Учебник по Химии. 8 класс. Григорович - Новая программа

§ 21. Степень окисления элементов

Вспомните: определение электронной конфигурации атома (§ 13).

Понятие о степени окисления

Для характеристики химических реакций часто возникает необходимость указать число электронов, которые принимают участие в том или ином процессе. Если для веществ с ионной связью для этого достаточно знать заряды образованных ионов, то в веществах с ковалентной связью определить заряды довольно сложно. Поэтому для всех соединений, независимо от типа их химической связи, используют более универсальное понятие — степень окисления.

Степень окисления определяется числом отданных или принятых электронов в веществах с ионной связью и числом электронов в составе общих электронных пар, образующих ковалентную полярную связь.

Степень окисления — это условный заряд на атоме в молекуле (кристалле), определенный с предположением, что все общие электронные пары полностью смещены в сторону более электроотрицательного элемента.

В простейших ионных соединениях степень окисления совпадает с зарядами ионов, например:

Это правило распространяется на все основные оксиды: степень окисления металлического элемента равна заряду иона металлического элемента (Натрия — +1, Бария — +2, Алюминия — +3), а степень окисления Оксигена равна -2.

Рассматривая соединения с ковалентной полярной связью, принимают, что общая электронная пара полностью переходит к более электроотрицательному элементу. В этом случае в гидроген флуориде и воде степени окисления будут следующие:

Возможные степени окисления элементов

Степени окисления, которые элементы могут проявлять в разных соединениях, в большинстве случаев можно определить по строению внешнего электронного уровня или по положению элемента в Периодической системе.

Атомы металлических элементов могут только отдавать электроны, поэтому в соединениях они проявляют положительные степени окисления. Максимальное значение — высшая степень окисления — обычно равно числу электронов на внешнем уровне, а следовательно, и номеру группы в Периодической системе.

Атомы неметаллических элементов могут проявлять как положительную, так и отрицательную степень окисления. Максимальная положительная степень окисления — высшая степень окисления, как и для металлических элементов, равна числу валентных электронов. А низшая степень окисления определяется тем, сколько электронов не хватает атому, чтобы на внешнем уровне их было восемь (табл. 7).

Кроме высшей и низшей степени окисления многие элементы могут также проявлять и промежуточные степени окисления. Определить их для s- и p-элементов можно по таблице 7.

Таблица 7. Наиболее характерные степени окисления s- и р-элементов

Група ПС

I

II

III

IV

V

VI

VII

Высшая степень окисления

+1

+2

+3

+4

+5

+6

(кроме О)

+7

(кроме F)

Промежуточные степени окисления

+2, 0

+3, 0

+4, +2, 0

+5, +3, +1, 0

Низшая степень окисления

0

0

0

-4

-3

-2

-1

Некоторые химические элементы не подчиняются этим правилам. Среди них Гидроген, Оксиген, Флуор:

Определение степеней окисления в бинарных соединениях

Для определения степеней окисления в соединениях недостаточно знать возможные степени окисления элементов. Для этого следует пользоваться определенными правилами. Прежде всего, принципом электронейтральности: поскольку любое вещество является электронейтральным, то сумма степеней окисления атомов всех элементов, из которых состоит вещество, должно быть равным нулю.

Для определения степеней окисления элементов в бинарных соединениях можно воспользоваться следующим алгоритмом:

Алгоритм определения степени окисления элементов в бинарных соединениях (на примере фосфор(V) сульфида и кальций фосфида)

Выводы

1. Степень окисления определяет число принятых или отданных электронов. Для одноатомных ионов степень окисления равна заряду иона. В других случаях она равна заряду на атоме в молекуле или кристалле, вычисленному с допущением, что все общие электронные пары полностью смещены в сторону более электроотрицательного элемента.

2. При определении степени окисления необходимо помнить, что сумма степеней окисления всех атомов в соединении равна нулю. У атомов более электроотрицательного элемента в соединении степень окисления отрицательная, а у других элементов — положительная.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «степень окисления».

2. В чем заключается сходство и различие понятий «степень окисления» и «валентность»?

3. Как можно определить высшую, низшую и промежуточные степени окисления элементов по Периодической системе?

4. Чему равна низшая степень окисления металлических элементов?

5. Сформулируйте алгоритм определения степеней окисления элементов в бинарных соединениях.

6. Какова степень окисления элементов в простых веществах? Почему она именно такая?

Задания для усвоения материала

1. Определите валентность и степень окисления всех элементов по следующим структурным формулам:

2. По положению элементов в Периодической системе определите возможные валентности и степени окисления: а) Калия; б) Магния; в) Брома; г) Фосфора; д) Сульфура.

3. Определите степени окисления элементов в соединениях с Гидрогеном: СН4, NH3, H2S, HCl, СаН2.

4. Определите степени окисления элементов в веществах:

а) AlF3, BaCl2, CaS, К3Р, SnO2;

б) l2, N2O3, PbCl4, Cl2O7, SbCl3;

в) ClF3, NaF, Р4, FeI2, MgS;

г) CF4, Са, CS2, Аl4С3, РСl5;

д) FeS, IBr, TeCl4, SF6, NF3;

е) CS2, ХеO4, ССl4, РСl5, Мn2O7.

5. Приведите формулы веществ, в которых степени окисления Гидрогена и Карбона равны их валентностям.