Как найти степень окисления вещества в скобках

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:

Существуют определённые правила нахождения степени окисления.

1. 1. Степень окисления простых веществ равна нулю. Напомню, что простыми называют вещества, состоящие из одного вида атомов. Примеры:
   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
– Исключения у кислорода

1. 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 заряд должен быть , значит у каждого атома

Пример 2: Найдите степени окисления всех атомов в соединении
Сначала подпишем постоянные степени окисления

Посчитаем общее количество плюсов и минусов

Для того, чтобы плюсов и минусов было одинаковое количество у двух хромов в сумме должно быть , а значит, у каждого атома

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:

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

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

Сегодня мы обозначим и постараемся объяснить все сведения необходимые для комфортного и непринуждённого расставления степеней окисления, небезусловную сущность которых мы раскрыли в предыдущем материале.

Итак, прежде всего необходимо понять, что степени окисления – это заряды, а следовательно значения, имеющиеся знак и размещаемые в верхнем правом углу от химического символа.

Заряды эти образуются в результате отдачи и взаимного принятия электронов. При этом в ходе отдачи электронов образуется положительно заряженная частица, а входе принятия – отрицательно заряженная частица.

Так как атомы, из представления о которых мы пока что исходим, электронейтральны, то отдача электронов приводит к преобладанию в частице положительно заряженного ядра, и образованию так называемого катиона, а принятие электронов – к преобладанию отрицательного заряда электронной оболочки и образованию аниона.

И на этом моменте мы подбираемся не только к ключевой, но и чрезвычайно логичной мысли, согласно которой число отданных электронов равно числу принятых электронов, а значит, суммарный положительный заряд по модулю должен быть равен суммарному отрицательному заряду, то есть:

суммарная степень окисления в химической формуле вещества всегда равна нулю!

И вот теперь-то мы готовы ввести правила расстановки степеней окисления:

Правило №1: у простых веществ степень окисления всегда равна нулю.

Напомню, простые вещества – вещества, состоящие из атомов одного химического элемента.

Но прежде чем обозначить следующее правило, необходимо пояснить, что каждое последующее правило не отменяет предыдущее.

Правило №2: у фтора (F) в составе всех сложных веществ степень окисления всегда равна -1.

Для того, чтобы понять это правило, бросим взгляд в ряд электроотрицательности неметаллов:

Фтор (F) – самый электроотрицательный неметалл (напомню, что электроотрицательность – способность атомов химических элементов оттягивать на себя электронную плотность), это значит, что, будучи в составе любого вещества, фтор (F) по теории степеней окисления всегда принимает электроны, а так как фтор (F) – элемент главной подгруппы 7-й группы, то нуждается он только в одном электроне, необходимом ему для достижения электронной конфигурации инертного благородного газа.

Итого по фтору:

Правило №3. У кислорода (O) в составе всех сложных соединений степень окисления равна -2.

Исключения: пероксиды и фторид кислорода.
Дело в том, что в перекисях присутствует ковалентная неполярная химическая связь между атомами кислорода, а фтор – единственный более электроотрицательный атом, чем кислород.

Правило №4: у водорода (H) степень окисления всегда +1

Исключение: гидриды металлов.
Водород, согласно приведённому выше ряду электроотрицательности неметаллов, обладает среди перечисленных в нём наименьшим значением электроотрицательности, что означает, что по отношению к ним он будет донором электронной плотности. Однако водород (H) остаётся неметаллом и будет проявлять свои неметаллические свойства, то есть способность принимать электроны, а точнее один электрон, в солеподобных бинарных соединениях с металлами – так называемыми гидридами.

Правило №5 – у металлов всегда положительные степени окисления.

Это и понятно, если учесть, что металлы характеризуются металлическими свойствами, то есть способностью отдавать электроны. Но не стоит забывать, что у простых веществ степень окисления всё-таки 0

Правило №6:
у металлов главной подгруппы первой группы IA (Li, Na, K и т.д.) в составе всех сложных соединений степень окисления всегда +1
у Me главной подгруппы второй группы IIА (Mg, Ca, Sr, Ba) – всегда +2
IIIA (Al) – всегда +3

Итоговая таблица:

На этом хотелось бы и закончить, но мы ещё ничего не сказали о расчёте степени окисления центрального атома, когда это необходимо. Рассмотрим пример дихромата калия:

-согласно правилам, у калия +1, у кислорода -2.
– “атомов” кислорода (O) семь, у каждого степень окисления -2. Это означает, что каждый “атом” кислорода (O) принимает два электрона. В сумме семь “атомов” кислорода (O) приняли 14 электронов.
– откуда “атомы” кислорода (O) приняли 14 электронов? Степень окисления калия (K) +1. Это означает, что “атом” калия(K) отдал 1 электрон. Атомов калия (K) два, каждый отдал 1 электрон. В сумме атомы калия (K) отдали 2 электрона.
– значит, оставшиеся 12 электронов были получены атомами кислорода (O) от двух атомов хрома (Cr). То есть, каждый атом хрома (Cr) отдал 6 электронов. Таким образом, степень окисления хрома +6.

Рассмотрим ещё несколько неочевидных примеров.

1) Единственное правило, которое мы можем применить к данному примеру, – это правило, согласно которому у железа (Fe), как у металла, в данном случае положительная степень окисления, то есть железо отдаёт электроны. Значит, у хлора (Cl) – отрицательная, то есть хлор (Cl) принимает электроны.
2) Смотрим, сколько хлор (Cl) будет принимать электронов, видим, что хлор (Cl) – элемент главной подгруппы 7-й группы, значит хлор (Cl) принимает 1 электрон.
3) Атомов хлора (Cl) в составе рассматриваемого соединения три, значит в сумме они принимают 3 электрона.
4) Откуда они принимают эти три электрона – от одного атома железа (Fe), значит у железа (Fe) степень окисления +3.

А что если рассмотреть пример, к которому мы не сможем применить ни одно из известных правил? Например, сероуглерод.

1) В данном случае смотрим в ряд электроотрицательности неметаллов, выясняем, какой из атомов более электроотрицательный, – он и будет принимать электроны.
2) Сера (S) обладает большей электроотрицательностью. При этом сера (S) – элемент главной подгруппы 6-й группы, значит, атому серы (S) до электронной конфигурации инертного благородного газа не хватает 2-х электронов, то есть сера (S), будет принимать 2 электрона, приобретая степень окисления -2.
3) Атомов серы (S) два, каждый принимает 2 электрона, в сумме они принимают 4 электрона. От кого они принимают 4 электрона? От одного атома углерода (C), значит у углерода (C) степень окисления +4.

Есть примеры веществ, в формулах которых невозможно без предварительных знаний правильно расставить степени окисления. К таковым, например относятся карбид кальция и пирит, формулы и степени окисления в составе которых я обозначу как данность.

И вот теперь у меня всё! Спасибо всем, кто дошёл до конца. Пока.

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:

1. Степень окисления атомов в простых веществах равна нулю;
2. В нейтральных молекулах алгебраическая сумма степеней окисления равна нулю, для ионов эта сумма равна заряду иона;
3. 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;
4. Степень окисления водорода в соединениях с металлами (солеобразные гидриды — NaH, CaH₂ и др.) равна -1; в соединениях с неметаллами (летучие водородные соединения)  +1;
5. 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.);
6. 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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

Задачи:

– сформировать понятие «степень окисления», «бинарные соединения»;

– научить определять степени окисления, называть бинарные соединения, составлять формулы бинарных соединений по степени окисления;

– совершенствовать умения высказываться, обсуждать суждения;

– воспитывать у учащихся внимательность и сосредоточенность.

Мотивация и целеполагание:

– Какие элементы отдают, а какие элементы принимают электроны? Чем отличаются металлы от неметаллов? В чем сущность ионной и ковалентной связи?

Изучение нового материала:

С бинарными соединениями вы уже знакомились. Их еще называют двухэлементными соединениями, потому что би от лат. — два. Т. е. бинарные соединения — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов.

Например, при изучении ионной и ковалентной связи, мы встречали такие соединения. Помните, при образовании молекулы NaCl, Na отдает свой электрон атому Cl, при этом они оба превращаются в ионы Na⁺ и Cl^–.

При образовании молекулы HCl, общая пара электронов смещена к атому Cl, т.к. он более электроотрицательный и на атомах появляются частичные заряды: на атоме H^+δ , на атоме Cl^-δ. Если предположить, что электрон от Н полностью перешел к атому Cl, то их заряды будет не частичные, а +1 и -1: H⁺¹ и Cl^-1. Эти условные заряды и называют степенью окисления.

Значения степеней окисления ставят над символом элемента арабской цифрой, впереди которой ставят «+» или «-». Например, MgCl₂, степень окисления Mg (+2), Cl (-1). Следует различать степени окисления и заряды ионов. Например, в молекуле NaCl, степень окисления Na (+1), а Cl (-1). В зарядах этих ионов цифры опускают и записывают ионы Na⁺, Cl^–.

Запомните, что степень окисления — это условный заряд атомов химического элемента в соединении, если предположить, что оно состоит только из ионов.

Степень окисления может быть положительной, отрицательной и нулевой. Положительную степень окисления имеют как металлы, так и неметаллы, кроме фтора, гелия и неона. Максимальная степень окисления равна номеру группы. Т. е. у N высшая степень окисления равна +5, т.к. он находится в V группе. Отрицательную степень окисления имеют только неметаллы, т.к. они присоединяют электроны до завершения внешнего уровня. Минимальная степень окисления равна №группы — 8. Т.о. у N минимальная степень окисления будет 5 — 8 = -3. Кроме максимальной и минимальной степени окисления есть еще промежуточная степень окисления. Например, у N она равна +3.

Нужно знать, что степень окисления простых веществ равна 0, т. е. у N₂, H₂, S₈, Cu, O₃ и др. простых веществ она — 0.

Степень окисления F всегда -1, потому что он самый электроотрицательный элемент и принимает электроны при образовании химической связи. Например, в соединении NaF, у F степень окисления (-1).

У кислорода степень, окисления -2, потому что он второй элемент по электроотрицательности, иск. cоставляет соединение кислорода с фтором, где его степень окисления +2. Например, в соединении CaO, степень окисления О (-2), а в соединении OF₂, степень окисления О (+2).

У металлов степень окисления всегда положительная, т.к. они отдают электроны другим атомам. Степень окисления металлов, А групп численно совпадает с валентностью. Например, в соединении Na₂O степень окисления Na (+1), т.к. он является металлом, значит, у него только положительная степень окисления, а 1, потому что он является металлом I A группы, значит, и валентность его — единица. Аналогично и в соединении BaS, степень окисления Ва (+2), т.к. он металл II A группы, в соединении Al₂O₃, степень окисления Al (+3), т.к. это металл III, А группы.

Степень окисления Н всегда (+1), за исключением его соединений с металлами, где у него степень окисления (-1). Например, CaH₂, KH, LiH, в этих соединениях у водорода степень окисления (-1).

Как было сказано, валентность численно совпадает со степенью окисления. Однако не всегда. Степень окисления имеет знак заряда, а валентность — нет.

Давайте вспомним, что валентность — это число связей, которыми атом связан с другими атомами, а степень окисления — это условный заряд атомов.

Давайте сравним валентность и степень окисления у азота (N₂). Степень окисления равна 0, т.к. это простое вещество, а вот валентность равна III, потому что атом азота связан с другим атомом азота тройной связью.

Или в пероксиде (Н₂О₂) степень окисления О (-1), а валентность равна II, т.к. О связан двумя связями с атомами водорода: Н — О — О — Н.

А в ацетилене (С₂Н₂) степень окисления С (-1), а валентность IV: Н — С == С — Н.

Учитывая, что суммарная степень окисления равна 0, можно найти степени окисления элементов в соединении, а также составить формулу соединения, зная степени окисления.

Определим степени окисления элементов в соединении Fe₂O₃. Степень окисления О нам известна (-2). Следовательно, три атома О будут иметь общий заряд (-6), т.к. (-2) · 3 = -6. Тогда общий заряд двух атомов железа будет равен (+6), помните, что суммарный заряд равен 0. Значит, степень окисления одного атома Fe будет (+3), т.к. (+6) ׃ 2 = +3.

Составим формулу соединения Al с C. Для этого запишем символы элементов Al, C. Углерод на втором месте, потому что он более электроотрицательный. Al — элемент III A группы. Он является металлом, поэтому он отдаст свои 3 электрона и получит степень окисления (+3), а С — элемент IV A, он примет еще 4 электрона для завершения своего внешнего уровня, на котором уже есть 4 электрона, при этом получит степень окисления (-4). Запишем значения степеней окисления в формулу сверху. Теперь найдем наименьшее общее кратное. Оно будет 12. Затем НОК разделим на абсолютные значения степеней окисления и получим соответствующие индексы. 12: 3 = 4, значит индекс у Al — 4, 12: 4 = 3, значит индекс у С — 3. Следовательно, формула будет Al₄C₃.

Чтобы дать название бинарному соединению нужно сделать следующим образом: сначала называют более электроотрицательный элемент — это неметалл. Его латинское название стоит в именительном падеже и употребляется с суффиксом — ид. Например: оксид, хлорид, сульфид, нитрид. Второе слово обозначает элемент менее электроотрицательный, его название стоит в родительном падеже.

Например, назовем следующие соединения: Na₂S, K₂O, BaCl₂, Mg₃N₂.

Na₂S — сульфид натрия, K₂O — оксид калия, BaCl₂ — хлорид бария, Mg₃N₂ — нитрид магния. Если элемент имеет переменную степень окисления, то после названия в скобках римскими цифрами указывают степень окисления. Например, назовем следующие соединения: MnO₂, CO₂, P₂O₅.

MnO₂ — оксид марганца (IV), CO₂ — оксид углерода (IV), P₂O₅ — оксид фосфора (V).

В некоторых случаях, число атомов элементов обозначают при помощи названий числительных на греческом языке. Т. е. 1 — моно, 2 — ди, 3 — три, 4 — тетра, 5 — пента и т. д. Например, СО — монооксид углерода, или оксид углерода (II); СО₂ — диоксид углерода, или оксид углерода (IV).

Для того чтобы химики всего мира понимали друг друга, необходимо было создать единую терминологию и номенклатуру, т. е. названия веществ. Впервые в 1785 г. такими учеными, как А. Лавуазье, А Фуркруа, Л. Гитоном де Мерво и К. Бертолле, были разработаны принципы номенклатуры. В настоящее время принципы номенклатуры и терминологии разрабатывает Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК).

Обобщение и систематизация знаний:

1. Фронтальный опрос по теме.

2. § 12, упр. 1, 2.

Закрепление и контроль знаний:

1. § 12, упр. 5

2. Определите степени окисления у следующих соединения:

а) CH₄; б) Ba₃N₂; в) CCl₂; г) PCl₃; д) F₂O.

Ответы: а) -4 и +1; б) +2 и -3; в) +2 и -1; г) +3 и -1; д) -1 и +2.

3. Назовите следующие бинарные соединения:

а) КH; б) Al₂O₃; в) NaCl; г) CuO; д) CaH₂.

Ответы: а) гидрид калия; б) оксид алюминия; в) хлорид натрия; г) оксид меди (II); д) гидрид кальция.

4. Составьте бинарные соединения фосфора с кислородом.

Ответ: у фосфора может быть с кислородом степень окисления +5 и +3, следовательно, соединения будут Р₂О₅ и Р₂О₃.

Рефлексия и подведение итогов:

На доске числовая ось, оцените свои знания по новой теме по этой шкале.

Домашнее задание:

I уровень: § 12, упр. 4, 6;

II уровень: тоже + упр. 7.