Ο βαθμός οξείδωσης και οι κανόνες για τον υπολογισμό της. Πώς να προσδιορίσετε την ηλεκτροαρνητικότητα της κατάστασης οξείδωσης, την κατάσταση οξείδωσης, την οξείδωση και την αναγωγή

Μία από τις βασικές έννοιες στη χημεία, που χρησιμοποιείται ευρέως στην προετοιμασία των εξισώσεων των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, είναι κατάσταση οξείδωσης άτομα.

Για πρακτικούς σκοπούς (κατά τη σύνταξη εξισώσεων οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων), είναι βολικό να αναπαραστήσουμε τα φορτία των ατόμων σε μόρια με πολικούς δεσμούς ως ακέραιους αριθμούς ίσους με τα φορτία που θα προέκυπταν στα άτομα εάν τα ηλεκτρόνια σθένους μεταφέρονταν πλήρως σε περισσότερα ηλεκτραρνητικά άτομα. δηλ. αν οι δεσμοί ήταν εντελώς ιοντικοί. Τέτοιες τιμές φορτίου ονομάζονται καταστάσεις οξείδωσης. Η κατάσταση οξείδωσης οποιουδήποτε στοιχείου σε μια απλή ουσία είναι πάντα 0.

Στα μόρια των σύνθετων ουσιών, ορισμένα στοιχεία έχουν πάντα σταθερή κατάσταση οξείδωσης. Τα περισσότερα στοιχεία χαρακτηρίζονται από μεταβλητές καταστάσεις οξείδωσης, οι οποίες διαφέρουν τόσο σε πρόσημο όσο και σε μέγεθος, ανάλογα με τη σύσταση του μορίου.

Συχνά η κατάσταση οξείδωσης είναι ίση με το σθένος και διαφέρει από αυτήν μόνο ως προς το πρόσημο. Υπάρχουν όμως ενώσεις στις οποίες η κατάσταση οξείδωσης ενός στοιχείου δεν είναι ίση με το σθένος του. Όπως έχει ήδη σημειωθεί, σε απλές ουσίες, η κατάσταση οξείδωσης ενός στοιχείου είναι πάντα μηδέν, ανεξάρτητα από το σθένος του. Ο πίνακας συγκρίνει τα σθένη και τις καταστάσεις οξείδωσης ορισμένων στοιχείων σε διάφορες ενώσεις.

Η κατάσταση οξείδωσης ενός ατόμου (στοιχείου) σε μια ένωση, αυτό είναι το υπό όρους φορτίο που υπολογίζεται υποθέτοντας ότι η ένωση αποτελείται μόνο από ιόντα. Κατά τον προσδιορισμό του βαθμού οξείδωσης, θεωρείται υπό όρους ότι τα ηλεκτρόνια σθένους στην ένωση περνούν σε περισσότερα ηλεκτραρνητικά άτομα και επομένως οι ενώσεις αποτελούνται από θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα. Στην πραγματικότητα, στις περισσότερες περιπτώσεις, δεν υπάρχει πλήρης επιστροφή ηλεκτρονίων, αλλά μόνο μια μετατόπιση ενός ζεύγους ηλεκτρονίων από το ένα άτομο στο άλλο. Στη συνέχεια, μπορεί να δοθεί ένας άλλος ορισμός: Η κατάσταση οξείδωσης είναι το ηλεκτρικό φορτίο που θα προέκυπτε σε ένα άτομο εάν τα ζεύγη ηλεκτρονίων με τα οποία συνδέεται με άλλα άτομα της ένωσης μεταφέρονταν σε περισσότερα ηλεκτραρνητικά άτομα και τα ζεύγη ηλεκτρονίων που συνδέουν τα ίδια άτομα θα μοιραζόταν μεταξύ τους.

Κατά τον υπολογισμό των καταστάσεων οξείδωσης, χρησιμοποιούνται ορισμένοι απλοί κανόνες:

1 . Η κατάσταση οξείδωσης των στοιχείων σε απλές ουσίες, τόσο μονατομικές όσο και μοριακές, είναι μηδέν (Fe 0, O 2 0).

2 . Η κατάσταση οξείδωσης ενός στοιχείου με τη μορφή μονοατομικού ιόντος είναι ίση με το φορτίο αυτού του ιόντος (Na +1, Ca +2, S -2).

3 . Σε ενώσεις με ομοιοπολικό πολικό δεσμό, ένα αρνητικό φορτίο αναφέρεται σε ένα πιο ηλεκτραρνητικό άτομο και ένα θετικό φορτίο σε ένα λιγότερο ηλεκτραρνητικό άτομο και οι καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων λαμβάνουν τις ακόλουθες τιμές:

Η κατάσταση οξείδωσης του φθορίου στις ενώσεις είναι πάντα -1.

Η κατάσταση οξείδωσης του οξυγόνου στις ενώσεις είναι -2 (); με εξαίρεση τα υπεροξείδια, όπου τυπικά είναι ίσο με -1 (), το φθοριούχο οξυγόνο, όπου είναι ίσο με +2 (), καθώς και τα υπεροξείδια και τα οζονίδια, στα οποία η κατάσταση οξείδωσης του οξυγόνου είναι -1/2.

Η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου στις ενώσεις είναι +1 (), με εξαίρεση τα υδρίδια μετάλλων, όπου είναι -1 ( );

Για αλκαλικά και αλκαλικά στοιχεία, η κατάσταση οξείδωσης είναι +1 και +2, αντίστοιχα.

Τα περισσότερα στοιχεία μπορούν να εμφανίσουν μεταβλητές καταστάσεις οξείδωσης.

4 . Το αλγεβρικό άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης σε ένα ουδέτερο μόριο είναι μηδέν, σε ένα μιγαδικό ιόν είναι το φορτίο του ιόντος.

Για στοιχεία με μεταβλητή κατάσταση οξείδωσης, η τιμή του είναι εύκολο να υπολογιστεί, γνωρίζοντας τον τύπο της ένωσης και χρησιμοποιώντας τον κανόνα Νο. 4. Για παράδειγμα, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η κατάσταση οξείδωσης του φωσφόρου στο φωσφορικό οξύ H 3 PO 4 . Δεδομένου ότι το οξυγόνο έχει CO \u003d -2 και το υδρογόνο έχει CO \u003d +1, τότε για ένα μηδενικό άθροισμα σε φώσφορο, η κατάσταση οξείδωσης πρέπει να είναι ίση με +5:

Για παράδειγμα, στο NH 4 Cl, το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης όλων των ατόμων υδρογόνου είναι 4 × (+1) και η κατάσταση οξείδωσης του χλωρίου είναι -1, επομένως, η κατάσταση οξείδωσης του αζώτου πρέπει να είναι ίση με -3. Στο θειικό ιόν SO 4 2–, το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης των τεσσάρων ατόμων οξυγόνου είναι -8, επομένως το θείο πρέπει να έχει κατάσταση οξείδωσης +6 έτσι ώστε το συνολικό φορτίο του ιόντος να είναι -2.

Η έννοια του βαθμού οξείδωσης για τις περισσότερες ενώσεις είναι υπό όρους, επειδή δεν αντικατοπτρίζει το πραγματικό αποτελεσματικό φορτίο του ατόμου, αλλά αυτή η έννοια χρησιμοποιείται πολύ ευρέως στη χημεία.

Η μέγιστη, και για τα μη μέταλλα και η ελάχιστη, κατάσταση οξείδωσης έχει περιοδική εξάρτηση από τον αύξοντα αριθμό στο PSCE D.I. Mendeleev, που οφείλεται στην ηλεκτρονική δομή του ατόμου.

Στοιχείο	Τιμές κατάστασης οξείδωσης και σύνθετα παραδείγματα
φά	–1 (HF, KF)
Ο	–2 (H2O, CaO, CO2); –1 (H 2 O 2); +2 (από 2)
Ν	–3 (NH3); –2(Ν2Η4); –1 (NH 2 OH); +1 (Ν2Ο); +2 (ΟΧΙ); +3 (Ν2Ο3, ΗΝΟ2); +4 (NO 2); +5 (N 2 O 5, HNO 3)
Cl	–1 (HCl, NaCl); +1 (NaClO); +3 (NaClO2); +5 (NaClO 3); +7 (Cl 2 O 7, NaClO 4)
Br	–1 (KBr); +1 (BrF); +3 (BrF 3); +5 (KBrO 3)
Εγώ	–1 (HI); +1 (ICl); +3 (ICl 3); +5 (I 2 O 5); +7 (IO 3 F, K 5 IO 6)
ντο	–4 (CH4); +2 (CO); +4 (CO 2 , CCl 4)
Σι	–4 (Ca 2 Si); +2 (SiO); +4 (SiO 2 , H 2 SiO 3 , SiF 4)
H	–1 (LiH); +1 (H 2 O, HCl)
μικρό	–2 (H2S, FeS); +2 (Na2S2O3); +3 (Na2S2O4); +4 (SO2, Na2S03, SF4); +6 (SO 3 , H 2 SO 4 , SF 6)
Se, Te	–2 (H 2 Se, H 2 Te ); +2 (SeCl2, TeCl2); +4 (SeO 2, TeO 2); +6 (H 2 SeO 4 , H 2 TeO 4)
Π	–3 (PH 3); +1 (H3PO2); +3 (H3PO3); +5 (P 2 O 5 , H 3 PO 4)
Όπως, ο Sb	–3 (GaAs, Zn 3 Sb 2); +3 (AsCl3, Sb2O3); +5 (H 3 AsO 4, SbCl 5)
Λι, Να, Κ	+1 (NaCl)
Be, Mg, Ca	+2 (MgO, CaCO 3)
Ο Αλ	+3 (Al 2 O 3, AlCl 3)
Cr	+2 (CrCl2); +3 (Cr2O3, Cr2 (SO4)3); +4 (CrO2); +6 (K 2 CrO 4 , K 2 Cr 2 O 7)
Mn	+2 (MnSO4); +3 (Mn 2 (SO 4) 3); +4 (MnO2); +6 (K2MnO4); +7 (KMnO 4)
Fe	+2 (FeO, FeS04); +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)
Αγ	+1 (AgNO3)
Au	+1 (AuCl); +3 (AuCl 3, KAuCl 4)
Zn	+2 (ZnO, ZnSO4)
hg	+1 (Hg 2 Cl 2); +2 (HgO, HgCl 2)
sn	+2 (SnO); +4 (SnO 2, SnCl 4)
Pb	+2 (PbO, PbSO 4); +4 (PbO2)

Στις χημικές αντιδράσεις πρέπει να τηρείται ο κανόνας διατήρησης του αλγεβρικού αθροίσματος των καταστάσεων οξείδωσης όλων των ατόμων. Στην πλήρη εξίσωση μιας χημικής αντίδρασης, οι διεργασίες οξείδωσης και αναγωγής πρέπει να αντισταθμίζουν ακριβώς η μία την άλλη Αν και ο βαθμός οξείδωσης, όπως σημειώθηκε παραπάνω, είναι μια μάλλον τυπική έννοια, χρησιμοποιείται στη χημεία για τους εξής σκοπούς: πρώτον, για να σχεδιάσει επάνω εξισώσεις αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, και δεύτερον, να προβλέψει τις ιδιότητες οξειδοαναγωγής στοιχείων σε μια ένωση.

Πολλά στοιχεία χαρακτηρίζονται από πολλές τιμές καταστάσεων οξείδωσης και υπολογίζοντας την κατάσταση οξείδωσης, μπορούν να προβλεφθούν οι οξειδοαναγωγικές ιδιότητες: ένα στοιχείο στην υψηλότερη αρνητική κατάσταση οξείδωσης μπορεί να δώσει μόνο ηλεκτρόνια (οξειδώνει) και να είναι αναγωγικός παράγοντας, στην υψηλότερη θετική κατάσταση οξείδωσης μπορεί να δεχθεί μόνο ηλεκτρόνια (αναγωγή) και να είναι οξειδωτικός παράγοντας, σε ενδιάμεσες καταστάσεις οξείδωσης - τόσο οξειδωμένο όσο και ανηγμένο.

Η οξείδωση-αναγωγή είναι μια ενιαία, αλληλένδετη διαδικασία. Οξείδωση αντιστοιχεί σε αύξηση της κατάστασης οξείδωσης του στοιχείου, και ανάκτηση - η μείωσή του.

Πολλά εγχειρίδια ακολουθούν την ερμηνεία της οξείδωσης ως απώλειας ηλεκτρονίων και της αναγωγής ως προσθήκης τους. Αυτή η προσέγγιση, που προτάθηκε από τον Ρώσο επιστήμονα Pisarzhevsky (1916), είναι εφαρμόσιμη σε ηλεκτροχημικές διεργασίες στα ηλεκτρόδια και αναφέρεται στην εκφόρτιση (φόρτιση) ιόντων και μορίων.

Ωστόσο, η εξήγηση της αλλαγής των καταστάσεων οξείδωσης ως διεργασίες αποκόλλησης και προσθήκης ηλεκτρονίων είναι γενικά εσφαλμένη. Μπορεί να εφαρμοστεί σε μερικά απλά ιόντα όπως

Cl--®Cl0.

Να αλλάξει την κατάσταση οξείδωσης των ατόμων σε σύνθετα ιόντα του τύπου

CrO 4 2 - ®Cr +3

μια μείωση στη θετική κατάσταση οξείδωσης του χρωμίου από +6 σε +3 αντιστοιχεί σε μικρότερη πραγματική αύξηση του θετικού φορτίου (στο Cr στο CrO 4 2 - πραγματικό φορτίο "+0,2 φορτίο ηλεκτρονίων, και στο Cr +3 - από +2 έως +1,5 σε διαφορετικές ενώσεις).

Η μεταφορά φορτίου από τον αναγωγικό παράγοντα στον οξειδωτικό παράγοντα, η οποία ισούται με τη μεταβολή του βαθμού οξείδωσης, συμβαίνει σε αυτή την περίπτωση με τη συμμετοχή άλλων σωματιδίων, για παράδειγμα, ιόντων H +:

CrO 4 2 - + 8H + + 3 ®Cr +3 + 4H 2 O.

Το λήμμα που παρουσιάζεται έχει τίτλο μισές αντιδράσεις .

Παρόμοιες πληροφορίες.

Στη χημεία, οι όροι «οξείδωση» και «αναγωγή» σημαίνουν αντιδράσεις κατά τις οποίες ένα άτομο ή μια ομάδα ατόμων χάνει ή, αντίστοιχα, αποκτά ηλεκτρόνια. Η κατάσταση οξείδωσης είναι μια αριθμητική τιμή που αποδίδεται σε ένα ή περισσότερα άτομα που χαρακτηρίζει τον αριθμό των ανακατανεμημένων ηλεκτρονίων και δείχνει πώς αυτά τα ηλεκτρόνια κατανέμονται μεταξύ των ατόμων κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Ο προσδιορισμός αυτής της ποσότητας μπορεί να είναι τόσο απλή όσο και αρκετά περίπλοκη διαδικασία, ανάλογα με τα άτομα και τα μόρια που αποτελούνται από αυτά. Επιπλέον, τα άτομα ορισμένων στοιχείων μπορεί να έχουν πολλές καταστάσεις οξείδωσης. Ευτυχώς, υπάρχουν απλοί σαφείς κανόνες για τον προσδιορισμό του βαθμού οξείδωσης, για τη σίγουρη χρήση των οποίων αρκεί να γνωρίζουμε τα βασικά της χημείας και της άλγεβρας.

Βήματα

Μέρος 1

Προσδιορισμός του βαθμού οξείδωσης σύμφωνα με τους νόμους της χημείας

Προσδιορίστε εάν η εν λόγω ουσία είναι στοιχειώδης.Η κατάσταση οξείδωσης των ατόμων έξω από μια χημική ένωση είναι μηδέν. Αυτός ο κανόνας ισχύει τόσο για ουσίες που σχηματίζονται από μεμονωμένα ελεύθερα άτομα όσο και για εκείνες που αποτελούνται από δύο ή πολυατομικά μόρια ενός στοιχείου.

• Για παράδειγμα, το Al(s) και το Cl 2 έχουν κατάσταση οξείδωσης 0 επειδή και τα δύο βρίσκονται σε χημικά ασυνδυασμένη στοιχειακή κατάσταση.
• Σημειώστε ότι η αλλοτροπική μορφή του θείου S 8, ή οκταθείου, παρά την άτυπη δομή του, χαρακτηρίζεται επίσης από κατάσταση μηδενικής οξείδωσης.

1. Προσδιορίστε εάν η εν λόγω ουσία αποτελείται από ιόντα.Η κατάσταση οξείδωσης των ιόντων είναι ίση με το φορτίο τους. Αυτό ισχύει τόσο για τα ελεύθερα ιόντα όσο και για εκείνα που αποτελούν μέρος χημικών ενώσεων.

   • Για παράδειγμα, η κατάσταση οξείδωσης του ιόντος Cl είναι -1.
   • Η κατάσταση οξείδωσης του ιόντος Cl στη χημική ένωση NaCl είναι επίσης -1. Εφόσον το ιόν Na, εξ ορισμού, έχει φορτίο +1, συμπεραίνουμε ότι το φορτίο του ιόντος Cl είναι -1, και επομένως η κατάσταση οξείδωσής του είναι -1.

2. Σημειώστε ότι τα μεταλλικά ιόντα μπορούν να έχουν πολλές καταστάσεις οξείδωσης.Τα άτομα πολλών μεταλλικών στοιχείων μπορούν να ιονιστούν σε διαφορετικούς βαθμούς. Για παράδειγμα, το φορτίο των ιόντων ενός μετάλλου όπως ο σίδηρος (Fe) είναι +2 ή +3. Το φορτίο των μεταλλικών ιόντων (και ο βαθμός οξείδωσής τους) μπορεί να προσδιοριστεί από τα φορτία ιόντων άλλων στοιχείων με τα οποία αυτό το μέταλλο αποτελεί μέρος μιας χημικής ένωσης. στο κείμενο, αυτό το φορτίο υποδεικνύεται με λατινικούς αριθμούς: για παράδειγμα, ο σίδηρος (III) έχει κατάσταση οξείδωσης +3.

   • Ως παράδειγμα, θεωρήστε μια ένωση που περιέχει ένα ιόν αργιλίου. Το συνολικό φορτίο της ένωσης AlCl 3 είναι μηδέν. Εφόσον γνωρίζουμε ότι τα ιόντα Cl- έχουν φορτίο -1 και η ένωση περιέχει 3 τέτοια ιόντα, για την πλήρη ουδετερότητα της εν λόγω ουσίας, το ιόν Al πρέπει να έχει φορτίο +3. Έτσι, σε αυτή την περίπτωση, η κατάσταση οξείδωσης του αλουμινίου είναι +3.

3. Η κατάσταση οξείδωσης του οξυγόνου είναι -2 (με ορισμένες εξαιρέσεις).Σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις, τα άτομα οξυγόνου έχουν κατάσταση οξείδωσης -2. Υπάρχουν αρκετές εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα:

   • Εάν το οξυγόνο βρίσκεται σε στοιχειακή κατάσταση (O 2 ), η κατάσταση οξείδωσής του είναι 0, όπως συμβαίνει και με άλλες στοιχειώδεις ουσίες.
   • Εάν περιλαμβάνεται οξυγόνο υπεροξείδια, η οξειδωτική του κατάσταση είναι -1. Τα υπεροξείδια είναι μια ομάδα ενώσεων που περιέχουν έναν μοναδικό δεσμό οξυγόνου-οξυγόνου (δηλαδή το ανιόν υπεροξειδίου O 2 -2). Για παράδειγμα, στη σύνθεση του μορίου H 2 O 2 (υπεροξείδιο του υδρογόνου), το οξυγόνο έχει φορτίο και κατάσταση οξείδωσης -1.
   • Σε συνδυασμό με το φθόριο, το οξυγόνο έχει κατάσταση οξείδωσης +2, δείτε τον κανόνα για το φθόριο παρακάτω.

4. Το υδρογόνο έχει κατάσταση οξείδωσης +1, με λίγες εξαιρέσεις.Όπως και με το οξυγόνο, υπάρχουν και εξαιρέσεις. Κατά κανόνα, η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου είναι +1 (εκτός εάν βρίσκεται στη στοιχειακή κατάσταση H 2). Ωστόσο, στις ενώσεις που ονομάζονται υδρίδια, η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου είναι -1.

   • Για παράδειγμα, στο H 2 O, η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου είναι +1, καθώς το άτομο οξυγόνου έχει φορτίο -2 και χρειάζονται δύο φορτία +1 για τη συνολική ουδετερότητα. Ωστόσο, στη σύνθεση του υδριδίου του νατρίου, η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου είναι ήδη -1, αφού το ιόν Na φέρει φορτίο +1, και για ολική ηλεκτροουδετερότητα, το φορτίο του ατόμου του υδρογόνου (και επομένως η κατάσταση οξείδωσής του) πρέπει να είναι -1.

5. Φθόριο Πάνταέχει κατάσταση οξείδωσης -1.Όπως έχει ήδη σημειωθεί, ο βαθμός οξείδωσης ορισμένων στοιχείων (ιόντα μετάλλων, άτομα οξυγόνου σε υπεροξείδια κ.λπ.) μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με διάφορους παράγοντες. Η κατάσταση οξείδωσης του φθορίου, ωστόσο, είναι πάντα -1. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι αυτό το στοιχείο έχει την υψηλότερη ηλεκτραρνητικότητα - με άλλα λόγια, τα άτομα φθορίου είναι τα λιγότερο πρόθυμα να αποχωριστούν τα δικά τους ηλεκτρόνια και προσελκύουν πιο ενεργά τα ηλεκτρόνια άλλων ανθρώπων. Έτσι, η χρέωση τους παραμένει αμετάβλητη.

6. Το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης σε μια ένωση είναι ίσο με το φορτίο της.Οι καταστάσεις οξείδωσης όλων των ατόμων που συνθέτουν μια χημική ένωση, συνολικά, θα πρέπει να δίνουν το φορτίο αυτής της ένωσης. Για παράδειγμα, εάν μια ένωση είναι ουδέτερη, το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης όλων των ατόμων της πρέπει να είναι μηδέν. εάν η ένωση είναι ένα πολυατομικό ιόν με φορτίο -1, το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης είναι -1, και ούτω καθεξής.

   • Αυτή είναι μια καλή μέθοδος ελέγχου - εάν το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης δεν ισούται με το συνολικό φορτίο της ένωσης, τότε κάπου κάνετε λάθος.

   Μέρος 2ο

   Προσδιορισμός της κατάστασης οξείδωσης χωρίς τη χρήση των νόμων της χημείας

   1. Βρείτε άτομα που δεν έχουν αυστηρούς κανόνες σχετικά με την κατάσταση οξείδωσης.Σε σχέση με ορισμένα στοιχεία, δεν υπάρχουν σταθεροί κανόνες για την εύρεση του βαθμού οξείδωσης. Εάν ένα άτομο δεν εμπίπτει σε κανέναν από τους κανόνες που αναφέρονται παραπάνω και δεν γνωρίζετε το φορτίο του (για παράδειγμα, το άτομο είναι μέρος ενός συμπλέγματος και το φορτίο του δεν αναφέρεται), μπορείτε να προσδιορίσετε την κατάσταση οξείδωσης ενός τέτοιου άτομο με εξάλειψη. Αρχικά, προσδιορίστε το φορτίο όλων των άλλων ατόμων της ένωσης και, στη συνέχεια, από το γνωστό συνολικό φορτίο της ένωσης, υπολογίστε την κατάσταση οξείδωσης αυτού του ατόμου.

      • Για παράδειγμα, στην ένωση Na 2 SO 4, το φορτίο του ατόμου θείου (S) είναι άγνωστο - γνωρίζουμε μόνο ότι δεν είναι μηδέν, αφού το θείο δεν βρίσκεται στη στοιχειώδη κατάσταση. Αυτή η ένωση χρησιμεύει ως καλό παράδειγμα για την απεικόνιση της αλγεβρικής μεθόδου προσδιορισμού της κατάστασης οξείδωσης.

   2. Να βρείτε τις καταστάσεις οξείδωσης των υπολοίπων στοιχείων της ένωσης.Χρησιμοποιώντας τους κανόνες που περιγράφονται παραπάνω, προσδιορίστε τις καταστάσεις οξείδωσης των υπόλοιπων ατόμων της ένωσης. Μην ξεχνάτε τις εξαιρέσεις στον κανόνα στην περίπτωση των O, H και ούτω καθεξής.

      • Για το Na 2 SO 4 , χρησιμοποιώντας τους κανόνες μας, βρίσκουμε ότι το φορτίο (και επομένως η κατάσταση οξείδωσης) του ιόντος Na είναι +1 και για καθένα από τα άτομα οξυγόνου είναι -2.
   3. Στις ενώσεις, το άθροισμα όλων των καταστάσεων οξείδωσης πρέπει να είναι ίσο με το φορτίο. Για παράδειγμα, εάν η ένωση είναι διατομικό ιόν, το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης των ατόμων πρέπει να είναι ίσο με το συνολικό ιοντικό φορτίο.
   4. Είναι πολύ χρήσιμο να μπορείς να χρησιμοποιήσεις τον περιοδικό πίνακα του Mendeleev και να γνωρίζεις πού βρίσκονται τα μεταλλικά και μη μεταλλικά στοιχεία σε αυτόν.
   5. Η κατάσταση οξείδωσης των ατόμων στη στοιχειώδη μορφή είναι πάντα μηδέν. Η κατάσταση οξείδωσης ενός μόνο ιόντος είναι ίση με το φορτίο του. Στοιχεία της ομάδας 1Α του περιοδικού πίνακα, όπως υδρογόνο, λίθιο, νάτριο, σε στοιχειακή μορφή έχουν κατάσταση οξείδωσης +1. η κατάσταση οξείδωσης των μετάλλων της ομάδας 2Α, όπως το μαγνήσιο και το ασβέστιο, στη στοιχειακή του μορφή είναι +2. Το οξυγόνο και το υδρογόνο, ανάλογα με τον τύπο του χημικού δεσμού, μπορούν να έχουν 2 διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης.

Για να τοποθετήσετε σωστά καταστάσεις οξείδωσηςΥπάρχουν τέσσερις κανόνες που πρέπει να θυμάστε.

1) Σε μια απλή ουσία, η κατάσταση οξείδωσης οποιουδήποτε στοιχείου είναι 0. Παραδείγματα: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Θα πρέπει να θυμάστε τα στοιχεία για τα οποία είναι χαρακτηριστικά σταθερές καταστάσεις οξείδωσης. Όλα αυτά παρατίθενται στον πίνακα.

3) Η υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης ενός στοιχείου, κατά κανόνα, συμπίπτει με τον αριθμό της ομάδας στην οποία βρίσκεται αυτό το στοιχείο (για παράδειγμα, ο φώσφορος βρίσκεται στην ομάδα V, το υψηλότερο SD του φωσφόρου είναι +5). Σημαντικές εξαιρέσεις: F, O.

4) Η αναζήτηση για τις καταστάσεις οξείδωσης των υπόλοιπων στοιχείων βασίζεται σε έναν απλό κανόνα:

Σε ένα ουδέτερο μόριο, το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης όλων των στοιχείων είναι ίσο με μηδέν, και σε ένα ιόν - το φορτίο του ιόντος.

Μερικά απλά παραδείγματα για τον προσδιορισμό των καταστάσεων οξείδωσης

Παράδειγμα 1. Είναι απαραίτητο να βρεθούν οι καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων στην αμμωνία (NH 3).

Λύση. Γνωρίζουμε ήδη (βλ. 2) ότι το άρθ. ΕΝΤΑΞΕΙ. Το υδρογόνο είναι +1. Απομένει να βρεθεί αυτό το χαρακτηριστικό για το άζωτο. Έστω x η επιθυμητή κατάσταση οξείδωσης. Συνθέτουμε την απλούστερη εξίσωση: x + 3 (+1) \u003d 0. Η λύση είναι προφανής: x \u003d -3. Απάντηση: N -3 H 3 +1.

Παράδειγμα 2. Προσδιορίστε τις καταστάσεις οξείδωσης όλων των ατόμων στο μόριο H 2 SO 4.

Λύση. Οι καταστάσεις οξείδωσης του υδρογόνου και του οξυγόνου είναι ήδη γνωστές: Η(+1) και Ο(-2). Συνθέτουμε μια εξίσωση για τον προσδιορισμό του βαθμού οξείδωσης του θείου: 2 (+1) + x + 4 (-2) \u003d 0. Λύνοντας αυτήν την εξίσωση, βρίσκουμε: x \u003d +6. Απάντηση: H +1 2 S +6 O -2 4 .

Παράδειγμα 3. Υπολογίστε τις καταστάσεις οξείδωσης όλων των στοιχείων στο μόριο Al(NO 3) 3.

Λύση. Ο αλγόριθμος παραμένει αμετάβλητος. Η σύνθεση του «μορίου» του νιτρικού αργιλίου περιλαμβάνει ένα άτομο Al (+3), 9 άτομα οξυγόνου (-2) και 3 άτομα αζώτου, την κατάσταση οξείδωσης των οποίων πρέπει να υπολογίσουμε. Αντίστοιχη εξίσωση: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. Απάντηση: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

Παράδειγμα 4. Προσδιορίστε τις καταστάσεις οξείδωσης όλων των ατόμων στο ιόν (AsO 4) 3-.

Λύση. Στην περίπτωση αυτή, το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης δεν θα είναι πλέον ίσο με το μηδέν, αλλά με το φορτίο του ιόντος, δηλαδή -3. Εξίσωση: x + 4 (-2) = -3. Απάντηση: Ως(+5), Ο(-2).

Τι να κάνετε εάν οι καταστάσεις οξείδωσης δύο στοιχείων είναι άγνωστες

Είναι δυνατόν να προσδιοριστούν οι καταστάσεις οξείδωσης πολλών στοιχείων ταυτόχρονα χρησιμοποιώντας μια παρόμοια εξίσωση; Αν εξετάσουμε αυτό το πρόβλημα από τη σκοπιά των μαθηματικών, η απάντηση θα είναι αρνητική. Μια γραμμική εξίσωση με δύο μεταβλητές δεν μπορεί να έχει μοναδική λύση. Αλλά δεν λύνουμε μόνο μια εξίσωση!

Παράδειγμα 5. Προσδιορίστε τις καταστάσεις οξείδωσης όλων των στοιχείων στο (NH 4) 2 SO 4.

Λύση. Οι καταστάσεις οξείδωσης του υδρογόνου και του οξυγόνου είναι γνωστές, αλλά το θείο και το άζωτο δεν είναι. Κλασικό παράδειγμα προβλήματος με δύο άγνωστα! Θα θεωρήσουμε το θειικό αμμώνιο όχι ως ένα μόνο «μόριο», αλλά ως συνδυασμό δύο ιόντων: NH 4 + και SO 4 2-. Γνωρίζουμε τα φορτία των ιόντων, καθένα από αυτά περιέχει μόνο ένα άτομο με άγνωστο βαθμό οξείδωσης. Χρησιμοποιώντας την εμπειρία που αποκτήθηκε στην επίλυση προηγούμενων προβλημάτων, μπορούμε εύκολα να βρούμε τις καταστάσεις οξείδωσης του αζώτου και του θείου. Απάντηση: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Συμπέρασμα: εάν το μόριο περιέχει πολλά άτομα με άγνωστες καταστάσεις οξείδωσης, προσπαθήστε να «διαιρέσετε» το μόριο σε πολλά μέρη.

Πώς να τακτοποιήσετε τις καταστάσεις οξείδωσης σε οργανικές ενώσεις

Παράδειγμα 6. Αναφέρετε τις καταστάσεις οξείδωσης όλων των στοιχείων στο CH 3 CH 2 OH.

Λύση. Η εύρεση καταστάσεων οξείδωσης σε οργανικές ενώσεις έχει τις δικές της ιδιαιτερότητες. Ειδικότερα, είναι απαραίτητο να βρεθούν χωριστά οι καταστάσεις οξείδωσης για κάθε άτομο άνθρακα. Μπορείτε να αιτιολογήσετε ως εξής. Εξετάστε, για παράδειγμα, το άτομο άνθρακα στην ομάδα μεθυλίου. Αυτό το άτομο C συνδέεται με 3 άτομα υδρογόνου και ένα γειτονικό άτομο άνθρακα. Στον δεσμό C-H, η πυκνότητα των ηλεκτρονίων μετατοπίζεται προς το άτομο άνθρακα (επειδή η ηλεκτραρνητικότητα του C υπερβαίνει την EO του υδρογόνου). Εάν αυτή η μετατόπιση ήταν πλήρης, το άτομο άνθρακα θα αποκτούσε φορτίο -3.

Το άτομο C στην ομάδα -CH 2 OH συνδέεται με δύο άτομα υδρογόνου (μετατόπιση πυκνότητας ηλεκτρονίων προς το C), ένα άτομο οξυγόνου (μετατόπιση πυκνότητας ηλεκτρονίων προς το Ο) και ένα άτομο άνθρακα (μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι μετατοπίσεις στην πυκνότητα ηλεκτρονίων σε αυτό περίπτωση δεν συμβαίνει). Η κατάσταση οξείδωσης του άνθρακα είναι -2 +1 +0 = -1.

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

Μην συγχέετε τις έννοιες «σθένος» και «κατάσταση οξείδωσης»!

Η κατάσταση οξείδωσης συχνά συγχέεται με το σθένος. Μην κάνετε αυτό το λάθος. Θα αναφέρω τις κύριες διαφορές:

• η κατάσταση οξείδωσης έχει σύμβολο (+ ή -), σθένος - όχι.
• ο βαθμός οξείδωσης μπορεί να είναι ίσος με μηδέν ακόμη και σε μια σύνθετη ουσία, η ισότητα του σθένους προς το μηδέν σημαίνει, κατά κανόνα, ότι το άτομο αυτού του στοιχείου δεν συνδέεται με άλλα άτομα (δεν θα συζητήσουμε κανενός είδους ενώσεις συμπερίληψης και άλλα "εξωτικά" εδώ).
• ο βαθμός οξείδωσης είναι μια τυπική έννοια που αποκτά πραγματικό νόημα μόνο σε ενώσεις με ιοντικούς δεσμούς, η έννοια του "σθένους", αντίθετα, εφαρμόζεται πιο εύκολα σε σχέση με ομοιοπολικές ενώσεις.

Η κατάσταση οξείδωσης (ακριβέστερα, ο συντελεστής της) είναι συχνά αριθμητικά ίση με το σθένος, αλλά ακόμη πιο συχνά αυτές οι τιμές ΔΕΝ συμπίπτουν. Για παράδειγμα, η κατάσταση οξείδωσης του άνθρακα στο CO 2 είναι +4. Το σθένος C είναι επίσης ίσο με IV. Αλλά στη μεθανόλη (CH 3 OH), το σθένος του άνθρακα παραμένει το ίδιο και η κατάσταση οξείδωσης του C είναι -1.

Ένα μικρό τεστ με θέμα "Ο βαθμός οξείδωσης"

Αφιερώστε λίγα λεπτά για να ελέγξετε πώς καταλάβατε αυτό το θέμα. Πρέπει να απαντήσετε σε πέντε απλές ερωτήσεις. Καλή τύχη!

Ένα χημικό στοιχείο σε μια ένωση, που υπολογίζεται από την υπόθεση ότι όλοι οι δεσμοί είναι ιοντικοί.

Οι καταστάσεις οξείδωσης μπορεί να έχουν θετική, αρνητική ή μηδενική τιμή, επομένως το αλγεβρικό άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης των στοιχείων σε ένα μόριο, λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό των ατόμων τους, είναι 0 και σε ένα ιόν - το φορτίο του ιόντος.

1. Οι καταστάσεις οξείδωσης των μετάλλων στις ενώσεις είναι πάντα θετικές.

2. Η υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας του περιοδικού συστήματος όπου βρίσκεται αυτό το στοιχείο (η εξαίρεση είναι: Au+3(Ι ομάδα), Cu+2(II), από την ομάδα VIII, η κατάσταση οξείδωσης +8 μπορεί να είναι μόνο στο όσμιο Osκαι ρουθήνιο Ru.

3. Οι καταστάσεις οξείδωσης των μη μετάλλων εξαρτώνται από το άτομο με το οποίο συνδέεται:

• εάν με άτομο μετάλλου, τότε η κατάσταση οξείδωσης είναι αρνητική.
• εάν με άτομο μη μετάλλου, τότε η κατάσταση οξείδωσης μπορεί να είναι θετική και αρνητική. Εξαρτάται από την ηλεκτραρνητικότητα των ατόμων των στοιχείων.

4. Η υψηλότερη αρνητική κατάσταση οξείδωσης των μη μετάλλων μπορεί να προσδιοριστεί αφαιρώντας από το 8 τον αριθμό της ομάδας στην οποία βρίσκεται αυτό το στοιχείο, δηλ. η υψηλότερη θετική κατάσταση οξείδωσης είναι ίση με τον αριθμό των ηλεκτρονίων στην εξωτερική στιβάδα, που αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας.

5. Οι καταστάσεις οξείδωσης των απλών ουσιών είναι 0, ανεξάρτητα από το αν είναι μέταλλο ή αμέταλλο.

Στοιχεία με σταθερές καταστάσεις οξείδωσης.

Στοιχείο	Χαρακτηριστική κατάσταση οξείδωσης	Εξαιρέσεις
		Υδρίδια μετάλλων: LIH-1
		κατάσταση οξείδωσηςονομάζεται υπό όρους φορτίο του σωματιδίου με την υπόθεση ότι ο δεσμός έχει σπάσει τελείως (έχει ιοντικό χαρακτήρα). H- Cl = H + + Cl - , Ο δεσμός στο υδροχλωρικό οξύ είναι ομοιοπολικός πολικός. Το ζεύγος ηλεκτρονίων είναι πιο προκατειλημμένο προς το άτομο Cl - , επειδή είναι πιο ηλεκτραρνητικό ολόκληρο στοιχείο. Πώς να προσδιορίσετε τον βαθμό οξείδωσης; Ηλεκτραρνητικότηταείναι η ικανότητα των ατόμων να προσελκύουν ηλεκτρόνια από άλλα στοιχεία. Η κατάσταση οξείδωσης υποδεικνύεται πάνω από το στοιχείο: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,κ + Cl - και τα λοιπά. Μπορεί να είναι αρνητικό και θετικό. Η κατάσταση οξείδωσης μιας απλής ουσίας (αδέσμευτη, ελεύθερη κατάσταση) είναι μηδέν. Η κατάσταση οξείδωσης του οξυγόνου στις περισσότερες ενώσεις είναι -2 (η εξαίρεση είναι τα υπεροξείδια H 2 O 2, όπου είναι -1 και ενώσεις με φθόριο - Ο +2 φά 2 -1 , Ο 2 +1 φά 2 -1 ). - Κατάσταση οξείδωσηςένα απλό μονοατομικό ιόν είναι ίσο με το φορτίο του: Να + , Ca +2 . Το υδρογόνο στις ενώσεις του έχει κατάσταση οξείδωσης +1 (εξαιρούνται τα υδρίδια - Να + H - και πληκτρολογήστε συνδέσεις ντο +4 H 4 -1 ). Στους δεσμούς μετάλλου-μη μετάλλου, το άτομο που έχει την υψηλότερη ηλεκτραρνητικότητα έχει αρνητική κατάσταση οξείδωσης (τα δεδομένα ηλεκτροαρνητικότητας δίνονται στην κλίμακα Pauling): H + φά - , Cu + Br - , Ca +2 (ΟΧΙ 3 ) - και τα λοιπά. Κανόνες για τον προσδιορισμό του βαθμού οξείδωσης σε χημικές ενώσεις. Ας πάρουμε μια σύνδεση KMnO 4 , είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η κατάσταση οξείδωσης του ατόμου του μαγγανίου. Αιτιολογία: Το κάλιο είναι ένα μέταλλο αλκαλίου στην ομάδα Ι του περιοδικού πίνακα και επομένως έχει μόνο θετική κατάσταση οξείδωσης +1. Το οξυγόνο είναι γνωστό ότι έχει μια κατάσταση οξείδωσης -2 στις περισσότερες από τις ενώσεις του. Αυτή η ουσία δεν είναι υπεροξείδιο, πράγμα που σημαίνει ότι δεν αποτελεί εξαίρεση. Φτιάχνει μια εξίσωση: Κ+MnXO 4 -2 Αφήνω Χ- άγνωστος σε εμάς ο βαθμός οξείδωσης του μαγγανίου. Ο αριθμός των ατόμων καλίου είναι 1, μαγγάνιο - 1, οξυγόνο - 4. Αποδεικνύεται ότι το μόριο στο σύνολό του είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, επομένως το συνολικό του φορτίο πρέπει να είναι ίσο με μηδέν. 1*(+1) + 1*(Χ) + 4(-2) = 0, X = +7, Ως εκ τούτου, η κατάσταση οξείδωσης του μαγγανίου στο υπερμαγγανικό κάλιο = +7. Ας πάρουμε ένα άλλο παράδειγμα οξειδίου Fe2O3. Είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η κατάσταση οξείδωσης του ατόμου σιδήρου. Αιτιολογία: Ο σίδηρος είναι μέταλλο, το οξυγόνο είναι αμέταλλο, που σημαίνει ότι είναι το οξυγόνο που θα είναι οξειδωτικό και θα έχει αρνητικό φορτίο. Γνωρίζουμε ότι το οξυγόνο έχει κατάσταση οξείδωσης -2. Θεωρούμε τον αριθμό των ατόμων: σίδηρος - 2 άτομα, οξυγόνο - 3. Κάνουμε μια εξίσωση όπου Χ- η κατάσταση οξείδωσης του ατόμου του σιδήρου: 2*(X) + 3*(-2) = 0, Συμπέρασμα: η κατάσταση οξείδωσης του σιδήρου σε αυτό το οξείδιο είναι +3. Παραδείγματα.Προσδιορίστε τις καταστάσεις οξείδωσης όλων των ατόμων του μορίου. 1. K2Cr2O7. Κατάσταση οξείδωσης Κ+1, οξυγόνο Ο -2. Δεδομένα ευρετήρια: Ο=(-2)×7=(-14), Κ=(+1)×2=(+2). Επειδή το αλγεβρικό άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης των στοιχείων σε ένα μόριο, λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό των ατόμων τους, είναι 0, τότε ο αριθμός των θετικών καταστάσεων οξείδωσης είναι ίσος με τον αριθμό των αρνητικών. Καταστάσεις οξείδωσης Κ+Ο=(-14)+(+2)=(-12). Από αυτό προκύπτει ότι ο αριθμός των θετικών δυνάμεων του ατόμου του χρωμίου είναι 12, αλλά υπάρχουν 2 άτομα στο μόριο, που σημαίνει ότι υπάρχουν (+12):2=(+6) ανά άτομο. Απάντηση: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3-. Στην περίπτωση αυτή, το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης δεν θα είναι πλέον ίσο με το μηδέν, αλλά με το φορτίο του ιόντος, δηλ. - 3. Ας κάνουμε μια εξίσωση: x+4×(- 2)= - 3 . Απάντηση: (Ως +5 Ο 4 -2) 3-.