Masa. Starile de oxidare ale elementelor chimice.

Masa. Starile de oxidare ale elementelor chimice.

Evaluare articol:

Cum se determină starea de oxidare? Tabelul periodic vă permite să înregistrați această valoare cantitativă pentru orice element chimic.

Definiție

În primul rând, să încercăm să înțelegem ce reprezintă acest termen. Starea de oxidare conform tabelului periodic reprezintă numărul de electroni care sunt acceptați sau cedați de un element în procesul de interacțiune chimică. Poate căpăta o valoare negativă și pozitivă.

Conectarea la un tabel

Cum se determină starea de oxidare? Tabelul periodic este format din opt grupe dispuse vertical. Fiecare dintre ele are două subgrupe: principală și secundară. Pentru a seta valori pentru elemente, trebuie să utilizați anumite reguli.

Instrucțiuni

Cum se calculează stările de oxidare ale elementelor? Tabelul vă permite să faceți față pe deplin acestei probleme. Metalele alcaline, care sunt situate în primul grup (subgrup principal), prezintă o stare de oxidare în compuși, aceasta corespunde cu +, egală cu valența lor cea mai mare. Metalele din a doua grupă (subgrupa A) au o stare de oxidare +2.

Tabelul vă permite să determinați această valoare nu numai pentru elementele care prezintă proprietăți metalice, ci și pentru nemetale. Valoarea lor maximă va corespunde celei mai mari valențe. De exemplu, pentru sulf va fi +6, pentru azot +5. Cum se calculează cifra lor minimă (cea mai mică)? Tabelul răspunde și la această întrebare. Trebuie să scazi numărul grupului din opt. De exemplu, pentru oxigen va fi -2, pentru azot -3.

Pentru substanţele simple care nu au intrat în reactie chimica cu alte substante, indicatorul determinat este considerat egal cu zero.

Să încercăm să identificăm principalele acțiuni legate de aranjarea în compuși binari. Cum să setați starea de oxidare în ele? Tabelul periodic ajută la rezolvarea problemei.

De exemplu, să luăm oxid de calciu CaO. Pentru calciu, situat în subgrupul principal al celui de-al doilea grup, valoarea va fi constantă, egală cu +2. Pentru oxigenul, care are proprietăți nemetalice, acest indicator va fi o valoare negativă și corespunde cu -2. Pentru a verifica corectitudinea definiției, rezumăm cifrele obținute. Ca rezultat, obținem zero, prin urmare, calculele sunt corecte.

Să determinăm indicatori similari într-un alt compus binar CuO. Deoarece cuprul este situat într-un subgrup secundar (primul grup), prin urmare, indicatorul studiat poate prezenta sensuri diferite. Prin urmare, pentru a-l determina, trebuie mai întâi să identificați indicatorul pentru oxigen.

Nemetalul situat la sfârșitul formulei binare are un număr de oxidare negativ. Deoarece acest element se află în grupa a șasea, la scăderea șase din opt, obținem că starea de oxidare a oxigenului corespunde cu -2. Deoarece nu există indici în compus, prin urmare, indicele stării de oxidare a cuprului va fi pozitiv, egal cu +2.

Cum altfel se folosește? tabel chimic? Stările de oxidare ale elementelor în formule formate din trei elemente sunt de asemenea calculate folosind un algoritm specific. În primul rând, acești indicatori sunt plasați la primul și ultimul element. Pentru primul, acest indicator va avea o valoare pozitivă, corespunzătoare valenței. Pentru elementul exterior, care este un nemetal, acest indicator are o valoare negativă; este determinat ca diferență (numărul grupului este scăzut din opt). Când calculați starea de oxidare a elementului central, utilizați Ecuație matematică. La calcul se iau în considerare indicii disponibili pentru fiecare element. Suma tuturor stărilor de oxidare trebuie să fie zero.

Exemplu de determinare în acid sulfuric

Formula acestui compus este H2SO4. Hidrogenul are o stare de oxidare de +1, iar oxigenul are o stare de oxidare de -2. Pentru a determina starea de oxidare a sulfului, creăm o ecuație matematică: + 1 * 2 + X + 4 * (-2) = 0. Constatăm că starea de oxidare a sulfului corespunde cu +6.

Concluzie

Folosind regulile, puteți atribui coeficienți în reacțiile redox. Această întrebare parcurs la un curs de chimie de clasa a IX-a curiculumul scolar. În plus, informațiile despre stările de oxidare vă permit să efectuați Misiuni OGEși examenul de stat unificat.

Sarcina de a determina starea de oxidare poate fi fie o simplă formalitate, fie un puzzle complex. În primul rând, acest lucru va depinde de formula compusului chimic, precum și de disponibilitatea cunoștințelor de bază de chimie și matematică.

Cunoscând regulile de bază și algoritmul acțiunilor logice secvențial care vor fi discutate în acest articol atunci când se rezolvă probleme de acest tip, toată lumea poate face față cu ușurință acestei sarcini. Și după ce ați exersat și învățat să determinați stările de oxidare ale diverșilor compuși chimici, vă puteți asuma în siguranță sarcina de a echilibra reacțiile redox complexe prin întocmirea unei balanțe electronice.

Conceptul de stare de oxidare

Pentru a afla cum să determinați gradul de oxidare, mai întâi trebuie să înțelegeți ce înseamnă acest concept?

• Numărul de oxidare este utilizat atunci când scrieți în reacțiile redox când electronii sunt transferați de la atom la atom.
• Starea de oxidare înregistrează numărul de electroni transferați, indicând sarcina condiționată a atomului.
• Starea de oxidare și valența sunt adesea identice.

Această denumire este scrisă deasupra elementului chimic, în colțul său din dreapta, și este un număr întreg cu semnul „+” sau „-”. O valoare zero a stării de oxidare nu poartă semn.

Reguli pentru determinarea gradului de oxidare

Să luăm în considerare principalele canoane pentru determinarea stării de oxidare:

• Substanțele elementare simple, adică cele care constau dintr-un tip de atom, vor avea întotdeauna o stare de oxidare zero. De exemplu, Na0, H02, P04
• Există un număr de atomi care au întotdeauna o stare de oxidare constantă. Este mai bine să vă amintiți valorile date în tabel.

• După cum puteți vedea, singura excepție are loc cu hidrogenul în combinație cu metale, unde dobândește o stare de oxidare de „-1” care nu este caracteristică acestuia.
• Oxigenul capătă, de asemenea, starea de oxidare „+2” în component chimic cu fluor și „-1” în compozițiile de peroxizi, superoxizi sau ozonide, unde atomii de oxigen sunt legați între ei.

• Ionii metalici au mai multe stări de oxidare (și numai pozitive), deci este determinat de elementele vecine din compus. De exemplu, în FeCl3, clorul are o stare de oxidare de „-1”, are 3 atomi, așa că înmulțim -1 cu 3, obținem „-3”. Pentru ca suma stărilor de oxidare ale unui compus să fie „0”, fierul trebuie să aibă o stare de oxidare de „+3”. În formula FeCl2, fierul își va schimba gradul în „+2”.
• Prin însumarea matematică a stărilor de oxidare ale tuturor atomilor din formulă (ținând cont de semne), ar trebui să se obțină întotdeauna o valoare zero. De exemplu, în acid clorhidric H+1CI-1 (+1 și -1 = 0) și în acid sulfuros H2+1S+4O3-2(+1 * 2 = +2 pentru hidrogen, +4 pentru sulf și -2 * 3 = – 6 pentru oxigen; +6 și -6 se adună până la 0).
• Starea de oxidare a unui ion monoatomic va fi egală cu sarcina acestuia. De exemplu: Na+, Ca+2.
• Cea mai mare stare de oxidare, de regulă, se corelează cu numărul grupului din sistemul periodic al lui D.I. Mendeleev.

Algoritm pentru determinarea gradului de oxidare

Ordinea găsirii stării de oxidare nu este complicată, dar necesită atenție și anumite acțiuni.

Sarcină: aranjați stările de oxidare în compusul KMnO4

• Primul element, potasiul, are o stare de oxidare constantă de „+1”.
  Pentru a verifica, vă puteți uita la tabelul periodic, unde potasiul este în grupa 1 de elemente.
• Dintre celelalte două elemente, oxigenul tinde să aibă o stare de oxidare de -2.
• Obținem următoarea formulă: K+1MnxO4-2. Rămâne de determinat starea de oxidare a manganului.
  Deci, x este starea de oxidare a manganului necunoscută nouă. Acum este important să acordați atenție numărului de atomi din compus.
  Numărul de atomi de potasiu este 1, manganul este 1, oxigenul este 4.
  Luând în considerare neutralitatea electrică a moleculei, când sarcina totală (totală) este zero,

1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1х+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(la transfer, schimbam semnul)
1x = +7, x = +7

Astfel, starea de oxidare a manganului din compus este „+7”.

Sarcină: aranjați stările de oxidare în compusul Fe2O3.

• Oxigenul, după cum se știe, are o stare de oxidare de „-2” și acționează ca un agent de oxidare. Luând în considerare numărul de atomi (3), valoarea totală a oxigenului este „-6” (-2*3= -6), adică. înmulțiți numărul de oxidare cu numărul de atomi.
• Pentru a echilibra formula și a o aduce la zero, 2 atomi de fier vor avea o stare de oxidare de „+3” (2*+3=+6).
• Totalul este zero (-6 și +6 = 0).

Sarcină: aranjați stările de oxidare în compusul Al(NO3)3.

• Există un singur atom de aluminiu și are o stare de oxidare constantă de „+3”.
• Există 9 atomi de oxigen într-o moleculă (3*3), starea de oxidare a oxigenului, așa cum se știe, este „-2”, ceea ce înseamnă că prin înmulțirea acestor valori obținem „-18”.
• Rămâne de egalat valorile negative și pozitive, determinându-se astfel gradul de oxidare a azotului. Lipsește -18 și +3, + 15. Și având în vedere că sunt 3 atomi de azot, este ușor să-i determinăm starea de oxidare: împărțiți 15 la 3 și obțineți 5.
• Starea de oxidare a azotului este „+5”, iar formula va arăta astfel: Al+3(N+5O-23)3
• Dacă este dificil să determinați valoarea dorită în acest fel, puteți compune și rezolva ecuațiile:

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

Deci, starea de oxidare este suficientă concept importantîn chimie, simbolizând starea atomilor dintr-o moleculă.
Fără cunoașterea anumitor prevederi sau elemente de bază care vă permit să determinați corect gradul de oxidare, este imposibil să faceți față acestei sarcini. Prin urmare, există o singură concluzie: familiarizați-vă cu atenție și studiați regulile pentru găsirea stării de oxidare, prezentate clar și concis în articol, și continuați cu îndrăzneală pe calea dificilă a complexităților chimice.

Gradul de oxidare este o valoare convențională utilizată pentru înregistrarea reacțiilor redox. Pentru a determina gradul de oxidare se folosește tabelul de oxidare a elementelor chimice.

Sens

Starea de oxidare a elementelor chimice de bază se bazează pe electronegativitatea lor. Valoarea este egală cu numărul de electroni deplasați în compuși.

Starea de oxidare este considerată pozitivă dacă electronii sunt deplasați de la atom, adică. elementul donează electroni în compus și este un agent reducător. Aceste elemente includ metale; starea lor de oxidare este întotdeauna pozitivă.

Când un electron este deplasat către un atom, valoarea este considerată negativă, iar elementul este considerat un agent oxidant. Atomul acceptă electroni până la atingerea nivelului de energie exterior. Majoritatea nemetalelor sunt agenți oxidanți.

Substanțele simple care nu reacționează au întotdeauna o stare de oxidare zero.

Orez. 1. Tabelul stărilor de oxidare.

Într-un compus, atomul nemetalic cu electronegativitate mai mică are o stare de oxidare pozitivă.

Definiție

Starile de oxidare maxime si minime (cati electroni poate da si accepta un atom) pot fi determinate tabelul periodic Mendeleev.

Gradul maxim este egal cu numărul grupului în care se află elementul sau cu numărul de electroni de valență. Valoarea minimă este determinată de formula:

Nr. (grupe) – 8.

Orez. 2. Tabel periodic.

Carbonul se află în a patra grupă, prin urmare, cea mai înaltă stare de oxidare este +4, iar cea mai scăzută este -4. Gradul maxim de oxidare al sulfului este +6, cel minim este -2. Majoritatea nemetalelor au întotdeauna o stare de oxidare variabilă - pozitivă și negativă. Excepția este fluorul. Starea sa de oxidare este întotdeauna -1.

Trebuie amintit că această regulă nu se aplică metalelor alcaline și alcalino-pământoase din grupele I și, respectiv, II. Aceste metale au o stare de oxidare pozitivă constantă - litiu Li +1, sodiu Na +1, potasiu K +1, beriliu Be +2, magneziu Mg +2, calciu Ca +2, stronțiu Sr +2, bariu Ba +2. Alte metale pot prezenta grade diferite de oxidare. Excepția este aluminiul. În ciuda faptului că se află în grupa III, starea sa de oxidare este întotdeauna +3.

Orez. 3. Metale alcaline și alcalino-pământoase.

Din grupa VIII, numai ruteniul și osmiul pot prezenta cea mai mare stare de oxidare +8. Aurul și cuprul din grupa I prezintă stări de oxidare de +3 și, respectiv, +2.

Record

Pentru a înregistra corect starea de oxidare, ar trebui să vă amintiți câteva reguli:

• gazele inerte nu reacţionează, deci starea lor de oxidare este întotdeauna zero;
• la compuși, starea de oxidare variabilă depinde de valența variabilă și de interacțiunea cu alte elemente;
• hidrogenul din compușii cu metale prezintă o stare de oxidare negativă - Ca +2 H 2 −1, Na +1 H −1;
• oxigenul are întotdeauna o stare de oxidare de -2, cu excepția fluorurii și peroxidului de oxigen - O +2 F 2 −1, H 2 +1 O 2 −1.

Ce am învățat?

Starea de oxidare este o valoare condiționată care arată câți electroni a acceptat sau a renunțat un atom dintr-un element dintr-un compus. Valoarea depinde de numărul de electroni de valență. Metalele din compuși au întotdeauna o stare de oxidare pozitivă, de exemplu. sunt agenți reducători. Pentru metalele alcaline și alcalino-pământoase, starea de oxidare este întotdeauna aceeași. Nemetalele, cu excepția fluorului, pot lua stări de oxidare pozitive și negative.

Sarcina formală a unui atom din compuși este o cantitate auxiliară; este de obicei folosită în descrierile proprietăților elementelor din chimie. Această sarcină electrică convențională este starea de oxidare. Valoarea sa se modifică ca urmare a multor procese chimice. Deși sarcina este formală, ea caracterizează în mod clar proprietățile și comportamentul atomilor în reacțiile redox (ORR).

Oxidare și reducere

În trecut, chimiștii foloseau termenul „oxidare” pentru a descrie interacțiunea oxigenului cu alte elemente. Numele reacțiilor provine de la denumirea latină pentru oxigen - Oxigeniu. Mai târziu s-a dovedit că și alte elemente se oxidează. În acest caz, ele sunt reduse - câștigă electroni. Fiecare atom, când formează o moleculă, își schimbă structura valenței învelișul de electroni. În acest caz, apare o sarcină formală, a cărei mărime depinde de numărul de electroni dați sau acceptați în mod convențional. Pentru a caracteriza această valoare, a fost folosit anterior termenul chimic englez „număr de oxidare”, care tradus înseamnă „număr de oxidare”. Când se utilizează, se bazează pe presupunerea că electronii de legătură din molecule sau ioni aparțin unui atom cu o valoare mai mare a electronegativității (EO). Capacitatea de a-și reține electronii și de a-i atrage de la alți atomi este bine exprimată în nemetale puternice (halogeni, oxigen). Au proprietăți opuse metale puternice(sodiu, potasiu, litiu, calciu, alte elemente alcaline și alcalino-pământoase).

Determinarea stării de oxidare

Starea de oxidare este sarcina pe care un atom ar dobândi dacă electronii care participă la formarea legăturii ar fi mutați complet la un element mai electronegativ. Sunt substanțe care nu au structura moleculara(halogenuri de metale alcaline și alți compuși). În aceste cazuri, starea de oxidare coincide cu sarcina ionului. Sarcina convențională sau reală arată ce proces a avut loc înainte ca atomii să-și dobândească starea actuală. Numărul de oxidare pozitiv este numărul total de electroni care au fost îndepărtați din atomi. Sensul negativ starea de oxidare este egală cu numărul de electroni dobândiți. Schimbând starea de oxidare a unui element chimic, se judecă ce se întâmplă cu atomii săi în timpul reacției (și invers). Culoarea unei substanțe determină ce modificări au avut loc în starea de oxidare. Compușii de crom, fier și o serie de alte elemente, în care prezintă valențe diferite, sunt colorați diferit.

Valori negative, zero și pozitive ale stării de oxidare

Se formează substanțe simple elemente chimice Cu aceeași valoare EO. În acest caz, electronii de legătură aparțin tuturor particulelor structurale în mod egal. Prin urmare, în substanțe simple elementele nu se caracterizează printr-o stare de oxidare (H 0 2, O 0 2, C 0). Când atomii acceptă electroni sau norul general se schimbă în direcția lor, sarcinile sunt de obicei scrise cu semnul minus. De exemplu, F-1, O-2, C-4. Donând electroni, atomii capătă o sarcină pozitivă reală sau formală. În oxidul OF2, atomul de oxigen cedează câte un electron la doi atomi de fluor și se află în starea de oxidare O +2. Într-o moleculă sau ion poliatomic, se spune că atomii mai electronegativi primesc toți electronii de legătură.

Sulful este un element care prezintă diferite stări de valență și oxidare

Elementele chimice ale subgrupelor principale prezintă adesea o valență mai mică egală cu VIII. De exemplu, valența sulfului în hidrogenul sulfurat și sulfurile metalice este II. Un element se caracterizează prin valență intermediară și cea mai mare în starea excitată, atunci când atomul renunță la unul, doi, patru sau toți cei șase electroni și prezintă valențe I, II, IV, respectiv VI. Aceleași valori, doar cu semnul minus sau plus, au stările de oxidare ale sulfului:

• în sulfura de fluor donează un electron: -1;
• în hidrogen sulfurat valoarea cea mai mică: -2;
• în stare intermediară de dioxid: +4;
• în trioxid, acid sulfuric și sulfați: +6.

În starea sa cea mai înaltă de oxidare, sulful acceptă doar electroni; în starea sa inferioară, prezintă proprietăți reducătoare puternice. Atomii de S+4 pot acționa ca agenți reducători sau agenți oxidanți în compuși, în funcție de condiții.

Transferul de electroni în reacții chimice

Când se formează un cristal de clorură de sodiu, sodiul donează electroni clorului mai electronegativ. Stările de oxidare ale elementelor coincid cu sarcinile ionilor: Na +1 Cl -1. Pentru moleculele create prin partajarea și deplasarea perechilor de electroni la un atom mai electronegativ, este aplicabil doar conceptul de sarcină formală. Dar putem presupune că toți compușii constau din ioni. Apoi, atomii, prin atragerea de electroni, capătă o sarcină negativă condiționată, iar dându-le, o sarcină pozitivă. În reacții, ele indică câți electroni sunt deplasați. De exemplu, în molecula de dioxid de carbon C +4 O - 2 2, indicele indicat în colțul din dreapta sus al simbolului chimic pentru carbon reflectă numărul de electroni îndepărtați din atom. Oxigenul din această substanță se caracterizează printr-o stare de oxidare de -2. Indicele corespunzător pentru semnul chimic O este numărul de electroni adăugați în atom.

Cum se calculează stările de oxidare

Numărarea numărului de electroni donați și câștigați de atomi poate fi consumatoare de timp. Următoarele reguli facilitează această sarcină:

1. În substanțele simple, stările de oxidare sunt zero.
2. Suma oxidării tuturor atomilor sau ionilor dintr-o substanță neutră este zero.
3. Într-un ion complex, suma stărilor de oxidare ale tuturor elementelor trebuie să corespundă sarcinii întregii particule.
4. Un atom mai electronegativ capătă o stare de oxidare negativă, care este scrisă cu semnul minus.
5. Mai puține elemente electronegative primesc grade pozitive oxidare, sunt scrise cu semnul plus.
6. Oxigenul prezintă în general o stare de oxidare de -2.
7. Pentru hidrogen, valoarea caracteristică este: +1; în hidrurile metalice se găsește: H-1.
8. Fluorul este cel mai electronegativ dintre toate elementele, iar starea sa de oxidare este întotdeauna -4.
9. Pentru majoritatea metalelor, numerele de oxidare și valențele sunt aceleași.

Stare de oxidare și valență

Majoritatea compușilor se formează ca rezultat al proceselor redox. Tranziția sau deplasarea electronilor de la un element la altul duce la o schimbare a stării de oxidare și a valenței acestora. Adesea aceste valori coincid. Expresia „valență electrochimică” poate fi folosită ca sinonim pentru termenul „stare de oxidare”. Dar există excepții, de exemplu, în ionul de amoniu, azotul este tetravalent. În același timp, atomul acestui element se află în starea de oxidare -3. În substanțele organice, carbonul este întotdeauna tetravalent, dar stările de oxidare ale atomului de C din metan CH 4, alcoolul formic CH 3 OH și acidul HCOOH au valori diferite: -4, -2 și +2.

Reacții redox

Procesele redox includ multe dintre cele mai importante procese din industrie, tehnologie, viață și natura neînsuflețită: ardere, coroziune, fermentație, respirație intracelulară, fotosinteză și alte fenomene.

La compilarea ecuațiilor OVR, coeficienții sunt selectați folosind metoda echilibrului electronic, care funcționează cu următoarele categorii:

• stări de oxidare;
• agentul reducător renunță la electroni și se oxidează;
• agentul de oxidare acceptă electroni și este redus;
• numarul de electroni cedati trebuie sa fie egal cu numarul de electroni adaugati.

Achiziția de electroni de către un atom duce la scăderea stării sale de oxidare (reducere). Pierderea unuia sau mai multor electroni de către un atom este însoțită de o creștere a numărului de oxidare al elementului ca urmare a reacțiilor. Pentru ORR care curge între ionii electroliților puternici în solutii apoase, mai des folosesc nu o balanță electronică, ci o metodă cu jumătate de reacție.