Zasady oznaczania wartościowości i stopnia utlenienia. Zasady wyznaczania wartościowości i stopnia utlenienia Jak wyznaczać ładunek pierwiastka chemicznego w związku

Wartościowość (łac. valere – mieć znaczenie) jest miarą „pojemności łączenia” pierwiastka chemicznego, równą liczbie pojedynczych wiązań chemicznych, jakie może utworzyć jeden atom.

Wartościowość jest określona przez liczbę wiązań, które jeden atom tworzy z innymi. Rozważmy na przykład cząsteczkę

Aby określić wartościowość, musisz mieć dobre pojęcie o graficznych wzorach substancji. W tym artykule zobaczysz wiele formuł. Informuję również o pierwiastkach chemicznych o stałej wartościowości, które są bardzo przydatne.

W teorii elektroniki uważa się, że wartościowość wiązania jest określona przez liczbę elektronów niesparowanych (walencyjnych) w stanie podstawowym lub wzbudzonym. Poruszyliśmy temat elektronów walencyjnych i stanu wzbudzonego atomu. Na przykładzie fosforu połączmy te dwa tematy dla pełnego zrozumienia.

Zdecydowana większość pierwiastków chemicznych ma zmienną wartościowość. Zmienna wartościowość jest charakterystyczna dla miedzi, żelaza, fosforu, chromu i siarki.

Poniżej zobaczysz pierwiastki o zmiennej wartościowości i ich związki. Zauważ, że inne pierwiastki pomagają nam określić ich niestałą wartościowość - ze stałą wartościowością.

Pamiętaj, że dla niektórych prostych substancji wartościowość przyjmuje wartości: III - dla azotu, II - dla tlenu. Podsumujmy zdobytą wiedzę pisząc wzory graficzne azotu, tlenu, dwutlenku węgla i tlenku węgla, węglanu sodu, fosforanu litu, siarczanu żelaza (II) i octanu potasu.

Jak zauważyłeś, wartościowości są oznaczane cyframi rzymskimi: I, II, III itd. Na przedstawionych wzorach wartościowości substancji są równe:

• N III
• O-II
• H, Na, K, li - I
• S-VI
• C - II (w tlenku węgla CO), IV (w dwutlenku węgla CO 2 i węglanie sodu Na 2 CO 3
• Fe-II

Stopień utlenienia (CO) jest warunkowym wskaźnikiem charakteryzującym ładunek atomu w związku i jego zachowanie w OVR (reakcja redoks). W substancjach prostych CO jest zawsze równe zeru, w substancjach złożonych jest określane na podstawie stałych stopni utlenienia niektórych pierwiastków.

Liczbowo stopień utlenienia jest równy ładunkowi warunkowemu, który można przypisać atomowi, kierując się założeniem, że wszystkie elektrony tworzące wiązania przeszły do ​​pierwiastka bardziej elektroujemnego.

Określając stopień utlenienia, jednemu pierwiastkowi przypisujemy ładunek warunkowy „+”, a drugiemu „-”. Wynika to z elektroujemności - zdolności atomu do przyciągania do siebie elektronów. Znak „+” oznacza brak elektronów, a „-” – ich nadmiar. Powtarzam, CO jest pojęciem warunkowym.

Suma wszystkich stopni utlenienia w cząsteczce wynosi zero – należy o tym pamiętać przy samokontroli.

Znajomość zmian elektroujemności w okresach i grupach układu okresowego D.I. Mendelejewa możemy stwierdzić, który element przyjmuje „+”, a który minus. Pomagają w tym również pierwiastki o stałym stopniu utlenienia.

Kto jest bardziej elektroujemny, ten silniej przyciąga do siebie elektrony i „wchodzi w minus”. Ci, którzy oddają swoje elektrony i doświadczają ich niedoboru, otrzymują znak „+”.

Samodzielnie określić stopnie utlenienia atomów w następujących substancjach: RbOH, NaCl, BaO, NaClO 3, SO 2 Cl 2, KMnO 4, Li 2 SO 3, O 2, NaH 2 PO 4. Poniżej znajdziesz rozwiązanie tego problemu.

Porównaj wartość elektroujemności z układu okresowego pierwiastków i oczywiście kieruj się intuicją :) Jednak studiując chemię dokładna znajomość stopni utlenienia powinna zastąpić nawet najbardziej rozwiniętą intuicję ;-)

Szczególnie chciałbym poruszyć temat jonów. Jon to atom lub grupa atomów, które w wyniku utraty lub wzmocnienia jednego lub większej liczby elektronów uzyskały (i) ładunek dodatni lub ujemny.

Przy określaniu CO2 atomów w jonie nie należy dążyć do sprowadzenia całkowitego ładunku jonu do „0”, jak w cząsteczce. Jony podane są w tabeli rozpuszczalności, mają różne ładunki - do takiego ładunku należy doprowadzić jon. Wyjaśnię na przykładzie.

© Bellevich Jurij Siergiejewicz 2018-2020

Ten artykuł został napisany przez Jurija Siergiejewicza Bellewicza i stanowi jego własność intelektualną. Kopiowanie, rozpowszechnianie (w tym poprzez kopiowanie na inne strony i zasoby w Internecie) lub jakiekolwiek inne wykorzystywanie informacji i przedmiotów bez uprzedniej zgody właściciela praw autorskich jest karalne. W celu uzyskania materiałów artykułu i zgody na ich wykorzystanie prosimy o kontakt

Do scharakteryzowania stanu pierwiastków w związkach wprowadzono pojęcie stopnia utlenienia.

DEFINICJA

Liczba elektronów przesuniętych z atomu danego pierwiastka lub do atomu danego pierwiastka w związku nazywa się stan utlenienia.

Dodatni stopień utlenienia wskazuje liczbę elektronów przesuniętych z danego atomu, a ujemny stopień utlenienia wskazuje liczbę elektronów przesuniętych w kierunku danego atomu.

Z tej definicji wynika, że ​​w związkach z wiązaniami niespolaryzowanymi stopień utlenienia pierwiastków wynosi zero. Przykładami takich związków mogą być cząsteczki składające się z identycznych atomów (N 2 , H 2 , Cl 2 ).

Stopień utlenienia metali w stanie elementarnym wynosi zero, ponieważ rozkład gęstości elektronów w nich jest równomierny.

W prostych związkach jonowych stopień utlenienia ich pierwiastków składowych jest równy ładunkowi elektrycznemu, ponieważ podczas tworzenia tych związków następuje prawie całkowite przeniesienie elektronów z jednego atomu na drugi: Na +1 I -1, Mg +2 Cl-1 2, Al +3 F-1 3, Zr +4 Br-1 4.

Przy określaniu stopnia utlenienia pierwiastków w związkach z polarnymi wiązaniami kowalencyjnymi porównuje się wartości ich elektroujemności. Ponieważ podczas tworzenia wiązania chemicznego elektrony są przemieszczane do atomów bardziej elektroujemnych pierwiastków, te ostatnie mają ujemny stopień utlenienia w związkach.

Najwyższy stopień utlenienia

W przypadku pierwiastków, które w swoich związkach wykazują różne stopnie utlenienia, istnieją koncepcje wyższych (maksymalnie dodatnich) i niższych (minimalnie ujemnych) stopni utlenienia. Najwyższy stopień utlenienia pierwiastka chemicznego zwykle pokrywa się liczbowo z numerem grupy w układzie okresowym D. I. Mendelejewa. Wyjątkiem są fluor (stopień utlenienia to -1, pierwiastek należy do grupy VIIA), tlen (stopień utlenienia to +2, a pierwiastek należy do grupy VIA), hel, neon, argon (stopień utlenienia wynosi 0, a pierwiastki znajdują się w grupie VIII), a także pierwiastki z podgrupy kobaltu i niklu (stopień utlenienia wynosi +2, a pierwiastki znajdują się w grupie VIII), dla których wyrażany jest najwyższy stopień utlenienia przez liczbę, której wartość jest mniejsza niż numer grupy, do której należą. Natomiast pierwiastki z podgrupy miedzi mają wyższy stopień utlenienia o więcej niż jeden, chociaż należą do grupy I (maksymalny dodatni stopień utlenienia miedzi i srebra wynosi +2, złoto +3).

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Odpowiedź Naprzemiennie określimy stopień utlenienia siarki w każdym z proponowanych schematów transformacji, a następnie wybierzemy poprawną odpowiedź.

• W siarkowodorze stopień utlenienia siarki wynosi (-2), aw prostej substancji - siarki - 0:

Zmiana stopnia utlenienia siarki: -2 → 0, tj. szósta odpowiedź.

• W prostej substancji - siarce - stopień utlenienia siarki wynosi 0, aw SO 3 - (+6):

Zmiana stopnia utlenienia siarki: 0 → +6, tj. czwarta odpowiedź.

• W kwasie siarkawym stopień utlenienia siarki wynosi (+4), aw prostej substancji - siarki - 0:

1×2 +x+ 3×(-2) =0;

Zmiana stopnia utlenienia siarki: +4 → 0, tj. trzecia odpowiedź.

PRZYKŁAD 2

Ćwiczenia	Azot o wartościowości III i stopniu utlenienia (-3) wykazuje w związku: a) N2H4; b) NH3; c) NH4CI; d) N2O5
Rozwiązanie	Aby udzielić poprawnej odpowiedzi na postawione pytanie będziemy na przemian wyznaczać wartościowość i stopień utlenienia azotu w proponowanych związkach. a) wartościowość wodoru jest zawsze równa I. Całkowita liczba jednostek wartościowości wodoru wynosi 4 (1 × 4 = 4). Podziel uzyskaną wartość przez liczbę atomów azotu w cząsteczce: 4/2 \u003d 2, dlatego wartościowość azotu wynosi II. Ta odpowiedź jest błędna. b) wartościowość wodoru jest zawsze równa I. Całkowita liczba jednostek walencyjnych wodoru wynosi 3 (1 × 3 = 3). Otrzymaną wartość dzielimy przez liczbę atomów azotu w cząsteczce: 3/1 \u003d 2, dlatego wartościowość azotu wynosi III. Stopień utlenienia azotu w amoniaku to (-3): To jest poprawna odpowiedź.
Odpowiedź	Opcja (b)

W chemii terminy „utlenianie” i „redukcja” oznaczają reakcje, w których atom lub grupa atomów odpowiednio traci lub zyskuje elektrony. Stopień utlenienia to wartość liczbowa przypisana jednemu lub większej liczbie atomów, która charakteryzuje liczbę redystrybuowanych elektronów i pokazuje, w jaki sposób te elektrony są rozprowadzane między atomami podczas reakcji. Wyznaczenie tej wielkości może być zarówno prostą, jak i dość złożoną procedurą, w zależności od atomów i składających się z nich cząsteczek. Co więcej, atomy niektórych pierwiastków mogą mieć kilka stopni utlenienia. Na szczęście istnieją proste jednoznaczne zasady określania stopnia utlenienia, do pewnego wykorzystania których wystarczy znać podstawy chemii i algebry.

Kroki

Część 1

Wyznaczanie stopnia utlenienia zgodnie z prawami chemii

Ustal, czy dana substancja jest elementarna. Stopień utlenienia atomów poza związkiem chemicznym wynosi zero. Zasada ta jest prawdziwa zarówno dla substancji utworzonych z pojedynczych wolnych atomów, jak i dla tych, które składają się z dwóch lub wieloatomowych cząsteczek jednego pierwiastka.

• Na przykład Al(s) i Cl 2 mają stopień utlenienia 0, ponieważ oba są chemicznie niezwiązanymi pierwiastkami.
• Należy pamiętać, że forma alotropowa siarki S 8, czyli ośmiosiarki, pomimo swojej nietypowej budowy, charakteryzuje się również zerowym stopniem utlenienia.

1. Ustal, czy dana substancja składa się z jonów. Stopień utlenienia jonów jest równy ich ładunkowi. Dotyczy to zarówno wolnych jonów, jak i tych, które wchodzą w skład związków chemicznych.

   • Na przykład stopień utlenienia jonu Cl wynosi -1.
   • Stopień utlenienia jonu Cl w związku chemicznym NaCl również wynosi -1. Ponieważ jon Na z definicji ma ładunek +1, wnioskujemy, że ładunek jonu Cl wynosi -1, a zatem jego stopień utlenienia wynosi -1.

2. Należy zauważyć, że jony metali mogą mieć kilka stopni utlenienia. Atomy wielu pierwiastków metalicznych mogą ulegać jonizacji w różnym stopniu. Na przykład ładunek jonów metalu, takiego jak żelazo (Fe), wynosi +2 lub +3. Ładunek jonów metali (i stopień ich utlenienia) można określić na podstawie ładunków jonów innych pierwiastków, z którymi ten metal jest częścią związku chemicznego; w tekście ładunek ten jest oznaczony cyframi rzymskimi: na przykład żelazo (III) ma stopień utlenienia +3.

   • Jako przykład rozważmy związek zawierający jon glinu. Całkowity ładunek związku AlCl3 wynosi zero. Skoro wiemy, że jony Cl - mają ładunek -1, a związek zawiera 3 takie jony, to dla całkowitej neutralności rozpatrywanej substancji jon Al musi mieć ładunek +3. Zatem w tym przypadku stopień utlenienia aluminium wynosi +3.

3. Stopień utlenienia tlenu wynosi -2 (z pewnymi wyjątkami). W prawie wszystkich przypadkach atomy tlenu mają stopień utlenienia -2. Istnieje kilka wyjątków od tej reguły:

   • Jeśli tlen jest w stanie elementarnym (O 2 ), jego stopień utlenienia wynosi 0, podobnie jak w przypadku innych substancji elementarnych.
   • Jeśli tlen jest wliczony w cenę nadtlenki, jego stopień utlenienia wynosi -1. Nadtlenki to grupa związków zawierających pojedyncze wiązanie tlen-tlen (tj. anion nadtlenkowy O 2 -2). Na przykład w składzie cząsteczki H 2 O 2 (nadtlenku wodoru) tlen ma ładunek i stopień utlenienia -1.
   • W połączeniu z fluorem tlen ma stopień utlenienia +2, patrz zasada dotycząca fluoru poniżej.

4. Wodór ma stopień utlenienia +1, z kilkoma wyjątkami. Podobnie jak w przypadku tlenu, istnieją również wyjątki. Z reguły stopień utlenienia wodoru wynosi +1 (chyba że jest w stanie elementarnym H 2). Jednak w związkach zwanych wodorkami stopień utlenienia wodoru wynosi -1.

   • Na przykład w H 2 O stopień utlenienia wodoru wynosi +1, ponieważ atom tlenu ma ładunek -2, a do ogólnej neutralności potrzebne są dwa ładunki +1. Jednak w składzie wodorku sodu stopień utlenienia wodoru wynosi już -1, ponieważ jon Na ma ładunek +1, a dla całkowitej elektroobojętności ładunek atomu wodoru (a tym samym jego stopień utlenienia) musi być -1.

5. Fluor Zawsze ma stopień utlenienia -1. Jak już wspomniano, stopień utlenienia niektórych pierwiastków (jonów metali, atomów tlenu w nadtlenkach itp.) Może się różnić w zależności od wielu czynników. Jednak stopień utlenienia fluoru jest niezmiennie -1. Wyjaśnia to fakt, że ten pierwiastek ma najwyższą elektroujemność - innymi słowy, atomy fluoru najmniej chętnie rozstają się z własnymi elektronami i najbardziej aktywnie przyciągają elektrony innych ludzi. Zatem ich ładunek pozostaje niezmieniony.

6. Suma stopni utlenienia w związku jest równa jego ładunkowi. Stopnie utlenienia wszystkich atomów tworzących związek chemiczny łącznie powinny dawać ładunek tego związku. Na przykład, jeśli związek jest obojętny, suma stopni utlenienia wszystkich jego atomów musi wynosić zero; jeśli związek jest jonem wieloatomowym o ładunku -1, suma stopni utlenienia wynosi -1 i tak dalej.

   • To dobra metoda sprawdzenia - jeśli suma stopni utlenienia nie równa się całkowitemu ładunkowi związku, to gdzieś się mylisz.

   Część 2

   Wyznaczanie stopnia utlenienia bez stosowania praw chemii

   1. Znajdź atomy, które nie mają ścisłych reguł dotyczących stopnia utlenienia. W odniesieniu do niektórych pierwiastków nie ma ściśle ustalonych zasad określania stopnia utlenienia. Jeśli atom nie podlega żadnej z powyższych zasad i nie znasz jego ładunku (na przykład atom jest częścią kompleksu i jego ładunek nie jest wskazany), możesz określić stopień utlenienia takiego atomu atom przez eliminację. Najpierw wyznacz ładunek wszystkich pozostałych atomów związku, a następnie ze znanego całkowitego ładunku związku oblicz stopień utlenienia tego atomu.

      • Na przykład w związku Na 2 SO 4 ładunek atomu siarki (S) jest nieznany - wiemy tylko, że nie jest zerowy, ponieważ siarka nie jest w stanie elementarnym. Związek ten służy jako dobry przykład ilustrujący algebraiczną metodę określania stopnia utlenienia.

   2. Znajdź stopnie utlenienia pozostałych pierwiastków w związku. Korzystając z zasad opisanych powyżej, określ stopnie utlenienia pozostałych atomów związku. Nie zapomnij o wyjątkach od reguły w przypadku O, H i tak dalej.

      • Dla Na 2 SO 4 , korzystając z naszych reguł, stwierdzamy, że ładunek (a więc stopień utlenienia) jonu Na wynosi +1, a dla każdego z atomów tlenu -2.
   3. W związkach suma wszystkich stopni utlenienia musi być równa ładunkowi. Na przykład, jeśli związek jest jonem dwuatomowym, suma stopni utlenienia atomów musi być równa całkowitemu ładunkowi jonowemu.
   4. Bardzo przydatna jest umiejętność korzystania z układu okresowego Mendelejewa i wiedza, gdzie znajdują się w nim pierwiastki metaliczne i niemetaliczne.
   5. Stopień utlenienia atomów w postaci elementarnej wynosi zawsze zero. Stopień utlenienia pojedynczego jonu jest równy jego ładunkowi. Pierwiastki z grupy 1A układu okresowego, takie jak wodór, lit, sód, w postaci pierwiastkowej mają stopień utlenienia +1; stopień utlenienia metali z grupy 2A, takich jak magnez i wapń, w postaci elementarnej wynosi +2. Tlen i wodór, w zależności od rodzaju wiązania chemicznego, mogą mieć 2 różne stopnie utlenienia.

Ładunek formalny atomu w związkach jest wielkością pomocniczą, zwykle używa się go w opisach właściwości pierwiastków w chemii. Ten warunkowy ładunek elektryczny to stopień utlenienia. Jego wartość zmienia się w wyniku wielu procesów chemicznych. Chociaż ładunek jest formalny, wyraźnie charakteryzuje właściwości i zachowanie atomów w reakcjach redoks (ORD).

Utlenianie i redukcja

W przeszłości chemicy używali terminu „utlenianie” do opisania interakcji tlenu z innymi pierwiastkami. Nazwa reakcji pochodzi od łacińskiej nazwy tlenu – Oxygenium. Później okazało się, że utleniają się także inne pierwiastki. W tym przypadku są przywracane - przyczepiają elektrony. Każdy atom podczas tworzenia cząsteczki zmienia strukturę swojej powłoki elektronowej walencyjnej. W tym przypadku pojawia się ładunek formalny, którego wartość zależy od liczby warunkowo podanych lub odebranych elektronów. Aby scharakteryzować tę wartość, wcześniej używano angielskiego terminu chemicznego „liczba utlenienia”, co w tłumaczeniu oznacza „liczbę utlenienia”. Jej zastosowanie opiera się na założeniu, że elektrony wiążące w cząsteczkach lub jonach należą do atomu o wyższej elektroujemności (EO). Zdolność do zatrzymywania ich elektronów i przyciągania ich z innych atomów jest dobrze wyrażona w silnych niemetalach (halogeny, tlen). Silne metale (sód, potas, lit, wapń, inne pierwiastki alkaliczne i ziem alkalicznych) mają przeciwne właściwości.

Oznaczanie stopnia utlenienia

Stopień utlenienia to ładunek, jaki uzyskałby atom, gdyby elektrony biorące udział w tworzeniu wiązania zostały całkowicie przesunięte do pierwiastka bardziej elektroujemnego. Istnieją substancje, które nie mają struktury molekularnej (halogenki metali alkalicznych i inne związki). W takich przypadkach stopień utlenienia pokrywa się z ładunkiem jonu. Warunkowy lub rzeczywisty ładunek pokazuje, jaki proces miał miejsce, zanim atomy osiągnęły swój obecny stan. Dodatni stopień utlenienia to całkowita liczba elektronów, które zostały usunięte z atomów. Ujemna wartość stopnia utlenienia jest równa liczbie pozyskanych elektronów. Zmieniając stopień utlenienia pierwiastka chemicznego, ocenia się, co dzieje się z jego atomami podczas reakcji (i odwrotnie). Barwa substancji określa, jakie zmiany w stanie utlenienia nastąpiły. Związki chromu, żelaza i wielu innych pierwiastków, w których wykazują różne wartościowości, są różnie zabarwione.

Ujemne, zerowe i dodatnie wartości stopnia utlenienia

Substancje proste składają się z pierwiastków chemicznych o tej samej wartości EO. W tym przypadku elektrony wiążące należą jednakowo do wszystkich cząstek strukturalnych. Dlatego w prostych substancjach stopień utlenienia (H 0 2, O 0 2, C 0) nie jest charakterystyczny dla pierwiastków. Kiedy atomy akceptują elektrony lub ogólna chmura przesuwa się w ich kierunku, zwykle zapisuje się ładunki ze znakiem minus. Na przykład F-1, O-2, C-4. Oddając elektrony, atomy uzyskują rzeczywisty lub formalny ładunek dodatni. W tlenku OF 2 atom tlenu przekazuje jeden elektron każdemu dwóm atomom fluoru i jest na stopniu utlenienia O +2. Uważa się, że w cząsteczce lub jonie wieloatomowym atomy bardziej elektroujemne otrzymują wszystkie wiążące elektrony.

Siarka jest pierwiastkiem, który wykazuje różne wartościowości i stopnie utlenienia.

Pierwiastki chemiczne głównych podgrup często wykazują niższą wartościowość równą VIII. Na przykład wartościowość siarki w siarkowodorze i siarczkach metali wynosi II. Pierwiastek charakteryzuje się pośrednimi i wyższymi wartościowościami w stanie wzbudzonym, gdy atom oddaje jeden, dwa, cztery lub wszystkie sześć elektronów i wykazuje odpowiednio wartościowości I, II, IV, VI. Te same wartości, tylko ze znakiem minus lub plus, mają stopnie utlenienia siarki:

• w siarczku fluoru daje jeden elektron: -1;
• w siarkowodorze najniższa wartość: -2;
• w stanie pośrednim ditlenku: +4;
• w trójtlenku, kwasie siarkowym i siarczanach: +6.

Na najwyższym stopniu utlenienia siarka przyjmuje tylko elektrony, na najniższym wykazuje silne właściwości redukujące. Atomy S +4 mogą działać jako czynniki redukujące lub utleniające w związkach, w zależności od warunków.

Przenoszenie elektronów w reakcjach chemicznych

Tworząc kryształ chlorku sodu, sód przekazuje elektrony bardziej elektroujemnemu chlorowi. Stopnie utlenienia pierwiastków pokrywają się z ładunkami jonów: Na +1 Cl -1 . W przypadku cząsteczek powstałych w wyniku uspołecznienia i przemieszczenia par elektronów do atomu o większej elektroujemności zastosowanie ma tylko koncepcja ładunku formalnego. Ale można założyć, że wszystkie związki składają się z jonów. Wtedy atomy, przyciągając elektrony, uzyskują warunkowy ładunek ujemny, a oddając, uzyskują dodatni. W reakcjach wskaż, ile elektronów zostało przesuniętych. Na przykład w cząsteczce dwutlenku węgla C +4 O - 2 2 indeks wskazany w prawym górnym rogu symbolu chemicznego węgla pokazuje liczbę elektronów usuniętych z atomu. Tlen w tej substancji ma stopień utlenienia -2. Odpowiedni indeks ze znakiem chemicznym O to liczba dodanych elektronów w atomie.

Jak obliczyć stopnie utlenienia

Zliczanie liczby elektronów oddanych i dodanych przez atomy może być czasochłonne. Poniższe zasady ułatwiają to zadanie:

1. W prostych substancjach stopnie utlenienia są równe zeru.
2. Suma utleniania wszystkich atomów lub jonów w substancji obojętnej wynosi zero.
3. W złożonym jonie suma stopni utlenienia wszystkich pierwiastków musi odpowiadać ładunkowi całej cząstki.
4. Bardziej elektroujemny atom uzyskuje ujemny stopień utlenienia, który jest zapisywany ze znakiem minus.
5. Mniej elektroujemne pierwiastki otrzymują dodatnie stopnie utlenienia, są one zapisywane ze znakiem plus.
6. Tlen ogólnie wykazuje stopień utlenienia -2.
7. Dla wodoru wartość charakterystyczna wynosi: +1, dla wodorków metali występuje: H-1.
8. Fluor jest najbardziej elektroujemnym ze wszystkich pierwiastków, jego stopień utlenienia wynosi zawsze -4.
9. W przypadku większości metali stopnie utlenienia i wartościowości są takie same.

Stan utlenienia i wartościowość

Większość związków powstaje w wyniku procesów redoks. Przejście lub przemieszczenie elektronów z jednego pierwiastka do drugiego prowadzi do zmiany ich stopnia utlenienia i wartościowości. Często te wartości się pokrywają. Jako synonim terminu „stan utlenienia” można użyć wyrażenia „wartościowość elektrochemiczna”. Ale są wyjątki, na przykład w jonie amonowym azot jest czterowartościowy. W tym samym czasie atom tego pierwiastka znajduje się na stopniu utlenienia -3. W substancjach organicznych węgiel jest zawsze czterowartościowy, ale stopnie utlenienia atomu C w metanie CH 4, alkoholu mrówkowym CH 3 OH i kwasie HCOOH mają różne wartości: -4, -2 i +2.

Reakcje redoks

Redoks obejmuje wiele najważniejszych procesów w przemyśle, technologii, przyrodzie ożywionej i nieożywionej: spalanie, korozję, fermentację, oddychanie wewnątrzkomórkowe, fotosyntezę i inne zjawiska.

Podczas zestawiania równań OVR współczynniki dobierane są metodą wagi elektronicznej, w której działają następujące kategorie:

• stany utlenienia;
• środek redukujący oddaje elektrony i ulega utlenieniu;
• utleniacz przyjmuje elektrony i ulega redukcji;
• liczba podanych elektronów musi być równa liczbie przyłączonych.

Pozyskiwanie elektronów przez atom prowadzi do obniżenia jego stopnia utlenienia (redukcji). Utracie jednego lub więcej elektronów przez atom towarzyszy wzrost stopnia utlenienia pierwiastka w wyniku reakcji. W przypadku OVR, przepływu między jonami mocnych elektrolitów w roztworach wodnych, częściej stosuje się nie wagę elektroniczną, ale metodę reakcji połówkowych.

Elektroujemność (EO) to zdolność atomów do przyciągania elektronów, gdy łączą się z innymi atomami .

Elektroujemność zależy od odległości między jądrem a elektronami walencyjnymi oraz od tego, jak blisko jest ukończenia powłoki walencyjnej. Im mniejszy promień atomu i im więcej elektronów walencyjnych, tym wyższy jest jego ER.

Fluor jest najbardziej elektroujemnym pierwiastkiem. Po pierwsze ma 7 elektronów na powłoce walencyjnej (brakuje tylko 1 elektronu przed oktetem), a po drugie ta powłoka walencyjna (…2s 2 2p 5) znajduje się blisko jądra.

Atomy najmniej elektroujemne to metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych. Mają duże promienie, a ich zewnętrzne powłoki elektronowe są dalekie od ukończenia. Znacznie łatwiej jest im oddać swoje elektrony walencyjne innemu atomowi (wówczas powłoka przedzewnętrzna stanie się kompletna) niż „zdobyć” elektrony.

Elektroujemność można wyrazić ilościowo i ustawić elementy w porządku rosnącym. Najczęściej stosowana jest skala elektroujemności zaproponowana przez amerykańskiego chemika L. Paulinga.

Różnica elektroujemności pierwiastków w związku ( ΔX) pozwoli nam ocenić rodzaj wiązania chemicznego. Jeśli wartość ∆X= 0 - połączenie kowalencyjne niepolarne.

Przy różnicy elektroujemności do 2,0 wiązanie nazywa się kowalencyjny polarny, na przykład: wiązanie H-F w cząsteczce fluorowodoru HF: Δ X \u003d (3,98 - 2,20) \u003d 1,78

Rozważane są wiązania z różnicą elektroujemności większą niż 2,0 joński. Na przykład: wiązanie Na-Cl w związku NaCl: Δ X \u003d (3,16 - 0,93) \u003d 2,23.

Stan utlenienia

Stan utlenienia (CO) to warunkowy ładunek atomu w cząsteczce, obliczony przy założeniu, że cząsteczka składa się z jonów i jest ogólnie elektrycznie obojętna.

Kiedy tworzy się wiązanie jonowe, elektron przechodzi z atomu mniej elektroujemnego do atomu bardziej elektroujemnego, atomy tracą swoją obojętność elektryczną i zamieniają się w jony. są ładunki całkowite. Kiedy tworzy się kowalencyjne wiązanie polarne, elektron nie przenosi się całkowicie, ale częściowo, więc powstają częściowe ładunki (na poniższym rysunku, HCl). Wyobraźmy sobie, że elektron przeszedł całkowicie z atomu wodoru do chloru, a na wodorze pojawił się cały ładunek dodatni +1, a na chlorze -1. takie ładunki warunkowe nazywane są stopniem utlenienia.

Ten rysunek przedstawia stopnie utlenienia charakterystyczne dla pierwszych 20 pierwiastków.
Notatka. Najwyższe SD jest zwykle równe numerowi grupy w układzie okresowym. Metale głównych podgrup mają jeden charakterystyczny CO, niemetale z reguły mają rozrzut CO. Dlatego niemetale tworzą dużą liczbę związków i mają bardziej „różnorodne” właściwości w porównaniu z metalami.

Przykłady określania stopnia utlenienia

Określmy stopnie utlenienia chloru w związkach:

Reguły, które rozważaliśmy, nie zawsze pozwalają nam obliczyć CO wszystkich pierwiastków, jak na przykład w danej cząsteczce aminopropanu.

Tutaj wygodnie jest użyć następującej metody:

1) Przedstawiamy wzór strukturalny cząsteczki, kreska to wiązanie, para elektronów.

2) Zamieniamy kreskę w strzałkę skierowaną na bardziej atom EO. Ta strzałka symbolizuje przejście elektronu do atomu. Jeśli połączone są dwa identyczne atomy, linię pozostawiamy taką, jaka jest - nie ma przeniesienia elektronów.

3) Liczymy, ile elektronów „przyszło” i „odeszło”.

Rozważmy na przykład ładunek pierwszego atomu węgla. Trzy strzałki skierowane są w stronę atomu, co oznacza, że ​​przybyły 3 elektrony, ładunek wynosi -3.

Drugi atom węgla: wodór dał mu elektron, a azot zabrał jeden elektron. Ładunek się nie zmienił, jest równy zeru. Itp.

Wartościowość

Wartościowość(z łac. valēns „mający siłę”) – zdolność atomów do tworzenia określonej liczby wiązań chemicznych z atomami innych pierwiastków.

Zasadniczo wartościowość oznacza zdolność atomów do tworzenia określonej liczby wiązań kowalencyjnych. Jeśli atom ma N niesparowane elektrony i M samotne pary elektronów, wtedy ten atom może się tworzyć n+m wiązania kowalencyjne z innymi atomami, tj. będzie jego wartościowość n+m. Oceniając maksymalną wartościowość należy wyjść od konfiguracji elektronicznej stanu „wzbudzonego”. Na przykład maksymalna wartościowość atomu berylu, boru i azotu wynosi 4 (na przykład w Be (OH) 4 2-, BF 4 - i NH 4 +), fosfor - 5 (PCl 5), siarka - 6 (H2SO4) , chlor - 7 (Cl2O7).

W niektórych przypadkach wartościowość może liczbowo pokrywać się ze stopniem utlenienia, ale w żaden sposób nie są one identyczne. Na przykład w cząsteczkach N2 i CO realizowane jest wiązanie potrójne (to znaczy wartościowość każdego atomu wynosi 3), ale stopień utlenienia azotu wynosi 0, węgiel +2, tlen -2.

W kwasie azotowym stopień utlenienia azotu wynosi +5, podczas gdy azot nie może mieć wartościowości wyższej niż 4, ponieważ ma tylko 4 orbitale na poziomie zewnętrznym (a wiązanie można uznać za nakładające się orbitale). Ogólnie rzecz biorąc, żaden element drugiego okresu, z tego samego powodu, nie może mieć wartościowości większej niż 4.

Kilka bardziej „podchwytliwych” pytań, w których często popełniane są błędy.