Nejvyšší stupeň oxidace atomů. Valence chemických prvků
Úkolem stanovení oxidačního stavu může být buď jednoduchá formalita, nebo složitá hádanka. Především to bude záviset na vzorci chemické sloučeniny a také na dostupnosti základních znalostí chemie a matematiky.
Se znalostí základních pravidel a algoritmu sekvenčně logických akcí, které budou diskutovány v tomto článku při řešení problémů tohoto typu, se s tímto úkolem každý snadno vyrovná. A poté, co si procvičíte a naučíte se určovat oxidační stavy různých chemických sloučenin, můžete se bezpečně ujmout úkolu vyvažovat složité redoxní reakce sestavením elektronické váhy.
Pojem oxidačního stavu
Chcete-li se naučit, jak určit stupeň oxidace, musíte nejprve pochopit, co tento pojem znamená?
- Oxidační číslo se používá při zápisu v redoxních reakcích, kdy jsou elektrony přenášeny z atomu na atom.
- Oxidační stav zaznamenává počet přenesených elektronů, což ukazuje na podmíněný náboj atomu.
- Oxidační stav a mocenství jsou často totožné.
Toto označení je napsáno nad chemickým prvkem v jeho pravém rohu a je to celé číslo se znaménkem „+“ nebo „-“. Nulová hodnota oxidačního stavu nenese znaménko.
Pravidla pro stanovení stupně oxidace
Podívejme se na hlavní kánony pro stanovení oxidačního stavu:
- Jednoduché elementární látky, tedy ty, které se skládají z jednoho typu atomu, budou mít vždy nulový oxidační stav. Například NaO, H02, P04
- Existuje řada atomů, které mají vždy jeden, konstantní, oxidační stav. Je lepší si zapamatovat hodnoty uvedené v tabulce.
- Jak vidíte, jediná výjimka nastává u vodíku v kombinaci s kovy, kde získává oxidační stav „-1“, který pro něj není charakteristický.
- Kyslík také přebírá oxidační stav "+2" v chemické sloučenině s fluorem a "-1" v peroxidových, superoxidových nebo ozonidových sloučeninách, kde jsou atomy kyslíku vzájemně vázány.
- Kovové ionty mají několik oxidačních stavů (a pouze kladných), takže je určován sousedními prvky ve sloučenině. Například v FeCl3 má chlor oxidační stav „-1“, má 3 atomy, takže vynásobíme -1 3, dostaneme „-3“. Aby byl součet oxidačních stavů sloučeniny „0“, železo musí mít oxidační stav „+3“. Ve vzorci FeCl2 železo podle toho změní svůj stupeň na „+2“.
- Matematickým sečtením oxidačních stavů všech atomů ve vzorci (při zohlednění znamének) by měla být vždy získána nulová hodnota. Například v kyselině chlorovodíkové H+1Cl-1 (+1 a -1 = 0) a v kyselině siřičité H2+1S+4O3-2 (+1 * 2 = +2 pro vodík, +4 pro síru a -2 * 3 = – 6 pro kyslík; +6 a -6 se sčítají k 0).
- Oxidační stav monoatomického iontu se bude rovnat jeho náboji. Například: Na+, Ca+2.
- Nejvyšší oxidační stav zpravidla koreluje s číslem skupiny v periodickém systému D.I. Mendělejeva.
Algoritmus pro stanovení stupně oxidace
Pořadí zjištění oxidačního stavu není složité, ale vyžaduje pozornost a určité akce.
Úkol: uspořádat oxidační stavy ve sloučenině KMnO4
- První prvek, draslík, má konstantní oxidační stav „+1“.
Pro kontrolu se můžete podívat na periodickou tabulku, kde je draslík ve skupině 1 prvků. - Ze zbývajících dvou prvků má kyslík oxidační stav -2.
- Dostaneme následující vzorec: K+1MnxO4-2. Zbývá určit oxidační stav manganu.
Takže x je nám neznámý oxidační stav manganu. Nyní je důležité věnovat pozornost počtu atomů ve sloučenině.
Počet atomů draslíku je 1, manganu 1, kyslíku 4.
Vezmeme-li v úvahu elektrickou neutralitu molekuly, když je celkový (celkový) náboj nulový,
1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1х+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(při převodu změníme znaménko)
1x = +7, x = +7
Oxidační stav manganu ve sloučenině je tedy „+7“.
Úkol: uspořádat oxidační stavy ve sloučenině Fe2O3.
- Kyslík, jak známo, má oxidační stav „-2“ a působí jako oxidační činidlo. S přihlédnutím k počtu atomů (3) je celková hodnota kyslíku „-6“ (-2*3= -6), tzn. vynásobte oxidační číslo počtem atomů.
- Aby se vzorec vyrovnal a dostal na nulu, 2 atomy železa budou mít oxidační stav „+3“ (2*+3=+6).
- Součet je nula (-6 a +6 = 0).
Úkol: uspořádat oxidační stavy ve sloučenině Al(NO3)3.
- Existuje pouze jeden atom hliníku a má konstantní oxidační stav „+3“.
- V molekule je 9 atomů kyslíku (3*3), oxidační stav kyslíku, jak známo, je „-2“, což znamená, že vynásobením těchto hodnot dostaneme „-18“.
- Zbývá vyrovnat záporné a kladné hodnoty a tím určit stupeň oxidace dusíku. Chybí -18 a +3, + 15. A vzhledem k tomu, že existují 3 atomy dusíku, je snadné určit jeho oxidační stav: vydělte 15 3 a dostanete 5.
- Oxidační stav dusíku je „+5“ a vzorec bude vypadat takto: Al+3(N+5O-23)3
- Pokud je obtížné určit požadovanou hodnotu tímto způsobem, můžete sestavit a vyřešit rovnice:
1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5
Oxidační stav je tedy v chemii poměrně důležitý pojem, který symbolizuje stav atomů v molekule.
Bez znalosti určitých ustanovení nebo základů, které vám umožňují správně určit stupeň oxidace, není možné se s tímto úkolem vyrovnat. Existuje tedy jediný závěr: důkladně se seznámit a prostudovat pravidla pro zjištění oxidačního stavu, jasně a stručně prezentovaná v článku, a odvážně pokračovat po obtížné cestě chemických spletitostí.
Pro charakterizaci stavu prvků ve sloučeninách byl zaveden pojem oxidační stav.
DEFINICE
Počet elektronů vytěsněných z atomu daného prvku nebo do atomu daného prvku ve sloučenině se nazývá oxidačním stavu.
Kladný oxidační stav označuje počet elektronů, které jsou vytěsněny z daného atomu, a záporný oxidační stav označuje počet elektronů, které jsou vytěsněny směrem k danému atomu.
Z této definice vyplývá, že ve sloučeninách s nepolárními vazbami je oxidační stav prvků nulový. Příklady takových sloučenin jsou molekuly sestávající z identických atomů (N2, H2, Cl2).
Oxidační stav kovů v elementárním stavu je nulový, protože rozložení elektronové hustoty v nich je rovnoměrné.
V jednoduchých iontových sloučeninách se oxidační stav prvků v nich obsažených rovná elektrickému náboji, protože během tvorby těchto sloučenin dochází téměř k úplnému přechodu elektronů z jednoho atomu na druhý: Na +1 I -1, Mg +2 Cl-12, Al+3F-13, Zr+4Br-14.
Při určování oxidačního stavu prvků ve sloučeninách s polárními kovalentními vazbami se porovnávají jejich hodnoty elektronegativity. Protože během tvorby chemické vazby jsou elektrony vytlačovány na atomy více elektronegativních prvků, mají tyto prvky ve sloučeninách negativní oxidační stav.
Nejvyšší oxidační stav
Pro prvky, které ve svých sloučeninách vykazují různé oxidační stavy, existují koncepty nejvyšších (maximálně pozitivních) a nejnižších (minimálně negativních) oxidačních stavů. Nejvyšší oxidační stav chemického prvku se obvykle číselně shoduje s číslem skupiny v periodické tabulce D. I. Mendělejeva. Výjimkou jsou fluor (oxidační stav je -1 a prvek se nachází ve skupině VIIA), kyslík (oxidační stav je +2 a prvek se nachází ve skupině VIA), helium, neon, argon (oxidační stav je 0 a prvky se nacházejí ve skupině VIII), dále prvky podskupiny kobalt a nikl (oxidační stav je +2 a prvky se nacházejí ve skupině VIII), u nichž je nejvyšší oxidační stav vyjádřen číslem, jehož hodnota je nižší než číslo skupiny, do které patří. Prvky podskupiny mědi mají naopak nejvyšší oxidační stav větší než jedna, přestože patří do skupiny I (maximální kladný oxidační stav mědi a stříbra je +2, zlata +3).
Příklady řešení problémů
PŘÍKLAD 1
- V sirovodíku je oxidační stav síry (-2) a v jednoduché látce - síra - 0:
Změna oxidačního stavu síry: -2 → 0, tzn. šestá odpověď.
- V jednoduché látce - síře - je oxidační stav síry 0 a v SO 3 - (+6):
Změna oxidačního stavu síry: 0 → +6, tzn. čtvrtá možnost odpovědi.
- V kyselině siřičité je oxidační stav síry (+4) a v jednoduché látce - síra - 0:
1×2 +x+ 3×(-2) =0;
Změna oxidačního stavu síry: +4 → 0, tzn. třetí možnost odpovědi.
PŘÍKLAD 2
Cvičení | Dusík vykazuje valenci III a oxidační stupeň (-3) ve sloučenině: a) N2H4; b) NH3; c) NH4CI; d) N205 |
Řešení | Abychom správně odpověděli na položenou otázku, budeme střídavě zjišťovat valenci a oxidační stav dusíku v navržených sloučeninách. a) valence vodíku je vždy rovna I. Celkový počet jednotek valence vodíku je roven 4 (1 × 4 = 4). Získanou hodnotu vydělme počtem atomů dusíku v molekule: 4/2 = 2, tedy valence dusíku je II. Tato možnost odpovědi je nesprávná. b) valence vodíku je vždy rovna I. Celkový počet jednotek valence vodíku je roven 3 (1 × 3 = 3). Získanou hodnotu vydělme počtem atomů dusíku v molekule: 3/1 = 2, tedy valence dusíku je III. Stupeň oxidace dusíku v amoniaku je (-3): Toto je správná odpověď. |
Odpovědět | Možnost (b) |
Takový školní předmět, jakým je chemie, způsobuje většině moderních školáků četné potíže, málokdo dokáže určit stupeň oxidace ve sloučeninách. Největší potíže mají studující školáci, tedy žáci základních škol (8. – 9. ročník). Nepochopení předmětu vede ke vzniku nepřátelství mezi školáky vůči tomuto předmětu.
Učitelé identifikují řadu důvodů pro tuto „nechuť“ studentů středních a středních škol k chemii: neochota rozumět složitým chemickým termínům, neschopnost používat algoritmy k uvážení konkrétního procesu, problémy s matematickými znalostmi. Ministerstvo školství Ruské federace provedlo závažné změny v obsahu předmětu. Kromě toho byl také „zkrácen“ počet hodin pro výuku chemie. To mělo negativní dopad na kvalitu znalostí v předmětu a pokles zájmu o studium oboru.
Jaká témata kurzu chemie jsou pro školáky nejtěžší?
Kurz základní školní disciplíny „Chemie“ zahrnuje podle nového programu několik vážných témat: periodická tabulka prvků D. I. Mendělejeva, třídy anorganických látek, iontová výměna. Pro osmáky je nejtěžší určení stupně oxidace oxidů.
Pravidla uspořádání
V první řadě by studenti měli vědět, že oxidy jsou složité dvouprvkové sloučeniny, které obsahují kyslík. Předpokladem pro to, aby binární sloučenina patřila do třídy oxidů, je umístění kyslíku na druhém místě v této sloučenině.
Algoritmus pro oxidy kyselin
Pro začátek si všimněme, že stupně jsou číselným vyjádřením valence prvků. Kyselé oxidy jsou tvořeny nekovy nebo kovy s mocenstvím čtyři až sedm, druhý je u takových oxidů vždy kyslík.
V oxidech odpovídá valence kyslíku vždy dvojce, lze ji určit z periodické tabulky prvků D. I. Mendělejeva. Typický nekov jako kyslík, který je ve skupině 6 hlavní podskupiny periodické tabulky, přijímá dva elektrony, aby zcela dokončil svou vnější energetickou hladinu. Nekovy ve sloučeninách s kyslíkem nejčastěji vykazují vyšší mocenství, což odpovídá počtu samotné skupiny. Je důležité si uvědomit, že oxidační stav chemických prvků je indikátor, který předpokládá kladné (záporné) číslo.
Nekov na začátku vzorce má kladný oxidační stav. Nekovový kyslík v oxidech je stabilní, jeho index je -2. Chcete-li zkontrolovat spolehlivost uspořádání hodnot v oxidech kyselin, budete muset vynásobit všechna zadaná čísla indexy konkrétního prvku. Výpočty jsou považovány za spolehlivé, pokud je celkový součet všech kladů a záporů daných stupňů 0.
Sestavování dvouprvkových vzorců
Oxidační stav atomů prvků dává šanci vytvářet a psát sloučeniny ze dvou prvků. Při vytváření vzorce se za prvé píší oba symboly vedle sebe a kyslík je vždy umístěn jako druhý. Nad každým ze zaznamenaných znaků jsou zapsány hodnoty oxidačních stavů, mezi nalezenými čísly je pak číslo, které bude beze zbytku dělitelné oběma čísly. Tento ukazatel je nutné samostatně vydělit číselnou hodnotou oxidačního stavu, čímž se získají indexy pro první a druhou složku dvouprvkové látky. Nejvyšší oxidační stav je číselně roven hodnotě nejvyšší valence typického nekovu a je shodný s číslem skupiny, kde se nekov v PS nachází.
Algoritmus pro nastavení číselných hodnot v bazických oxidech
Za takové sloučeniny se považují oxidy typických kovů. Ve všech sloučeninách mají index oxidačního stavu nejvýše +1 nebo +2. Abyste pochopili, jaký oxidační stav bude mít kov, můžete použít periodickou tabulku. Pro kovy hlavních podskupin první skupiny je tento parametr vždy konstantní, je podobný číslu skupiny, tedy +1.
Kovy hlavní podskupiny druhé skupiny se také vyznačují stabilním oxidačním stavem, v digitálním vyjádření +2. Oxidační stavy oxidů celkem, s přihlédnutím k jejich indexům (číslům), by měly být nulové, protože chemická molekula je považována za neutrální částici bez náboje.
Uspořádání oxidačních stavů v kyselinách obsahujících kyslík
Kyseliny jsou složité látky skládající se z jednoho nebo více atomů vodíku, které jsou vázány na nějaký druh kyselé části. Vzhledem k tomu, že oxidační stavy jsou čísla, bude jejich výpočet vyžadovat určité matematické dovednosti. Tento indikátor pro vodík (proton) v kyselinách je vždy stabilní a je +1. Dále můžete uvést oxidační stav záporného kyslíkového iontu; je také stabilní, -2.
Teprve po těchto krocích lze vypočítat oxidační stav centrální složky vzorce. Jako konkrétní příklad zvažte stanovení oxidačního stavu prvků v kyselině sírové H2SO4. Uvážíme-li, že molekula této komplexní látky obsahuje dva protony vodíku a 4 atomy kyslíku, dostaneme vyjádření ve tvaru +2+X-8=0. Aby součet tvořil nulu, síra bude mít oxidační stav +6
Uspořádání oxidačních stavů solí
Soli jsou komplexní sloučeniny skládající se z kovových iontů a jednoho nebo více kyselých zbytků. Způsob stanovení oxidačních stavů každé ze složek komplexní soli je stejný jako u kyselin obsahujících kyslík. Vzhledem k tomu, že oxidační stav prvků je digitální indikátor, je důležité správně uvádět oxidační stav kovu.
Pokud se kov tvořící sůl nachází v hlavní podskupině, jeho oxidační stav bude stabilní, odpovídá číslu skupiny a bude mít kladnou hodnotu. Pokud sůl obsahuje kov podobné PS podskupiny, mohou být různé kovy odhaleny zbytkem kyseliny. Po stanovení oxidačního stavu kovu nastavte (-2) a vypočítejte oxidační stav centrálního prvku pomocí chemické rovnice.
Jako příklad uvažujme stanovení oxidačních stavů prvků v (průměrná sůl). NaNO3. Sůl je tvořena kovem hlavní podskupiny skupiny 1, proto bude oxidační stav sodíku +1. Kyslík v dusičnanech má oxidační stav -2. Pro určení číselné hodnoty oxidačního stavu platí rovnice +1+X-6=0. Řešením této rovnice zjistíme, že X by mělo být +5, to jest
Základní pojmy v OVR
Existují speciální termíny pro oxidační a redukční procesy, které se školáci musí naučit.
Oxidační stav atomu je jeho přímá schopnost vázat na sebe (darovat ostatním) elektrony z některých iontů nebo atomů.
Za oxidační činidlo se považují neutrální atomy nebo nabité ionty, které při chemické reakci získávají elektrony.
Redukčním činidlem budou nenabité atomy nebo nabité ionty, které ztrácejí své vlastní elektrony v procesu chemické interakce.
Oxidace je považována za proces darování elektronů.
Redukce zahrnuje přijetí dalších elektronů nenabitým atomem nebo iontem.
Redoxní proces je charakterizován reakcí, během které se nutně mění oxidační stav atomu. Tato definice poskytuje pohled na to, jak lze určit, zda je reakce ODD.
Pravidla pro analýzu OVR
Pomocí tohoto algoritmu můžete uspořádat koeficienty v jakékoli chemické reakci.
Stůl. Oxidační stavy chemických prvků.
Stůl. Oxidační stavy chemických prvků.
Oxidační stav je podmíněný náboj atomů chemického prvku ve sloučenině, vypočítaný za předpokladu, že všechny vazby jsou iontového typu. Oxidační stavy mohou mít kladnou, zápornou nebo nulovou hodnotu, proto je algebraický součet oxidačních stavů prvků v molekule, s přihlédnutím k počtu jejich atomů, roven 0 a v iontu - náboj iontu .
|
Tabulka: Prvky s konstantními oxidačními stavy. |
Stůl. Oxidační stavy chemických prvků v abecedním pořadí.
|
Stůl. Oxidační stavy chemických prvků podle počtu.
|
Hodnocení článku:
Jak zjistit oxidační stav? Periodická tabulka umožňuje zaznamenat tuto kvantitativní hodnotu pro jakýkoli chemický prvek.
Definice
Nejprve se pokusme pochopit, co tento pojem představuje. Oxidační stav podle periodické tabulky představuje počet elektronů, které jsou přijaty nebo odevzdány prvkem v procesu chemické interakce. Může nabývat záporné i kladné hodnoty.
Propojení s tabulkou
Jak se určuje oxidační stav? Periodická tabulka se skládá z osmi skupin uspořádaných svisle. Každá z nich má dvě podskupiny: hlavní a vedlejší. Chcete-li nastavit metriky pro prvky, musíte použít určitá pravidla.
Instrukce
Jak vypočítat oxidační stavy prvků? Tabulka vám umožní plně se s tímto problémem vyrovnat. Alkalické kovy, které se nacházejí v první skupině (hlavní podskupině), vykazují ve sloučeninách oxidační stav, který odpovídá +, rovnající se jejich nejvyšší mocnosti. Kovy druhé skupiny (podskupina A) mají oxidační stav +2.
Tabulka umožňuje určit tuto hodnotu nejen pro prvky vykazující kovové vlastnosti, ale také pro nekovy. Jejich maximální hodnota bude odpovídat nejvyšší valenci. Například pro síru to bude +6, pro dusík +5. Jak se vypočítá jejich minimální (nejnižší) hodnota? I na tuto otázku odpovídá tabulka. Musíte odečíst číslo skupiny od osmi. Například pro kyslík to bude -2, pro dusík -3.
U jednoduchých látek, které nevstoupily do chemické interakce s jinými látkami, se stanovený ukazatel považuje za rovný nule.
Pokusme se identifikovat hlavní akce související s uspořádáním v binárních sloučeninách. Jak v nich nastavit oxidační stav? Periodická tabulka pomáhá vyřešit problém.
Vezměme si například oxid vápenatý CaO. Pro vápník, který se nachází v hlavní podskupině druhé skupiny, bude hodnota konstantní, rovna +2. Pro kyslík, který má nekovové vlastnosti, bude tento indikátor záporná hodnota a odpovídá -2. Abychom zkontrolovali správnost definice, shrneme získaná čísla. Výsledkem je nula, takže výpočty jsou správné.
Stanovme podobné indikátory v další binární sloučenině CuO. Protože se měď nachází v sekundární podskupině (první skupině), může studovaný indikátor vykazovat různé hodnoty. Proto, abyste jej určili, musíte nejprve identifikovat indikátor pro kyslík.
Nekov umístěný na konci binárního vzorce má záporné oxidační číslo. Protože se tento prvek nachází v šesté skupině, při odečtení šesti od osmi dostaneme, že oxidační stav kyslíku odpovídá -2. Protože ve sloučenině nejsou žádné indexy, index oxidačního stavu mědi bude kladný, rovný +2.
Jak jinak se používá chemický stůl? Oxidační stavy prvků ve vzorcích sestávajících ze tří prvků se také vypočítávají pomocí specifického algoritmu. Nejprve jsou tyto indikátory umístěny na prvním a posledním prvku. U prvního bude mít tento ukazatel kladnou hodnotu, odpovídající valenci. U nejvzdálenějšího prvku, kterým je nekov, má tento ukazatel zápornou hodnotu, určuje se jako rozdíl (číslo skupiny se odečítá od osmi). Při výpočtu oxidačního stavu centrálního prvku se používá matematická rovnice. Při výpočtu se berou v úvahu dostupné indexy pro každý prvek. Součet všech oxidačních stavů musí být nulový.
Příklad stanovení v kyselině sírové
Vzorec této sloučeniny je H2SO4. Vodík má oxidační stav +1 a kyslík má oxidační stav -2. Pro určení oxidačního stavu síry vytvoříme matematickou rovnici: + 1 * 2 + X + 4 * (-2) = 0. Zjistíme, že oxidační stav síry odpovídá +6.
Závěr
Pomocí pravidel můžete přiřadit koeficienty v redoxních reakcích. Tato problematika je probírána v kurzu chemie v devátém ročníku školního vzdělávacího programu. Kromě toho vám informace o oxidačních stavech umožňují dokončit úkoly OGE a USE.