Oxidationszustand und Regeln zu seiner Berechnung. So bestimmen Sie die Elektronegativität, den Oxidationszustand, die Oxidation und die Reduktion des Oxidationszustands

Eines der Grundkonzepte in der Chemie, das häufig bei der Aufstellung von Gleichungen für Redoxreaktionen verwendet wird, ist Oxidationszustand Atome.

Aus praktischen Gründen (beim Zusammenstellen von Gleichungen für Redoxreaktionen) ist es zweckmäßig, die Ladungen an Atomen in Molekülen mit polaren Bindungen als ganze Zahlen darzustellen, die den Ladungen entsprechen, die an den Atomen entstehen würden, wenn die Valenzelektronen vollständig auf elektronegativere Atome übertragen würden. d.h. e. wenn die Bindungen vollständig ionisch wären. Diese Ladungswerte werden Oxidationsstufen genannt. Die Oxidationsstufe jedes Elements in einer einfachen Substanz ist immer 0.

In den Molekülen komplexer Stoffe haben einige Elemente immer eine konstante Oxidationsstufe. Die meisten Elemente zeichnen sich durch variable Oxidationsstufen aus, die sich je nach Zusammensetzung des Moleküls sowohl im Vorzeichen als auch in der Größe unterscheiden.

Oftmals ist die Oxidationsstufe gleich der Wertigkeit und unterscheidet sich von dieser nur im Vorzeichen. Es gibt jedoch Verbindungen, in denen die Oxidationsstufe eines Elements nicht seiner Wertigkeit entspricht. Wie bereits erwähnt, ist in einfachen Stoffen die Oxidationsstufe eines Elements unabhängig von seiner Wertigkeit immer Null. Die Tabelle vergleicht die Wertigkeiten und Oxidationsstufen einiger Elemente in verschiedenen Verbindungen.

Oxidationszustand eines Atoms (Elements) in einer Verbindung ist die bedingte Ladung, die unter der Annahme berechnet wird, dass die Verbindung nur aus Ionen besteht. Bei der Bestimmung der Oxidationsstufe geht man üblicherweise davon aus, dass die Valenzelektronen einer Verbindung auf elektronegativere Atome übertragen werden und die Verbindungen daher aus positiv und negativ geladenen Ionen bestehen. In der Realität kommt es in den meisten Fällen nicht zu einer vollständigen Elektronenabgabe, sondern nur zu einer Verschiebung eines Elektronenpaares von einem Atom zum anderen. Dann können wir eine andere Definition geben: Der Oxidationszustand ist die elektrische Ladung, die an einem Atom entstehen würde, wenn die Elektronenpaare, mit denen es mit anderen Atomen in der Verbindung verbunden ist, auf elektronegativere Atome übertragen würden, und die Elektronenpaare, die identische Atome verbinden, würden auf elektronegativere Atome übertragen zwischen ihnen aufgeteilt.

Bei der Berechnung der Oxidationsstufen werden einige einfache Regeln verwendet:

1 . Der Oxidationszustand von Elementen in einfachen Substanzen, sowohl einatomigen als auch molekularen, ist Null (Fe 0, O 2 0).

2 . Der Oxidationszustand eines Elements in Form eines einatomigen Ions ist gleich der Ladung dieses Ions (Na +1, Ca +2, S –2).

3 . In Verbindungen mit einer kovalenten polaren Bindung bezieht sich eine negative Ladung auf das elektronegativere Atom und eine positive Ladung auf das weniger elektronegative Atom. Die Oxidationsstufen der Elemente nehmen die folgenden Werte an:

Die Oxidationsstufe von Fluor in Verbindungen beträgt immer -1;

Die Oxidationsstufe von Sauerstoff in Verbindungen beträgt -2 (); mit Ausnahme von Peroxiden, wo es formal gleich -1 () ist, Sauerstofffluorid, wo es gleich +2 () ist, sowie Superoxiden und Ozoniden, bei denen die Oxidationsstufe von Sauerstoff -1/2 beträgt;

Die Oxidationsstufe von Wasserstoff in Verbindungen beträgt +1 (), mit Ausnahme von Metallhydriden, wo sie -1 ( );

Für Alkali- und Erdalkalielemente sind die Oxidationsstufen +1 bzw. +2.

Die meisten Elemente können variable Oxidationsstufen aufweisen.

4 . Die algebraische Summe der Oxidationsstufen in einem neutralen Molekül ist gleich Null, in einem komplexen Ion ist sie gleich der Ladung des Ions.

Für Elemente mit variabler Oxidationsstufe lässt sich der Wert leicht berechnen, wenn man die Formel der Verbindung kennt und Regel Nr. 4 verwendet. Beispielsweise ist es notwendig, den Oxidationsgrad von Phosphor in Phosphorsäure H 3 PO 4 zu bestimmen. Da Sauerstoff CO = –2 und Wasserstoff CO = +1 hat, muss die Oxidationsstufe +5 sein, damit Phosphor eine Nullsumme hat:

Beispielsweise beträgt in NH 4 Cl die Summe der Oxidationsstufen aller Wasserstoffatome 4×(+1) und die Oxidationsstufe von Chlor beträgt -1, daher muss die Oxidationsstufe von Stickstoff gleich -3 sein. Im Sulfation SO 4 2– beträgt die Summe der Oxidationsstufen der vier Sauerstoffatome -8, sodass Schwefel eine Oxidationsstufe von +6 haben muss, damit die Gesamtladung des Ions -2 beträgt.

Das Konzept der Oxidationsstufe ist für die meisten Verbindungen bedingt, weil spiegelt nicht die tatsächliche effektive Ladung eines Atoms wider, aber dieses Konzept wird in der Chemie sehr häufig verwendet.

Die maximale und bei Nichtmetallen die minimale Oxidationsstufe weist eine periodische Abhängigkeit von der Seriennummer in D.I. PSHE auf. Mendelejew, was auf die elektronische Struktur des Atoms zurückzuführen ist.

Element	Oxidationszustandswerte und Beispiele für Verbindungen
F	–1 (HF, KF)
Ö	–2 (H 2 O, CaO, CO 2); –1 (H 2 O 2); +2 (VON 2)
N	–3 (NH 3); –2(N 2 H 4); –1 (NH 2 OH); +1 (N 2 O); +2 (NEIN); +3 (N 2 O 3, HNO 2); +4 (NEIN 2); +5 (N 2 O 5, HNO 3)
Cl	–1 (HCl, NaCl); +1 (NaClO); +3 (NaClO 2); +5 (NaClO 3); +7 (Cl 2 O 7, NaClO 4)
Br	–1 (KBr); +1 (BrF); +3 (BrF 3); +5 (KBrO 3)
ICH	–1 (HI); +1 (ICl); +3 (ICl 3); +5 (I 2 O 5); +7 (IO 3 F, K 5 IO 6)
C	–4 (CH 4); +2 (CO); +4 (CO 2 , CCl 4)
Si	–4 (Ca 2 Si); +2 (SiO); +4 (SiO 2, H 2 SiO 3, SiF 4)
H	–1 (LiH); +1 (H 2 O, HCl)
S	–2 (H 2 S, FeS); +2 (Na 2 S 2 O 3); +3 (Na 2 S 2 O 4); +4 (SO 2, Na 2 SO 3, SF 4); +6 (SO 3, H 2 SO 4, SF 6)
Se, Te	–2 (H 2 Se, H 2 Te); +2 (SeCl 2, TeCl 2); +4 (SeO 2, TeO 2); +6 (H 2 SeO 4, H 2 TeO 4)
P	–3 (PH 3); +1 (H 3 PO 2); +3 (H 3 PO 3); +5 (P 2 O 5 , H 3 PO 4)
As, Sb	–3 (GaAs, Zn 3 Sb 2); +3 (AsCl 3, Sb 2 O 3); +5 (H 3 AsO 4, SbCl 5)
Li, Na, K	+1 (NaCl)
Be, Mg, Ca	+2 (MgO, CaCO 3)
Al	+3 (Al 2 O 3, AlCl 3)
Cr	+2 (CrCl 2); +3 (Cr 2 O 3, Cr 2 (SO 4) 3); +4 (CrO 2); +6 (K 2 CrO 4, K 2 Cr 2 O 7)
Mn	+2 (MnSO 4); +3 (Mn 2 (SO 4) 3); +4 (MnO 2); +6 (K 2 MnO 4); +7 (KMnO 4)
Fe	+2 (FeO, FeSO 4); +3 (Fe 2 O 3, FeCl 3); +4 (Na 2 FeO 3)
Cu	+1 (Cu 2 O); +2 (CuO, CuSO 4, Cu 2 (OH) 2 CO 3)
Ag	+1 (AgNO 3)
Au	+1 (AuCl); +3 (AuCl 3, KAuCl 4)
Zn	+2 (ZnO, ZnSO 4)
Hg	+1 (Hg 2 Cl 2); +2 (HgO, HgCl 2)
Sn	+2 (SnO); +4 (SnO 2, SnCl 4)
Pb	+2 (PbO, PbSO 4); +4 (PbO 2)

Bei chemischen Reaktionen muss die Regel der Erhaltung der algebraischen Summe der Oxidationsstufen aller Atome erfüllt sein. In der vollständigen Gleichung einer chemischen Reaktion müssen sich die Oxidations- und Reduktionsprozesse genau gegenseitig kompensieren. Obwohl der Oxidationsgrad, wie oben erwähnt, ein eher formaler Begriff ist, wird er in der Chemie für folgende Zwecke verwendet: erstens zur Kompilierung Gleichungen von Redoxreaktionen, zweitens, um die Redoxeigenschaften von Elementen in einer Verbindung vorherzusagen.

Viele Elemente zeichnen sich durch mehrere Werte der Oxidationsstufen aus, und durch die Berechnung ihrer Oxidationsstufe können Redoxeigenschaften vorhergesagt werden: Ein Element in der höchsten negativen Oxidationsstufe kann nur Elektronen abgeben (oxidieren) und in der höchsten ein Reduktionsmittel sein Im positiven Oxidationszustand kann es nur Elektronen aufnehmen (reduzieren). ) und ein Oxidationsmittel sein, in mittleren Oxidationsstufen kann es sowohl oxidieren als auch reduzieren.

Oxidations-Reduktion ist ein einzelner, miteinander verbundener Prozess. Oxidation entspricht einer Erhöhung der Oxidationsstufe des Elements und Erholung - seine Reduzierung.

In vielen Lehrbüchern wird Oxidation als Elektronenverlust und Reduktion als Elektronengewinn interpretiert. Dieser vom russischen Wissenschaftler Pisarzhevsky (1916) vorgeschlagene Ansatz ist auf elektrochemische Prozesse an Elektroden anwendbar und bezieht sich auf die Entladung (Aufladung) von Ionen und Molekülen.

Die Erklärung von Änderungen der Oxidationsstufen als Prozesse der Entfernung und Zugabe von Elektronen ist jedoch im Allgemeinen falsch. Es kann auf einige einfache Ionen angewendet werden, z

Cl - - ®Cl 0 .

Um den Oxidationszustand von Atomen in komplexen Ionen zu ändern, z

CrO 4 2 - ®Cr +3

eine Abnahme der positiven Oxidationsstufe von Chrom von +6 auf +3 entspricht einem geringeren realen Anstieg der positiven Ladung (auf Cr in CrO 4 2 - reale Ladung "+0,2 Elektronenladung und auf Cr +3 - von +2). bis +1,5 in verschiedenen Anschlüssen).

Die Ladungsübertragung vom Reduktionsmittel auf das Oxidationsmittel, gleich der Änderung der Oxidationsstufe, erfolgt unter Beteiligung anderer Teilchen, beispielsweise H+-Ionen:

CrO 4 2 - + 8H + + 3 ®Cr +3 + 4H 2 O.

Der angezeigte Eintrag heißt Halbreaktionen .

Verwandte Informationen.

In der Chemie beziehen sich die Begriffe „Oxidation“ und „Reduktion“ auf Reaktionen, bei denen ein Atom oder eine Gruppe von Atomen Elektronen verliert bzw. gewinnt. Der Oxidationszustand ist ein einem oder mehreren Atomen zugeordneter numerischer Wert, der die Anzahl der umverteilten Elektronen charakterisiert und zeigt, wie diese Elektronen während einer Reaktion zwischen den Atomen verteilt werden. Die Bestimmung dieses Wertes kann je nach den Atomen und den aus ihnen bestehenden Molekülen entweder ein einfacher oder ein recht komplexer Vorgang sein. Darüber hinaus können die Atome einiger Elemente mehrere Oxidationsstufen aufweisen. Glücklicherweise gibt es einfache, eindeutige Regeln zur Bestimmung der Oxidationsstufe; um sie sicher anzuwenden, genügen Kenntnisse der Grundlagen der Chemie und Algebra.

Schritte

Teil 1

Bestimmung der Oxidationsstufe nach den Gesetzen der Chemie

Stellen Sie fest, ob die betreffende Substanz elementar ist. Der Oxidationszustand von Atomen außerhalb einer chemischen Verbindung ist Null. Diese Regel gilt sowohl für Stoffe, die aus einzelnen freien Atomen bestehen, als auch für solche, die aus zwei- oder mehratomigen Molekülen eines Elements bestehen.

• Beispielsweise haben Al(s) und Cl 2 den Oxidationszustand 0, da sich beide in einem chemisch ungebundenen Elementarzustand befinden.
• Bitte beachten Sie, dass die allotrope Form von Schwefel S8 oder Octaschwefel trotz ihrer atypischen Struktur auch durch eine Oxidationsstufe von Null gekennzeichnet ist.

1. Stellen Sie fest, ob der betreffende Stoff aus Ionen besteht. Der Oxidationszustand von Ionen entspricht ihrer Ladung. Dies gilt sowohl für freie Ionen als auch für solche, die Bestandteil chemischer Verbindungen sind.

   • Beispielsweise beträgt die Oxidationsstufe des Cl – -Ions -1.
   • Die Oxidationsstufe des Cl-Ions in der chemischen Verbindung NaCl beträgt ebenfalls -1. Da das Na-Ion per Definition eine Ladung von +1 hat, schließen wir, dass das Cl-Ion eine Ladung von -1 hat und daher seine Oxidationsstufe -1 ist.

2. Bitte beachten Sie, dass Metallionen mehrere Oxidationsstufen haben können. Die Atome vieler metallischer Elemente können unterschiedlich stark ionisiert werden. Beispielsweise beträgt die Ladung von Ionen eines Metalls wie Eisen (Fe) +2 oder +3. Die Ladung von Metallionen (und ihr Oxidationszustand) kann durch die Ladungen von Ionen anderer Elemente bestimmt werden, mit denen das Metall Teil einer chemischen Verbindung ist; Im Text wird diese Ladung durch römische Ziffern angegeben: Eisen (III) hat beispielsweise die Oxidationsstufe +3.

   • Betrachten Sie als Beispiel eine Verbindung, die ein Aluminiumion enthält. Die Gesamtladung der AlCl 3 -Verbindung ist Null. Da wir wissen, dass Cl - -Ionen eine Ladung von -1 haben und es 3 solcher Ionen in der Verbindung gibt, muss das Al-Ion eine Ladung von +3 haben, damit die betreffende Substanz insgesamt neutral ist. In diesem Fall beträgt die Oxidationsstufe von Aluminium also +3.

3. Die Oxidationsstufe von Sauerstoff beträgt (mit einigen Ausnahmen) -2. In fast allen Fällen haben Sauerstoffatome eine Oxidationsstufe von -2. Von dieser Regel gibt es einige Ausnahmen:

   • Liegt Sauerstoff in seinem elementaren Zustand (O2) vor, ist seine Oxidationsstufe 0, wie es bei anderen elementaren Stoffen der Fall ist.
   • Wenn Sauerstoff enthalten ist Peroxid, seine Oxidationsstufe ist -1. Peroxide sind eine Gruppe von Verbindungen, die eine einfache Sauerstoff-Sauerstoff-Bindung enthalten (d. h. das Peroxidanion O 2 -2). In der Zusammensetzung des H 2 O 2 (Wasserstoffperoxid)-Moleküls hat Sauerstoff beispielsweise eine Ladung und einen Oxidationszustand von -1.
   • In Kombination mit Fluor hat Sauerstoff eine Oxidationsstufe von +2. Lesen Sie die unten stehende Regel für Fluor.

4. Wasserstoff hat mit einigen Ausnahmen die Oxidationsstufe +1. Wie beim Sauerstoff gibt es auch hier Ausnahmen. Typischerweise ist die Oxidationsstufe von Wasserstoff +1 (es sei denn, er liegt im Elementarzustand H2 vor). In Verbindungen, die als Hydride bezeichnet werden, beträgt die Oxidationsstufe von Wasserstoff jedoch -1.

   • Beispielsweise ist in H2O die Oxidationsstufe von Wasserstoff +1, da das Sauerstoffatom eine Ladung von -2 hat und für die Gesamtneutralität zwei Ladungen von +1 erforderlich sind. In der Zusammensetzung von Natriumhydrid beträgt die Oxidationsstufe von Wasserstoff jedoch bereits -1, da das Na-Ion eine Ladung von +1 trägt, und für die elektrische Gesamtneutralität muss die Ladung des Wasserstoffatoms (und damit seine Oxidationsstufe) berücksichtigt werden gleich -1 sein.

5. Fluor Stets hat eine Oxidationsstufe von -1. Wie bereits erwähnt, kann der Oxidationszustand einiger Elemente (Metallionen, Sauerstoffatome in Peroxiden usw.) in Abhängigkeit von einer Reihe von Faktoren variieren. Die Oxidationsstufe von Fluor beträgt jedoch immer -1. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass dieses Element die höchste Elektronegativität aufweist – mit anderen Worten: Fluoratome sind am wenigsten bereit, ihre eigenen Elektronen abzugeben und ziehen am aktivsten Fremdelektronen an. Somit bleibt ihre Ladung unverändert.

6. Die Summe der Oxidationsstufen einer Verbindung entspricht ihrer Ladung. Die Oxidationsstufen aller Atome in einer chemischen Verbindung müssen sich zur Ladung dieser Verbindung addieren. Wenn beispielsweise eine Verbindung neutral ist, muss die Summe der Oxidationsstufen aller ihrer Atome Null sein; Wenn es sich bei der Verbindung um ein mehratomiges Ion mit einer Ladung von -1 handelt, beträgt die Summe der Oxidationsstufen -1 und so weiter.

   • Dies ist eine gute Möglichkeit, dies zu überprüfen: Wenn die Summe der Oxidationsstufen nicht der Gesamtladung der Verbindung entspricht, haben Sie irgendwo einen Fehler gemacht.

   Teil 2

   Bestimmung der Oxidationsstufe ohne Anwendung der Gesetze der Chemie

   1. Finden Sie Atome, für die es keine strengen Regeln hinsichtlich der Oxidationszahlen gibt. Für einige Elemente gibt es keine fest etablierten Regeln zur Bestimmung der Oxidationsstufe. Wenn für ein Atom keine der oben aufgeführten Regeln gilt und Sie seine Ladung nicht kennen (z. B. wenn das Atom Teil eines Komplexes ist und seine Ladung nicht angegeben ist), können Sie die Oxidationszahl eines solchen Atoms ermitteln, indem Sie Beseitigung. Bestimmen Sie zunächst die Ladung aller anderen Atome der Verbindung und berechnen Sie dann aus der bekannten Gesamtladung der Verbindung den Oxidationszustand eines bestimmten Atoms.

      • Beispielsweise ist in der Verbindung Na 2 SO 4 die Ladung des Schwefelatoms (S) unbekannt – wir wissen nur, dass sie nicht Null ist, da Schwefel nicht in einem elementaren Zustand vorliegt. Diese Verbindung dient als gutes Beispiel zur Veranschaulichung der algebraischen Methode zur Bestimmung des Oxidationszustands.

   2. Finden Sie die Oxidationsstufen der übrigen Elemente in der Verbindung. Bestimmen Sie anhand der oben beschriebenen Regeln die Oxidationsstufen der verbleibenden Atome der Verbindung. Vergessen Sie nicht die Ausnahmen von den Regeln im Fall von O-, H-Atomen usw.

      • Für Na 2 SO 4 finden wir anhand unserer Regeln, dass die Ladung (und damit der Oxidationszustand) des Na-Ions +1 beträgt und für jedes der Sauerstoffatome -2.
   3. In Verbindungen muss die Summe aller Oxidationsstufen der Ladung entsprechen. Wenn es sich bei der Verbindung beispielsweise um ein zweiatomiges Ion handelt, muss die Summe der Oxidationsstufen der Atome der gesamten Ionenladung entsprechen.
   4. Es ist sehr nützlich, das Periodensystem nutzen zu können und zu wissen, wo sich darin metallische und nichtmetallische Elemente befinden.
   5. Der Oxidationszustand von Atomen in elementarer Form ist immer Null. Der Oxidationszustand eines einzelnen Ions ist gleich seiner Ladung. Elemente der Gruppe 1A des Periodensystems, wie Wasserstoff, Lithium, Natrium, haben in ihrer elementaren Form eine Oxidationsstufe von +1; Metalle der Gruppe 2A wie Magnesium und Kalzium haben in ihrer elementaren Form eine Oxidationsstufe von +2. Sauerstoff und Wasserstoff können je nach Art der chemischen Bindung zwei verschiedene Oxidationsstufen aufweisen.

Richtig platzieren Oxidationsstufen, müssen Sie vier Regeln beachten.

1) In einer einfachen Substanz ist die Oxidationsstufe eines beliebigen Elements 0. Beispiele: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Sie sollten sich die charakteristischen Elemente merken konstante Oxidationsstufen. Alle sind in der Tabelle aufgeführt.

3) Die höchste Oxidationsstufe eines Elements stimmt in der Regel mit der Nummer der Gruppe überein, in der sich das Element befindet (z. B. befindet sich Phosphor in Gruppe V, der höchste Standardstandard von Phosphor beträgt +5). Wichtige Ausnahmen: F, O.

4) Die Suche nach Oxidationsstufen anderer Elemente basiert auf einer einfachen Regel:

In einem neutralen Molekül ist die Summe der Oxidationsstufen aller Elemente Null und in einem Ion die Ladung des Ions.

Ein paar einfache Beispiele zur Bestimmung von Oxidationsstufen

Beispiel 1. Es ist notwendig, die Oxidationsstufen der Elemente in Ammoniak (NH 3) zu ermitteln.

Lösung. Wir wissen bereits (siehe 2), dass Art. OK. Wasserstoff ist +1. Es bleibt noch, diese Eigenschaft für Stickstoff zu finden. Sei x die gewünschte Oxidationsstufe. Wir erstellen die einfachste Gleichung: x + 3 (+1) = 0. Die Lösung ist offensichtlich: x = -3. Antwort: N -3 H 3 +1.

Beispiel 2. Geben Sie die Oxidationsstufen aller Atome im H 2 SO 4-Molekül an.

Lösung. Die Oxidationsstufen von Wasserstoff und Sauerstoff sind bereits bekannt: H(+1) und O(-2). Wir erstellen eine Gleichung, um den Oxidationszustand von Schwefel zu bestimmen: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0. Wenn wir diese Gleichung lösen, finden wir: x = +6. Antwort: H +1 2 S +6 O -2 4.

Beispiel 3. Berechnen Sie die Oxidationsstufen aller Elemente im Al(NO 3) 3-Molekül.

Lösung. Der Algorithmus bleibt unverändert. Die Zusammensetzung des „Moleküls“ Aluminiumnitrat umfasst ein Al-Atom (+3), 9 Sauerstoffatome (-2) und 3 Stickstoffatome, deren Oxidationsstufe wir berechnen müssen. Die entsprechende Gleichung lautet: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. Antwort: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

Beispiel 4. Bestimmen Sie die Oxidationsstufen aller Atome im (AsO 4) 3-Ion.

Lösung. In diesem Fall entspricht die Summe der Oxidationsstufen nicht mehr Null, sondern der Ladung des Ions, also -3. Gleichung: x + 4 (-2) = -3. Antwort: As(+5), O(-2).

Was tun, wenn die Oxidationsstufen zweier Elemente unbekannt sind?

Ist es möglich, mit einer ähnlichen Gleichung die Oxidationsstufen mehrerer Elemente gleichzeitig zu bestimmen? Wenn wir dieses Problem aus mathematischer Sicht betrachten, wird die Antwort negativ sein. Eine lineare Gleichung mit zwei Variablen kann keine eindeutige Lösung haben. Aber wir lösen mehr als nur eine Gleichung!

Beispiel 5. Bestimmen Sie die Oxidationsstufen aller Elemente in (NH 4) 2 SO 4.

Lösung. Die Oxidationsstufen von Wasserstoff und Sauerstoff sind bekannt, Schwefel und Stickstoff jedoch nicht. Ein klassisches Beispiel für ein Problem mit zwei Unbekannten! Wir betrachten Ammoniumsulfat nicht als ein einzelnes „Molekül“, sondern als eine Kombination aus zwei Ionen: NH 4 + und SO 4 2-. Die Ladungen der Ionen sind uns bekannt; jedes von ihnen enthält nur ein Atom mit unbekannter Oxidationsstufe. Mithilfe der bei der Lösung früherer Probleme gewonnenen Erfahrungen können wir leicht die Oxidationsstufen von Stickstoff und Schwefel ermitteln. Antwort: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Fazit: Wenn ein Molekül mehrere Atome mit unbekannten Oxidationsstufen enthält, versuchen Sie, das Molekül in mehrere Teile zu „spalten“.

So ordnen Sie Oxidationsstufen in organischen Verbindungen an

Beispiel 6. Geben Sie die Oxidationsstufen aller Elemente in CH 3 CH 2 OH an.

Lösung. Das Auffinden von Oxidationsstufen in organischen Verbindungen hat seine eigenen Besonderheiten. Insbesondere ist es notwendig, die Oxidationsstufen für jedes Kohlenstoffatom separat zu ermitteln. Sie können wie folgt argumentieren. Betrachten Sie zum Beispiel das Kohlenstoffatom in der Methylgruppe. Dieses C-Atom ist mit 3 Wasserstoffatomen und einem benachbarten Kohlenstoffatom verbunden. Entlang der C-H-Bindung verschiebt sich die Elektronendichte in Richtung des Kohlenstoffatoms (da die Elektronegativität von C die EO von Wasserstoff übersteigt). Wäre diese Verschiebung vollständig, würde das Kohlenstoffatom eine Ladung von -3 erhalten.

Das C-Atom in der -CH 2 OH-Gruppe ist an zwei Wasserstoffatome (Verschiebung der Elektronendichte in Richtung C), ein Sauerstoffatom (Verschiebung der Elektronendichte in Richtung O) und ein Kohlenstoffatom (man kann davon ausgehen, dass die Verschiebung erfolgt) gebunden in der Elektronendichte tritt in diesem Fall nicht auf). Der Oxidationszustand von Kohlenstoff beträgt -2 +1 +0 = -1.

Antwort: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.

Verwechseln Sie nicht die Begriffe „Wertigkeit“ und „Oxidationszustand“!

Die Oxidationszahl wird oft mit der Wertigkeit verwechselt. Machen Sie diesen Fehler nicht. Ich werde die Hauptunterschiede auflisten:

• die Oxidationsstufe hat ein Vorzeichen (+ oder -), die Wertigkeit nicht;
• Die Oxidationsstufe kann auch in einer komplexen Substanz Null sein; eine Wertigkeit von Null bedeutet in der Regel, dass ein Atom eines bestimmten Elements nicht mit anderen Atomen verbunden ist (wir werden nicht auf Einschlussverbindungen und andere „Exoten“ eingehen). Hier);
• Der Oxidationszustand ist ein formaler Begriff, der nur bei Verbindungen mit Ionenbindungen eine wirkliche Bedeutung erhält; der Begriff „Valenz“ hingegen lässt sich am bequemsten in Bezug auf kovalente Verbindungen anwenden.

Der Oxidationszustand (genauer gesagt sein Modul) ist oft numerisch gleich der Wertigkeit, aber noch häufiger stimmen diese Werte NICHT überein. Beispielsweise beträgt die Oxidationsstufe von Kohlenstoff in CO 2 +4; die Wertigkeit von C ist ebenfalls gleich IV. In Methanol (CH 3 OH) bleibt die Wertigkeit des Kohlenstoffs jedoch gleich und die Oxidationsstufe von C beträgt -1.

Ein kurzer Test zum Thema „Oxidationszustand“

Nehmen Sie sich ein paar Minuten Zeit, um zu überprüfen, ob Sie dieses Thema verstanden haben. Sie müssen fünf einfache Fragen beantworten. Viel Glück!

Das chemische Element in einer Verbindung, berechnet unter der Annahme, dass alle Bindungen ionisch sind.

Oxidationsstufen können einen positiven, negativen oder Nullwert haben, daher ist die algebraische Summe der Oxidationsstufen von Elementen in einem Molekül unter Berücksichtigung der Anzahl ihrer Atome gleich 0 und in einem Ion die Ladung des Ions .

1. Die Oxidationsstufen von Metallen in Verbindungen sind immer positiv.

2. Die höchste Oxidationsstufe entspricht der Nummer der Gruppe des Periodensystems, in der sich das Element befindet (Ausnahmen sind: Au +3(Ich gruppiere), Cu +2(II), ab Gruppe VIII kommt die Oxidationsstufe +8 nur bei Osmium vor Os und Ruthenium Ru.

3. Die Oxidationsstufen von Nichtmetallen hängen davon ab, mit welchem ​​Atom sie verbunden sind:

• bei einem Metallatom ist die Oxidationsstufe negativ;
• Bei einem Nichtmetallatom kann die Oxidationsstufe entweder positiv oder negativ sein. Sie hängt von der Elektronegativität der Atome der Elemente ab.

4. Die höchste negative Oxidationsstufe von Nichtmetallen kann bestimmt werden, indem man von 8 die Nummer der Gruppe abzieht, in der sich das Element befindet, d.h. Die höchste positive Oxidationsstufe ist gleich der Anzahl der Elektronen in der äußeren Schicht, die der Gruppennummer entspricht.

5. Die Oxidationsstufe einfacher Stoffe ist 0, unabhängig davon, ob es sich um ein Metall oder ein Nichtmetall handelt.

Elemente mit konstanten Oxidationsstufen.

Element	Charakteristischer Oxidationszustand	Ausnahmen
		Metallhydride: LIH -1
		Oxidationszustand bezeichnet die bedingte Ladung eines Teilchens unter der Annahme, dass die Bindung vollständig aufgebrochen ist (ionischen Charakter hat). H- Cl = H + + Cl - , Die Bindung in Salzsäure ist polar kovalent. Das Elektronenpaar ist stärker zum Atom hin verschoben Cl - , Weil es ist ein elektronegativeres Element. Wie bestimmt man den Oxidationszustand? Elektronegativität ist die Fähigkeit von Atomen, Elektronen von anderen Elementen anzuziehen. Über dem Element ist die Oxidationszahl angegeben: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,K + Cl - usw. Es kann negativ und positiv sein. Der Oxidationszustand einer einfachen Substanz (ungebundener, freier Zustand) ist Null. Die Oxidationsstufe von Sauerstoff beträgt für die meisten Verbindungen -2 (mit Ausnahme von Peroxiden). H 2 O 2, wo es gleich -1 ist und Verbindungen mit Fluor - Ö +2 F 2 -1 , Ö 2 +1 F 2 -1 ). - Oxidationszustand eines einfachen einatomigen Ions ist gleich seiner Ladung: N / A + , Ca +2 . Wasserstoff hat in seinen Verbindungen eine Oxidationsstufe von +1 (Ausnahmen sind Hydride - N / A + H - und Typenverbindungen C +4 H 4 -1 ). In Metall-Nichtmetall-Bindungen ist die negative Oxidationsstufe das Atom mit der größeren Elektronegativität (Daten zur Elektronegativität werden in der Pauling-Skala angegeben): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NEIN 3 ) - usw. Regeln zur Bestimmung des Oxidationsgrades in chemischen Verbindungen. Nehmen wir die Verbindung KMnO 4 , Es ist notwendig, den Oxidationszustand des Manganatoms zu bestimmen. Argumentation: Kalium ist ein Alkalimetall der Gruppe I des Periodensystems und hat daher nur die positive Oxidationsstufe +1. Sauerstoff hat bekanntlich in den meisten seiner Verbindungen eine Oxidationsstufe von -2. Dieser Stoff ist kein Peroxid und stellt daher keine Ausnahme dar. Bildet die Gleichung: K+Mn X O 4 -2 Lassen X- uns unbekannter Oxidationszustand von Mangan. Die Anzahl der Kaliumatome beträgt 1, Mangan - 1, Sauerstoff - 4. Es ist erwiesen, dass das Molekül als Ganzes elektrisch neutral ist, seine Gesamtladung muss also Null sein. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, X = +7, Dies bedeutet, dass die Oxidationsstufe von Mangan in Kaliumpermanganat = +7 beträgt. Nehmen wir ein weiteres Beispiel für ein Oxid Fe2O3. Es ist notwendig, den Oxidationszustand des Eisenatoms zu bestimmen. Argumentation: Eisen ist ein Metall, Sauerstoff ist ein Nichtmetall, was bedeutet, dass Sauerstoff ein Oxidationsmittel ist und eine negative Ladung hat. Wir wissen, dass Sauerstoff die Oxidationsstufe -2 hat. Wir zählen die Anzahl der Atome: Eisen - 2 Atome, Sauerstoff - 3. Wir erstellen eine Gleichung wo X- Oxidationsstufe des Eisenatoms: 2*(X) + 3*(-2) = 0, Schlussfolgerung: Die Oxidationsstufe von Eisen in diesem Oxid beträgt +3. Beispiele. Bestimmen Sie die Oxidationsstufen aller Atome im Molekül. 1. K2Cr2O7. Oxidationszustand K +1, Sauerstoff O -2. Gegebene Indizes: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2). Weil Ist die algebraische Summe der Oxidationsstufen der Elemente in einem Molekül unter Berücksichtigung der Anzahl ihrer Atome gleich 0, dann ist die Anzahl der positiven Oxidationsstufen gleich der Anzahl der negativen. Oxidationsstufen K+O=(-14)+(+2)=(-12). Daraus folgt, dass das Chromatom 12 positive Kräfte hat, es aber 2 Atome im Molekül gibt, was bedeutet, dass es (+12) pro Atom gibt: 2 = (+6). Antwort: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3- . In diesem Fall entspricht die Summe der Oxidationsstufen nicht mehr Null, sondern der Ladung des Ions, d.h. - 3. Lassen Sie uns eine Gleichung aufstellen: x+4×(- 2)= - 3 . Antwort: (As +5 O 4 -2) 3- .