วิธีการกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี สารประกอบกำมะถัน

กลุ่มย่อยของ chalcogens รวมถึงกำมะถัน - นี่เป็นองค์ประกอบที่สองที่สามารถสร้างแร่จำนวนมาก ซัลเฟต ซัลไฟด์ ออกไซด์ และสารประกอบกำมะถันอื่นๆ แพร่หลายมาก ซึ่งมีความสำคัญในอุตสาหกรรมและธรรมชาติ ดังนั้นในบทความนี้เราจะพิจารณาว่ามันคืออะไร กำมะถันคืออะไร สารอย่างง่าย

กำมะถันและลักษณะของมัน

องค์ประกอบนี้มีตำแหน่งต่อไปนี้ในตารางธาตุ

1. กลุ่มที่หก กลุ่มย่อยหลัก
2. ช่วงเวลารองที่สาม
3. มวลอะตอม - 32.064
4. หมายเลขซีเรียลคือ 16 มีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน และยังมี 16 นิวตรอนด้วย
5. หมายถึงองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ
6. ในสูตรจะอ่านว่า "es" ชื่อของธาตุกำมะถัน ละตินกำมะถัน

มีไอโซโทปเสถียรสี่ไอโซโทปที่พบในธรรมชาติ เลขมวล 32,33,34 และ 36 องค์ประกอบนี้เป็นองค์ประกอบที่พบได้บ่อยที่สุดอันดับที่หก หมายถึงองค์ประกอบทางชีวภาพเนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลอินทรีย์ที่สำคัญ

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม

สารประกอบกำมะถันมีความหลากหลายเนื่องจากคุณสมบัติของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม มันแสดงโดยสูตรการกำหนดค่าต่อไปนี้: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 .

ลำดับที่กำหนดจะสะท้อนถึงสถานะนิ่งขององค์ประกอบเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าหากให้พลังงานเพิ่มเติมแก่อะตอม อิเล็กตรอนก็จะลดลงที่ระดับย่อย 3p และ 3s ตามด้วยการเปลี่ยนไปเป็น 3d อีกครั้ง ซึ่งยังคงว่างอยู่ เป็นผลให้ไม่เพียงเปลี่ยนความจุของอะตอม แต่ยังรวมถึงสถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้ทั้งหมด จำนวนของพวกเขาเพิ่มขึ้นอย่างมากเช่นเดียวกับจำนวนของสารต่างๆที่มีส่วนร่วมของกำมะถัน

สถานะออกซิเดชันของกำมะถันในสารประกอบ

มีตัวเลือกหลักหลายประการสำหรับตัวบ่งชี้นี้ สำหรับกำมะถันคือ:

ในจำนวนนี้ S +2 นั้นหายากที่สุด ส่วนที่เหลือจะกระจัดกระจายไปทุกที่ กิจกรรมทางเคมีและความสามารถในการออกซิไดซ์ของสารทั้งหมดขึ้นอยู่กับระดับของการเกิดออกซิเดชันของกำมะถันในสารประกอบ ตัวอย่างเช่น สารประกอบที่มี -2 คือซัลไฟด์ องค์ประกอบที่เรากำลังพิจารณาคือตัวออกซิไดซ์ทั่วไป

ยิ่งค่าสถานะออกซิเดชันในสารประกอบสูงเท่าไร ความสามารถในการออกซิไดซ์ของสารก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น การตรวจสอบนี้ทำได้ง่ายว่าเราจำกรดหลักสองชนิดที่สร้างกำมะถันได้หรือไม่:

• H 2 SO 3 - กำมะถัน;
• H 2 SO 4 - กำมะถัน

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าสารหลังเป็นสารประกอบที่แข็งแรงและเสถียรกว่ามาก ซึ่งในความเข้มข้นสูงจะมีความสามารถในการออกซิไดซ์ที่รุนแรงมาก

สาระง่ายๆ

เนื่องจากเป็นสารธรรมดา กำมะถันจึงเป็นผลึกสีเหลืองสวยงามที่มีรูปร่างสม่ำเสมอและยาว แม้ว่านี่จะเป็นเพียงรูปแบบหนึ่งเท่านั้นเพราะมีสองสารหลักนี้ ครั้งแรก monoclinic หรือ rhombic - นี่คือสีเหลืองที่ไม่สามารถละลายในน้ำได้ แต่ใน ตัวทำละลายอินทรีย์. มันเปราะและ รูปร่างที่สวยงามโครงสร้างแสดงเป็นมงกุฎ จุดหลอมเหลวอยู่ที่ประมาณ 110 0 C

อย่างไรก็ตาม หากไม่พลาดช่วงเวลาตรงกลางเมื่อการปรับเปลี่ยนดังกล่าวได้รับความร้อน สถานะอื่นสามารถตรวจพบได้ทันเวลา - พลาสติกกำมะถัน เป็นสารละลายที่มีความหนืดคล้ายยาง สีน้ำตาลซึ่งเมื่อได้รับความร้อนเพิ่มขึ้นหรือเย็นลงอย่างรวดเร็ว จะกลายเป็นรูปขนมเปียกปูนอีกครั้ง

หากเราพูดถึงกำมะถันบริสุทธิ์ทางเคมีที่ได้จากการกรองซ้ำๆ มันจะเป็นผลึกขนาดเล็กสีเหลืองสดใส เปราะบางและไม่ละลายในน้ำ สามารถจุดไฟได้เมื่อสัมผัสกับความชื้นและออกซิเจนในอากาศ แตกต่างกันในกิจกรรมทางเคมีที่ค่อนข้างสูง

อยู่ในธรรมชาติ

ในธรรมชาติมีแหล่งสะสมตามธรรมชาติซึ่งสารประกอบกำมะถันถูกสกัดและกำมะถันเองเป็นสารธรรมดา นอกจากนี้ยังประกอบด้วย:

• ในแร่ธาตุ แร่และหิน
• ในร่างกายของสัตว์ พืช และมนุษย์ เนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลอินทรีย์หลายชนิด
• ใน ก๊าซธรรมชาติ, น้ำมันและถ่านหิน;
• ในชั้นหินน้ำมันและน้ำธรรมชาติ

คุณสามารถตั้งชื่อแร่ธาตุที่ร่ำรวยที่สุดในกำมะถันได้:

• ชาด;
• หนาแน่น;
• สฟาเลไรต์;
• แอนติโมไนต์;
• กาเลน่าและอื่น ๆ

กำมะถันส่วนใหญ่ที่ผลิตในปัจจุบันไปผลิตซัลเฟต อีกส่วนหนึ่งใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ เกษตรกรรม, กระบวนการทางอุตสาหกรรมการผลิตสาร

คุณสมบัติทางกายภาพ

สามารถอธิบายได้หลายประเด็น

1. มันไม่ละลายในน้ำในคาร์บอนไดซัลไฟด์หรือน้ำมันสน - ละลายได้ดี
2. ด้วยแรงเสียดทานเป็นเวลานานจะสะสมประจุลบ
3. จุดหลอมเหลวคือ 110 0 C
4. จุดเดือด 190 0 ซ.
5. เมื่อถึง 300 0 C มันจะผ่านเข้าไปในของเหลว เคลื่อนที่ได้ง่าย
6. สารบริสุทธิ์สามารถเผาไหม้ได้เองคุณสมบัติติดไฟได้ดีมาก
7. โดยตัวมันเองนั้นแทบไม่มีกลิ่นเลย อย่างไรก็ตาม สารประกอบไฮโดรเจนซัลเฟอร์ปล่อยกลิ่นฉุนของไข่เน่า เช่นเดียวกับตัวแทนไบนารีก๊าซบางตัว

ผู้คนรู้จักคุณสมบัติทางกายภาพของสารที่เป็นปัญหามาตั้งแต่สมัยโบราณ กำมะถันได้ชื่อมาเพราะติดไฟได้ ในสงคราม ควันพิษและการหายใจไม่ออกซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของสารประกอบนี้ ถูกใช้เป็นอาวุธต่อสู้กับศัตรู นอกจากนี้ กรดที่มีกำมะถันยังมีความสำคัญทางอุตสาหกรรมอย่างมากเสมอมา

คุณสมบัติทางเคมี

หัวข้อ: "กำมะถันและสารประกอบของมัน" ใน หลักสูตรโรงเรียนเคมีไม่ได้เรียนแค่บทเรียนเดียว แต่มีหลายอย่าง ท้ายที่สุดมีมากมาย เนื่องจากกิจกรรมทางเคมีของสารนี้ มันสามารถแสดงทั้งคุณสมบัติการออกซิไดซ์ด้วยตัวรีดิวซ์ที่แรงกว่า (โลหะ โบรอน และอื่นๆ) และคุณสมบัติรีดิวซ์กับอโลหะส่วนใหญ่

อย่างไรก็ตาม แม้จะมีกิจกรรมดังกล่าว ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเฉพาะกับฟลูออรีนที่ ภาวะปกติ. อื่นๆ ทั้งหมดต้องการความร้อน มีสารหลายประเภทที่กำมะถันสามารถโต้ตอบได้:

• โลหะ;
• อโลหะ
• ด่าง;
• กรดออกซิไดซ์ที่แรง - กำมะถันและไนตริก

สารประกอบกำมะถัน: พันธุ์

ความหลากหลายของพวกเขาจะอธิบายโดยค่าที่ไม่เท่ากันของสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบหลัก - กำมะถัน ดังนั้นเราจึงสามารถแยกแยะประเภทของสารหลักได้หลายประเภทบนพื้นฐานนี้:

• สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชัน -2;

หากเราพิจารณาคลาส ไม่ใช่ดัชนีวาเลนซี องค์ประกอบนี้จะสร้างโมเลกุลเช่น:

• กรด;
• ออกไซด์;
• เกลือ;
• สารประกอบไบนารีที่มีอโลหะ (คาร์บอนไดซัลไฟด์, คลอไรด์);
• สารอินทรีย์

ตอนนี้ให้พิจารณาประเด็นหลักและยกตัวอย่าง

สารที่มีสถานะออกซิเดชัน -2

สารประกอบกำมะถัน 2 เป็นโครงสร้างที่มีโลหะเช่นเดียวกับ:

• คาร์บอน;
• ไฮโดรเจน;
• ฟอสฟอรัส;
• ซิลิคอน;
• สารหนู;
• โบรอน.

ในกรณีเหล่านี้ มันทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ เนื่องจากองค์ประกอบทั้งหมดที่อยู่ในรายการมีประจุไฟฟ้าบวกมากกว่า มาดูสิ่งที่สำคัญกว่ากัน

1. คาร์บอนไดซัลไฟด์ - CS 2 . ของเหลวใสที่มีกลิ่นหอมของอีเธอร์ เป็นพิษ ไวไฟ และระเบิดได้ ใช้เป็นตัวทำละลายสำหรับน้ำมัน ไขมัน อโลหะ ซิลเวอร์ไนเตรต เรซิน และยางส่วนใหญ่ นอกจากนี้ยังเป็นส่วนสำคัญในการผลิตผ้าไหมเทียม - ลาย้เหนียว ในอุตสาหกรรมมีการสังเคราะห์ในปริมาณมาก
2. ไฮโดรเจนซัลไฟด์หรือไฮโดรเจนซัลไฟด์ - H 2 S. ก๊าซไม่มีสีมีรสหวาน กลิ่นฉุนฉุนสุดๆ ชวนให้นึกถึง ไข่เน่า. เป็นพิษกดศูนย์ทางเดินหายใจเนื่องจากจับไอออนของทองแดง ดังนั้นเมื่อถูกวางยาพิษจะเกิดอาการหายใจไม่ออกและตายได้ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์ การสังเคราะห์สารอินทรีย์ การผลิตกรดซัลฟิวริก และเป็นวัตถุดิบที่ประหยัดพลังงาน
3. พบโลหะซัลไฟด์ โปรแกรมกว้างในด้านการแพทย์ ในการผลิตซัลเฟต ในการผลิตสี ในการผลิตสารเรืองแสง และในที่อื่นๆ สูตรทั่วไปคือ Me x S y

สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น +4

สารประกอบกำมะถัน 4 ส่วนใหญ่เป็นออกไซด์และเกลือและกรดที่สอดคล้องกัน ทั้งหมดเป็นสารประกอบทั่วไปที่มี ค่าบางอย่างในอุตสาหกรรม พวกมันยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ แต่บ่อยครั้งที่พวกมันมีคุณสมบัติในการรีดิวซ์

สูตรสำหรับสารประกอบกำมะถันที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น +4 มีดังนี้:

• ออกไซด์ - ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ SO 2 ;
• กรด - กำมะถัน H 2 SO 3;
• เกลือมี สูตรทั่วไปเม็กซ์(SO3)y.

ที่พบมากที่สุดคือหรือแอนไฮไดรด์ เป็นสารไม่มีสีมีกลิ่นของไม้ขีดไฟ ในกระจุกขนาดใหญ่จะเกิดขึ้นระหว่างการปะทุของภูเขาไฟขณะนี้สามารถระบุได้ง่ายด้วยกลิ่น

มันละลายในน้ำด้วยการก่อตัวของกรด - ซัลเฟอร์ที่ย่อยสลายได้ง่าย มันมีลักษณะเหมือนเกลือทั่วไปซึ่งเข้าสู่รูปของซัลไฟต์ไอออน SO 3 2- แอนไฮไดรด์นี้เป็นก๊าซหลักที่ส่งผลต่อมลภาวะของบรรยากาศโดยรอบ เป็นผู้ที่มีผลกระทบต่อการศึกษา ในอุตสาหกรรม ใช้ในการผลิตซัลเฟต

สารประกอบที่กำมะถันมีสถานะออกซิเดชันเป็น +6

เหล่านี้รวมถึงก่อนอื่น ซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์และกรดซัลฟิวริกกับเกลือของพวกมัน:

• ซัลเฟต;
• ไฮโดรซัลเฟต

เนื่องจากอะตอมของกำมะถันอยู่ในระดับสูงสุดของการเกิดออกซิเดชัน คุณสมบัติของสารประกอบเหล่านี้จึงค่อนข้างเข้าใจได้ พวกมันคือตัวออกซิไดซ์ที่แรง

ซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI) - ซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ - เป็นของเหลวไม่มีสีระเหยง่าย ลักษณะ- ความสามารถในการดูดซับความชื้นที่แข็งแกร่ง สูบบุหรี่กลางแจ้ง เมื่อละลายในน้ำจะให้กรดแร่ที่แข็งแกร่งที่สุดชนิดหนึ่งคือกำมะถัน สารละลายเข้มข้นของมันคือของเหลวสีเหลืองเล็กน้อยที่มีน้ำมันหนัก หากแอนไฮไดรด์ละลายในกรดซัลฟิวริก จะได้สารประกอบพิเศษที่เรียกว่าโอเลียม ใช้ในอุตสาหกรรมในการผลิตกรด

ในบรรดาเกลือ - ซัลเฟต - สำคัญมากมีการเชื่อมต่อเช่น:

• ยิปซั่ม CaSO 4 2H 2 O;
• แบไรท์ BaSO 4 ;
• มิราบิไลต์;
• ตะกั่วซัลเฟตและอื่น ๆ

ใช้ในการก่อสร้าง การสังเคราะห์ทางเคมี ยา การผลิต อุปกรณ์ออปติคัลและแก้วและแม้กระทั่งอุตสาหกรรมอาหาร

ไฮโดรซัลเฟตใช้กันอย่างแพร่หลายในโลหะวิทยาซึ่งใช้เป็นฟลักซ์ และยังช่วยในการแปลงออกไซด์ที่ซับซ้อนจำนวนมากให้อยู่ในรูปแบบซัลเฟตที่ละลายน้ำได้ ซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง

การศึกษากำมะถันในหลักสูตรเคมีของโรงเรียน

เมื่อใดเป็นเวลาที่ดีที่สุดสำหรับนักเรียนในการเรียนรู้ว่ากำมะถันคืออะไร คุณสมบัติของกำมะถันคืออะไร สารประกอบกำมะถันคืออะไร เกรด 9 - ช่วงเวลาที่ดีที่สุด. นี่ไม่ใช่จุดเริ่มต้น เมื่อทุกอย่างยังใหม่และเข้าใจยากสำหรับเด็ก นี่เป็นพื้นฐานในการศึกษาวิทยาศาสตร์เคมี เมื่อรากฐานที่วางไว้ก่อนหน้านี้จะช่วยให้เข้าใจหัวข้อนี้อย่างเต็มที่ ดังนั้นจึงเป็นช่วงครึ่งหลังของชั้นเรียนที่สำเร็จการศึกษาที่ได้รับการจัดสรรเพื่อพิจารณาประเด็นเหล่านี้ ในเวลาเดียวกันหัวข้อทั้งหมดแบ่งออกเป็นหลายช่วงตึกซึ่งมีบทเรียนแยกต่างหาก "สารประกอบกำมะถัน เกรด 9"

นี่เป็นเพราะความอุดมสมบูรณ์ของพวกเขา ประเด็นของการผลิตกรดซัลฟิวริกทางอุตสาหกรรมก็ถูกพิจารณาแยกกันเช่นกัน โดยทั่วไปเมื่อ หัวข้อนี้ใช้เวลาเฉลี่ย 3 ชม.

แต่กำมะถันถูกนำออกมาเพื่อการศึกษาเฉพาะในชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 เมื่อพิจารณาถึงประเด็นอินทรีย์ พวกเขายังได้รับผลกระทบทางชีววิทยาในโรงเรียนมัธยม ท้ายที่สุดกำมะถันเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลอินทรีย์เช่น:

• thioalcohols (ไทออล);
• โปรตีน (โครงสร้างระดับอุดมศึกษาที่เกิดการก่อตัวของสะพานซัลไฟด์);
• ไธโออัลดีไฮด์;
• ไธโอฟีนอล;
• ไธโออีเธอร์;
• กรดซัลโฟนิก
• ซัลฟอกไซด์และอื่น ๆ

มีความโดดเด่นใน กลุ่มพิเศษสารประกอบออร์กาโนซัลเฟอร์ พวกเขามีความสำคัญไม่เพียง แต่ในกระบวนการทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิต แต่ยังอยู่ในอุตสาหกรรมด้วย ตัวอย่างเช่น กรดซัลโฟนิกเป็นพื้นฐานของหลายชนิด ยา(แอสไพริน ซัลฟานิลาไมด์ หรือสเตรปโตไซด์)

นอกจากนี้ กำมะถันยังเป็นส่วนประกอบคงที่ของสารประกอบ เช่น บางส่วน:

• กรดอะมิโน;
• เอนไซม์
• วิตามิน;
• ฮอร์โมน

สถานะออกซิเดชันคือประจุตามเงื่อนไขของอะตอมในสารประกอบ ซึ่งคำนวณจากการสันนิษฐานว่าประกอบด้วยไอออนเท่านั้น เมื่อกำหนดแนวคิดนี้ จะสันนิษฐานตามเงื่อนไขว่าอิเล็กตรอนที่ยึดเหนี่ยว (วาเลนซ์) ผ่านไปยังอะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากขึ้น (ดู อิเล็กโตรเนกาติวีตี้) และด้วยเหตุนี้ สารประกอบจึงประกอบด้วยไอออนที่มีประจุบวกและลบอย่างที่เป็นอยู่ สถานะออกซิเดชันสามารถมีค่าเป็นศูนย์ ค่าลบ และค่าบวก ซึ่งมักจะวางไว้เหนือสัญลักษณ์องค์ประกอบที่ด้านบน:

ค่าศูนย์ของสถานะออกซิเดชันถูกกำหนดให้กับอะตอมขององค์ประกอบในสถานะอิสระ ตัวอย่างเช่น ความหมายเชิงลบสถานะออกซิเดชันคืออะตอมเหล่านั้นซึ่งเมฆอิเล็กตรอนที่ยึดเหนี่ยว (คู่อิเล็กตรอน) ถูกแทนที่ สำหรับฟลูออรีนในสารประกอบทั้งหมด มันคือ -1 อะตอมที่บริจาคเวเลนซ์อิเล็กตรอนให้กับอะตอมอื่นมีสถานะออกซิเดชันในเชิงบวก ตัวอย่างเช่น ในโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ ธ จะเท่ากับ และ ในไอออนอย่างง่าย เช่น , K จะเท่ากับประจุของไอออน ในสารประกอบส่วนใหญ่ สถานะออกซิเดชันของอะตอมไฮโดรเจนจะเท่ากัน แต่ในโลหะไฮไดรด์ (สารประกอบของพวกมันที่มีไฮโดรเจน) - และอื่นๆ - มันคือ -1 ออกซิเจนมีลักษณะเป็นออกซิเดชัน -2 แต่ตัวอย่างเช่นเมื่อรวมกับฟลูออรีนและในสารประกอบเปอร์ออกไซด์ ฯลฯ ) -1 ในบางกรณี ค่านี้สามารถแสดงและ เศษส่วน: สำหรับธาตุเหล็กในไอรอนออกไซด์ (II, III) จะเท่ากับ .

ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารประกอบเป็นศูนย์ และในไอออนเชิงซ้อน มันคือประจุของไอออน โดยใช้กฎนี้ เราคำนวณ ตัวอย่างเช่น สถานะออกซิเดชันของฟอสฟอรัสในกรดออร์โธฟอสฟอริก แทนค่ามันผ่านและคูณสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนและออกซิเจนด้วยจำนวนอะตอมของพวกมันในสารประกอบ เราได้สมการ: มาจากไหน ในทำนองเดียวกัน เราคำนวณสถานะออกซิเดชันของโครเมียมในไอออน -

ในสารประกอบ สถานะออกซิเดชันของแมงกานีสจะเป็นตามลำดับ

สถานะออกซิเดชันสูงสุดคือค่าบวกสูงสุด สำหรับองค์ประกอบส่วนใหญ่จะเท่ากับหมายเลขกลุ่มในระบบธาตุและมีความสำคัญ ลักษณะเชิงปริมาณธาตุในสารประกอบของมัน ค่าต่ำสุดสถานะออกซิเดชันของธาตุที่เกิดขึ้นในสารประกอบมักเรียกว่าสถานะออกซิเดชันต่ำสุด อื่น ๆ ทั้งหมดอยู่ในระดับกลาง ดังนั้นสำหรับกำมะถัน สถานะออกซิเดชันสูงสุดจะเท่ากับ ต่ำสุด -2 ระดับกลาง

การเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของธาตุตามกลุ่ม ระบบเป็นระยะสะท้อนให้เห็นถึงความถี่ของการเปลี่ยนแปลงของพวกเขา คุณสมบัติทางเคมีด้วยการเพิ่มหมายเลขซีเรียล

แนวคิดของสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบใช้ในการจำแนกสาร โดยอธิบายคุณสมบัติ การกำหนดสารประกอบ และชื่อสากลของสาร แต่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการศึกษาปฏิกิริยารีดอกซ์ แนวคิดของ "สถานะออกซิเดชัน" มักใช้ในเคมีอนินทรีย์แทนที่จะเป็นแนวคิด "วาเลนซี" (ดู วาเลนซี)

Valenceเป็นแนวคิดที่ซับซ้อน คำนี้ผ่านการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญไปพร้อม ๆ กับการพัฒนาทฤษฎีพันธะเคมี ในขั้นต้น ความจุคือความสามารถของอะตอมในการยึดติดหรือแทนที่อะตอมหรือกลุ่มอะตอมอื่นจำนวนหนึ่งเพื่อสร้างพันธะเคมี

การวัดเชิงปริมาณของความจุของอะตอมขององค์ประกอบคือจำนวนของอะตอมของไฮโดรเจนหรือออกซิเจน (องค์ประกอบเหล่านี้ถือเป็นโมโนและไดวาเลนต์ตามลำดับ) ซึ่งองค์ประกอบนั้นเพิ่มเพื่อสร้างไฮไดรด์ของสูตร EH x หรือออกไซด์ของสูตร อี เอ็น โอ ม.

ดังนั้นความจุของอะตอมไนโตรเจนในโมเลกุลแอมโมเนีย NH 3 คือสาม และอะตอมของกำมะถันในโมเลกุล H 2 S คือสอง เนื่องจากความจุของอะตอมไฮโดรเจนเป็นหนึ่ง

ในสารประกอบ Na 2 O, BaO, Al 2 O 3, SiO 2 ความจุของโซเดียม แบเรียมและซิลิกอนคือ 1, 2, 3 และ 4 ตามลำดับ

แนวคิดของเวเลนซ์ถูกนำมาใช้ในวิชาเคมีก่อนที่โครงสร้างของอะตอมจะเป็นที่รู้จัก คือในปี พ.ศ. 2396 โดยนักเคมีชาวอังกฤษชื่อแฟรงก์แลนด์ ตอนนี้ได้มีการพิสูจน์แล้วว่าความจุของธาตุมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับจำนวนอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอม เนื่องจากอิเล็กตรอนของเปลือกชั้นในของอะตอมไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี

ในทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของพันธะโควาเลนต์ เชื่อกันว่า ความจุอะตอมถูกกำหนดโดยจำนวนของอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ของมันในพื้นดินหรือสถานะตื่นเต้น โดยมีส่วนร่วมในการก่อตัวของอิเล็กตรอนคู่ร่วมกับอิเล็กตรอนของอะตอมอื่น

สำหรับองค์ประกอบบางอย่าง ความจุคือค่าคงที่ ดังนั้น โซเดียมหรือโพแทสเซียมในสารประกอบทั้งหมดจึงเป็นโมโนวาเลนต์ แคลเซียม แมกนีเซียม และสังกะสีเป็นไดวาเลนต์ อะลูมิเนียมเป็นไตรวาเลนต์ เป็นต้น แต่องค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่มีวาเลนซ์แปรผัน ซึ่งขึ้นอยู่กับธรรมชาติขององค์ประกอบพันธมิตรและเงื่อนไขของกระบวนการ ดังนั้น เหล็กสามารถสร้างสารประกอบสองชนิดที่มีคลอรีน - FeCl 2 และ FeCl 3 ซึ่งความจุของเหล็กคือ 2 และ 3 ตามลำดับ

สถานะออกซิเดชัน- แนวคิดที่ระบุลักษณะของธาตุในสารประกอบเคมีและพฤติกรรมของธาตุในปฏิกิริยารีดอกซ์ ในเชิงตัวเลขแล้ว สถานะออกซิเดชันจะเท่ากับประจุอย่างเป็นทางการที่สามารถนำมาประกอบกับองค์ประกอบได้ โดยอิงจากการสันนิษฐานว่าอิเล็กตรอนทั้งหมดของพันธะแต่ละพันธะได้ส่งผ่านไปยังอะตอมที่มีไฟฟ้ามากกว่า

อิเล็กโตรเนกาติวิตี- การวัดความสามารถของอะตอมในการรับประจุลบระหว่างการก่อตัวของพันธะเคมี หรือความสามารถของอะตอมในโมเลกุลในการดึงดูดอิเล็กตรอนวาเลนซ์ที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเคมี อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ไม่ใช่ค่าสัมบูรณ์และคำนวณแล้ว วิธีการต่างๆ. ดังนั้นค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ที่ให้ไว้ในหนังสือเรียนและหนังสืออ้างอิงต่างๆ อาจแตกต่างกัน

ตารางที่ 2 แสดงอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบทางเคมีบางชนิดในระดับแซนเดอร์สัน และตารางที่ 3 แสดงอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบในระดับพอลิง

ค่าของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ได้รับภายใต้สัญลักษณ์ขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้อง ยิ่งค่าตัวเลขของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมมากเท่าไร ธาตุก็จะยิ่งมีค่าไฟฟ้ามากขึ้นเท่านั้น อิเลคโตรเนกาทีฟมากที่สุดคืออะตอมฟลูออรีน อิเล็กโตรเนกาติตีที่น้อยที่สุดคืออะตอมรูบิเดียม ในโมเลกุลที่เกิดจากอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีสองชนิดที่แตกต่างกัน ประจุลบอย่างเป็นทางการจะอยู่บนอะตอมซึ่งค่าตัวเลขของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้จะสูงกว่า ดังนั้นในโมเลกุลซัลเฟอร์ไดออกไซด์ SO 2 อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมกำมะถันคือ 2.5 และค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมออกซิเจนนั้นมากกว่า - 3.5 ดังนั้นประจุลบจะอยู่ที่อะตอมออกซิเจนและประจุบวกบนอะตอมของกำมะถัน

ในโมเลกุลแอมโมเนีย NH 3 ค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมไนโตรเจนคือ 3.0 และของไฮโดรเจนคือ 2.1 ดังนั้นอะตอมของไนโตรเจนจะมีประจุเป็นลบ และอะตอมของไฮโดรเจนจะมีประจุเป็นบวก

คุณควรทราบแนวโน้มทั่วไปของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้อย่างชัดเจน เนื่องจากอะตอมของใด ๆ องค์ประกอบทางเคมีมีแนวโน้มที่จะได้รับการกำหนดค่าที่มั่นคงของชั้นอิเล็กตรอนภายนอก - เปลือกออกเตตของก๊าซเฉื่อยจากนั้นอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบในช่วงเวลาจะเพิ่มขึ้นและในกลุ่มอิเล็กโตรเนกาติวีตี้โดยทั่วไปจะลดลงเมื่อเลขอะตอมของธาตุเพิ่มขึ้น . ดังนั้น ตัวอย่างเช่น กำมะถันจะมีอิเล็กโตรเนกาทีฟมากกว่าฟอสฟอรัสและซิลิกอน และคาร์บอนจะมีอิเล็กโตรเนกาทีฟมากกว่าซิลิกอน

เมื่อรวบรวมสูตรสำหรับสารประกอบที่ประกอบด้วยอโลหะ 2 ชนิด ยิ่งมีค่าอิเลคโตรเนกาติเอตทางขวามากกว่าเสมอ: PCl 3, NO 2 มีข้อยกเว้นทางประวัติศาสตร์บางประการสำหรับกฎนี้ เช่น NH 3 , PH 3 เป็นต้น

สถานะออกซิเดชันมักจะระบุด้วยตัวเลขอารบิก (มีเครื่องหมายอยู่หน้าหลัก) ซึ่งอยู่เหนือสัญลักษณ์องค์ประกอบ เช่น

เพื่อตรวจสอบสถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารประกอบเคมี มีการปฏิบัติตามกฎต่อไปนี้:

1. สถานะออกซิเดชันของธาตุใน สารง่ายๆเท่ากับศูนย์
2. ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุลเป็นศูนย์
3. ออกซิเจนในสารประกอบส่วนใหญ่แสดงสถานะออกซิเดชันที่ –2 (ในออกซิเจนฟลูออไรด์ 2 + 2 ในโลหะเปอร์ออกไซด์ เช่น M 2 O 2 –1)
4. ไฮโดรเจนในสารประกอบแสดงสถานะออกซิเดชันเป็น +1 ยกเว้นไฮไดรด์ โลหะที่ใช้งานตัวอย่างเช่น เอิร์ ธ อัลคาไลน์หรืออัลคาไลน์เอิร์ ธ ซึ่งสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ -1
5. สำหรับโมโนอะตอมมิกไอออน สถานะออกซิเดชันจะเท่ากับประจุของไอออน เช่น K + - +1, Ba 2+ - +2, Br - - -1, S 2- - -2 เป็นต้น
6. ในสารประกอบที่มีพันธะขั้วโควาเลนต์ สถานะออกซิเดชันของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากกว่าจะมีเครื่องหมายลบ และอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีน้อยกว่าจะมีเครื่องหมายบวก
7. ที่ สารประกอบอินทรีย์สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ +1

มาอธิบายกฎข้างต้นพร้อมตัวอย่างกัน

ตัวอย่างที่ 1กำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันขององค์ประกอบในออกไซด์ของโพแทสเซียม K 2 O, ซีลีเนียม SeO 3 และเหล็ก Fe 3 O 4

โพแทสเซียมออกไซด์ K 2 O.ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุลเป็นศูนย์ สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในออกไซด์คือ –2 ให้เราระบุสถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมในออกไซด์เป็น n จากนั้น 2n + (–2) = 0 หรือ 2n = 2 ดังนั้น n = +1 เช่น สถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมคือ +1

ซีลีเนียมออกไซด์ SeO 3โมเลกุล SeO 3 นั้นเป็นกลางทางไฟฟ้า ประจุลบทั้งหมดของอะตอมออกซิเจนสามอะตอมคือ –2 × 3 = –6 ดังนั้น เพื่อให้ประจุลบนี้เป็นศูนย์ สถานะออกซิเดชันของซีลีเนียมจะต้องเท่ากับ +6

เฟ 3 O 4 โมเลกุลเป็นกลางทางไฟฟ้า ประจุลบทั้งหมดของอะตอมออกซิเจนสี่อะตอมคือ –2 × 4 = –8 เพื่อให้ประจุลบนี้เท่ากัน ประจุบวกทั้งหมดของธาตุเหล็กทั้งสามจะต้องเท่ากับ +8 ดังนั้น เหล็กหนึ่งอะตอมควรมีประจุ 8/3 = +8/3

ควรเน้นว่าสถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบสามารถเป็นเลขเศษส่วนได้ สถานะออกซิเดชันแบบเศษส่วนดังกล่าวไม่สมเหตุสมผลในการอธิบายพันธะในสารประกอบเคมี แต่สามารถใช้เพื่อกำหนดสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ได้

ตัวอย่าง 2กำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารประกอบ NaClO 3, K 2 Cr 2 O 7

โมเลกุล NaClO 3 นั้นเป็นกลางทางไฟฟ้า สถานะออกซิเดชันของโซเดียมคือ +1 สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2 ให้เราแสดงสถานะออกซิเดชันของคลอรีนเป็น n แล้ว +1 + n + 3 × (–2) = 0 หรือ +1 + n – 6 = 0, หรือ n – 5 = 0, ดังนั้น n = +5 ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของคลอรีนคือ +5

โมเลกุล K 2 Cr 2 O 7 นั้นเป็นกลางทางไฟฟ้า สถานะออกซิเดชันของโพแทสเซียมคือ +1 สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2 ให้เราระบุสถานะออกซิเดชันของโครเมียมเป็น n แล้ว 2 × 1 + 2n + 7 × (–2) = 0, หรือ +2 + 2n – 14 = 0, หรือ 2n – 12 = 0, 2n = 12 ดังนั้น n = +6. ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของโครเมียมคือ +6

ตัวอย่างที่ 3ให้เรากำหนดสถานะออกซิเดชันของกำมะถันในซัลเฟตไอออน SO 4 2– . SO 4 2– ไอออนมีประจุเท่ากับ –2 สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ –2 ให้เราแสดงสถานะออกซิเดชันของกำมะถันเป็น n จากนั้น n + 4 × (–2) = –2 หรือ n – 8 = –2 หรือ n = –2 – (–8) ดังนั้น n = +6 ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของกำมะถันคือ +6

ควรจำไว้ว่าสถานะออกซิเดชันบางครั้งไม่เท่ากับความจุขององค์ประกอบที่กำหนด

ตัวอย่างเช่น สถานะออกซิเดชันของอะตอมไนโตรเจนในโมเลกุลแอมโมเนีย NH 3 หรือในโมเลกุลไฮดราซีน N 2 H 4 คือ -3 และ -2 ตามลำดับ ในขณะที่ความจุไนโตรเจนในสารประกอบเหล่านี้คือ 3

สถานะออกซิเดชันเชิงบวกสูงสุดสำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลัก ตามกฎแล้วจะเท่ากับหมายเลขกลุ่ม (ยกเว้น: ออกซิเจน ฟลูออรีน และองค์ประกอบอื่นๆ บางส่วน)

สถานะออกซิเดชันเชิงลบสูงสุดคือ 8 - หมายเลขกลุ่ม

งานฝึกอบรม

1. สารประกอบใดอยู่ในสถานะออกซิเดชันของฟอสฟอรัส +5

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Li 3 P
4) AlP

2. สารประกอบใดมีสถานะออกซิเดชันของฟอสฟอรัส -3

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Li3PO4
4) AlP

3. สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนเท่ากับ +4 ในสารประกอบใด

1) HNO2
2) N 2 O 4
3) N 2 O
4) HNO3

4. สารประกอบใดมีเลขออกซิเดชันของไนโตรเจนเท่ากับ -2?

1) NH3
2) N 2 H 4
3) N 2 O 5
4) HNO2

5. สถานะออกซิเดชันของกำมะถันเท่ากับ +2 ในสารประกอบใด

1) นา 2 SO 3
2) SO2
3) SCl2
4) H2SO4

6. สถานะออกซิเดชันของกำมะถันเท่ากับ +6 ในสารประกอบใด

1) นา 2 SO 3
2) SO3
3) SCl2
4) H2SO3

7. ในสารที่มีสูตรคือ CrBr 2, K 2 Cr 2 O 7, Na 2 CrO 4 สถานะออกซิเดชันของโครเมียมตามลำดับคือ

1) +2, +3, +6
2) +3, +6, +6
3) +2, +6, +5
4) +2, +6, +6

8. สถานะออกซิเดชันเชิงลบขั้นต่ำขององค์ประกอบทางเคมีมักจะเท่ากับ

1) หมายเลขงวด
3) จำนวนอิเล็กตรอนที่ขาดหายไปก่อนที่ชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกจะเสร็จสมบูรณ์

9. สถานะออกซิเดชันเชิงบวกสูงสุดขององค์ประกอบทางเคมีที่อยู่ในกลุ่มย่อยหลักตามกฎเท่ากับ

1) หมายเลขงวด
2) หมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบทางเคมี
3) หมายเลขกลุ่ม
4) จำนวนทั้งหมดอิเล็กตรอนในองค์ประกอบ

10. ฟอสฟอรัสแสดงสถานะออกซิเดชันเชิงบวกสูงสุดในสารประกอบ

1) HPO 3
2) H3PO3
3) ณ 3 ป
4) Ca 3P 2

11. ฟอสฟอรัสแสดงสถานะออกซิเดชันต่ำที่สุดในสารประกอบ

1) HPO 3
2) H3PO3
3) Na3PO4
4) Ca 3P 2

12. อะตอมของไนโตรเจนในแอมโมเนียมไนไตรท์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไอออนบวกและประจุลบ แสดงสถานะออกซิเดชันตามลำดับ

1) –3, +3
2) –3, +5
3) +3, –3
4) +3, +5

13. ความจุและสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ตามลำดับคือ

1) II, -2
2) II, -1
3) ฉัน +4
4) III, -2

14. ความจุและสถานะออกซิเดชันของกำมะถันในไพไรต์ FeS2 ตามลำดับ

1) IV, +5
2) II, -1
3) II, +6
4) III, +4

15. ความจุและสถานะออกซิเดชันของอะตอมไนโตรเจนในแอมโมเนียมโบรไมด์ตามลำดับคือ

1) IV, -3
2) III, +3
3) IV, -2
4) III, +4

16. อะตอมของคาร์บอนแสดงให้เห็น ระดับลบออกซิเดชันร่วมกับ

1) ออกซิเจน
2) โซเดียม
3) ฟลูออรีน
4) คลอรีน

17. ระดับของการเกิดออกซิเดชันคงที่ในสารประกอบแสดงให้เห็น

1) สตรอนเทียม
2) เหล็ก
3) กำมะถัน
4) คลอรีน

18. +3 สถานะออกซิเดชันในสารประกอบสามารถแสดงได้

1) คลอรีนและฟลูออรีน
2) ฟอสฟอรัสและคลอรีน
3) คาร์บอนและกำมะถัน
4) ออกซิเจนและไฮโดรเจน

19. +4 สถานะออกซิเดชันในสารประกอบสามารถแสดงได้

1) คาร์บอนและไฮโดรเจน
2) คาร์บอนและฟอสฟอรัส
3) คาร์บอนและแคลเซียม
4) ไนโตรเจนและกำมะถัน

20. สถานะออกซิเดชันเท่ากับเลขหมู่ในสารประกอบแสดง

1) คลอรีน
2) เหล็ก
3) ออกซิเจน
4) ฟลูออรีน

อิเล็กโตรเนกาติวีตี้เช่นเดียวกับคุณสมบัติอื่นๆ ของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี เปลี่ยนแปลงเป็นระยะโดยการเพิ่มจำนวนลำดับขององค์ประกอบ:

กราฟด้านบนแสดงความถี่ของการเปลี่ยนแปลงอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลัก ขึ้นอยู่กับเลขลำดับขององค์ประกอบ

เมื่อเลื่อนลงมาในกลุ่มย่อยของตารางธาตุ อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบทางเคมีจะลดลง เมื่อเคลื่อนที่ไปทางขวาในช่วงเวลานั้น จะเพิ่มขึ้น

อิเล็กโตรเนกาติวีตี้สะท้อนถึงความเป็นอโลหะของธาตุ ยิ่งค่าของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงเท่าใด คุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะของธาตุก็จะยิ่งแสดงมากขึ้น

สถานะออกซิเดชัน

วิธีการคำนวณสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารประกอบ?

1) สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีในสารธรรมดาจะเป็นศูนย์เสมอ

2) มีองค์ประกอบที่แสดงสถานะออกซิเดชันคงที่ในสารที่ซับซ้อน:

3) มีองค์ประกอบทางเคมีที่แสดงสถานะออกซิเดชันคงที่ในสารประกอบส่วนใหญ่ องค์ประกอบเหล่านี้รวมถึง:

4) ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุลจะเป็นศูนย์เสมอ ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในไอออนเท่ากับประจุของไอออน

5) สถานะออกซิเดชันสูงสุด (สูงสุด) เท่ากับหมายเลขกลุ่ม ข้อยกเว้นที่ไม่อยู่ภายใต้กฎนี้คือองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองของกลุ่ม I องค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองของกลุ่ม VIII เช่นเดียวกับออกซิเจนและฟลูออรีน

องค์ประกอบทางเคมีที่มีหมายเลขกลุ่มไม่ตรงกับของพวกเขา ระดับสูงสุดออกซิเดชัน (ต้องจำ)

6) สถานะออกซิเดชันต่ำสุดของโลหะจะเป็นศูนย์เสมอ และสถานะออกซิเดชันต่ำสุดของอโลหะคำนวณโดยสูตร:

สถานะออกซิเดชันต่ำสุดของอโลหะ = หมายเลขกลุ่ม - 8

ตามกฎที่นำเสนอข้างต้น เป็นไปได้ที่จะกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีในสารใดๆ

การหาสถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบต่างๆ

ตัวอย่างที่ 1

กำหนดสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทั้งหมดในกรดซัลฟิวริก

การตัดสินใจ:

มาเขียนสูตรกรดซัลฟิวริกกัน:

สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนในสารเชิงซ้อนทั้งหมดคือ +1 (ยกเว้นโลหะไฮไดรด์)

สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนในสารที่ซับซ้อนทั้งหมดคือ -2 (ยกเว้นเปอร์ออกไซด์และออกซิเจนฟลูออไรด์ OF 2) มาจัดเรียงสถานะออกซิเดชันที่รู้จัก:

ให้เราแสดงถึงสถานะออกซิเดชันของกำมะถันเป็น x:

โมเลกุลของกรดซัลฟิวริกก็เหมือนกับโมเลกุลของสารใดๆ โดยทั่วไปแล้วจะเป็นกลางทางไฟฟ้าเพราะ ผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดในโมเลกุลเป็นศูนย์ แผนผังนี้สามารถอธิบายได้ดังนี้:

เหล่านั้น. เราได้สมการต่อไปนี้:

มาแก้กัน:

ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของกำมะถันในกรดซัลฟิวริกคือ +6

ตัวอย่าง 2

กำหนดสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทั้งหมดในแอมโมเนียมไดโครเมต

การตัดสินใจ:

ลองเขียนสูตรของแอมโมเนียมไดโครเมต:

ในกรณีก่อนหน้านี้ เราสามารถจัดสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนและออกซิเจนได้:

อย่างไรก็ตาม เราเห็นว่าสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีสองชนิดในคราวเดียว ไนโตรเจนและโครเมียมไม่เป็นที่รู้จัก ดังนั้นเราจึงไม่พบสถานะออกซิเดชันในลักษณะเดียวกับในตัวอย่างก่อนหน้านี้ (สมการหนึ่งที่มีตัวแปรสองตัวไม่มีคำตอบเฉพาะ)

ให้เราใส่ใจกับความจริงที่ว่าสารที่ระบุอยู่ในกลุ่มเกลือและมีโครงสร้างไอออนิก จากนั้นเราสามารถพูดได้อย่างถูกต้องว่าองค์ประกอบของแอมโมเนียมไดโครเมตรวมถึง NH 4 + ไพเพอร์ (ประจุของไอออนบวกนี้สามารถเห็นได้ในตารางการละลาย) ดังนั้น เนื่องจากมีประจุบวก NH 4 + ไพเพอร์สองตัวในหน่วยสูตรของแอมโมเนียมไดโครเมต ประจุของไดโครเมตไอออนคือ -2 เนื่องจากสารโดยรวมเป็นกลางทางไฟฟ้า เหล่านั้น. สารนี้เกิดจาก NH 4 + cations และ Cr 2 O 7 2- anions

เราทราบสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนและออกซิเจน รู้ว่าผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมของธาตุทั้งหมดในไอออนมีค่าเท่ากับประจุ และแสดงสถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนและโครเมียมเป็น xและ yดังนั้น เราสามารถเขียนได้ว่า

เหล่านั้น. เราได้สมการอิสระสองสมการ:

แก้ที่เราพบว่า xและ y:

ดังนั้น ในแอมโมเนียมไดโครเมต สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนคือ -3, ไฮโดรเจน +1, โครเมียม +6 และออกซิเจน -2

วิธีการกำหนดสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารอินทรีย์สามารถอ่านได้

Valence

ความจุของอะตอมแสดงด้วยเลขโรมัน: I, II, III เป็นต้น

ความเป็นไปได้ของความจุของอะตอมขึ้นอยู่กับปริมาณ:

1) อิเล็กตรอนไม่คู่

2) คู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งปันในออร์บิทัลของระดับเวเลนซ์

3) ออร์บิทัลอิเล็กตรอนว่างของระดับเวเลนซ์

ความเป็นไปได้ของความจุของอะตอมไฮโดรเจน

เรามาอธิบายสูตรกราฟิกอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมไฮโดรเจนกัน:

ว่ากันว่าปัจจัยสามประการสามารถส่งผลต่อความเป็นไปได้ของวาเลนซ์ - การมีอยู่ของอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ การมีอยู่ของคู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งที่ระดับภายนอก และการมีอยู่ของออร์บิทัลว่าง (ว่าง) ที่ระดับภายนอก เราเห็นอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่ในระดับพลังงานภายนอก (และเท่านั้น) จากสิ่งนี้ ไฮโดรเจนสามารถมีความจุเท่ากับ I อย่างไรก็ตาม ที่ระดับพลังงานแรกมีระดับย่อยเพียงระดับเดียวเท่านั้น - เอส,เหล่านั้น. อะตอมไฮโดรเจนที่ระดับชั้นนอกไม่มีคู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งแยกหรือออร์บิทัลที่ว่างเปล่า

ดังนั้น วาเลนซีเดียวที่อะตอมไฮโดรเจนสามารถแสดงได้คือ I

ความเป็นไปได้ของความจุของอะตอมคาร์บอน

พิจารณาโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมคาร์บอน ในสถานะกราวด์ การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับภายนอกจะเป็นดังนี้:

เหล่านั้น. ในสภาพพื้นดิน ระดับพลังงานภายนอกของอะตอมคาร์บอนที่ไม่ถูกกระตุ้นประกอบด้วยอิเล็กตรอน 2 ตัวที่ไม่จับคู่ ในสถานะนี้ มันสามารถแสดงความจุเท่ากับ II อย่างไรก็ตาม อะตอมของคาร์บอนจะเข้าสู่สถานะตื่นเต้นได้ง่ายมากเมื่อมีการให้พลังงาน และการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นนอกในกรณีนี้จะอยู่ในรูปแบบ:

แม้ว่าพลังงานจำนวนหนึ่งถูกใช้ไปในกระบวนการกระตุ้นอะตอมของคาร์บอน แต่รายจ่ายนั้นได้รับการชดเชยมากกว่าด้วยการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์สี่พันธะ ด้วยเหตุผลนี้ วาเลนซ์ IV จึงเป็นลักษณะเฉพาะของอะตอมคาร์บอนมากกว่ามาก ตัวอย่างเช่น คาร์บอนมีความจุ IV ในโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ กรดคาร์บอนิก และสารอินทรีย์ทั้งหมด

นอกจากอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่และคู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งแยกแล้ว การมีอยู่ของออร์บิทัลว่าง () ของระดับเวเลนซ์ยังส่งผลต่อความเป็นไปได้ของวาเลนซ์ด้วย การปรากฏตัวของออร์บิทัลดังกล่าวในระดับที่เต็มนำไปสู่ความจริงที่ว่าอะตอมสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรับคู่อิเล็กตรอนเช่น สร้างพันธะโควาเลนต์เพิ่มเติมโดยกลไกผู้บริจาค-ผู้รับ ตัวอย่างเช่น ตรงกันข้ามกับความคาดหวังในโมเลกุล คาร์บอนมอนอกไซด์พันธะ CO ไม่เป็นสองเท่า แต่เป็นสามเท่า ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในภาพประกอบต่อไปนี้:

ความเป็นไปได้ของความจุของอะตอมไนโตรเจน

ลองเขียนสูตรอิเล็กตรอนกราฟิกของระดับพลังงานภายนอกของอะตอมไนโตรเจน:

ดังที่เห็นได้จากภาพประกอบด้านบน อะตอมไนโตรเจนในสถานะปกติมีอิเล็กตรอน 3 ตัวที่ไม่คู่กัน ดังนั้นจึงมีเหตุผลที่จะถือว่ามันสามารถแสดงเวเลนซ์เท่ากับ III อันที่จริงมีความจุเท่ากับสามในโมเลกุลแอมโมเนีย (NH 3) กรดไนตรัส(HNO 2) ไนโตรเจน ไตรคลอไรด์ (NCl 3) เป็นต้น

มีการกล่าวไว้ข้างต้นว่าความจุของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีไม่เพียงแต่ขึ้นกับจำนวนของอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่เท่านั้น แต่ยังขึ้นกับการปรากฏตัวของคู่อิเล็กตรอนที่ไม่แบ่งใช้ด้วย นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าโควาเลนต์ พันธะเคมีสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เฉพาะเมื่ออะตอมสองอะตอมให้อิเล็กตรอนหนึ่งตัวแก่กันและกัน แต่ยังรวมถึงเมื่ออะตอมหนึ่งที่มีอิเล็กตรอนคู่กัน - ผู้บริจาค () ให้อะตอมอื่นที่มีช่องว่าง () วงโคจรของระดับเวเลนซ์ (ตัวรับ) ). เหล่านั้น. สำหรับอะตอมไนโตรเจน วาเลนซี IV ยังเป็นไปได้เนื่องจากพันธะโควาเลนต์เพิ่มเติมที่เกิดขึ้นจากกลไกตัวรับ-ผู้บริจาค ตัวอย่างเช่น พันธะโควาเลนต์สี่พันธะ ซึ่งหนึ่งในนั้นเกิดขึ้นจากกลไกผู้บริจาค-ผู้รับ สังเกตได้ระหว่างการก่อตัวของไอออนบวกของแอมโมเนียม:

แม้ว่าพันธะโควาเลนต์ตัวใดตัวหนึ่งจะก่อตัวขึ้นโดยกลไกผู้บริจาค-ตัวรับก็ตาม พันธบัตร NHในไอออนบวกของแอมโมเนียมจะเหมือนกันทุกประการและไม่แตกต่างกัน

ความจุเท่ากับ V อะตอมไนโตรเจนไม่สามารถแสดงได้ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการเปลี่ยนไปสู่สถานะตื่นเต้นนั้นเป็นไปไม่ได้สำหรับอะตอมไนโตรเจนซึ่งการจับคู่ของอิเล็กตรอนสองตัวเกิดขึ้นกับการเปลี่ยนของหนึ่งในนั้นไปสู่วงโคจรอิสระซึ่งใกล้เคียงที่สุดในระดับพลังงาน อะตอมไนโตรเจนไม่มี d-ระดับย่อย และการเปลี่ยนไปใช้ 3s-orbital นั้นมีราคาแพงมากจนต้นทุนด้านพลังงานไม่ครอบคลุมโดยการก่อตัวของพันธะใหม่ หลายคนอาจสงสัยว่า แล้วความจุของไนโตรเจนคืออะไร เช่น ในโมเลกุล กรดไนตริก HNO 3 หรือไนตริกออกไซด์ N 2 O 5? น่าแปลกที่ความจุยังมี IV ดังที่เห็นได้จากสูตรโครงสร้างต่อไปนี้:

เส้นประในภาพประกอบแสดงถึงสิ่งที่เรียกว่า delocalized π -การเชื่อมต่อ. ด้วยเหตุผลนี้ จึงไม่สามารถเรียกพันธะเทอร์มินอลว่า "หนึ่งและครึ่ง" ได้ นอกจากนี้ยังพบพันธะครึ่งหนึ่งที่คล้ายกันในโมเลกุลโอโซน O 3 , เบนซิน C 6 H 6 เป็นต้น

ความเป็นไปได้ของความจุของฟอสฟอรัส

ให้เราอธิบายสูตรอิเล็กตรอนกราฟิกของระดับพลังงานภายนอกของอะตอมฟอสฟอรัส:

ดังที่เราเห็น โครงสร้างของชั้นนอกของอะตอมฟอสฟอรัสในสถานะพื้นดินและอะตอมไนโตรเจนนั้นเหมือนกัน ดังนั้นจึงมีเหตุผลที่จะคาดหวังสำหรับอะตอมของฟอสฟอรัส เช่นเดียวกับอะตอมไนโตรเจน ความจุที่เป็นไปได้เท่ากัน ถึง I, II, III และ IV ซึ่งสังเกตได้ในทางปฏิบัติ

อย่างไรก็ตาม อะตอมของฟอสฟอรัสนั้นต่างจากไนโตรเจนเช่นกัน d-sublevel มี 5 ออร์บิทัลว่าง

ในเรื่องนี้ก็สามารถผ่านเข้าสู่สถานะตื่นเต้นนึ่งอิเล็กตรอน 3 ส-ออร์บิทัล:

ดังนั้นวาเลนซี V สำหรับอะตอมของฟอสฟอรัสซึ่งไม่สามารถเข้าถึงไนโตรเจนได้จึงเป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น อะตอมของฟอสฟอรัสมีความจุเท่ากับห้าในโมเลกุลของสารประกอบ เช่น กรดฟอสฟอริก ฟอสฟอรัส (V) เฮไลด์ ฟอสฟอรัส (V) ออกไซด์ เป็นต้น

ความเป็นไปได้ของความจุของอะตอมออกซิเจน

สูตรอิเล็กตรอนกราฟิกของระดับพลังงานภายนอกของอะตอมออกซิเจนมีรูปแบบดังนี้

เราเห็นอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่สองตัวที่ระดับ 2 ดังนั้นวาเลนซี II จึงเป็นไปได้สำหรับออกซิเจน ควรสังเกตว่าความจุของอะตอมออกซิเจนนี้มีอยู่ในสารประกอบเกือบทั้งหมด ข้างต้น เมื่อพิจารณาถึงความเป็นไปได้ของความจุของอะตอมคาร์บอน เราได้กล่าวถึงการก่อตัวของโมเลกุลคาร์บอนมอนอกไซด์ พันธะในโมเลกุล CO มีสามเท่า ดังนั้น ออกซิเจนจึงมีไตรวาเลนท์อยู่ที่นั่น (ออกซิเจนคือผู้ให้อิเล็กตรอนคู่)

เนื่องจากอะตอมออกซิเจนไม่มีระดับภายนอก d-ระดับย่อย การเสื่อมสภาพของอิเล็กตรอน สและ พี-ออร์บิทัลเป็นไปไม่ได้ ซึ่งเป็นเหตุว่าทำไมความสามารถของอะตอมออกซิเจนจึงถูกจำกัดเมื่อเทียบกับองค์ประกอบอื่นๆ ในกลุ่มย่อย เช่น กำมะถัน

ความเป็นไปได้ของความจุของอะตอมกำมะถัน

ระดับพลังงานภายนอกของอะตอมกำมะถันในสถานะไม่ตื่นเต้น:

อะตอมของกำมะถัน เช่นเดียวกับอะตอมของออกซิเจน มีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่มีคู่ในสถานะปกติ ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าความจุของกำมะถันสองตัวนั้นเป็นไปได้สำหรับกำมะถัน แท้จริงแล้ว ซัลเฟอร์มีวาเลนซี II ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุลไฮโดรเจนซัลไฟด์ H 2 S

ดังที่เราเห็นอะตอมกำมะถันที่ระดับชั้นนอกมี dระดับย่อยที่มีออร์บิทัลว่าง ด้วยเหตุผลนี้ อะตอมของกำมะถันจึงสามารถขยายความจุของความจุได้ ซึ่งต่างจากออกซิเจนเนื่องจากการเปลี่ยนไปเป็นสถานะที่ถูกกระตุ้น ดังนั้น เมื่อแยกคู่อิเล็กตรอนเดี่ยว 3 พี- ระดับย่อย อะตอมของกำมะถันได้รับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของระดับภายนอกของรูปแบบต่อไปนี้:

ในสถานะนี้ อะตอมของกำมะถันมีอิเล็กตรอน 4 ตัวที่ไม่คู่กัน ซึ่งบอกเราเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่อะตอมของกำมะถันจะแสดงความจุเท่ากับ IV แท้จริงแล้วกำมะถันมีความจุ IV ในโมเลกุล SO 2, SF 4, SOCl 2 เป็นต้น

เมื่อเลิกจับคู่อิเล็กตรอนคู่เดียวที่สองที่อยู่บน3 ส- ระดับย่อย ระดับพลังงานภายนอกได้รับการกำหนดค่าต่อไปนี้:

ในสถานะดังกล่าวการแสดงของวาเลนซ์ VI เป็นไปได้แล้ว ตัวอย่างของสารประกอบที่มีกำมะถัน VI คือ SO 3 , H 2 SO 4 , SO 2 Cl 2 เป็นต้น

ในทำนองเดียวกัน เราสามารถพิจารณาความเป็นไปได้ของความจุขององค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ