A hidrogén legalacsonyabb oxidációs állapota. Hogyan határozható meg egy kémiai elem atomjának oxidációs állapota. Az oxigénatom vegyértéklehetőségei

A redoxreakciókat leíró kémiai egyenletek sikeres megoldásának elengedhetetlen feltétele a kémiai elemek oxidációs fokának megállapítása. Enélkül nem tud pontos képletet összeállítani egy olyan anyagra, amely különböző kémiai elemek közötti reakcióból származik. Ennek eredményeként a kémiai problémák ilyen egyenletek alapján történő megoldása vagy lehetetlen, vagy hibás.

A redox reakciókban az oxidációs állapot fogalmát használják a meghatározására kémiai képletek több anyag kölcsönhatásából származó elemek vegyületei.

Első pillantásra úgy tűnhet, hogy az oxidációs állapot egyenértékű egy kémiai elem vegyértékének fogalmával, de ez nem így van. koncepció vegyérték kovalens vegyületekben, azaz közös elektronpárok képződésével létrejövő vegyületekben az elektronikus kölcsönhatás számszerűsítésére szolgál. Az oxidációs állapotot olyan reakciók leírására használják, amelyek elektronok adományozásával vagy felerősödésével járnak.

Ellentétben a vegyértékkel, amely semleges jellemző, az oxidációs állapot pozitív, negatív vagy nulla lehet. A pozitív érték az adományozott elektronok számának felel meg, a negatív érték pedig a kapcsolódó elektronok számának. A nulla érték azt jelenti, hogy az elem vagy egyszerű anyag formájában van, vagy oxidáció után 0-ra redukálódott, vagy előző redukció után nullára oxidálódott.

Hogyan határozható meg egy adott kémiai elem oxidációs állapota
Egy adott kémiai elem oxidációs állapotának meghatározására a következő szabályok vonatkoznak:

1. Az egyszerű anyagok oxidációs állapota mindig nulla.
   
2. A periódusos rendszer első csoportjába tartozó alkálifémek oxidációs állapota +1.
   
3. Az alkáliföldfémek, amelyek a periódusos rendszer második csoportját foglalják el, +2 oxidációs állapotúak.
   
4. A különféle nemfémeket tartalmazó vegyületekben a hidrogén oxidációs állapota mindig +1, a fémeket tartalmazó vegyületekben pedig +1.
   
5. A molekuláris oxigén oxidációs foka a szervetlen kémia iskolai kurzusában figyelembe vett összes vegyületben -2. Fluor -1.
   
6. A termékek oxidációs fokának meghatározásakor kémiai reakciók az elektromos semlegesség szabályából induljunk ki, amely szerint az anyagot alkotó különböző elemek oxidációs állapotának összege nullával kell, hogy legyen.
   
7. Az összes vegyületben lévő alumínium +3 oxidációs állapotot mutat.
   

Vannak magasabb, alacsonyabb és közepes oxidációs állapotok. Legmagasabb fokozat Az oxidáció a vegyértékhez hasonlóan a kémiai elem periódusos rendszerbeli csoportszámának felel meg, de pozitív értéke van. A legalacsonyabb oxidációs fok számszerűen megegyezik az elemcsoport 8-as számának különbségével. A közbenső oxidációs állapot tetszőleges szám lehet a legalacsonyabb oxidációs állapottól a legmagasabbig.

A kémiai elemek sokféle oxidációs állapotában való eligazodás érdekében figyelmébe ajánljuk a következő segédtáblázatot. Válassza ki az Önt érdeklő elemet, és megkapja a lehetséges oxidációs állapotok értékeit. A ritkán előforduló értékek zárójelben lesznek feltüntetve.

A helyes elhelyezéshez oxidációs állapotok Négy szabályt kell szem előtt tartani.

1) Egy egyszerű anyagban bármely elem oxidációs foka 0. Példák: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Emlékezzen azokra az elemekre, amelyekre jellemző állandó oxidációs állapotok. Mindegyik szerepel a táblázatban.

3) Egy elem legmagasabb oxidációs állapota általában egybeesik annak a csoportnak a számával, amelyben ez az elem található (például a foszfor az V. csoportban van, a foszfor legmagasabb SD-értéke +5). Fontos kivételek: F, O.

4) A fennmaradó elemek oxidációs állapotának keresése azon alapul egyszerű szabály:

Semleges molekulában az összes elem oxidációs állapotának összege nulla, ionban pedig az ion töltése.

Néhány egyszerű példa az oxidációs állapotok meghatározására

1. példa. Meg kell találni az ammóniában (NH 3) lévő elemek oxidációs fokát.

Megoldás. Azt már tudjuk (lásd 2.), hogy az Art. RENDBEN. a hidrogén +1. A nitrogénre még meg kell találni ezt a jellemzőt. Legyen x a kívánt oxidációs állapot. Összeállítjuk a legegyszerűbb egyenletet: x + 3 (+1) \u003d 0. A megoldás nyilvánvaló: x \u003d -3. Válasz: N -3 H 3 +1.

2. példa. Adja meg a H 2 SO 4 molekula összes atomjának oxidációs állapotát!

Megoldás. A hidrogén és az oxigén oxidációs állapota már ismert: H(+1) és O(-2). Összeállítunk egy egyenletet a kén oxidációs fokának meghatározására: 2 (+1) + x + 4 (-2) \u003d 0. Ezt az egyenletet megoldva a következőket kapjuk: x \u003d +6. Válasz: H +1 2 S +6 O -2 4 .

3. példa. Számítsa ki az Al(NO 3) 3 molekula összes elemének oxidációs fokát!

Megoldás. Az algoritmus változatlan marad. Az alumínium-nitrát "molekula" összetétele egy atom Al (+3), 9 oxigénatom (-2) és 3 nitrogénatomot tartalmaz, amelyek oxidációs állapotát ki kell számítanunk. Megfelelő egyenlet: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. Válasz: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

4. példa. Határozza meg az (AsO 4) 3- ion összes atomjának oxidációs fokát!

Megoldás. Ebben az esetben az oxidációs állapotok összege már nem nullával lesz egyenlő, hanem az ion töltésével, azaz -3. Egyenlet: x + 4 (-2) = -3. Válasz: As(+5), O(-2).

Mi a teendő, ha két elem oxidációs foka ismeretlen?

Meg lehet-e határozni több elem oxidációs fokát egyszerre hasonló egyenlettel? Ha ezt a problémát a matematika szemszögéből vizsgáljuk, a válasz nemleges lesz. Lineáris egyenlet két változóval nem lehet egyedi megoldás. De nem csak egy egyenletet oldunk meg!

5. példa. Határozza meg az (NH 4) 2 SO 4 összes elemének oxidációs fokát!

Megoldás. A hidrogén és az oxigén oxidációs állapota ismert, de a kén és a nitrogén nem. Klasszikus példa a két ismeretlen problémájára! Az ammónium-szulfátot nem egyetlen "molekulának", hanem két ion kombinációjának tekintjük: NH 4 + és SO 4 2-. Ismerjük az ionok töltéseit, mindegyik csak egy ismeretlen oxidációs fokú atomot tartalmaz. A korábbi feladatok megoldásában szerzett tapasztalatokat felhasználva könnyen megtalálhatjuk a nitrogén és a kén oxidációs állapotát. Válasz: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Következtetés: ha a molekula több ismeretlen oxidációs állapotú atomot tartalmaz, próbálja meg több részre "bontani" a molekulát.

Hogyan rendezzük el az oxidációs állapotokat a szerves vegyületekben

6. példa. Adja meg a CH 3 CH 2 OH összes elemének oxidációs fokát.

Megoldás. A szerves vegyületek oxidációs állapotának meghatározásának megvannak a maga sajátosságai. Különösen meg kell találni az egyes szénatomok oxidációs állapotát. A következőképpen érvelhet. Vegyük például a metilcsoport szénatomját. Ez a szénatom 3 hidrogénatomhoz és egy szomszédos szénatomhoz kapcsolódik. A C-H kötésen az elektronsűrűség a szénatom felé tolódik el (mivel a C elektronegativitása meghaladja a hidrogén EO-ját). Ha ez az elmozdulás teljes lenne, a szénatom -3 töltést szerezne.

A -CH 2 OH csoportban lévő C atom két hidrogénatomhoz (az elektronsűrűség eltolódása C felé), egy oxigénatomhoz (az elektronsűrűség eltolódása O felé) és egy szénatomhoz kötődik (feltételezhetjük, hogy az elektronsűrűség eltolódása ebben eset nem történik meg). A szén oxidációs állapota -2 +1 +0 = -1.

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

Ne keverje össze a „valencia” és az „oxidációs állapot” fogalmát!

Az oxidációs állapotot gyakran összekeverik a vegyértékkel. Ne kövesd el ezt a hibát. Felsorolom a főbb különbségeket:

• az oxidációs állapot előjele (+ vagy -), vegyértéke - nem;
• az oxidáció foka akár egy összetett anyagban is nulla lehet, a vegyérték nullával való egyenlősége általában azt jelenti, hogy ennek az elemnek az atomja nem kapcsolódik más atomokhoz (semmiféle zárványvegyületekről, ill. egyéb "egzotikumok" itt);
• Az oxidáció mértéke formális fogalom, amely csak az ionos kötésekkel rendelkező vegyületekben nyer valódi értelmet, a "valencia" fogalmát éppen ellenkezőleg, a legkényelmesebben a kovalens vegyületekkel kapcsolatban alkalmazzák.

Az oxidációs állapot (pontosabban a modulusa) számszerűen gyakran megegyezik a vegyértékkel, de még gyakrabban ezek az értékek NEM esnek egybe. Például a szén oxidációs állapota CO 2-ban +4; C vegyértéke is egyenlő IV. De a metanolban (CH 3 OH) a szén vegyértéke változatlan marad, és a C oxidációs állapota -1.

Egy kis teszt az "oxidációs fok" témában

Szánjon néhány percet annak ellenőrzésére, hogyan értette ezt a témát. Öt egyszerű kérdésre kell válaszolnia. Sok szerencsét!

Valencia (lat. valere - jelentése van) - egy kémiai elem "összekötődésének" mértéke, megegyezik az egyedek számával kémiai kötések hogy egy atom létrejöhet.

A vegyértéket az egyik atom másokkal kialakított kötéseinek száma határozza meg. Vegyük például a molekulát

A vegyérték meghatározásához jó elképzeléssel kell rendelkeznie az anyagok grafikus képleteiről. Ebben a cikkben sok képletet fog látni. Tájékoztatom Önt az állandó vegyértékű kémiai elemekről is, amelyeket nagyon hasznos tudni.

Az elektronikai elméletben úgy gondolják, hogy a kötés vegyértékét a párosítatlan (valencia) elektronok száma határozza meg alap- vagy gerjesztett állapotban. Érintettük a vegyértékelektronok és az atom gerjesztett állapotának témáját. A foszfor példájával kombináljuk ezt a két témát a teljes megértés érdekében.

A kémiai elemek túlnyomó többsége változó vegyértékértékű. A változó vegyérték jellemző a rézre, vasra, foszforra, krómra és kénre.

Az alábbiakban változó vegyértékű elemek és vegyületeik láthatók. Vegye figyelembe, hogy más elemek segítenek meghatározni nem állandó vegyértéküket – állandó vegyérték mellett.

Ne feledje, hogy néhány egyszerű anyag esetében a vegyérték értéke a következő értékeket veszi fel: III - nitrogén, II - oxigén. Foglaljuk össze a megszerzett ismereteket a nitrogén, oxigén, szén-dioxid és szén-monoxid, nátrium-karbonát, lítium-foszfát, vas(II)-szulfát és kálium-acetát grafikus képleteinek megírásával.

Ahogy észrevette, a vegyértékeket római számokkal jelöljük: I, II, III stb. A bemutatott képleteken az anyagok vegyértékei egyenlőek:

• N-III
• O-II
• H, Na, K, li - I
• S-VI
• C - II (szén-monoxidban CO), IV (szén-dioxidban CO 2 és nátrium-karbonátban Na 2 CO 3
• Fe-II

Az oxidációs állapot (CO) egy feltételes mutató, amely egy vegyületben lévő atom töltését és az OVR-ben (redox reakció) való viselkedését jellemzi. Egyszerű anyagokban a CO mindig egyenlő nullával, összetett anyagokban egyes elemek állandó oxidációs állapota alapján határozzák meg.

Számszerűen az oxidációs állapot egyenlő az atomnak tulajdonítható feltételes töltéssel, abból a feltételezésből vezérelve, hogy az összes kötést alkotó elektron egy elektronegatívabb elemhez került.

Az oxidáció mértékét meghatározva az egyik elemhez a "+", a másikhoz a "-" feltételes töltést rendeljük. Ennek oka az elektronegativitás - az atom azon képessége, hogy magához vonzza az elektronokat. A "+" jel az elektronok hiányát jelenti, a "-" pedig a feleslegüket. Ismétlem, a CO egy feltételes fogalom.

Egy molekulában az összes oxidációs állapot összege nulla – ezt fontos megjegyezni az önvizsgálat során.

Az elektronegativitás változásainak ismeretében a periódusos rendszer periódusaiban és csoportjaiban D.I. Mengyelejev, arra következtethetünk, hogy melyik elemnek van "+" és melyik mínusz. Az állandó oxidációs fokú elemek is segítenek ebben.

Aki elektronegatívabb, az erősebben vonzza magához az elektronokat és "mínuszba megy". Azok, akik az elektronjaikat adják és hiányt tapasztalnak belőlük, a „+” jelet kapják.

Határozza meg egymástól függetlenül az atomok oxidációs állapotát a következő anyagokban: RbOH, NaCl, BaO, NaClO 3, SO 2 Cl 2, KMnO 4, Li 2 SO 3, O 2, NaH 2 PO 4. Az alábbiakban erre a problémára talál megoldást.

Hasonlítsd össze az elektronegativitás értékét a periódusos rendszer szerint, és persze használd az intuíciódat :) A kémiát tanulva azonban az oxidációs állapotok pontos ismerete a legfejlettebb intuíciót is pótolja ;-)

Külön kiemelném az ionok témáját. Az ion olyan atom vagy atomcsoport, amely egy vagy több elektron elvesztése vagy erősítése következtében pozitív vagy negatív töltést (és) kapott.

Egy ionban lévő atomok CO-jának meghatározásakor nem szabad arra törekedni, hogy az ion teljes töltése "0" legyen, mint egy molekulában. Az ionok az oldhatósági táblázatban vannak megadva, különböző töltésekkel rendelkeznek - ilyen töltésre kell hozni az iont. Egy példával magyarázom.

© Bellevich Jurij Szergejevics 2018-2020

Ezt a cikket Jurij Szergejevics Bellevics írta, és az ő szellemi tulajdonát képezi. Az információk és tárgyak másolása, terjesztése (beleértve a más oldalakra és internetes forrásokra történő másolást is) vagy bármilyen más felhasználása a szerzői jog tulajdonosának előzetes engedélye nélkül törvényileg büntetendő. A cikk anyagainak beszerzéséhez és felhasználásuk engedélyéhez vegye fel a kapcsolatot

A részecskék redox-képességének jellemzéséhez fontos egy olyan fogalom, mint az oxidációs fok. Az OXIDÁCIÓS ÁLLAPOT az a töltés, amely egy molekulában vagy ionban egy atomnak lehet, ha minden kötése megszakadna a többi atommal, és a közös elektronpárok több elektronegatív elemmel távoznának.

Az ionok valós töltéseitől eltérően az oxidációs állapot csak a molekulában lévő atom feltételes töltését mutatja. Lehet negatív, pozitív vagy nulla. Például egyszerű anyagokban az atomok oxidációs állapota "0" (,
,,). A kémiai vegyületekben az atomok oxidációs állapota állandó vagy változó. A kémiai vegyületek periódusos rendszerének csoportjainak I., II. és III. fő alcsoportjába tartozó fémek oxidációs állapota általában állandó, és Me +1, Me +2 és Me +3 (Li +, Ca +2, Al) +3), ill. A fluoratom mindig -1. A fémekkel alkotott vegyületekben a klór mindig -1. A vegyületek túlnyomó többségében az oxigén oxidációs foka -2 (kivéve a peroxidokat, ahol az oxidációs foka -1), a hidrogén pedig +1 (kivéve a fém-hidrideket, ahol az oxidációs foka -1).

Az összes atom oxidációs állapotának algebrai összege egy semleges molekulában egyenlő nullával, ionban pedig egyenlő az ion töltésével. Ez az összefüggés lehetővé teszi az atomok oxidációs állapotának kiszámítását komplex vegyületekben.

A H 2 SO 4 kénsavmolekulában a hidrogénatom oxidációs foka +1, az oxigénatom pedig -2. Mivel két hidrogénatom és négy oxigénatom van, két "+" és nyolc "-" van. Hat "+" hiányzik a semlegességhez. Ez a szám a kén oxidációs állapota -
. A kálium-dikromát K 2 Cr 2 O 7 molekula két káliumatomból, két krómatomból és hét oxigénatomból áll. A kálium oxidációs foka +1, az oxigéné -2. Tehát van két "+" és tizennégy "-". A maradék tizenkét "+" két krómatomra esik, amelyek mindegyikének oxidációs állapota +6 (
).

Tipikus oxidáló- és redukálószerek

A redukciós és oxidációs folyamatok definíciójából az következik, hogy elvileg olyan egyszerű és összetett anyagok, amelyek atomokat tartalmaznak, amelyek nem a legalacsonyabb oxidációs állapotúak, ezért oxidációs állapotukat csökkenthetik, oxidálószerként működhetnek. Hasonlóképpen redukálószerként működhetnek olyan egyszerű és összetett anyagok, amelyek atomokat tartalmaznak, amelyek nem a legmagasabb oxidációs állapotban vannak, és ezért növelhetik oxidációs állapotukat.

A legerősebb oxidálószerek a következők:

1) egyszerű anyagok, amelyeket nagy elektronegativitású atomok alkotnak, pl. a periodikus rendszer hatodik és hetedik csoportjának fő alcsoportjaiban elhelyezkedő tipikus nemfémek: F, O, Cl, S (rendre F 2, O 2, Cl 2, S);

2) olyan anyagok, amelyek magasabb és köztes összetételben tartalmaznak elemeket

pozitív oxidációs állapotok, beleértve az egyszerű, elemi (Fe 3+) és oxigéntartalmú oxoanionok (permanganátion - MnO 4 -) ionok formájában;

3) peroxidvegyületek.

A gyakorlatban oxidálószerként használt speciális anyagok az oxigén és ózon, klór, bróm, permanganátok, dikromátok, klór-oxisavak és ezek sói (pl.
,
,
), Salétromsav (
), tömény kénsav (
), mangán-dioxid (
), hidrogén-peroxid és fém-peroxidok (
,
).

A legerősebb redukálószerek a következők:

1) egyszerű anyagok, amelyek atomjainak elektronegativitása alacsony ("aktív fémek");

2) alacsony oxidációs állapotú fémkationok (Fe 2+);

3) egyszerű elemi anionok, például S 2- szulfidion;

4) oxigéntartalmú anionok (oxoanionok), amelyek megfelelnek az elem (nitrit) legalacsonyabb pozitív oxidációs állapotának
, szulfit
).

A gyakorlatban redukálószerként használt speciális anyagok például az alkáli- és alkáliföldfémek, szulfidok, szulfitok, hidrogén-halogenidek (kivéve HF), szerves anyagok - alkoholok, aldehidek, formaldehid, glükóz, oxálsav, valamint hidrogén, szén , szénmonoxid (
) és alumínium magas hőmérsékleten.

Elvileg, ha egy anyag köztes oxidációs állapotú elemet tartalmaz, akkor ezek az anyagok oxidáló és redukáló tulajdonságokat is mutathatnak. Minden attól függ

"partner" a reakcióban: kellően erős oxidálószerrel redukálószerként, kellően erős redukálószerrel oxidálószerként reagálhat. Így például a NO 2 - nitrit ion savas környezetben oxidálószerként működik az I - ionhoz képest:

2
+ 2+ 4HCl→ + 2
+ 4KCl + 2H 2O

és redukálószerként az MnO 4 permanganát ionhoz képest -

5
+ 2
+ 3H 2SO 4 → 2
+ 5
+ K 2 SO 4 + 3 H 2 O