Степень окисления элементов
Определение степени окисления элементов немного отличается для соединений с ионной и ковалентной связями.
1. В соединениях с ионной связью степень окисления элементов равны зарядам ионов.
Например, в соединении NaCl валентный электрон натрия практически полностью переходит к хлору, поэтому степень окисления равна заряду его иона.
2. В молекулах простых веществ, т.е. в соединениях с ковалентной неполярной связью, степени окисления элементов равны нулю.
Например: H20, Si0, S0, O20, Cl20 и др.
3. В соединениях с ковалентной полярной связью степень окисления элемента - это условный заряд его атома в молекуле, если считать, что молекула состоит из ионов. В данном случае ковалентные полярные связи рассматриваются как ионные, что на самом деле не так.
Рассмотрим молекулу H2O, в которой атомы соединены полярной ковалентной связью. На мгновение представим, что оба атома водорода практически полностью отдали свои электроны кислороду. На водородах получаем заряд +1 (так как на каждом отсутствует один электрон), а на кислороде заряд -2 (так как он получил в сумме два электрона). В реальности заряды немного другие, но, говоря о степенях окисления элементов, используем именно эти значения.
Все молекулы являются электронейтральными, т.е. алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле всегда равна нулю.
Некоторые элементы во всех сложных соединениях имеют постоянную степень окисления:
| Элементы с постоянной степенью окисления | Степень окисления |
|---|---|
|
1. Щелочные металлы: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr |
+1 |
| 2. Элементы II группы (кроме Hg): Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd | +2 |
| 3. Алюминий Al | +3 |
| 4. Фтор F | -1 |
Степень окисления кислорода в большинстве соединений равна -2, но есть исключения:
1. В пероксиде водорода и пероксидах металлов степень окисления кислорода всегда равна -1.
2. В соединениях с фтором степень кислорода может быть +1 или +2.
Степень окисления водорода в большинстве соединений равна +1, но есть исключения:
В соединениях с металлами (гидридах) степень окисления водорода равна -1.
Определим степени окисления всех элементов в соединениях: NH3, H2SO4, K2Cr2O7, (NH4)2SO4 и ионах HPO42–, NH4+:
1. NH3
Видим, что это не гидрид металла, значит степень окисления водорода равна +1, и в сумме все три атома водорода дают ст. ок. +3. По определению любая молекула является электронейтральной, следовательно, суммарный заряд молекулы аммиака равен 0. Согласно этим рассуждениям, определяем, что степень окисления азота равна -3.
2. H2SO4
Помним, что во всех кислотах (также как и в основаниях и кислых солях) степень окисления водорода равна +1, а кислорода -2. Чтобы определить степень окисления серы в серной кислоте можно обозначить её за х и составить следующее уравнение:
2(+1)+х+4(-2)=0,
т.е. мы просуммировали степени окисления каждого атома и сумму приравняли к нулю, так как любая молекула является электронейтральной. Решая данное уравнение, находим, что степень окисления серы равна +6.
3. K2Cr2O7
Аналогично определим степень окисления хрома в дихромате калия. Как говорилось выше, степень окисления калия является постоянной и равна +1, степень окисления кислорода в солях всегда равна -2. Обозначаем степень окисления хрома за х и составляем следующее уравнение:
2(+1)+2х+7(-2)=0.
Решая данное уравнение, находим, что степень окисления хрома равна +6.
4. (NH4)2SO4
Необходимо помнить, что заряд катиона аммония всегда равен +1 (так как он получен взаимодействием нейтральной молекулы аммиака NH3 и катиона водорода H+ с зарядом 1+). Степень окисления кислорода в солях всегда равна -2. Обозначаем степень окисления серы за х и составляем уравнение:
2(+1)+х+4(-2)=0.
Решая данное уравнение, находим, что степень окисления серы равна +6.
5. Если необходимо определить степень окисления каждого из элементов в ионе, а не в нейтральной молекуле, можно также составить уравнение с одной неизвестной величиной, только приравнять его не к нулю, а к заряду всего иона.
Например, определим степень окисления фосфора в гидрофосфат-ионе HPO42– (напомним, что заряды ионов пишутся так: сначала цифра, затем знак). Степень окисления водорода и кислорода в солях мы знаем: +1 и -2 соответственно, составляем уравнение:
1+х+4(-2)=-2
Решая данное уравнение, находим, что степень окисления фосфора равна +5.
6. NH4+
Аналогично примеру выше определим степень окисления азота в катионе аммония. Степень окисления водорода равна +1. Обозначим степень окисления азота за х и составим уравнение:
х+4(+1)=1.
Решая данное уравнение, находим, что степень окисления азота равна -3.
Необходимо знать, что:
1. Металлы во всех сложных соединениях имеют только положительные степени окисления.
2. Неметаллы могут иметь и положительные, и отрицательные степени окисления. В соединениях с металлами степени окисления неметаллов всегда отрицательные.
3. Высшая (максимальная) степень окисления элемента, как правило, равна номеру группы, в которой находится элемент в периодической системе.
4. Низшая (минимальная) степень окисления металлов равна нулю. Низшая степень окисления неметаллов обычно равна: - (8-номер группы, в которой находится элемент).
5. Значения степеней окисления элемента между высшей и низшей степенями окисления называются промежуточными.