Как найти степень окисления атомов в соединениях - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

Загрузить PDF

В химии термины «окисление» и «восстановление» означает реакции, при которых атом или группа атомов теряют или, соответственно, приобретают электроны. Степень окисления — это приписываемая одному либо нескольким атомам численная величина, характеризующая количество перераспределяемых электронов и показывающая, каким образом эти электроны распределяются между атомами при реакции. Определение этой величины может быть как простой, так и довольно сложной процедурой, в зависимости от атомов и состоящих из них молекул. Более того, атомы некоторых элементов могут обладать несколькими степенями окисления. К счастью, для определения степени окисления существуют несложные однозначные правила, для уверенного пользования которыми достаточно знания основ химии и алгебры.

1
Определите, является ли рассматриваемое вещество элементарным. Степень окисления атомов вне химического соединения равна нулю. Это правило справедливо как для веществ, образованных из отдельных свободных атомов, так и для таких, которые состоят из двух, либо многоатомных молекул одного элемента.
- Например, Al_(s) и Cl₂ имеют степень окисления 0, поскольку оба находятся в химически несвязанном элементарном состоянии.
- Обратите внимание, что аллотропная форма серы S₈, или октасера, несмотря на свое нетипичное строение, также характеризуется нулевой степенью окисления.
2
Определите, состоит ли рассматриваемое вещество из ионов. Степень окисления ионов равняется их заряду. Это справедливо как для свободных ионов, так и для тех, которые входят в состав химических соединений.
- Например, степень окисления иона Cl^– равняется -1.
- Степень окисления иона Cl в составе химического соединения NaCl также равна -1. Поскольку ион Na, по определению, имеет заряд +1, мы заключаем, что заряд иона Cl -1, и таким образом степень его окисления равна -1.
3
Учтите, что ионы металлов могут иметь несколько степеней окисления. Атомы многих металлических элементов могут ионизироваться на разные величины. Например, заряд ионов такого металла как железо (Fe) равняется +2, либо +3.^[1] Заряд ионов металла (и их степень окисления) можно определить по зарядам ионов других элементов, с которыми данный металл входит в состав химического соединения; в тексте этот заряд обозначается римскими цифрами: так, железо (III) имеет степень окисления +3.
- В качестве примера рассмотрим соединение, содержащее ион алюминия. Общий заряд соединения AlCl₃ равен нулю. Поскольку нам известно, что ионы Cl^– имеют заряд -1, и в соединении содержится 3 таких иона, для общей нейтральности рассматриваемого вещества ион Al должен иметь заряд +3. Таким образом, в данном случае степень окисления алюминия равна +3.
4
Степень окисления кислорода равна -2 (за некоторыми исключениями). Почти во всех случаях атомы кислорода имеют степень окисления -2. Есть несколько исключений из этого правила:
- Если кислород находится в элементарном состоянии (O₂), его степень окисления равна 0, как и в случае других элементарных веществ.
- Если кислород входит в состав перекиси, его степень окисления равна -1. Перекиси — это группа соединений, содержащих простую кислород-кислородную связь (то есть анион перекиси O₂^-2). К примеру, в составе молекулы H₂O₂ (перекись водорода) кислород имеет заряд и степень окисления -1.
- В соединении с фтором кислород обладает степенью окисления +2, читайте правило для фтора ниже.
5
Водород характеризуется степенью окисления +1, за некоторыми исключениями. Как и для кислорода, здесь также существуют исключения. Как правило, степень окисления водорода равна +1 (если он не находится в элементарном состоянии H₂). Однако в соединениях, называемых гидридами, степень окисления водорода составляет -1.
- Например, в H₂O степень окисления водорода равна +1, поскольку атом кислорода имеет заряд -2, и для общей нейтральности необходимы два заряда +1. Тем не менее, в составе гидрида натрия степень окисления водорода уже -1, так как ион Na несет заряд +1, и для общей электронейтральности заряд атома водорода (а тем самым и его степень окисления) должен равняться -1.
6

Фтор всегда имеет степень окисления -1. Как уже было отмечено, степень окисления некоторых элементов (ионы металлов, атомы кислорода в перекисях и так далее) может меняться в зависимости от ряда факторов. Степень окисления фтора, однако, неизменно составляет -1. Это объясняется тем, что данный элемент имеет наибольшую электроотрицательность — иначе говоря, атомы фтора наименее охотно расстаются с собственными электронами и наиболее активно притягивают чужие электроны. Таким образом, их заряд остается неизменным.
7
Сумма степеней окисления в соединении равна его заряду. Степени окисления всех атомов, входящих в химическое соединение, в сумме должны давать заряд этого соединения. Например, если соединение нейтрально, сумма степеней окисления всех его атомов должна равняться нулю; если соединение является многоатомным ионом с зарядом -1, сумма степеней окисления равна -1, и так далее.
- Это хороший метод проверки — если сумма степеней окисления не равна общему заряду соединения, значит вы где-то ошиблись.
Реклама

1
Найдите атомы, не имеющие строгих правил относительно степени окисления. По отношению к некоторым элементам нет твердо установленных правил нахождения степени окисления. Если атом не подпадает ни под одно правило из перечисленных выше, и вы не знаете его заряда (например, атом входит в состав комплекса, и его заряд не указан), вы можете установить степень окисления такого атома методом исключения. Вначале определите заряд всех остальных атомов соединения, а затем из известного общего заряда соединения вычислите степень окисления данного атома.
- Например, в соединении Na₂SO₄ неизвестен заряд атома серы (S) — мы лишь знаем, что он не нулевой, поскольку сера находится не в элементарном состоянии. Это соединение служит хорошим примером для иллюстрации алгебраического метода определения степени окисления.
2
Найдите степени окисления остальных элементов, входящих в соединение. С помощью описанных выше правил определите степени окисления остальных атомов соединения. Не забывайте об исключениях из правил в случае атомов O, H и так далее.
- Для Na₂SO₄, пользуясь нашими правилами, мы находим, что заряд (а значит и степень окисления) иона Na равен +1, а для каждого из атомов кислорода он составляет -2.
3
Умножьте количество атомов на их степень окисления. Теперь, когда нам известны степени окисления всех атомов за исключением одного, необходимо учесть, что атомов некоторых элементов может быть несколько. Умножьте число атомов каждого элемента (оно указано в химической формуле соединения в виде подстрочного числа, следующего за символом элемента) на его степень окисления.
- В Na₂SO₄ мы имеем 2 атома Na и 4 атома O. Таким образом, умножая 2 × +1, получаем степень окисления всех атомов Na (2), а умножая 4 × -2 — степень окисления атомов O (-8).
4
Сложите предыдущие результаты. Суммируя результаты умножения, получаем степень окисления соединения без учета вклада искомого атома.
- В нашем примере для Na₂SO₄ мы складываем 2 и -8 и получаем -6.
5
Найдите неизвестную степень окисления из заряда соединения. Теперь у вас есть все данные для простого расчета искомой степени окисления. Запишите уравнение, в левой части которого будет сумма числа, полученного на предыдущем шаге вычислений, и неизвестной степени окисления, а в правой — общий заряд соединения. Иными словами, (Сумма известных степеней окисления) + (искомая степень окисления) = (заряд соединения).
- В нашем случае Na₂SO₄ решение выглядит следующим образом:
  - (Сумма известных степеней окисления) + (искомая степень окисления) = (заряд соединения)
  - -6 + S = 0
  - S = 0 + 6
  - S = 6. В Na₂SO₄ сера имеет степень окисления 6.
Реклама

Советы

В соединениях сумма всех степеней окисления должна равняться заряду. Например, если соединение представляет собой двухатомный ион, сумма степеней окисления атомов должна быть равна общему ионному заряду.
Очень полезно уметь пользоваться периодической таблицей Менделеева и знать, где в ней располагаются металлические и неметаллические элементы.
Степень окисления атомов в элементарном виде всегда равна нулю. Степень окисления единичного иона равна его заряду. Элементы группы 1A таблицы Менделеева, такие как водород, литий, натрий, в элементарном виде имеют степень окисления +1; степень окисления металлов группы 2A, таких как магний и кальций, в элементарном виде равна +2. Кислород и водород, в зависимости от вида химической связи, могут иметь 2 различных значения степени окисления.

Что вам понадобится

Периодическая таблица элементов
Доступ в интернет или справочники по химии
Лист бумаги, ручка или карандаш
Калькулятор

Об этой статье

Эту страницу просматривали 644 341 раз.

Была ли эта статья полезной?

Источник

Степень окисления и валентность – понятия в чём-то близкие и взаимозаменяемые в ряде ситуаций. Но если валентность всегда положительна (поскольку по определение – способность атомов образовывать то или иное число химических связей. А число связей, очевидно, отрицательным быть не может), то степень окисления может иметь как положительные, так и отрицательные значения. А всё потому, что степень окисления – показывает, каким бы был заряд атома, если бы все электроны, образующие химическую связь сместились к нему (или полностью от него оторвались, сместившись к другому атому).

Фото: pixabay.com

В бинарных соединениях степень окисления найти просто. Нужно помнить два момента:

1. Молекула всегда нейтральна, у неё нет заряда (или же он равен 0), поэтому число отрицательных зарядов равно числу зарядов положительных.

2. Произведения степени окисления атома и индекса, стоящего у атома в молекуле, у обоих составляющих молекулу атомов равны по модулю.

Также стоит запомнить, что

у многих элементов степени окисления почти всегда постоянны. Так, кислород имеет степень окисления -2, водород (очень часто, но не всегда!) и щелочные металлы +1, металлы второй группы +2 и т.д.

Но есть и элементы, которые могут иметь разную степень кисления, например, у серы она может быть -2, +4 или +6.

Для примера определим степени окисления меди в двух оксидах: Cu2O и CuO.

Известно, что у кислорода степень окисления -2. Напомню, что степень окисления указывается справа вверху от элемента. Таким образом, запишем для первого оксида:

Для кислорода произведение степени окисления и индекса -2*1=-2 или по модулю 2. Для меди произведение степени окисления и индекса тоже должно равняться 2. С учётом того, что у меди стоит индекс 2 получаем степень окисления 1. Очевидно, что это +1: поскольку в молекуле уже есть отрицательно заряженная составляющая, другая составляющая должна быть заряжена положительно. Таким образом, в оксиде меди Cu2O степень окисления меди +1.

С оксидом CuО дело обстоит ещё проще. Когда в молекуле атомы соединены 1 к 1, то степени окисления у них равны по модулю. Поскольку у кислорода степень окисления -2, то у меди здесь степень окисления +2.

Теперь разберём примеры посложнее и рассмотрим молекулы, состоящие из атомов трёх видов.

Пример 1.

Определите степень окисления серы в серной кислоте.

Серная кислота имеет формулу H2SO4. Чтобы понять, какая степень окисления у серы в этом соединении, нужно помнить, что заряд молекулы всегда равен 0, то есть число отрицательных зарядов всегда равно числу положительных. Теперь посмотрим на формулу и вспомним, что кислород имеет степень окисления -2, водород +1, то есть:

Что отсюда видно? Что пока у нас имеется два положительных заряда, это вклад водорода (+2 мы получаем, умножив степень окисления водорода на индекс: +1*2=+2) и восемь отрицательных, это вклад кислорода (-8 мы получаем, умножив степень окисления кислорода на индекс: -2*4=-8). Но нам нужно, чтобы число положительных зарядов было равно числу отрицательных, только при этом условии заряд молекулы будет 0. Следовательно, недостаёт 6 положительных зарядов. Это и есть степень окисления серы в серной кислоте: +6. То есть можно записать так:

Пример 2.

Найдём степень окисления азота в азотистой кислоте HNO2.

Рассуждать будет аналогично, исходя из известных степеней окисления (-2 у кислорода и +1 и водорода):

Перемножив степени окисления с индексами, получим, что у нас 1 положительный заряд (от водорода: +1*1=+1) и четыре отрицательных (от кислорода: -2*2=-4). Для общего нулевого заряда молекулы недостаёт трёх положительных зарядов, которые и даст азот. То есть в азотистой кислоте степень окисления азота +3:

Для тренировки попробуйте самостоятельно определить степень окисления хрома в бихромате калия K2CrO4.

Пишите, пожалуйста, в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.

Источник

Темы кодификатора ЕГЭ: Электроотрицательность. Степень окисления и валентность химических элементов.

Когда атомы взаимодействуют и образуют химическую связь, электроны между ними в большинстве случаев распределяются неравномерно, поскольку свойства атомов различаются. Более электроотрицательный атом сильнее притягивает к себе электронную плотность. Атом, который притянул к себе электронную плотность, приобретает частичный отрицательный заряд δ^—, его «партнер» — частичный положительный заряд δ+. Если разность электроотрицательностей атомов, образующих связь, не превышает 1,7, мы называем связь ковалентной полярной. Если разность электроотрицательностей, образующих химическую связь, превышает 1,7, то такую связь мы называем ионной.

Степень окисления – это вспомогательный условный заряд атома элемента в соединении, вычисленный из предположения, что все соединения состоят из ионов (все полярные связи – ионные).

Что значит «условный заряд»? Мы просто-напросто договариваемся, что немного упростим ситуацию: будем считать любые полярные связи полностью ионными, и будем считать, что электрон полностью уходит или приходит от одного атома к другому, даже если на самом деле это не так. А уходит условно электрон от менее электроотрицательного атома к более электроотрицательному.

Например, в связи H-Cl мы считаем, что водород условно «отдал» электрон, и его заряд стал +1, а хлор «принял» электрон, и его заряд стал -1. На самом деле таких полных зарядов на этих атомах нет.

Наверняка, у вас возник вопрос — зачем же придумывать то, чего нет? Это не коварный замысел химиков, все просто: такая модель очень удобна. Представления о степени окисления элементов полезны при составлении классификации химических веществ, описании их свойств, составлении формул соединений и номенклатуры. Особенно часто степени окисления используются при работе с окислительно-восстановительными реакциями.

Степени окисления бывают высшие, низшие и промежуточные.

Высшая степень окисления равна номеру группы со знаком «плюс».

Низшая определяется, как номер группы минус 8.

И промежуточная степень окисления — это почти любое целое число в интервале от низшей степени окисления до высшей.

Например, для азота характерны: высшая степень окисления +5, низшая 5 — 8 = -3, а промежуточные степени окисления от -3 до +5. Например, в гидразине N₂H₄ степень окисления азота промежуточная, -2.

Чаще всего степень окисления атомов в сложных веществах обозначается сначала знаком, потом цифрой, например +1, +2, -2 и т.д. Когда речь идет о заряде иона (предположим, что ион реально существует в соединении), то сначала указывают цифру, потом знак. Например: Ca²⁺, CO₃ ^2-.

Для нахождения степеней окисления используют следующие правила:

Степень окисления атомов в простых веществах равна нулю;
В нейтральных молекулах алгебраическая сумма степеней окисления равна нулю, для ионов эта сумма равна заряду иона;
Степень окисления щелочных металлов (элементы I группы главной подгруппы) в соединениях равна +1, степень окисления щелочноземельных металлов (элементы II группы главной подгруппы) в соединениях равна +2; степень окисления алюминия в соединениях равна +3;
Степень окисления водорода в соединениях с металлами (солеобразные гидриды — NaH, CaH₂ и др.) равна -1; в соединениях с неметаллами (летучие водородные соединения) +1;
Степень окисления кислорода равна -2. Исключение составляют пероксиды – соединения, содержащие группу –О-О-, где степень окисления кислорода равна -1, и некоторые другие соединения (супероксиды, озониды, фториды кислорода OF₂ и др.);
Степень окисления фтора во всех сложных веществах равна -1.

Выше перечислены ситуации, когда степень окисления мы считаем постоянной. У всех остальных химических элементов степень окисления — переменная, и зависит от порядка и типа атомов в соединении.

Примеры:

Задание: определите степени окисления элементов в молекуле дихромата калия: K₂Cr₂O₇.

Решение: степень окисления калия равна +1, степень окисления хрома обозначим, как х, степень окисления кислорода -2. Сумма всех степеней окисления всех атомов в молекуле равна 0. Получаем уравнение: +1*2+2*х-2*7=0. Решаем его, получаем степень окисления хрома +6.

В бинарных соединениях более электроотрицательный элемент характеризуется отрицательной степенью окисления, менее электроотрицательный – положительной.

Обратите внимание, что понятие степени окисления – очень условно! Степень окисления не показывает реальный заряд атома и не имеет реального физического смысла. Это упрощенная модель, которая эффективно работает, когда нам необходимо, например, уравнять коэффициенты в уравнении химической реакции, или для алгоритмизации классификации веществ.

Степень окисления – это не валентность! Степень окисления и валентность во многих случаях не совпадают. Например, валентность водорода в простом веществе Н₂ равна I, а степень окисления, согласно правилу 1, равна 0.

Это базовые правила, которые помогут Вам определить степень окисления атомов в соединениях в большинстве случаев.

В некоторых ситуациях вы можете столкнуться с трудностями при определении степени окисления атома. Рассмотрим некоторые из этих ситуаций, и разберем способы их разрешения:

В двойных (солеобразных) оксидах степень у атома, как правило, две степени окисления. Например, в железной окалине Fe₃O₄ у железа две степени окисления: +2 и +3. Какую из них указывать? Обе. Для упрощения можно представить это соединение, как соль: Fe(FeO₂)₂. При этом кислотный остаток образует атом со степенью окисления +3. Либо двойной оксид можно представить так: FeO*Fe₂O₃.
В пероксосоединениях степень окисления атомов кислорода, соединенных ковалентными неполярными связями, как правило, изменяется. Например, в пероксиде водорода Н₂О₂, и пероксидах щелочных металлов степень окисления кислорода -1, т.к. одна из связей – ковалентная неполярная (Н-О-О-Н). Другой пример – пероксомоносерная кислота (кислота Каро) H₂SO₅ (см. рис.) содержит в составе два атома кислорода со степенью окисления -1, остальные атомы со степенью окисления -2, поэтому более понятной будет такая запись: H₂SO₃(O₂). Известны также пероксосоединения хрома – например, пероксид хрома (VI) CrO(O₂)₂ или CrO₅, и многие другие.
Еще один пример соединений с неоднозначной степенью окисления – супероксиды (NaO₂) и солеобразные озониды KO₃. В этом случае уместнее говорить о молекулярном ионе O₂ с зарядом -1 и и O₃ с зарядом -1. Строение таких частиц описывается некоторыми моделями, которые в российской учебной программе проходят на первых курсах химических ВУЗов: МО ЛКАО, метод наложения валентных схем и др.
В органических соединениях понятие степени окисления не очень удобно использовать, т.к. между атомами углерода существует большое число ковалентных неполярных связей. Тем не менее, если нарисовать структурную формулу молекулы, то степень окисления каждого атома также можно определить по типу и количеству атомов, с которыми данный атом непосредственно связан. Например, у первичных атомов углерода в углеводородах степень окисления равна -3, у вторичных -2, у третичных атомов -1, у четвертичных — 0.

Потренируемся определять степень окисления атомов в органических соединениях. Для этого необходимо нарисовать полную структурную формулу атома, и выделить атом углерода с его ближайшим окружением — атомами, с которыми он непосредственно соединен.

Полезные советы:

Для упрощения расчетов можно использовать таблицу растворимости – там указаны заряды наиболее распространенных ионов. На большинстве российских экзаменов по химии (ЕГЭ, ГИА, ДВИ) использование таблицы растворимости разрешено. Это готовая шпаргалка, которая во многих случаях позволяет значительно сэкономить время.
При расчете степени окисления элементов в сложных веществах сначала указываем степени окисления элементов, которые мы точно знаем (элементы с постоянной степенью окисления), а степень окисления элементов с переменной степенью окисления обозначаем, как х. Сумма всех зарядов всех частиц равна нулю в молекуле или равна заряду иона в ионе. Из этих данных легко составить и решить уравнение.

Тренировочный тест по теме «Степени окисления и валентность» 10 вопросов, при каждом прохождении новые.

167

Создан на
07 января, 2022 От Admin

Тренировочный тест “Степени окисления”

1 / 10

1) Be 2) Li 3) K 4) N 5) Cs

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, каждый из которых может образовать оксид с общей формулой ЭО.

Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.

2 / 10

1) O 2) P 3) Si 4) Cr 5) S

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, степень окисления которых в оксидах может принимать значение +3.

3 / 10

1) V 2) B 3) Li 4) C 5) He

Из указанных в ряду элементов выберите два элемента, степень окисления которых в соединениях может принимать отрицательное значение.

4 / 10

1) Sn 2) Ca 3) С 4) K 5) B

Из указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в соединениях могут проявлять степень окисления, равную +4.

5 / 10

1) Na 2) Cl 3) As 4) Ca 5) Ge

Из указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в соединениях могут проявлять степень окисления +5.

6 / 10

1) S 2) Si 3) Ne 4) Al 5) Mg

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в соединениях могут проявлять отрицательную степень окисления.

7 / 10

1) Cl 2) Sn 3) Ge 4) Mg 5) Na

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в высших оксидах проявляют степень окисления +4.

8 / 10

1) B 2) Mg 3) Cl 4) S 5) V

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые имеют одинаковую разность между значениями степеней окисления в высшем оксиде и летучем водородном соединении.

9 / 10

1) Na 2) Cr 3) Al 4) Cl 5) Sc

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые имеют одинаковую разность между значениями их высшей и низшей степеней окисления.

10 / 10

1) Na 2) S 3) F 4) V 5) Si

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в образованных ими анионах с общей формулой ЭO_x²⁻ могут иметь одинаковую степень окисления.

Ваша оценка

The average score is 56%

Источник

Как определить степень окисления?

Автор – Александр Игоревич Новичков .

Степень окисления – это формальный заряд атома. Слово «формальный» означает, что этого заряда у атома в действительности может и не быть, вернее, он может оказаться немного другим. Однако по разным причинам эти условные заряды удобны и химики всего мира пользуются понятием «степень окисления».

Отметим, что степень окисления указывается в верхнем правом углу атома в формате или , где – целое число. Например: $rm K^+Mn^{+7}O_{mkern 13mu 4}^{-2},; Fe^{+3}Cl_{mkern 4mu3}^{-},; O_{mkern 0mu 2}^{0}.$

Существуют определённые правила нахождения степени окисления.

1. Степень окисления простых веществ равна нулю. Напомню, что простыми называют вещества, состоящие из одного вида атомов. Примеры: $rm O_{mkern 0mu 2}^{0},;P_{mkern 0mu 4}^{0},;Na^0.$
2. Некоторые атомы в сложных соединениях проявляют только одну степень окисления. Такие степени окисления называются постоянными.

– Исключения у водорода соединения , в которых у водорода степень окисления -1.
– Исключения у кислорода $rm H_{mkern 2mu 2}^+O_{mkern 2mu 2}^-,;Na_{mkern 2mu 2}^+O_{mkern 2mu 2}^-,;K^+O_{mkern 2mu 2}^{-frac{1}{2}}, ;K^+O_{mkern 2mu 3}^{-frac{1}{3}}, ;O^{+2}F_{mkern 2mu 2}^{-}, ;O_2^{mkern -3mu +}F_{mkern 2mu 2}^{-}.$

1. Сумма степеней окисления всех атомов сложного соединения должна быть равна нулю. Пользуясь именно эти правилом, мы будем расставлять степени окисления в сложных соединениях.
  Как именно?

Пример 1: расставьте степени окисления в соединении .
Мы знаем степень окисления тогда мы можем найти, что общее количество «плюсов» у четырех атомов . Чтобы в сумме был ноль, у трех атомов rm C заряд должен быть , значит у каждого атома $rm ; C rightarrow -4 ;; Al_{mkern 13mu 4}^{+3}C_{mkern 14mu 3}^{-4}.$

Пример 2: Найдите степени окисления всех атомов в соединении
Сначала подпишем постоянные степени окисления $rm K_{mkern 3mu 2}^{+}Cr_2^{?}O_{mkern 14mu 7}^{-2}.$

Посчитаем общее количество плюсов и минусов $rm frac{displaystyle K_{mkern 3mu 2}^{+}}{displaystyle +2} ;frac{displaystyle Cr_2^{?}}{displaystyle ?} ;frac{displaystyle O_{mkern 14mu 7}^{-2}}{displaystyle -14}.$

Для того, чтобы плюсов и минусов было одинаковое количество у двух хромов в сумме должно быть +12 , а значит, у каждого атома $rm +6, ; K_{mkern 3mu 2}^{+}Cr_2^{+6}O_{mkern 14mu 7}^{-2}.$

Пример 3: Найдите степени окисления всех атомов в соединении
Для начала заметим, что для нахождения степени окисления удобно «раскрыть скобки» и представить соединение как и тогда задание выполняется аналогично заданию из примера 2.
Ответ: $rm Al^{+3}(Cl^{+5}O_{mkern 14mu 3}^{-2})_3.$

1. В некоторых устоявшихся группах атомов в составе веществ (кислотные остатки и ион аммония) степени окисления атомов неизменны и их тоже стоит запомнить.

$rm (S^{+6}O_{mkern 13mu 4}^{-2})^{2-},;(S^{+4}O_{mkern 14mu 3}^{-2})^{2-},;(C^{+4}O_{mkern 14mu 3}^{-2})^{2-},;(Si^{+4}O_{mkern 14mu 3}^{-2})^{2-},;(P^{+5}O_{mkern 13mu 4}^{-2})^{3-},$
$rm (N^{+5}O_{mkern 14mu 3}^{-2})^{-},;(N^{+3}O_{mkern 14mu 2}^{-2})^{-},;(N^{-3}H_{mkern 2mu 4}^{+})^{+}.$

Пользуясь этими правилами, можно расставить степени окисления практически во всех соединений, встречающихся на ЕГЭ по химии.

Если вам понравился наш материал – записывайтесь на курсы подготовки к ЕГЭ по химии онлайн

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими публикациями.
Информация на странице «Как определить степень окисления?» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ.
Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в ВУЗ или техникум нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими статьями из разделов нашего сайта.

Публикация обновлена:
07.05.2023

Источник

Сте́пень окисле́ния (окислительное число^[1]) — вспомогательная условная величина для записи процессов окисления, восстановления и окислительно-восстановительных реакций. Она указывает на состояние окисления отдельного атома молекулы и представляет собой лишь удобный метод учёта переноса электронов: она не является истинным зарядом атома в молекуле (см. #Условность).

Представления о степени окисления элементов положены в основу и используются при классификации химических веществ, описании их свойств, составлении формул соединений и их международных названий (номенклатуры). Но особенно широко оно применяется при изучении окислительно-восстановительных реакций.

Понятие степень окисления часто используют в неорганической химии вместо понятия валентность.

Определение[править | править код]

Степень окисления атома равна численной величине электрического заряда, приписываемого атому в предположении, что электронные пары, осуществляющие связь, полностью смещены в сторону более электроотрицательных атомов (то есть исходя из предположения, что соединение состоит только из ионов). В случае ковалентной связи между одинаковыми атомами электроны делят поровну между атомами.

Степень окисления соответствует числу электронов, которое следует присоединить к положительному иону, чтобы восстановить его до нейтрального атома, или отнять от отрицательного иона, чтобы окислить его до нейтрального атома:

${displaystyle {mathsf {Al^{3+}+3e^{-}rightarrow Al}}}$

${displaystyle {mathsf {S^{2-}rightarrow S+2e^{-}}}}$

Описание[править | править код]

В научной литературе для обозначения степени окисления элемента используется метод Штока^[2]. Степень окисления указывается после названия либо символа элемента римскими цифрами в круглых скобках, причём пробел перед открывающей скобкой не ставится: железо(III), Ni(II).

Степень окисления также может указываться арабскими цифрами сверху над символом элемента: ${displaystyle mathrm {{stackrel {+1}{Na}}{stackrel {-1}{Cl}},{stackrel {+2}{Mg}}{stackrel {-1}{Cl}}_{2},{stackrel {-3}{N}}{stackrel {+1}{H}}_{3},{stackrel {+2}{C}}{stackrel {-2}{O}},{stackrel {+4}{C}}{stackrel {-2}{O}}_{2},{stackrel {+1}{Cl}}{stackrel {-1}{F}},{stackrel {+1}{H}}{stackrel {+5}{N}}{stackrel {-2}{O}}_{3},{stackrel {-4}{C}}{stackrel {+1}{H}}_{4},{stackrel {+1}{K}}{stackrel {+7}{Mn}}{stackrel {-2}{O}}_{4}.} }$ . В отличие от указания заряда иона, при указании степени окисления первым ставится знак, а потом численное значение, а не наоборот^[3] (при этом в формулах почти всегда указывается заряд атома/иона, а в тексте — степень окисления +2, +3…, отсюда и путаница; в формулах степень окисления пишут над элементом (знак впереди — на первом месте), заряд для ионов (не для каждого элемента в сложных ионах!) — пишется верхним индексом — сверху справа после иона (знак позади числа): $({stackrel {-3}{{mbox{N}}}}{stackrel {+1}{{mbox{H}}}}_{{4}})_{2}{stackrel {+6}{{mbox{S}}}}{stackrel {-2}{{mbox{O}}}}_{{4}}$ — степени окисления, ${({mbox{NH}}}_{4}^{{1+}})_{2}{{mbox{SO}}}_{4}^{{2-}}$ — заряды.

Степень окисления (в отличие от валентности) может иметь нулевое, отрицательное и положительное значения, которые обычно ставятся над символом элемента сверху: ${displaystyle mathrm {{stackrel {0}{Kr}},{stackrel {+1}{mbox{Na}}}_{2}{stackrel {-2}{mbox{O}}}.} }$

Правила вычисления степени окисления:

Степень окисления атома любого элемента в свободном (несвязанном) состоянии (простое вещество) равна нулю, так, например, атомы в молекулах имеют нулевую степень окисления: ${displaystyle mathrm {{stackrel {0}{O}}_{3},{stackrel {0}{O}}_{2},{stackrel {0}{H}}_{2},{stackrel {0}{N}}_{2},{stackrel {0}{S}}_{8},{stackrel {0}{P}}_{4},{stackrel {0}{Br}}_{2},{stackrel {0}{Cl}}_{2},{stackrel {0}{C}},{stackrel {0}{Fe}},{stackrel {0}{Na}}.} }$
Степень окисления любого простого одноатомного иона соответствует его заряду, например: Na⁺ = +1, Ca²⁺ = +2, Cl⁻ = −1.
Степень окисления водорода в любом неионном соединении равна +1. Это правило применимо к подавляющему большинству соединений водорода, таких, как H₂O, NH₃ или CH₄. (Определение через электротрицательность даёт исключение для некоторых веществ: ${displaystyle mathrm {{stackrel {+4}{Si}}{stackrel {-1}{H}}_{4},{stackrel {+3}{As}}{stackrel {-1}{H}}_{3}} }$ ). Для ионных гидридов металлов, например NaH, степень окисления водорода −1.
Степень окисления кислорода равна −2 во всех соединениях, где кислород не образует простой ковалентной связи O—O, то есть в подавляющем большинстве соединений — оксидах. Так, степень окисления кислорода равна −2 в H₂O, H₂SO₄, NO, CO₂ и CH₃OH; но в пероксиде водорода, H₂O₂ (HO—OH), она равна −1 (другими исключениями из правила, согласно которому кислород имеет степень окисления −2, являются ${displaystyle mathrm {{stackrel {+2}{O}}{stackrel {-1}{F}}_{2},{stackrel {+1}{O}}_{2}{stackrel {-1}{F}}_{2}} }$ , а также свободные радикалы, например ).
В соединениях неметаллов, не включающих водород и кислород, неметалл с большей электроотрицательностью считается отрицательно заряжённым. Степень окисления такого неметалла полагается равной заряду его наиболее распространённого отрицательного иона. Например, в CCl₄ степень окисления хлора −1, а углерода +4. В CH₄ степень окисления водорода +1, а углерода −4. В SF₆ степень окисления фтора −1, а серы +6, но в CS₂ степень окисления серы −2, а степень окисления углерода +4.
Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в формуле нейтрального соединения всегда равна нулю:

${stackrel {+1}{{mbox{H}}}}_{{2}}{stackrel {+6}{{mbox{S}}}}{stackrel {-2}{{mbox{O}}}}_{{4}},$

Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в комплексном ионе (катионе либо анионе) должна быть равна его общему заряду (см. также выше 2-й пункт). Так, в ионе NH₄⁺ степень окисления N должна быть равной −3 и, следовательно, −3 + 4 = +1. Поскольку в ионе SO₄²⁻ сумма степеней окисления четырёх атомов кислорода равна −8, сера должна иметь степень окисления, равную +6, чтобы полный заряд иона оказался равным −2.
В химических реакциях должно выполняться правило сохранения алгебраической суммы степеней окисления всех атомов. Именно это правило делает понятие степени окисления столь важным в современной химии. Если в ходе химической реакции степень окисления атома повышается, говорят, что он окисляется, если же степень окисления атома понижается, говорят, что он восстанавливается. В полном уравнении химической реакции окислительные и восстановительные процессы должны точно компенсировать друг друга.
Максимальная положительная степень окисления элемента обычно численно совпадает с номером его группы в периодической системе (классического короткого варианта таблицы). Максимальная отрицательная степень окисления элемента равна максимальной положительной степени окисления минус восемь (например, для халькогена S положительная степень окисления +6, макс. отрицательная 6 − 8 = −2).
Исключение составляют фтор, кислород, благородные газы (кроме ксенона), а также железо, кобальт, родий и элементы подгруппы никеля: их высшая степень окисления выражается числом, значение которого ниже, чем номер группы, к которой они относятся. Иридий имеет высшую степень окисления +9^[4]. У элементов подгруппы меди, наоборот, высшая степень окисления больше единицы, хотя они и относятся к I группе. У лантаноидов степени окисления не превышают +4 (в особых условиях зафиксирована степень окисления +5 для празеодима^[5]); у актиноидов зафиксированы степени окисления вплоть до +7.
Правило о равенстве числу восемь суммы абсолютных величин степеней окисления элемента (R) по кислороду (RO) и по водороду (HR; то есть положительных и отрицательных степеней окисления) соблюдается лишь для p-элементов IV—V—VI—VII групп таблицы ПСХЭ.
Элементы-металлы в соединениях обычно имеют положительную степень окисления. Однако встречаются соединения, где степень окисления металлов нулевая (нейтральные карбонилы и некоторые другие комплексы) и отрицательная (алкалиды, ауриды, анионные карбонилы, фазы Цинтля)^[6]^[7].

Понятие степени окисления вполне применимо и для нестехиометрических соединений (КС₈, Mo₅Si₃, Nb₃B₄ и др.).

Условность[править | править код]

Следует помнить, что степень окисления является сугубо условной величиной, не имеющей физического смысла, но характеризующей образование химической связи межатомного взаимодействия в молекуле.

Степень окисления в ряде случаев не совпадает с валентностью. Например, в органических соединениях углерод всегда четырёхвалентен, а степень окисления атома углерода в соединениях метана CH₄, метилового спирта CH₃OH, формальдегида HCOH, муравьиной кислоты HCOOH и диоксида углерода CO₂, соответственно, равна −4, −2, 0, +2 и +4.

Степень окисления зачастую не совпадает с фактическим числом электронов, которые участвуют в образовании связей. Обычно это молекулы с различными электрондефицитными химическими связями и делокализацией электронной плотности. Например, в молекуле азотной кислоты степень окисления центрального атома азота равна +5, тогда как ковалентность равна 4, а координационное число — 3. В молекуле озона, имеющей сходное с SO₂ строение, атомы кислорода характеризуется нулевой степенью окисления (хотя часто говорят, что центральный атом кислорода имеет степень окисления +4).

Степень окисления в большинстве случаев не отражает также действительный характер и степень электрической поляризации атомов (истинного заряда атомов, определённых экспериментальным путём). Так, и в HCl, и в NaCl степень окисления хлора принимается равной −1, тогда как на самом деле поляризация его атома (относительный эффективный заряд δ⁻) в этих соединениях различна:
δ_Cl(HCl) = −0,17 единицы заряда,
δ_Cl(NaCl) = −0,9 единицы заряда (абсолютного заряда электрона); водорода и натрия — соответственно +0,17 и +0,90^[8].
А в кристаллах сульфида цинка ZnS заряды атомов цинка и серы равны соответственно +0,86 и −0,86, вместо степеней окисления +2 и −2^[9].

На примере хлорида аммония удобно затронуть существующее в современной химии перекрещивание различных понятий. Так, в NH₄Cl атом азота имеет степень окисления −3, ковалентность IV, электровалентность (формальный заряд по Льюису) +1 {аммоний-катион имеет заряд также 1+}, и общую валентность (структурную; общее координационное число) 5, а для его эффективного заряда предлагалось значение −0,45^[10].

Проблемы[править | править код]

Применение понятия степени окисления проблематично для следующих классов соединений^[11]:

Соединения, содержащие ковалентные связи между атомами близкой электроотрицательности, например: PH₃, Cl₃N. В этом случае использование различных шкал электроотрицательности даёт различные результаты. В 2014 году ИЮПАК дал рекомендацию пользоваться шкалой электроотрицательности Аллена, поскольку другие шкалы используют понятия валентного состояния атома (что усложняет определение условной величины) или его степени окисления (что создаёт порочный круг)^[12].
Соединения, содержащие делокализованные ковалентные связи и являющиеся промежуточными между резонансными структурами, где степени окисления атомов различны. Например, в молекуле N₂O крайний атом азота имеет степень окисления от −1 до 0, средний — от +2 до +3. В случае, когда атомы одного элемента в структуре равноправны, им приписывают среднее из возможных значений степени окисления, которое может быть дробным. Например: ${displaystyle mathrm {{stackrel {-1/2}{{{O}_{2}}^{-}}},{stackrel {-6/5}{C}}_{5}{stackrel {+1}{{{H}_{5}}^{-}}}} }$ . В уравнениях окислительно-восстановительных реакций часто используют средние (в том числе дробные) значения степени окисления даже в том случае, когда атомы неравноправны, например ${displaystyle mathrm {{stackrel {+8/3}{mbox{Fe}}}_{3}{stackrel {-2}{mbox{O}}}_{4}} }$ (по строгому определению ${displaystyle mathrm {{stackrel {+2}{mbox{Fe}}}{stackrel {+3}{mbox{Fe}}}_{2}{stackrel {-2}{mbox{O}}}_{4}} }$ ).
Соединения, содержащие полностью делокализованные электроны (металлическая связь). Например, дикарбид лантана LaC₂ состоит из ионов La³⁺, C₂²⁻ и делокализованных электронов. Наличие в соединении ионов C₂²⁻ позволяет считать степень окисления лантана равной +2; с другой стороны, бо́льшая длина связи C≡C по сравнению с CaC₂, объясняемая взаимодействием делокализованных электронов с антисвязывающими орбиталями, позволяет считать степень окисленния углерода равной −3/2. Третья возможность — рассматривать такие соединения как электриды, то есть не приписывать делокализованные электроны ни одному из атомов. В случае, когда все элементы в соединении — металлы (см. Интерметаллиды), их степени окисления обычно считают равными нулю.

Пример составления уравнения окислительно-восстановительной реакции[править | править код]

${mathsf {{stackrel {+8/3}{Fe}}_{{3}}{stackrel {}{O}}_{{4}}+{stackrel {0}{H}}_{{2}}rightarrow {stackrel {0}{Fe}}+{stackrel {+1}{H}}_{{2}}{stackrel {}{O}}}}$

Составляем электронные уравнения:

${begin{array}{rl|l}{mathsf {H_{2}-2e^{{-}}}}&={mathsf {2H^{{+}}}}&{mathsf {4}}\{mathsf {underline {3Fe^{{(+8/3)}}}+8e^{{-}}}}&={mathsf {3Fe}}&{mathsf {1}}end{array}}$

Найденные коэффициенты проставляем в схему процесса, заменяя стрелку на знак равенства:

${mathsf {Fe_{3}O_{4}+4H_{2}=3Fe+4H_{2}O}}$

(то есть в электронных реакциях (методе электронного баланса) железо с дробной степенью окисления записывается только с коэффициентом 3).
На самом деле, в растворе нет ионов Fe²⁺, Fe³⁺ (и уж тем более Fe^+8/3), также как и Cr⁶⁺, Mn⁷⁺, S⁶⁺, а есть ионы CrO₄²⁻, MnO₄⁻, SO₄²⁻, а равно и малодиссоциированные «электролиты» Fe₃O₄ (FeO•Fe₂O₃). Именно поэтому следует отдать предпочтение методу полуреакций (ионно-электронным методам) и применять его при составлении уравнении всех окислительно-восстановительных реакций, протекающих в водных растворах. То есть мы можем воспользоваться готовой реакцией стандартного электродного потенциала:
Fe₃O₄ + 8H⁺ + 8e⁻ = 3Fe + 4H₂O, E° = −0,085 В.

См. также[править | править код]

Валентность
Координационное число

Примечания[править | править код]

↑ Окислительное число // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
↑ Справочник химика. Под ред. Б. П. Никольского, Л: Химия, 1971. С. 13.
↑ Эту фиктивную зарядность в молекулах с ковалентными связями правильнее называть степенью окисления элемента, иначе, его окислительным числом. Для отличия от положительной или отрицательной зарядности (например, ${{mbox{Ca}}}^{{2+}}{{mbox{O}}}^{{2-}}$ , ${{mbox{Na}}}^{{1+}}{{mbox{Cl}}}^{{1-}}$ ) знаки при степени окисления (окислительном числе) меняют на обратные (например, ). Адекватны этой формуле и изображения: H→F и H^δ+—F^δ−. Агафошин Н.П. Периодический закон и периодическая система хим. элементов Д. И. Менделеева. — 2-е изд. — М.: Просвещение, 1982. — с. 56
↑ Guanjun Wang, Mingfei Zhou, James T. Goettel, Gary J. Schrobilgen, Jing Su, Jun Li, Tobias Schlöder, Sebastian Riedel. Identification of an iridium-containing compound with a formal oxidation state of IX (англ.) // Nature. — 2014. — Vol. 514. — P. 575—577. — doi:10.1038/nature13795.
↑ Qingnan Zhang, Shu‐Xian Hu, Hui Qu, Jing Su, Guanjun Wang, Jun‐Bo Lu, Mohua Chen, Mingfei Zhou, Jun Li. Pentavalent Lanthanide Compounds: Formation and Characterization of Praseodymium(V) Oxides (англ.) // Angewandte Chemie International Edition. — 2016. — Vol. 55. — P. 6896–6900. — ISSN 1521-3773. — doi:10.1002/anie.201602196.
↑ John E. Ellis. Adventures with Substances Containing Metals in Negative Oxidation
States (англ.) // Inorganic Chemistry. — 2006. — Vol. 45. — P. 3167—3186. — doi:10.1021/ic052110i.
↑ Metalle in negativen Oxidationszuständen (нем.). Дата обращения: 14 марта 2015. Архивировано 29 марта 2015 года.
↑ Степень окисления не следует путать с истинным эффективным зарядом атома, который практически всегда выражается дробным числом.
Рассмотрим для наглядности ряд соединений хлора:
${displaystyle mathrm {{H}{stackrel {}{Cl}},{stackrel {}{Cl}}_{2},{stackrel {}{Cl}}_{2}{O},{stackrel {}{Cl}}_{2}{O}_{7}} }$

В HCl хлор отрицательно одновалентен.

В молекуле Cl₂, к примеру, ни один из атомов не оттягивает электронов больше другого, следовательно, заряд [а равно и степень окисления] равен нулю. В Cl₂O хлор снова одновалентен, но уже положительно. В Cl₂O₇ хлор положительно семивалентен:

${displaystyle mathrm {{H}{stackrel {-1}{Cl}},{stackrel {0}{Cl}}_{2},{stackrel {+1}{Cl}}_{2}{O},{stackrel {+7}{Cl}}_{2}{O}_{7}} }$

Определяемые подобным образом электрохимические валентности (степени окисления) отдельных атомов могут не совпадать с их обычными (структурными) валентностями. Например, в молекуле Cl₂ (Cl-Cl) каждый атом хлора электрохимически нуль-валентен (точнее, степень окисления = 0), но структурно он одновалентен (валентность = I).
Некрасов Б.В. Основы общей химии. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Химия, 1973. — Т. I. — стр. 285—295
см. также Эффективный заряд.
↑ Угай Я. А. Валентность, химическая связь и степень окисления — важнейшие понятия химии Архивная копия от 13 апреля 2014 на Wayback Machine // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 3. — С. 53-57
↑ Некрасов Б.В. Основы общей химии. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Химия, 1973. — Т. I. — стр. 395
↑ Pavel Karen, Patrick McArdle, Josef Takats. Toward a comprehensive definition of oxidation state (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2014. — Vol. 86, no. 6. — P. 1017—1081. — ISSN 1365-3075. — doi:10.1515/pac-2013-0505.
↑ P. Karen, P. McArdle, J. Takats. Comprehensive definition of oxidation state (англ.) // Pure Appl. Chem.. — 2015. — 16 December. Архивировано 2 февраля 2017 года.