Kako saznati stanje oksidacije hemijskih elemenata. Koje je oksidacijsko stanje, kako odrediti i urediti

U hemiji, opis različitih redoks procesa nije potpun bez oksidaciona stanja - posebne konvencionalne veličine pomoću kojih možete odrediti naboj atoma bilo kojeg kemijskog elementa.

Ako zamislimo oksidacijsko stanje (nemojte ga brkati s valencijom, jer se u mnogim slučajevima ne poklapaju) kao zapis u bilježnici, tada ćemo jednostavno vidjeti brojeve sa predznacima nula (0 - u jednostavnoj tvari), plus ( +) ili minus (-) iznad supstance koja nas zanima. Kako god bilo, oni igraju ogromnu ulogu u hemiji, a sposobnost određivanja CO (oksidacijskog stanja) neophodna je osnova u proučavanju ove teme, bez koje daljnje radnje nemaju smisla.

Koristimo CO za opisivanje Hemijska svojstva supstancu (ili pojedinačni element), njen ispravan pravopis međunarodno ime(razumljivo za svaku državu i naciju, bez obzira na jezik koji se koristi) i formule, kao i za klasifikaciju po karakteristikama.

Stepen može biti tri vrste: najviši (da biste ga odredili potrebno je znati u kojoj se grupi element nalazi), srednji i najniži (od broja 8 potrebno je oduzeti broj grupe u kojoj se element nalazi lociran; naravno, uzet je broj 8 jer postoji samo 8 grupa D. Mendeljejeva). Određivanje oksidacionog stanja i njegovo pravilno postavljanje bit će detaljno razmotreno u nastavku.

Kako se određuje oksidaciono stanje: konstantan CO

Prvo, CO može biti varijabilan ili konstantan

Određivanje konstantnog oksidacionog stanja nije puno posla, pa je bolje započeti lekciju s njom: za ovo vam je potrebna samo mogućnost korištenja PS (periodične tablice). Dakle, postoji niz određenih pravila:

1. Nula stepena. Gore je spomenuto da ga imaju samo jednostavne tvari: S, O2, Al, K itd.
2. Ako su molekuli neutralni (drugim riječima, nemaju električni naboj), tada njihova oksidacijska stanja padaju na nulu. Međutim, u slučaju jona, zbir mora biti jednak naboju samog jona.
3. U grupama I, II, III periodnog sistema nalaze se uglavnom metali. Elementi ovih grupa imaju pozitivan naboj, čiji broj odgovara broju grupe (+1, +2 ili +3). Možda je veliki izuzetak gvožđe (Fe) - njegov CO može biti i +2 i +3.
4. Vodonik CO (H) je najčešće +1 (u interakciji sa nemetalima: HCl, H2S), ali u nekim slučajevima postavljamo na -1 (prilikom formiranja hidrida u jedinjenjima sa metalima: KH, MgH2).
5. CO kiseonik (O) +2. Jedinjenja s ovim elementom formiraju okside (MgO, Na2O, H20 - voda). Međutim, postoje i slučajevi kada kisik ima oksidacijsko stanje od -1 (u stvaranju peroksida) ili čak djeluje kao redukcijsko sredstvo (u kombinaciji sa fluorom F, jer su oksidacijska svojstva kisika slabija).

Na osnovu ovih informacija, raznim složenim supstancama se pripisuju oksidaciona stanja, opisuju redoks reakcije itd., ali o tome kasnije.

Varijabilni CO

Neki hemijski elementi se razlikuju po tome što imaju više od jednog oksidacionog stanja i menjaju ga u zavisnosti od formule u kojoj se nalaze. Prema pravilima, zbir svih potencija također mora biti jednak nuli, ali da biste ga pronašli potrebno je izvršiti neke proračune. U pisanoj formi to izgleda jednostavno kao algebarska jednačina, ali s vremenom postajemo sve bolji u tome i nije teško sastaviti i mentalno brzo izvršiti cijeli algoritam radnji.

Neće biti tako lako razumjeti riječima, i bolje je odmah preći na praksu:

HNO3 - u ovoj formuli odredite stepen oksidacije dušika (N). U hemiji čitamo nazive elemenata i takođe pristupamo rasporedu oksidacionih stanja od kraja. Dakle, poznato je da je kiseonik CO -2. Oksidacijski broj moramo pomnožiti sa koeficijentom na desnoj strani (ako postoji): -2*3=-6. Zatim prelazimo na vodonik (H): njegov CO u jednadžbi će biti +1. To znači da da bi ukupan CO bio nula, potrebno je dodati 6. Provjerite: +1+6-7=-0.

Više vježbi će se naći na kraju, ali prvo moramo odrediti koji elementi imaju promjenjivo oksidacijsko stanje. U principu, svi elementi, isključujući prva tri grupe menjaju svoje diplome. Većina sjajan primjer su halogeni (elementi grupe VII, ne računajući fluor F), grupa IV i plemeniti gasovi. Ispod ćete vidjeti listu nekih metala i nemetala s promjenjivim stupnjevima:

• H (+1, -1);
• Budite (-3, +1, +2);
• B (-1, +1, +2, +3);
• C (-4, -2, +2, +4);
• N (-3, -1, +1, +3, +5);
• O(-2, -1);
• Mg (+1, +2);
• Si (-4, -3, -2, -1, +2, +4);
• P (-3, -2, -1, +1, +3, +5);
• S (-2, +2, +4, +6);
• Cl (-1, +1, +3, +5, +7).

Ovo je samo mali broj elemenata. Učenje identificiranja CO zahtijeva učenje i praksu, ali to ne znači da morate zapamtiti sve konstantne i varijabilne CO napamet: samo zapamtite da su potonji mnogo češći. Često značajnu ulogu igra koeficijent i koja je supstanca zastupljena - na primjer, u sulfidima, sumpor (S) zauzima negativan stupanj, u oksidima - kisik (O), u hloridima - klor (Cl). Shodno tome, u ovim solima još jedan element poprima pozitivan stepen (i u ovoj situaciji se naziva redukcionim agensom).

Rješavanje zadataka za određivanje stepena oksidacije

Sada dolazimo do najvažnije stvari – vežbe. Pokušajte sami dovršiti sljedeće zadatke, a zatim pogledajte raščlanjivanje rješenja i provjerite odgovore:

1. K2Cr2O7 - pronađite stepen hroma.
   CO za kiseonik je -2, za kalij +1, a za hrom ga za sada označavamo kao nepoznatu varijablu x. Ukupna vrijednost je 0. Dakle, kreiramo jednačinu: +1*2+2*x-2*7=0. Nakon što ga riješimo, dobijamo odgovor 6. Provjerimo - sve se poklapa, što znači da je zadatak riješen.
2. H2SO4 - pronađite stepen sumpora.
   Koristeći isti koncept, kreiramo jednačinu: +2*1+x-2*4=0. Dalje: 2+x-8=0.x=8-2; x=6.

Kratak zaključak

Da biste naučili kako sami odrediti oksidacijsko stanje, ne morate samo znati pisati jednadžbe, već i temeljito proučiti svojstva elemenata različitih grupa, zapamtiti lekcije algebre, sastavljanje i rješavanje jednadžbi s nepoznatom varijablom.
Ne zaboravite da pravila imaju svoje izuzetke i ne treba ih zaboraviti: govorimo o elementima sa CO varijablom. Također, da biste riješili mnoge probleme i jednačine, potrebna vam je sposobnost postavljanja koeficijenata (i znati za koju svrhu se to radi).

Urednička "stranica"

Cilj: Nastavite proučavati valentnost. Dajte pojam oksidacijskog stanja. Razmotrite vrste oksidacijskih stanja: pozitivna, negativna, nulta vrijednost. Naučite ispravno odrediti oksidacijsko stanje atoma u spoju. Učiti tehnike poređenja i generalizacije pojmova koji se proučavaju; razviti vještine određivanja stepena oksidacije pomoću hemijskih formula; nastaviti razvijati vještine samostalan rad; promovirati razvoj logičko razmišljanje. Razvijati osjećaj tolerancije (tolerancija i uvažavanje tuđeg mišljenja) i međusobne pomoći; provoditi estetsku edukaciju (kroz dizajn tabli i sveska, prilikom korištenja prezentacija).

Tokom nastave

I. Organiziranje vremena

Provjera učenika za lekciju.

II. Priprema za lekciju.

Za lekciju će vam trebati: Periodni sistem D.I. Mendeljejev, udžbenik, radne sveske, olovke, olovke.

III. Provjera domaćeg.

Frontalna anketa, neki će raditi na tabli koristeći kartice, test, a zaključak ove faze će biti intelektualna igra.

1. Rad sa karticama.

1 kartica

Odrediti masene udjele (%) ugljika i kisika u ugljičnom dioksidu (CO 2 ) .

2 kartica

Odredite vrstu veze u molekulu H 2 S. Napišite strukturni i elektronska formula molekule.

2. Frontalni pregled

1. Šta je hemijska veza?
2. Koje vrste hemijskih veza poznajete?
3. Koja veza se naziva kovalentna veza?
4. Koje se kovalentne veze razlikuju?
5. Šta je valencija?
6. Kako definišemo valenciju?
7. Koji elementi (metali i nemetali) imaju promjenjivu valencu?

3. Testiranje

1. U kojim molekulima postoji nepolarna kovalentna veza?

2 . Koji molekul formira trostruku vezu kada se formira kovalentno nepolarna veza?

3 . Kako se nazivaju pozitivno nabijeni joni?

A) kationi

B) molekule

B) anjoni

D) kristali

4. U kom redu se nalaze supstance jonskog jedinjenja?

A) CH 4, NH 3, Mg

B) CI 2, MgO, NaCI

B) MgF 2, NaCI, CaCI 2

D) H 2 S, HCI, H 2 O

5 . Valenciju određuje:

A) po broju grupe

B) brojem nesparenih elektrona

B) po vrsti hemijske veze

D) prema broju perioda.

4. Intelektualna igra"Tic Tac Toe" »

Pronađite supstance sa kovalentno polarnim vezama.

IV. Učenje novog gradiva

Oksidacijsko stanje je važna karakteristika stanja atoma u molekuli. Valencija je određena brojem nesparenih elektrona u atomu, orbitala sa usamljenim parovima elektrona, samo u procesu pobuđivanja atoma. Najveća valencija elementa obično je jednaka broju grupe. Stupanj oksidacije u jedinjenjima s različitim kemijskim vezama formira se različito.

Kako nastaje oksidacijsko stanje za molekule s različitim kemijskim vezama?

1) U jedinjenjima sa jonskim vezama, oksidaciona stanja elemenata su jednaka naelektrisanju jona.

2) U jedinjenjima sa kovalentnom nepolarnom vezom (u molekulima jednostavnih supstanci) oksidaciono stanje elemenata je 0.

N 2 0 , CI 2 0 , F 2 0 , S 0 , A.I. 0

3) Za molekule sa kovalentno polarnom vezom, oksidaciono stanje se određuje slično kao kod molekula sa ionskom hemijskom vezom.

Oksidacijsko stanje elementa je uslovni naboj njegovog atoma u molekuli, ako pretpostavimo da se molekul sastoji od jona.

Oksidacijsko stanje atoma, za razliku od njegove valencije, ima predznak. Može biti pozitivna, negativna i nula.

Valencija je označena rimskim brojevima iznad simbola elementa:

II	I	IV
Fe	Cu	S,

a oksidacijsko stanje je označeno arapskim brojevima s nabojem iznad simbola elementa ( Mg +2 , Ca +2 ,Na +1,C.I.ˉ¹).

Pozitivno oksidaciono stanje je jednako broju elektrona datih ovim atomima. Atom može odustati od svih valentnih elektrona (za glavne grupe to su elektroni vanjskog nivoa) koji odgovaraju broju grupe u kojoj se element nalazi, dok pokazuje najviše oksidacijsko stanje (sa izuzetkom OF 2). Na primjer: najviše oksidacijsko stanje glavne podgrupe grupe II je +2 ( Zn +2) Pozitivan stepen pokazuju i metali i nemetali, osim F, He, Ne. Na primjer: C+4,N / A+1 , Al+3

Negativno stanje oksidacije jednako je broju elektrona koje je prihvatio dati atom; pokazuju ga samo nemetali. Nemetalni atomi dodaju onoliko elektrona koliko im nedostaje da završe vanjski nivo, pokazujući tako negativan stepen.

Za elemente glavnih podgrupa grupa IV-VII, minimalno oksidaciono stanje je numerički jednako

Na primjer:

Vrijednost oksidacijskog stanja između najvišeg i najnižeg oksidacijskog stanja naziva se srednjim:

Više	Srednji	Najniže
	C +3, C +2, C 0, C -2

U spojevima s kovalentnom nepolarnom vezom (u molekulima jednostavnih supstanci), oksidacijsko stanje elemenata je 0: N 2 0 , WITHI 2 0 , F 2 0 , S 0 , A.I. 0

Da bi se odredilo oksidacijsko stanje atoma u spoju, potrebno je uzeti u obzir nekoliko odredbi:

1. Oksidacijsko stanjeFu svim vezama je jednako “-1”.N / A +1 F -1 , H +1 F -1

2. Oksidacijsko stanje kiseonika u većini jedinjenja je (-2) izuzetak: OF 2 , gdje je oksidacijsko stanje O +2F -1

3. Vodik u većini jedinjenja ima oksidaciono stanje +1, osim jedinjenja sa aktivnim metalima, gde je oksidaciono stanje (-1): N / A +1 H -1

4. Stepen oksidacije metala glavnih podgrupaI, II, IIIgrupe u svim jedinjenjima je +1,+2,+3.

Elementi sa konstantnim oksidacionim stanjima su:

A) alkalni metali (Li, Na, K, Pb, Si, Fr) - oksidaciono stanje +1

B) elementi II glavne podgrupe grupe osim (Hg): Be, Mg, Ca, Sr, Ra, Zn, Cd - oksidaciono stanje +2

B) element Grupa III: Al - oksidaciono stanje +3

Algoritam za sastavljanje formula u jedinjenjima:

1 način

1 . Element sa nižom elektronegativnošću piše se na prvom mestu, a na drugom sa većom elektronegativnošću.

2 . Element napisan na prvom mjestu ima pozitivan naboj “+”, a element napisan na drugom mjestu ima negativan naboj “-”.

3 . Navedite oksidacijsko stanje za svaki element.

4 . Pronađite zajednički višekratnik oksidacionih stanja.

5. Podijelite najmanji zajednički umnožak sa vrijednošću oksidacijskih stanja i dodijelite rezultirajuće indekse donjem desnom kutu iza simbola odgovarajućeg elementa.

6. Ako je stanje oksidacije parno - neparno, onda se pojavljuju pored simbola u donjem desnom kutu - križ - križ bez znakova "+" i "-":

7. Ako oksidacijski broj ima parnu vrijednost, tada se prvo moraju smanjiti za najmanju vrijednost oksidacijskom stanju i stavite križić bez znakova "+" i "-": C +4 O -2

Metoda 2

1 . Označimo oksidacijsko stanje N sa X, označimo oksidacijsko stanje O: N 2 xO 3 -2

2 . Odredite zbir negativnih naboja; da biste to uradili, pomnožite oksidaciono stanje kiseonika sa indeksom kiseonika: 3· (-2) = -6

3 Da bi molekula bila električno neutralna, potrebno je odrediti zbir pozitivnih naboja: X2 = 2X

4 .Napravi algebarsku jednačinu:

N 2 + 3 O 3 –2

V. Konsolidacija

1) Pojačavanje teme igrom pod nazivom “Zmija”.

Pravila igre: nastavnik dijeli karte. Svaka kartica sadrži jedno pitanje i jedan odgovor na drugo pitanje.

Učitelj započinje igru. Kada se pitanje pročita, učenik koji ima odgovor na moje pitanje na kartici podiže ruku i kaže odgovor. Ako je odgovor tačan, onda on čita svoje pitanje, a učenik koji ima odgovor na ovo pitanje podiže ruku i odgovara itd. Formira se zmija tačnih odgovora.

1. Kako i gdje je naznačeno oksidacijsko stanje atoma kemijskog elementa?
   Odgovori: arapski broj iznad simbola elementa sa nabojima "+" i "-".
2. Koje se vrste oksidacijskih stanja razlikuju u atomima hemijski elementi?
   Odgovori: srednji
3. Koji stepen pokazuje metal?
   Odgovori: pozitivno, negativno, nula.
4. Koliki stepen pokazuju jednostavne supstance ili molekule sa nepolarnim kovalentnim vezama?
   Odgovori: pozitivno
5. Kakav naboj imaju kationi i anjoni?
   Odgovori: null.
6. Kako se zove oksidaciono stanje koje stoji između pozitivnog i negativnog oksidacionog stanja.
   Odgovori: pozitivno, negativno

2) Napišite formule za supstance koje se sastoje od sljedećih elemenata

1. N i H
2. R i O
3. Zn i Cl

3) Pronađite i precrtajte tvari koje nemaju promjenjivo oksidacijsko stanje.

Na, Cr, Fe, K, N, Hg, S, Al, C

VI. Sažetak lekcije.

Ocjena sa komentarima

VII. Zadaća

§23, str.67-72, završi zadatak nakon §23-str.72 br. 1-4.

Elektronegativnost se, kao i druga svojstva atoma hemijskih elemenata, mijenja sa povećanjem serijski broj element periodično:

Gornji grafikon prikazuje periodičnost promjena elektronegativnosti elemenata glavnih podgrupa u zavisnosti od atomskog broja elementa.

Prilikom kretanja niz podgrupu periodnog sistema, elektronegativnost hemijskih elemenata se smanjuje, a kada se kreće udesno duž perioda raste.

Elektronegativnost odražava nemetaličnost elemenata: što je veća vrijednost elektronegativnosti, to element ima više nemetalnih svojstava.

Oksidacijsko stanje

Kako izračunati oksidacijsko stanje elementa u spoju?

1) Oksidacijsko stanje hemijskih elemenata u jednostavnim supstancama je uvijek nula.

2) Postoje elementi koji se pojavljuju u složenim supstancama konstantan stepen oksidacija:

3) Postoje hemijski elementi koji pokazuju konstantno oksidaciono stanje u velikoj većini jedinjenja. Ovi elementi uključuju:

Element	Oksidacijsko stanje u gotovo svim jedinjenjima	Izuzeci
vodonik H	+1	Hidridi alkalnih i zemnoalkalnih metala, na primjer:
kiseonik O	-2	Vodik i metalni peroksidi: Kiseonik fluorid -

4) Algebarski zbir oksidacionih stanja svih atoma u molekulu je uvek nula. Algebarski zbir oksidacionih stanja svih atoma u jonu jednak je naboju jona.

5) Najviše (maksimalno) oksidaciono stanje je jednako broju grupe. Izuzeci koji ne potpadaju pod ovo pravilo su elementi sekundarne podgrupe grupe I, elementi sekundarne podgrupe grupe VIII, kao i kiseonik i fluor.

Hemijski elementi čiji se broj grupe ne podudara s njihovim najvišim oksidacijskim stanjem (obavezno zapamtiti)

6) Najniže oksidaciono stanje metala je uvek nula, a najniže oksidaciono stanje nemetala izračunava se po formuli:

najniže oksidaciono stanje nemetala = broj grupe − 8

Na osnovu gore navedenih pravila, možete utvrditi oksidacijsko stanje kemijskog elementa u bilo kojoj tvari.

Pronalaženje oksidacijskih stanja elemenata u različitim spojevima

Primjer 1

Odrediti oksidaciona stanja svih elemenata u sumpornoj kiselini.

Rješenje:

Napišimo formulu sumporne kiseline:

Oksidacijsko stanje vodika u svim složenim supstancama je +1 (osim metalnih hidrida).

Oksidacijsko stanje kisika u svim složenim tvarima je -2 (osim peroksida i kisikovog fluorida OF 2). Složimo poznata oksidaciona stanja:

Označimo stanje oksidacije sumpora kao x:

Molekula sumporne kiseline, kao i molekula bilo koje supstance, općenito je električno neutralna, jer zbir oksidacionih stanja svih atoma u molekulu je nula. Šematski se to može prikazati na sljedeći način:

One. dobili smo sljedeću jednačinu:

Hajde da to riješimo:

Dakle, oksidaciono stanje sumpora u sumpornoj kiselini je +6.

Primjer 2

Odrediti oksidacijsko stanje svih elemenata u amonijevom dihromatu.

Rješenje:

Napišimo formulu amonijum dihromata:

Kao iu prethodnom slučaju, možemo rasporediti oksidaciona stanja vodika i kiseonika:

Međutim, vidimo da su oksidaciona stanja dva hemijska elementa odjednom nepoznata - azota i hroma. Stoga ne možemo pronaći oksidaciona stanja slično kao u prethodnom primjeru (jedna jednadžba sa dvije varijable nema jedno rješenje).

Skrenimo pažnju na činjenicu da ova tvar pripada klasi soli i, shodno tome, ima ionsku strukturu. Tada s pravom možemo reći da sastav amonijum dihromata uključuje NH 4 + katione (naboj ovog kationa se može videti u tabeli rastvorljivosti). Slijedom toga, budući da jedinica formule amonijum dihromata sadrži dva pozitivna jednostruko nabijena NH 4 + kationa, naboj dikromatnog jona je jednak -2, jer je tvar u cjelini električno neutralna. One. supstancu formiraju NH 4 + kationi i Cr 2 O 7 2- anioni.

Znamo oksidaciona stanja vodonika i kiseonika. Znajući da je zbir oksidacionih stanja atoma svih elemenata u jonu jednak naboju, i označavajući oksidaciona stanja dušika i hroma kao x I y shodno tome, možemo napisati:

One. dobijamo dve nezavisne jednačine:

Rešavajući koje, nalazimo x I y:

Dakle, u amonijum dihromatu oksidaciona stanja azota su -3, vodonika +1, hroma +6 i kiseonika -2.

Kako odrediti oksidaciona stanja elemenata u organska materija možete ga pročitati.

Valence

Valentnost atoma je označena rimskim brojevima: I, II, III itd.

Valentne sposobnosti atoma zavise od količine:

1) nespareni elektroni

2) usamljeni elektronski parovi u orbitalama valentnih nivoa

3) prazne elektronske orbitale valentnog nivoa

Valentne mogućnosti atoma vodika

Opišimo elektronsku grafičku formulu atoma vodika:

Rečeno je da tri faktora mogu uticati na mogućnosti valencije - prisustvo nesparenih elektrona, prisustvo usamljenih elektronskih parova na spoljašnjem nivou i prisustvo praznih (praznih) orbitala na spoljašnjem nivou. Vidimo jedan nespareni elektron na vanjskom (i jedinom) energetskom nivou. Na osnovu toga, vodonik definitivno može imati valenciju I. Međutim, na prvom energetskom nivou postoji samo jedan podnivo - s, one. Atom vodonika na vanjskom nivou nema niti usamljene elektronske parove niti prazne orbitale.

Dakle, jedina valencija koju atom vodika može pokazati je I.

Valentne mogućnosti atoma ugljika

Hajde da razmotrimo elektronska struktura atom ugljika. U osnovnom stanju, elektronska konfiguracija njegovog vanjskog nivoa je sljedeća:

One. u osnovnom stanju na vanjskom energetskom nivou nepobuđenog atoma ugljika postoje 2 nesparena elektrona. U ovom stanju može pokazati valenciju II. Međutim, atom ugljika vrlo lako prelazi u pobuđeno stanje kada mu se prenese energija, a elektronska konfiguracija vanjskog sloja u ovom slučaju ima oblik:

Unatoč činjenici da se određena količina energije troši na proces pobuđivanja atoma ugljika, utrošak je više nego nadoknađen formiranjem četiri kovalentne veze. Iz tog razloga, valencija IV je mnogo karakterističnija za atom ugljika. Na primjer, ugljik ima valenciju IV u molekulima ugljičnog dioksida, ugljične kiseline i apsolutno svih organskih tvari.

Pored nesparenih elektrona i usamljenih elektronskih parova, prisustvo praznih ()valentnih orbitala takođe utiče na valentne mogućnosti. Prisustvo takvih orbitala na popunjenom nivou dovodi do činjenice da atom može djelovati kao akceptor elektronskog para, tj. formiraju dodatne kovalentne veze kroz mehanizam donor-akceptor. Na primjer, suprotno očekivanjima, u molekuli ugljičnog monoksida CO veza nije dvostruka, već trostruka, kao što je jasno prikazano na sljedećoj ilustraciji:

Valentne mogućnosti atoma dušika

Napišimo elektronsku grafičku formulu za vanjski energetski nivo atoma dušika:

Kao što se može vidjeti iz gornje ilustracije, atom dušika u svom normalnom stanju ima 3 nesparena elektrona, te je stoga logično pretpostaviti da je sposoban pokazati valenciju III. Zaista, u molekulima amonijaka (NH 3), azotne kiseline (HNO 2), dušikovog triklorida (NCl 3), itd.

Gore je rečeno da valencija atoma hemijskog elementa ne zavisi samo od broja nesparenih elektrona, već i od prisustva usamljenih elektronskih parova. To je zbog činjenice da se kovalentna hemijska veza može formirati ne samo kada dva atoma daju jedan drugom jedan elektron, već i kada ga jedan atom sa usamljenim parom elektrona - donor () daje drugom atomu sa slobodnim ( ) nivo orbitalne valencije (akceptor). One. Za atom dušika, valencija IV je također moguća zbog dodatne kovalentne veze formirane prema mehanizmu donor-akceptor. Na primjer, četiri kovalentne veze, od kojih je jedna formirana donor-akceptorskim mehanizmom, uočene su tokom formiranja amonijum kationa:

Uprkos činjenici da se jedna od kovalentnih veza formira prema mehanizmu donor-akceptor, sve N-H konekcije u amonijum kationu su apsolutno identični i ni po čemu se međusobno ne razlikuju.

Atom dušika nije sposoban da pokaže valenciju jednaku V. To je zbog činjenice da je nemoguće da atom dušika prijeđe u pobuđeno stanje, u kojem su dva elektrona uparena s prijelazom jednog od njih na slobodnu orbitalu koja je najbliža energetskom nivou. Atom dušika nema d-podnivo, a prelazak na 3s orbitalu je toliko energetski skup da se troškovi energije ne pokrivaju formiranjem novih veza. Mnogi se mogu zapitati kakva je valencija dušika, na primjer, u molekulima azotne kiseline HNO 3 ili dušikov oksid N 2 O 5? Čudno, tamo je valencija također IV, što se može vidjeti iz sljedećih strukturnih formula:

Isprekidana linija na ilustraciji prikazuje tzv delokalizovan π -veza. Iz tog razloga, terminalne NO veze mogu se nazvati "jedna i po veza". Slične jednoipol veze prisutne su i u molekulu ozona O 3, benzena C 6 H 6 itd.

Valentne mogućnosti fosfora

Opišimo elektronsku grafičku formulu vanjskog energetskog nivoa atoma fosfora:

Kao što vidimo, struktura vanjskog sloja atoma fosfora u osnovnom stanju i atoma dušika je ista, te je stoga logično očekivati ​​za atom fosfora, kao i za atom dušika, moguće valencije jednake I, II, III i IV, kao što je uočeno u praksi.

Međutim, za razliku od dušika, atom fosfora također ima d-podnivo sa 5 slobodnih orbitala.

S tim u vezi, sposoban je prijeći u pobuđeno stanje, pareći elektrone 3 s-orbitale:

Tako je moguća valencija V za atom fosfora, koji je nedostupan dušiku. Na primjer, atom fosfora ima valenciju od pet u molekulima spojeva kao što su fosforna kiselina, fosfor (V) halogenidi, fosfor (V) oksid, itd.

Valentne mogućnosti atoma kiseonika

Elektronska grafička formula za vanjski energetski nivo atoma kisika ima oblik:

Vidimo dva nesparena elektrona na 2. nivou, pa je stoga moguća valencija II za kiseonik. Treba napomenuti da se ova valencija atoma kiseonika primećuje u skoro svim jedinjenjima. Iznad, kada smo razmatrali valentne mogućnosti atoma ugljika, raspravljali smo o formiranju molekula ugljičnog monoksida. Veza u molekuli CO je trostruka, stoga je kisik trovalentan (kiseonik je donor elektronskog para).

Zbog činjenice da atom kisika nema vanjski d-podnivo, uparivanje elektrona s I p- orbitale je nemoguće, zbog čega su valentne sposobnosti atoma kiseonika ograničene u odnosu na druge elemente njegove podgrupe, na primer, sumpor.

Valentne mogućnosti atoma sumpora

Eksterni energetski nivo atoma sumpora u neuzbuđenom stanju:

Atom sumpora, kao i atom kiseonika, normalno ima dva nesparena elektrona, tako da možemo zaključiti da je za sumpor moguća valencija dva. Zaista, sumpor ima valenciju II, na primjer, u molekulu sumporovodika H 2 S.

Kao što vidimo, atom sumpora se pojavljuje na vanjskom nivou d-podnivo sa slobodnim orbitalama. Iz tog razloga, atom sumpora je u stanju da proširi svoje valentne sposobnosti, za razliku od kiseonika, zbog prelaska u pobuđena stanja. Dakle, kada se uparuje usamljeni elektronski par 3 str-podnivo, atom sumpora dobija elektronsku konfiguraciju spoljašnjeg nivoa sledećeg oblika:

U ovom stanju, atom sumpora ima 4 nesparena elektrona, što nam govori da atomi sumpora mogu pokazati valenciju IV. Zaista, sumpor ima valenciju IV u molekulima SO 2, SF 4, SOCl 2, itd.

Prilikom uparivanja drugog usamljenog para elektrona koji se nalazi na 3 s-podnivo, vanjski energetski nivo poprima konfiguraciju:

U ovom stanju postaje moguća manifestacija valencije VI. Primeri jedinjenja sa VI-valentnim sumporom su SO 3, H 2 SO 4, SO 2 Cl 2, itd.

Slično, možemo razmotriti valentne mogućnosti drugih hemijskih elemenata.

Proučavajući jonske i kovalentne polarne hemijske veze, upoznali ste se sa složenim supstancama koje se sastoje od dva hemijska elementa. Takve tvari se nazivaju dvosparene (od latinskog bi - "dva") ili dvoelementne.

Prisjetimo se tipičnih bpnar spojeva koje smo naveli kao primjer za razmatranje mehanizama stvaranja ionskih i kovalentnih polarnih kemijskih veza: NaHl - natrijum hlorid i HCl - klorovodik. U prvom slučaju, veza je jonska: atom natrija je prenio svoj vanjski elektron na atom klora i pretvorio se u ion s nabojem od -1. a atom hlora je prihvatio elektron i postao jon sa nabojem od -1. Šematski se proces pretvaranja atoma u ione može prikazati na sljedeći način:

U molekuli HCl, veza nastaje zbog uparivanja nesparenih vanjskih elektrona i formiranja zajedničkog elektronskog para atoma vodika i klora.

Ispravnije je zamisliti stvaranje kovalentne veze u molekuli klorovodika kao preklapanje jednoelektronskog s-oblaka atoma vodika s jednoelektronskim p-oblakom atoma klora:

Tokom hemijske interakcije, zajednički elektronski par se pomera prema elektronegativnijem atomu hlora:

Takve uslovne naknade se nazivaju oksidacijskom stanju. Prilikom definiranja ovog koncepta, konvencionalno se pretpostavlja da se u kovalentnim polarnim spojevima vezni elektroni u potpunosti prenose na elektronegativniji atom, te se stoga spojevi sastoje samo od pozitivno i negativno nabijenih jona.

je uslovni naboj atoma hemijskog elementa u jedinjenju, izračunat na osnovu pretpostavke da se sva jedinjenja (i jonska i kovalentno polarna) sastoje samo od jona.

Oksidacijski broj može imati negativne, pozitivne ili nulte vrijednosti, koje se obično postavljaju iznad simbola elementa na vrhu, na primjer:

Oni atomi koji su primili elektrone od drugih atoma ili na koje su premješteni zajednički elektronski parovi, odnosno atomi više elektronegativnih elemenata, imaju negativno oksidacijsko stanje. Fluor uvijek ima oksidacijsko stanje -1 u svim jedinjenjima. Kisik, drugi najelektronegativniji element nakon fluora, gotovo uvijek ima oksidacijsko stanje od -2, osim spojeva s fluorom, na primjer:

Pozitivno oksidaciono stanje se pripisuje onim atomima koji doniraju svoje elektrone drugim atomima ili iz kojih se izvlače zajednički elektronski parovi, odnosno atomi manje elektronegativnih elemenata. Metali uvijek imaju pozitivno oksidacijsko stanje. Metali glavnih podgrupa:

Grupa I u svim jedinjenjima oksidaciono stanje je +1,
Grupa II je jednaka +2. Grupa III - +3, na primjer:

U jedinjenjima, ukupno stanje oksidacije je uvijek nula. Znajući ovo i stanje oksidacije jednog od elemenata, uvijek možete pronaći oksidacijsko stanje drugog elementa koristeći formulu binarnog spoja. Na primjer, pronađimo oksidacijsko stanje hlora u spoju Cl2O2. Označimo stanje oksidacije -2
kiseonik: Cl2O2. Dakle, sedam atoma kiseonika će imati ukupan negativni naboj (-2) 7 =14. Tada će ukupni naboj dva atoma hlora biti +14, a jednog atoma hlora:
(+14):2 = +7.

Slično tome, znajući oksidaciona stanja elemenata, možete stvoriti formulu za spoj, na primjer, aluminij karbid (spoj aluminija i ugljika). Zapišimo predznake aluminijuma i ugljenika pored AlC, a prvo predznak aluminijuma, pošto je metal. Koristeći periodni sistem elemenata, određujemo broj vanjskih elektrona: Al ima 3 elektrona, C ima 4. Atom aluminija će predati svoja 3 vanjska elektrona ugljiku i dobiti oksidacijsko stanje od +3, jednako naboju ion. Atom ugljika, naprotiv, odnijet će 4 elektrona koja nedostaju do "njegovanih osam" i dobiti oksidacijsko stanje od -4.

Zapišimo ove vrijednosti u formulu: AlC i pronađemo najmanji zajednički višekratnik za njih, on je jednak 12. Zatim izračunamo indekse:

Poznavanje oksidacionih stanja elemenata je takođe neophodno da bi se moglo pravilno imenovati hemijsko jedinjenje.

Nazivi binarnih jedinjenja sastoje se od dvije riječi - imena hemijskih elemenata koji ih formiraju. Prva riječ označava elektronegativni dio spoja - nemetal; njegovo latinsko ime sa sufiksom -ide uvijek se pojavljuje u nominativan padež. Druga riječ označava elektropozitivni dio - metalni ili manje elektronegativni element; njegovo ime se uvijek pojavljuje u genitiv. Ako elektropozitivni element pokazuje različite stupnjeve oksidacije, to se odražava u nazivu, označavajući stupanj oksidacije rimskim brojem koji se nalazi na kraju.

Hemičarima različite zemlje razumjeli jedni druge, bilo je potrebno stvoriti jedinstvenu terminologiju i nomenklaturu supstanci. Principe hemijske nomenklature prvi su razvili francuski hemičari A. Lavoisier, A. Fourqutois, L. Guiton i C. Berthollet 1785. godine. Trenutno Međunarodna unija Institut za čistu i primenjenu hemiju (IUPAC) koordinira aktivnosti naučnika iz nekoliko zemalja i izdaje preporuke o nomenklaturi supstanci i terminologiji koja se koristi u hemiji.

Sposobnost pronalaženja oksidacionog stanja hemijskih elemenata je neophodan uslov za uspešno rešenje hemijske jednačine, opisujući redoks reakcije. Bez toga nećete moći stvoriti točnu formulu tvari koja nastaje reakcijom između različitih kemijskih elemenata. Kao rezultat toga, rješavanje kemijskih problema na temelju takvih jednačina će biti ili nemoguće ili pogrešno.

Koncept oksidacionog stanja hemijskog elementa
Oksidacijsko stanje je konvencionalna vrijednost kojom je uobičajeno opisivati ​​redoks reakcije. Numerički, ona je jednaka broju elektrona koje atom koji dobije pozitivan naboj odustaje, ili broju elektrona koje atom koji stekne negativan naboj vezuje za sebe.

U redoks reakcijama se za određivanje koristi koncept oksidacijskog stanja hemijske formule spojevi elemenata koji nastaju interakcijom nekoliko supstanci.

Na prvi pogled može izgledati da je oksidacijski broj ekvivalentan konceptu valencije kemijskog elementa, ali to nije tako. Koncept valence koristi se za kvantifikaciju elektronskih interakcija u kovalentnim jedinjenjima, odnosno spojevima nastalim formiranjem zajedničkih elektronskih parova. Oksidacijski broj se koristi za opisivanje reakcija koje gube ili dobijaju elektrone.

Za razliku od valencije, koja je neutralna karakteristika, oksidacijsko stanje može imati pozitivnu, negativnu ili nultu vrijednost. Pozitivna vrijednost odgovara broju doniranih elektrona i negativan broj u prilogu. Vrijednost nula znači da je element ili u svom elementarnom obliku, da je smanjen na 0 nakon oksidacije ili da je oksidiran na nulu nakon prethodne redukcije.

Kako odrediti oksidacijsko stanje određenog kemijskog elementa
Određivanje oksidacionog stanja za određeni hemijski element podliježe sljedećim pravilima:

1. Oksidacijsko stanje jednostavnih supstanci je uvijek nula.
   
2. Alkalni metali, koji se nalaze u prvoj grupi periodnog sistema, imaju oksidaciono stanje +1.
   
3. Zemnoalkalni metali, koji zauzimaju drugu grupu u periodnom sistemu, imaju oksidaciono stanje +2.
   
4. Vodonik u jedinjenjima sa raznim nemetalima uvek pokazuje oksidaciono stanje +1, a u jedinjenjima sa metalima +1.
   
5. Stanje oksidacije molekularnog kiseonika u svim jedinjenjima koja se razmatraju u školskom kursu neorganske hemije je -2. Fluor -1.
   
6. Prilikom određivanja stepena oksidacije u proizvodima hemijske reakcije Oni polaze od pravila električne neutralnosti, prema kojem zbir oksidacijskih stanja različitih elemenata koji čine supstancu mora biti jednak nuli.
   
7. Aluminij u svim jedinjenjima pokazuje oksidacijsko stanje od +3.
   

Tada, u pravilu, počinju poteškoće, budući da preostali kemijski elementi pokazuju i pokazuju promjenjiv stupanj oksidacije ovisno o vrsti atoma drugih tvari uključenih u spoj.

Postoje viša, niža i srednja oksidaciona stanja. Najviši stepen oksidacija, poput valencije, odgovara broju grupe hemijskog elementa u periodnom sistemu, ali u isto vrijeme ima pozitivna vrijednost. Najniže oksidaciono stanje je numerički jednako razlici između grupe 8 elementa. Srednje oksidaciono stanje će biti bilo koji broj u rasponu od najnižeg oksidacionog stanja do najvišeg.

Kako bismo vam pomogli da se snađete u različitim oksidacijskim stanjima kemijskih elemenata, nudimo vam sljedeću pomoćnu tabelu. Odaberite element koji vas zanima i dobit ćete vrijednosti njegovih mogućih oksidacijskih stanja. Vrijednosti koje se rijetko pojavljuju biće navedene u zagradama.