glinu jest jeden i ma stały stopień utlenienia „+3”.
• W cząsteczce jest 9 (3*3) atomów tlenu, stopień utlenienia tlenu, jak wiadomo, wynosi „-2”, co oznacza, że ​​mnożąc te wartości, otrzymujemy „-18”.
• Pozostaje wyrównać negatyw i wartości dodatnie, określając w ten sposób stopień utlenienia azotu. Brakuje -18 i +3, + 15. Biorąc pod uwagę, że są 3 atomy azotu, łatwo jest określić jego stopień utlenienia: podziel 15 przez 3 i otrzymaj 5.
• Stopień utlenienia azotu to „+5”, a wzór będzie wyglądał następująco: Al + 3 (N + 5O-23) 3
• Jeśli w ten sposób trudno jest określić żądaną wartość, możesz układać i rozwiązywać równania:

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

Tak więc stan utlenienia jest dość ważnym pojęciem w chemii, symbolizującym stan atomów w cząsteczce.
Bez znajomości pewnych przepisów lub zasad, które pozwalają poprawnie określić stopień utlenienia, nie można poradzić sobie z tym zadaniem. Dlatego wniosek jest tylko jeden: dokładnie zapoznać się i przestudiować zasady znajdowania stopnia utlenienia, jasno i zwięźle przedstawione w artykule oraz odważnie iść po trudnej ścieżce mądrości chemicznej.