Хімія. 9 клас. Березан

§ 15. Ступінь окиснення

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

  • з'ясуєте, що таке ступінь окиснення, ознайомитеся з правилами визначення ступенів окиснення елементів і складання формул бінарних сполук.

Визначення ступеня окиснення елемента за хімічною формулою

Ступінь окиснення — це умовна величина заряду елемента, яку визначають із припущення, що в речовині спільна електронна пара повністю належить атому більш електронегативного елемента.

Щоб визначити ступінь окиснення елемента в речовині, пам'ятаймо такі правила:

  • 1) металічні елементи мають у сполуках лише позитивні ступені окиснення; лужні елементи — +1, лужноземельні — +2:

  • 2) ступінь окиснення Гідрогену в сполуках з неметалічними елементами зазвичай становить +1, а в сполуках з металічними елементами дорівнює -1:

  • 3) Оксиген майже в усіх сполуках має ступінь окиснення -2:

  • 4) Флуор як найбільш електронегативний елемент завжди має в сполуках ступінь окиснення -1:

  • 5) максимальний (позитивний) ступінь окиснення елемента збігається з номером групи, у якій він розміщений (виняток — О, F, інертні елементи):

  • 6) мінімальний (негативний) ступінь окиснення неметалічного елемента дорівнює різниці між номером групи і числом «8»:

  • 7) ступінь окиснення елемента в простій речовині дорівнює нулю:

  • 8) сума ступенів окиснення елементів у сполуці дорівнює нулю (правило електронейтральності).

Визначимо ступінь окиснення Мангану в сполуках: Мn2O7, MnCl2, MnS, MnSO4, КМnО4. Манган, як і більшість металічних елементів, у сполуках завжди виявляє позитивні ступені окиснення, а Оксиген майже в усіх сполуках має ступінь окиснення -2. Користуючись правилом електронейтральності, визначаємо ступені окиснення Мангану в кожній сполуці:

Зауважмо, що в прикладах MnS і МnCl2 ступені окиснення Сульфуру та Хлору визначають за періодичною системою, за кількістю електронів, яких не вистачає до завершення зовнішнього електронного шару (8e-).

На прикладі MnSO4 ступінь окиснення Сульфуру в кислотному залишку (сульфат-іоні SO2-4) такий самий, як у сульфатній кислоті, а саме +6.

Однак можна відразу стверджувати, що сіль MnSO4 утворена катіоном Мn2+, отже, відповідно ступінь окиснення Мn буде +2.

Приклади визначення ступенів окиснення елементів у сполуках

Приклад 1. Визначте ступені окиснення елементів у сполуках з Оксигеном: Р2О5, СrО3, Сl2О7. Назвіть ці сполуки.

Позначимо ступені окиснення Р, Сr і Сl як х1, х2, х3 відповідно.

Користуючись правилом електронейтральності, можна записати:

а) 2x1 + (-2) · 5 = 0; x1 = 5;

Ступінь окиснення Фосфору — +5, фосфор(V) оксид.

б) х2 + (-2) · 3 = 0; х2 = 6;

Ступінь окиснення Хрому — +6, хром(VІ) оксид.

в) 2х3 + (-2) · 7 = 0; х3 = 7.

Ступінь окиснення Хлору — +7, хлор(VІІ) оксид.

Приклад 2. Визначте ступені окиснення елементів у сполуках: Al2S3, АlСl3, Аl4С3.

Алюміній виявляє ступінь окиснення +3. Позначимо ступені окиснення S, Сl і С як х1, x2, x3 відповідно:

Користуючись правилом електронейтральності, можна записати:

а) 3x1 + 3 · 2 = 0; x1 = -2;

Ступінь окиснення Сульфуру — -2.

б) 3х2 + 3 = 0; х2 = -1; Ступінь окиснення Хлору — -1.

в) 3х3 + 3 · 4 = 0; х3 = -4.

Ступінь окиснення Карбону — -4.

Отже,

Приклад 3. Визначте ступінь окиснення всіх елементів у калій дихроматі К2Сr2О7.

Ступені окиснення Калію й Оксигену становлять відповідно +1 і -2.

Складаємо рівняння:

(+1) · 2 + 2х + (-2) · 7 = 0; х = 6. Отже,

Складання формул бінарних сполук за відомими ступенями окиснення елементів

Приклад 1. Скласти формулу сполуки Кальцію з Нітрогеном.

1. Знайдемо в періодичній системі місце обох елементів: Кальцій — металічний елемент головної підгрупи II групи (IIА). У сполуках виявляє лише ступінь окиснення +2. Нітроген — неметалічний елемент головної підгрупи V групи (VA). У сполуці він виявляє найнижчий ступінь окиснення -3 (номер групи V: 5 - 8 = -3). До цього ж висновку можна дійти, проаналізувавши електронну будову атома Нітрогену. На його зовнішньому енергетичному рівні є 5 електронів, і саме 3 електронів не вистачає до 8 (октету) — стійкої конфігурації, яка притаманна інертним елементам.

2. Записуємо формулу з невідомими індексами і над символами елементів указуємо ступені окиснення:

3. Знаходимо найменше спільне кратне (тобто число, яке ділиться без залишку на 2 і 3). Це число 6. Поділивши його на 2, отримуємо кількість атомів Кальцію у формулі, тобто 6 : 2 = 3, а поділивши на 3, отримуємо кількість атомів Нітрогену — 6 : 3 = 2.

Формула сполуки — Ca3N2.

Назва бінарної сполуки складається із двох слів, де назва більш електронегативного елемента стоїть на другому місці й має суфікс -ид (або -ід): кальцій нітрид.

Приклад 2. Складіть формулу бінарної сполуки Фосфору і Сульфуру, у якій менш електронегативний елемент виявляє найвищий позитивний ступінь окиснення. Назвіть його.

1. Порівняємо розміщення Фосфору і Сульфуру в періодичній системі. Обидва — р-елементи 3 періоду: Фосфор — у VA, Сульфур — у VIA групі. Пригадавши, що електронегативність у періоді зростає зліва направо, бачимо, що Сульфур є більш електронегативним, а тому в цій сполуці він виявляє найнижчий ступінь окиснення -2 (до завершення зовнішнього енергетичного рівня не вистачає (8 - 6 =) 2 електронів, які він може прийняти). Найвищий ступінь окиснення Фосфору відповідає номеру групи і становить +5.

2. Записуємо формулу з невідомими індексами і над символами елементів указуємо відповідні ступені окиснення. Пам'ятаємо, що першим зазвичай записують елемент, що має позитивний ступінь окиснення:

3. Знаходимо спільне кратне для 5 і 2. Це 10. Одержуємо відповідні індекси. Формула сполуки: P2S5 — фосфор(V) сульфід.

Підсумки

  • 1. За хімічними формулами можна визначити ступені окиснення елементів.
  • 2. Знаючи ступені окиснення елементів, можна складати формули сполук.

Контрольні запитання

  • 1. Дайте визначення ступеня окиснення.
  • 2. Які ступені окиснення мають елементи у простих речовинах?
  • 3. Наведіть приклади простих речовин, утворених металічними елементами. Чи правильно стверджувати, що ступінь окиснення Феруму в залізі становить 0?
  • 4. Який ступінь окиснення в сполуках з іншими елементами виявляє Флуор? Поясніть, чому Флуор не виявляє позитивного ступеня окиснення.

Вправи та задачі

1. Укажіть формулу сполуки, у якій Оксиген виявляє позитивний ступінь окиснення. Укажіть вид хімічного зв'язку в цій молекулі. Запишіть схему утворення цього зв'язку.

2. Визначте ступені окиснення елементів у речовинах, формули яких: Fe(NO3)3, FeCl2, Fe2O3, FeBr3.

3. У якій з наведених речовин — СаСl2, Са(СlО)2, КСlО3, КСlО4, Сl2О — ступінь окиснення Хлору становить +7?

4. У якій з речовин — РСl5, К3РО4, Н3РО4, Р2О5, Н3РО3 — ступінь окиснення Фосфору становить +3?

5. У якій з речовин — H2S, НСl, СаН2, СН4, Н2О — ступінь окиснення Гідрогену становить -1?