Таблиця. Ступені окислення хімічних елементів.

Таблиця. Ступені окислення хімічних елементів.

Оцінка статті:

Як визначити ступінь окислення? Таблиця Менделєєва дозволяє записувати цю кількісну величину для будь-якого хімічного елемента.

визначення

Для початку спробуємо зрозуміти, що являє собою цей термін. Ступінь окислення по таблиці Менделєєва є кількість електронів, які прийняті або віддані елементом в процесі хімічної взаємодії. Вона може приймати негативне і позитивне значення.

Зв'язок з таблицею

Як визначається ступінь окислення? Таблиця Менделєєва складається з восьми груп, розташованих вертикально. У кожній з них є дві підгрупи: головна і побічна. Для того щоб встановити показники для елементів, необхідно використовувати певні правила.

Інструкція

Як розрахувати ступеня окислення елементів? Таблиця дозволяє повною мірою впоратися з подібною проблемою. Лужні метали, які розташовуються в першій групі (головній підгрупі), ступінь окислення виявляють в з'єднаннях, вона відповідає +, дорівнює їх вищої валентності. У металів другої групи (підгрупи А) +2 ступінь окислення.

Таблиця дозволяє визначити дану величину не тільки у елементів, які виявляють металеві властивості, а й у неметалів. Їх максимальна величина буде відповідати вищої валентності. Наприклад, для сірки вона складе +6, для азоту +5. Як обчислюється у них мінімальна (нижча) цифра? Таблиця відповідає і на це питання. Необхідно відняти номер групи з восьми. Наприклад, у кисню вона складе -2, у азоту -3.

Для простих речовин, які не вступали в хімічну взаємодію з іншими речовинами, що визначається показник вважається рівним нулю.

Спробуємо виявити основні дії, що стосуються розміщення в бінарних сполуках. Як поставити в них ступінь окислення? Таблиця Менделєєва допомагає вирішити проблему.

Для прикладу візьмемо оксид кальцію СаО. Для кальцію, розташованого в головній підгрупі другої групи, величина буде постійною, рівною +2. У кисню, що має неметалеві властивості, даний показник буде негативною величиною, і він відповідає -2. Для того щоб перевірити правильність визначення, підсумовуємо отримані цифри. У підсумку ми отримаємо нуль, отже, обчислення вірні.

Визначимо подібні показники ще в одному бінарному з'єднанні CuO. Так як мідь розташовується в побічної підгрупи (першої групи), отже, досліджуваний показник може проявляти різні значення. Тому для його визначення необхідно спочатку виявити показник для кисню.

У неметалла, розташованого в кінці бінарної формули, ступінь окислення має від'ємне значення. Так як цей елемент розташовується в шостій групі, при відніманні з восьми шести отримуємо, що ступінь окислення у кисню відповідає -2. Так як в з'єднанні відсутні індекси, отже, показник ступеня окислення у міді буде позитивним, рівним +2.

Як ще використовується хімічна таблиця? Ступені окислення елементів в формулах, що складаються з трьох елементів, також обчислюються за певним алгоритмом. Спочатку розставляють ці показники у першого і останнього елемента. Для першого цей показник буде мати позитивне значення, відповідати валентності. У крайнього елемента, в якості якого виступає неметалл, даний показник має від'ємне значення, він визначається у вигляді різниці (від восьми віднімають номер групи). При обчисленні ступеня окислення у центральний елемент використовують математичне рівняння. При розрахунках враховують індекси, наявні у кожного елемента. Сума всіх ступенів окислення повинна бути дорівнює нулю.

Приклад визначення в сірчаної кислоти

Формула даного з'єднання має вигляд H 2 SO 4. У водню ступінь окислення складе +1, у кисню вона дорівнює -2. Для визначення ступеня окислення у сірки, складемо математичне рівняння: + 1 * 2 + Х + 4 * (-2) \u003d 0. Отримуємо, що ступінь окислення у сірки відповідає +6.

висновок

При використанні правил можна розставляти коефіцієнти в окисно-відновних реакціях. дане питання розглядається в курсі хімії дев'ятого класу шкільної програми. Крім того, інформація про ступенях окислення дозволяє виконувати завдання ОГЕ і ЄДІ.

Завдання по визначенню ступеня окислення може виявитися як простою формальністю, так і складною головоломкою. В першу чергу, це буде залежати від формули хімічної сполуки, а також наявності елементарних знань з хімії та математики.

Знаючи основні правила і алгоритм послідовно-логічних дій, про які піде мова в даній статті, при вирішенні задач подібного типу, кожен з легкістю зможе впоратися з цим завданням. А потренувавшись і навчившись визначати ступеня окислення різнопланових хімічних сполук, можна сміливо братися за зрівняння складних окислювально-відновних реакцій методом складання електронного балансу.

Поняття ступеня окислення

Щоб навчитися визначати ступінь окислення, для початку необхідно розібратися, що це поняття означає?

• Ступінь окислення застосовують при записі в окисно-відновних реакціях, коли відбувається передача електронів від атома до атома.
• Ступінь окислювання фіксує кількість перенесених електронів, позначаючи умовний заряд атома.
• Ступінь окислення і валентність часто тотожні.

Дане позначення пишеться зверху хімічного елемента, в його правому куті, і являє собою ціле число зі знаком «+» або «-». Нульове значення ступеня окислення знака не несе.

Правила визначення ступеня окислення

Розглянемо основні канони визначення ступеня окислення:

• Прості елементарні речовини, тобто ті, які складаються з одного виду атомів, завжди будуть мати нульову ступінь окислення. Наприклад, Na0, H02, P04
• Існує ряд атомів, що мають завжди одну, постійну, ступінь окислення. Наведені в таблиці значення краще запам'ятати.

• Як видно, виняток буває лише у водню в поєднанні з металами, де він набуває не властиву йому ступінь окислення «-1».
• Кисень також приймає ступінь окислення «+2» в хімічній сполуці з фтором і «-1» в складах перекисів, надперекісей або озонідов, де атоми кисню з'єднані один з одним.

• Іони металів мають кілька значень ступеня окислення (причому тільки позитивні), тому її визначають по сусіднім елементам в з'єднанні. Наприклад, в FeCl3, хлор має ступінь окислення «-1», у нього 3 атома, значить множимо -1 на 3, отримуємо «-3». Щоб в сумі ступенів окислення сполуки отримали «0», залізо повинно мати ступінь окислення «+3». У формулі FeCl2, залізо, відповідно, змінить свою ступінь на «+2».
• Математично підсумовуючи ступеня окислення всіх атомів у формулі (з урахуванням знаків), завжди мусить виходити нульове значення. Наприклад, в соляній кислоті H + 1Cl-1 (+1 і -1 \u003d 0), а в сірчистої кислоти H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 \u003d +2 у водню, + 4 у сірки і -2 * 3 \u003d - 6 у кисню; в сумі +6 і -6 дають 0).
• Ступінь окислювання одноатомного іона буде дорівнює його заряду. Наприклад: Na +, Ca + 2.
• Найвищий ступінь окислення, як правило, співвідноситься з номером групи в періодичній системі Д. І. Менделєєва.

Алгоритм дій визначення ступеня окислення

Порядок перебування ступеня окислення не складний, але вимагає уваги і виконання певних дій.

Завдання: розставити ступеня окислення в з'єднанні KMnO4

• Перший елемент - калій, має постійну ступінь окислення «+1».
  Для перевірки можна подивитися в періодичну систему, де калій перебуває в 1 групі елементів.
• З решти двох елементів, кисень, як правило, приймає ступінь окислення «-2».
• Отримуємо наступну формулу: К + 1MnхO4-2. Залишається визначити ступінь окислення марганцю.
  Отже, х - невідома нам ступінь окислення марганцю. Тепер важливо звернути увагу на кількість атомів в з'єднанні.
  Кількість атомів калію - 1, марганцю - 1, кисню - 4.
  З урахуванням електронейтральності молекули, коли загальний (сумарний) заряд дорівнює нулю,

1 * (+ 1) + 1 * (х) + 4 (-2) \u003d 0,
+ 1 + 1х + (- 8) \u003d 0,
-7 + 1х \u003d 0,
(При перенесенні міняємо знак)
1х \u003d +7, х \u003d +7

Таким чином, ступінь окислення марганцю в з'єднанні дорівнює «+7».

Завдання: розставити ступеня окислення в з'єднанні Fe2O3.

• Кисень, як відомо, має ступінь окислення «-2» і виступає окислювачем. З урахуванням кількості атомів (3), в сумі у кисню виходить значення «-6» (-2 * 3 \u003d -6), тобто множимо ступінь окислення на кількість атомів.
• Щоб врівноважити формулу і привести до нуля, 2 атома заліза матимуть ступінь окислення «+3» (2 * + 3 \u003d + 6).
• У сумі отримуємо нуль (-6 і +6 \u003d 0).

Завдання: розставити ступеня окислення в з'єднанні Al (NO3) 3.

• Атом алюмінію - один і має постійну ступінь окислення «+3».
• Атомів кисню в молекулі - 9 (3 * 3), ступінь окислювання кисню, як відомо «-2», значить, множачи ці значення, отримуємо «-18».
• Залишилося вирівняти негативні і позитивні значення, визначивши таким чином ступінь окислення азоту. -18 і +3, не вистачає + 15. А з огляду на, що є 3 атома азоту, легко визначити його ступінь окислення: 15 ділимо на 3 і отримуємо 5.
• Ступінь окислення азоту «+5», а формула буде мати вигляд: Al + 3 (N + 5O-23) 3
• Якщо складно таким способом визначати шукане значення, можна складати і розв'язувати рівняння:

1 * (+ 3) + 3х + 9 * (- 2) \u003d 0.
+ 3 + 3х-18 \u003d 0
3х \u003d 15
х \u003d 5

Отже, ступінь окислення - досить важливе поняття в хімії, що символізує стан атомів в молекулі.
Без знання певних положень або основ, що дозволяють правильно визначати ступінь окислення, неможливо впоратися з виконанням цього завдання. Отже, висновок один: досконально ознайомитися і вивчити правила знаходження ступеня окислення, чітко і лаконічно представлені в статті, і сміливо рухатися далі по нелегкій ниві хімічних премудростей.

Ступінь окислення - умовна величина, що використовується для запису окисно-відновних реакцій. Для визначення ступеня окислення використовується таблиця окислення хімічних елементів.

значення

Ступінь окислювання основних хімічних елементів заснована на їх електронегативності. Значення дорівнює числу зміщених в з'єднаннях електронів.

Ступінь окислювання вважається позитивною, якщо електрони зміщуються від атома, тобто елемент віддає електрони в з'єднанні і є відновником. До таких елементів відносяться метали, їх ступінь окислення завжди позитивна.

При зміщенні електрона до атома значення вважається негативним, а елемент - окислювачем. Атом приймає електрони до завершення зовнішнього енергетичного рівня. Окислювачами є більшість неметалів.

Прості речовини, які не вступають в реакцію, завжди мають нульову ступінь окислення.

Мал. 1. Таблиця ступенів окислення.

У поєднанні позитивну ступінь окислення має атом неметалла з меншою електронегативність.

визначення

Визначити максимальну і мінімальну ступінь окислення (скільки електронів може віддавати і приймати атом) можна по періодичній таблиці Менделєєва.

Максимальний ступінь дорівнює номеру групи, в якій знаходиться елемент, або кількістю валентних електронів. Мінімальне значення визначається за формулою:

№ (групи) - 8.

Мал. 2. Таблиця Менделєєва.

Вуглець знаходиться в четвертій групі, отже, його вищий ступінь окислення +4, а нижча - -4. Максимальний ступінь окислення сірки +6, мінімальна - -2. Більшість неметалів завжди має змінну - позитивну і негативну - ступінь окислення. Винятком є \u200b\u200bфтор. Його ступінь окислення завжди дорівнює -1.

Слід пам'ятати, що до лужних і лужноземельних металів I і II груп відповідно, це правило не застосовується. Ці метали мають постійну позитивну ступінь окислення - літій Li +1, натрій Na +1, калій K +1, берилій Be +2, магній Mg +2, кальцій Ca +2, стронцій Sr +2, барій Ba +2. Решта метали можуть проявляти різну ступінь окислення. Винятком є \u200b\u200bалюміній. Незважаючи на перебування в III групі, його ступінь окислення завжди +3.

Мал. 3. Лужні і лужноземельні метали.

З VIII групи вищу ступінь окислення +8 можуть проявляти тільки рутеній і осмій. Знаходяться в I групі золото і мідь виявляють ступінь окислення +3 і +2 відповідно.

запис

Щоб правильно записувати ступінь окислення, слід пам'ятати про декілька правилах:

• інертні гази не вступають в реакції, тому їх ступінь окислення завжди дорівнює нулю;
• в з'єднаннях змінна ступінь окислення залежить від змінної валентності і взаємодії з іншими елементами;
• водень в з'єднаннях з металами проявляє негативну ступінь окислення - Ca +2 H 2 -1, Na +1 H-1;
• кисень завжди має ступінь окислення -2, крім фториду кисню і пероксиду - O +2 F 2 -1, H 2 +1 O 2 -1.

Що ми дізналися?

Ступінь окислення - умовна величина, що показує, скільки електронів прийняв або віддав атом елемента в з'єднанні. Величина залежить від кількості валентних електронів. Метали в з'єднаннях завжди мають позитивну ступінь окислення, тобто є відновниками. Для лужних і лужноземельних металів ступінь окислення завжди однакова. Неметали, крім фтору, можуть приймати позитивну і негативну ступінь окислення.

Формальний заряд атома в сполуках - допоміжна величина, зазвичай її використовують в описах властивостей елементів в хімії. Цей умовний електричний заряд і є ступінь окислення. Його значення змінюється в результаті багатьох хімічних процесів. Хоча заряд є формальним, він яскраво характеризує властивості і поведінку атомів в окисно-відновних реакціях (ОВР).

Окислення і відновлення

У минулому хіміки використовували термін «окислення», щоб описати взаємодію кисню з іншими елементами. Назва реакцій походить від латинської назви кисню - Oxygenium. Пізніше з'ясувалося, що інші елементи теж окислюють. У цьому випадку вони відновлюються - приєднують електрони. Кожен атом при утворенні молекули змінює будову своєї валентної електронної оболонки. У цьому випадку з'являється формальний заряд, величина якого залежить від кількості умовно відданих або прийнятих електронів. Для характеристики цієї величини раніше застосовували англійська хімічний термін "oxidation number", який в перекладі означає «окислительное число». При його використанні виходять з припущення, що зв'язують електрони в молекулах або іони належать атому, що володіє більш високим значенням електронегативності (ЕО). Здатність утримувати свої електрони і притягувати їх від інших атомів добре виражена у сильних неметалів (галогенів, кисню). Протилежними властивостями володіють сильні метали (Натрій, калій, літій, кальцій, інші лужні і лужноземельні елементи).

Визначення ступеня окислення

Ступенем окислення називають заряд, який атом придбав би в тому випадку, якщо б беруть участь в утворенні зв'язку електрони повністю змістилися до більш електронегативного елементу. Є речовини, які не мають молекулярного будови (галогеніди лужних металів та інші сполуки). У цих випадках ступінь окислення збігається із зарядом іона. Умовний або реальний заряд показує, який процес стався до того, як атоми придбали свій нинішній стан. Позитивне значення ступеня окислення - це загальна кількість електронів, які були видалені з атомів. Від'ємне значення ступеня окислення дорівнює числу придбаних електронів. За зміною стану окислення хімічного елемента судять про те, що відбувається з його атомами в ході реакції (і навпаки). За кольором речовини визначають, які відбулися зміни в стані окислення. Сполуки хрому, заліза і ряду інших елементів, в яких вони проявляють різну валентність, пофарбовані неоднаково.

Негативне, нульове і позитивне значення ступеня окислення

Прості речовини утворені хімічними елементами з однаковим значенням ЕО. В цьому випадку зв'язують електрони належать всім структурним часткам в рівній мірі. Отже, в простих речовинах елементам невластиво стан окислення (Н 0 2, Про 0 2, С 0). Коли атоми приймають електрони або загальне хмара зміщується в їх сторону, заряди прийнято писати зі знаком "мінус". Наприклад, F-1, Про -2, З -4. Віддаючи електрони, атоми набувають реальний або формальний позитивний заряд. В оксиді OF 2 атом кисню віддає по одному електрону двом атомам фтору і знаходиться в стані окислення Про +2. Вважають, що в молекулі або багатоатомних йоні більш електронегативний атоми отримують все що зв'язують електрони.

Сірка - елемент, що виявляє різні валентність і ступені окиснення

Хімічні елементи головних підгруп найчастіше виявляють нижчу валентність рівну VIII. Наприклад, валентність сірки в сірководні і сульфідах металів - II. Для елемента характерні проміжні і вища валентність в збудженому стані, коли атом віддає один, два, чотири або всі шість електронів і проявляє відповідно валентності I, II, IV, VI. Такі ж значення, тільки зі знаком "мінус" або "плюс", мають ступеня окислення сірки:

• в сульфіді фтору віддає один електрон: -1;
• в сірководні нижче значення: -2;
• в диоксиде проміжний стан: +4;
• в триоксид, сірчаної кислоти і сульфатах: +6.

У своєму вищому стані окислення сірка тільки приймає електрони, в нижчого ступеня - проявляє сильні відновні властивості. Атоми S +4 можуть проявляти в з'єднаннях функції восстановителей або окислювачів в залежності від умов.

Перехід електронів в хімічних реакціях

При утворенні кристала кухонної солі натрій віддає електрони більш електронегативного хлору. Ступені окислення елементів збігаються з зарядами іонів: Na +1 Cl -1. Для молекул, створених шляхом усуспільнення і зміщення електронних пар до більш електронегативного атома, застосовні тільки уявлення про формальне заряді. Але можна припустити, що всі з'єднання складаються з іонів. Тоді атоми, притягаючи електрони, набувають умовний негативний заряд, а віддаючи, - позитивний. У реакціях вказують, яке число електронів зміщується. Наприклад, в молекулі діоксиду вуглецю С +4 О - 2 + 2 вказаний у верхньому правому куті індекс при хімічному символі вуглецю відображає кількість електронів, які ви видалили з атома. Для кисню в цій речовині характерний стан окислення -2. Відповідний індекс при хімічному знаку О - кількість доданих електронів в атомі.

Як підрахувати ступеня окислення

Підрахунок кількості відданих і приєднаних атомами електронів може забрати багато часу. Полегшують це завдання таких правил:

1. У простих речовинах ступеня окислення дорівнюють нулю.
2. Сума окислення всіх атомів або іонів в нейтральному речовині дорівнює нулю.
3. У складному йоні сума ступенів окислення всіх елементів повинна відповідати заряду всієї частки.
4. Більш електронегативний атом набуває негативного стан окислення, яке записують зі знаком "мінус".
5. Менш електронегативні елементи отримують позитивні ступеня окислення, їх записують зі знаком "плюс".
6. Кисень в основному проявляє ступінь окислення, рівну -2.
7. Для водню характерне значення: +1, в гідридах металів зустрічається: Н-1.
8. Фтор - найбільш електронегативний з усіх елементів, його стан окислення завжди дорівнює -4.
9. Для більшості металів окислювальні числа і валентності збігаються.

Ступінь окислення і валентність

Більшість з'єднань утворюються в результаті окисно-відновних процесів. Перехід або зміщення електронів від одних елементів до інших призводить до зміни їх стану окислення і валентності. Найчастіше ці величини збігаються. Як синонім до терміну «ступінь окислення» можна використовувати словосполучення «електрохімічна валентність». Але є винятки, наприклад, в іоні амонію азот чотиривалентний. Одночасно атом цього елемента знаходиться в стані окислення -3. В органічних речовинах вуглець завжди чотиривалентний, але стану окислення атома С в метані СН4, мурашиному спирті СН 3 ОН і кислоті НСООН мають інші значення: -4, -2 і +2.

Окислювально-відновні реакції

До окислювально-відновним відносяться багато найважливіші процеси в промисловості, техніці, живий і неживій природі: Горіння, корозія, бродіння, внутрішньоклітинний дихання, фотосинтез та інші явища.

При складанні рівнянь ОВР підбирають коефіцієнти, використовуючи метод електронного балансу, в якому оперують такими категоріями:

• ступеня окислення;
• відновник віддає електрони і окислюється;
• окислювач приймає електрони і відновлюється;
• число відданих електронів має дорівнювати числу приєднаних.

Придбання електронів атомом призводить до зниження його ступеня окислення (відновленню). Втрата атомом одного або декількох електронів супроводжується підвищенням окисного числа елемента в результаті реакцій. Для ОВР, які протікають між іонами сильних електролітів в водних розчинах, Частіше використовують не електронний баланс, а метод напівреакцій.