Как да се определи степента на окисление на атома на химически елемент

25.03.2019

Формалният заряд на атома в съединенията е спомагателна стойност, обикновено се използва в описанията на свойствата на елементите в химията. Това е условно електрически заряд и има окислително състояние. Неговата стойност се променя в резултат на много химични процеси. Въпреки че зарядът е формален, той ясно характеризира свойствата и поведението на атомите в редокс реакции (OVR).

Окисляване и редукция

В миналото химиците използвали термина "окисление", за да опишат взаимодействието на кислород с други елементи. Името на реакцията идва от латинското име за кислород - Oxygenium. По-късно се оказа, че и други елементи са окислени. В този случай те се възстановяват - придават електрони. Всеки атом при образуването на молекула променя структурата на своята валентна електронна обвивка. В този случай се появява формален заряд, чиято стойност зависи от броя на условно дадени или получени електрони. За да се характеризира тази стойност преди това е използван английският химически термин "окислителен номер", което в превод означава "окислително число". При използването му се приема, че свързващите електрони в молекули или йони принадлежат към атом с по-висока електронегативна стойност (ЕО). Способността да държи електроните си и да ги привлича от други атоми е добре изразена в силни неметали (халогени, кислород). Противоположните свойства имат силни метали (натрий, калий, литий, калций, други алкални и алкалоземни елементи).

окислително състояние

Определяне на степента на окисление

Състоянието на окисление се отнася до заряда, който един атом би придобил, ако електроните, участващи във формирането на връзка, бяха напълно изместени към по-електроотрицателен елемент. Има вещества, които нямат молекулярна структура (халиди алкални метали и други съединения). В тези случаи степента на окисление съвпада с заряда на йона. Условният или реалният заряд показва кой процес се е случил преди атомите да придобият сегашното си състояние. Положителна стойност за степента на окисление е общият брой на електроните, които са били отстранени от атомите. Отрицателната стойност на степента на окисление е броят на получените електрони. Чрез промяна на окислителното състояние на химичния елемент се преценява какво се случва с неговите атоми по време на реакцията (и обратно). Цветът на веществото определя кои промени са настъпили в окислителното състояние. Съединения на хром, желязо и редица други елементи, в които те имат различни валенции, са оцветени по различен начин.

Отрицателни, нулеви и положителни стойности на окислително състояние

окислително състояние на елементите

Простите вещества се образуват от химични елементи със същата стойност на ЕО. В този случай, свързващите електрони принадлежат еднакво на всички структурни частици. Следователно, при прости вещества, състоянието на окисление (H 0 2 , O 0 2 , C 0 ) е необичайно за елементите. Когато атомите приемат електрони или общият облак се измества в тяхната посока, е обичайно да се записват заряди със знак минус. Например, F –1 , O –2 , C –4 . Като даряват електрони, атомите придобиват реален или формален положителен заряд. В оксид OF2 кислородният атом дава един електрон на два флуорни атома и е в О + 2 състояние на окисление. Смята се, че в една молекула или многоатомен йон повече електроотрицателни атоми получават всички свързващи електрони.

Сяра - елемент, който показва различни състояния на валентност и окисление

Химичните елементи на основните подгрупи често показват по-ниска валентност, равна на VIII. Например, валентността на сярата в сероводород и метални сулфиди - II. Елементът се характеризира с междинна и по-висока валентност в възбудено състояние, когато един атом дава един, два, четири или всички шест електрона и показва валенции съответно I, II, IV, VI. Същите стойности, само със знак "минус" или "плюс", имат степента на окисление на сярата:

  • един електрон във флуорид сулфид дава: - 1;
  • в сероводород най-ниска стойност: –2;
  • Двуокисно междинно състояние: +4;
  • в триоксид, сярна киселина и сулфати: +6.

В най-високото си състояние на окисляване сярата приема само електрони, като в най-ниската си степен проявява силни редуциращи свойства. S + 4 атомите могат да проявяват функции на редуциращи или окислителни агенти в съединенията, в зависимост от условията.

състояния на окисление на сяра

Електронен преход в химични реакции

Когато се образува натриев хлорид, натрият дава електрони на по-електроотрицателния хлор. Окислителните състояния на елементите съвпадат с йонните заряди: Na + 1 Cl – 1 . За молекули, създадени от социализацията и изместването на електронните двойки към по-електроотрицателен атом, са приложими само понятията за формален заряд. Но може да се предположи, че всички съединения са съставени от йони. Тогава атомите, привличащи електрони, придобиват условен отрицателен заряд и дават положително. В реакциите се посочва колко електрона са изместени. Например, в молекулата въглероден диоксид С + 4 О - 2 2, индексът в горния десен ъгъл с химическия символ за въглерод показва броя на електроните, отстранени от атома. За кислород в това вещество се характеризира с окислително състояние –2. Съответният индекс при химичния знак О е броят на добавените електрони в атома.

електронен трансфер

Как да се изчисли степента на окисление

Преброяването на броя на дадените и прикрепени от атомите електрони може да отнеме много време. Следните правила улесняват тази задача:

  1. При прости вещества окислителните състояния са нула.
  2. Сумата от окислението на всички атоми или йони в неутрално вещество е нула.
  3. В комплексния йон сумата на окислителните състояния на всички елементи трябва да съответства на заряда на цялата частица.
  4. Колкото по-електроотрицателен атом придобива отрицателно окислително състояние, което е записано със знак минус.
  5. По-малко електроотрицателни елементи получават положителни окислителни състояния, те са написани със знак плюс.
  6. Кислородът обикновено проявява окислително състояние от -2.
  7. За водород, характеристичната стойност: +1, в металните хидриди се получава: H - 1.
  8. Флуорът е най-електронегативният от всички елементи, неговото окислително състояние винаги е –4.
  9. За повечето метали окислителните числа и валенции са еднакви.

окислителни състояния и метална валентност

Окислително състояние и валентност

Повечето от съединенията се образуват в резултат на редокс процеси. Преходът или преместването на електрони от един елемент в друг води до промяна в тяхното окислително състояние и валентност. Често тези стойности са еднакви. Като синоним на термина "степен на окисление" можете да използвате израза "електрохимична валентност". Но има изключения, например в амониевия йон азотът е четиривалентен. В същото време атомът на този елемент е в окислителното състояние –3. Най- органична материя въглеродът е винаги четиривалентен, но окислителните състояния на С-атом в метан СН4, мравчен алкохол СН3ОН, и HCOOH киселина имат различни стойности: -4, -2 и +2.

Редокс реакции

фотосинтеза

Redox включва много от най-важните процеси в индустрията, технологиите, дивата природа и неживата природа: изгаряне, корозия, ферментация, вътреклетъчно дишане, фотосинтеза и други явления.

При изготвянето на уравненията OVR се избират коефициенти, използващи метода на електронния баланс, които работят в следните категории:

  • окислителни състояния;
  • редукторът дарява електрони и се окислява;
  • окислителят отнема електрони и се намалява;
  • броят на излъчените електрони трябва да бъде равен на броя на прикачените.

Придобиването на електрони от един атом води до намаляване на степента на неговото окисление (редукция). Загубата на един или повече електрони от един атом се придружава от увеличаване на окислителния брой на даден елемент в резултат на реакции. За OVR, протичащ между йони на силни електролити във водни разтвори, не електронен баланс, но по-често се използва методът на половината реакция.