Comment connaître l'état d'oxydation des éléments chimiques. Quel est le degré d'oxydation, comment déterminer et organiser

En chimie, la description de divers processus redox n'est pas complète sans états d'oxydation - valeurs conditionnelles spéciales avec lesquelles vous pouvez déterminer la charge d'un atome de n'importe quel élément chimique.

Si nous représentons l'état d'oxydation (ne pas confondre avec la valence, car dans de nombreux cas, ils ne correspondent pas) comme une entrée dans un cahier, alors nous ne verrons que des nombres avec des signes zéro (0 - dans une substance simple), plus (+ ) ou moins (-) au-dessus de la substance qui nous intéresse. Quoi qu'il en soit, ils jouent un rôle énorme en chimie et la capacité de déterminer le CO (état d'oxydation) est une base nécessaire à l'étude de ce sujet, sans laquelle d'autres actions n'ont aucun sens.

Nous utilisons CO pour décrire Propriétés chimiques substance (ou élément individuel), son orthographe correcte nom international(compréhensible pour n'importe quel pays et nation, quelle que soit la langue utilisée) et des formules, ainsi que pour la classification par caractéristiques.

Le degré peut être de trois types: le plus élevé (pour le déterminer, vous devez savoir dans quel groupe se trouve l'élément), intermédiaire et le plus bas (il faut soustraire le numéro du groupe dans lequel se trouve l'élément du nombre 8 ; naturellement, le nombre 8 est pris parce que tout dans le système périodique D. Mendeleev 8 groupes). Les détails sur la détermination du degré d'oxydation et son placement correct seront discutés ci-dessous.

Comment l'état d'oxydation est déterminé : CO constant

Premièrement, le CO peut être variable ou constant.

La détermination de l'état d'oxydation constant n'est pas bon travail, il est donc préférable de commencer la leçon avec: pour cela, vous n'avez besoin que de la capacité à utiliser le PS (système périodique). Donc, il y a un certain nombre de règles:

1. Zéro degré. Il a été mentionné ci-dessus que seules les substances simples en possèdent : S, O2, Al, K, etc.
2. Si les molécules sont neutres (en d'autres termes, elles n'ont pas de charge électrique), alors la somme de leurs états d'oxydation est nulle. Cependant, dans le cas des ions, la somme doit être égale à la charge de l'ion lui-même.
3. Dans les groupes I, II, III du tableau périodique se trouvent principalement des métaux. Les éléments de ces groupes ont une charge positive dont le nombre correspond au numéro de groupe (+1, +2 ou +3). La grande exception est peut-être le fer (Fe) - son CO peut être à la fois +2 et +3.
4. L'hydrogène CO (H) est le plus souvent +1 (lors de l'interaction avec des non-métaux : HCl, H2S), mais dans certains cas, nous fixons -1 (lorsque des hydrures se forment dans des composés avec des métaux : KH, MgH2).
5. CO oxygène (O) +2. Les composés avec cet élément forment des oxydes (MgO, Na2O, H20 - eau). Cependant, il existe des cas où l'oxygène a un état d'oxydation de -1 (dans la formation de peroxydes) ou même agit comme agent réducteur (en combinaison avec le fluor F, car les propriétés oxydantes de l'oxygène sont plus faibles).

Sur la base de ces informations, les états d'oxydation sont placés dans une variété de substances complexes, les réactions redox sont décrites, etc., mais nous en reparlerons plus tard.

Variable CO

Certains éléments chimiques diffèrent en ce qu'ils ont plus d'un état d'oxydation et le changent en fonction de la formule dans laquelle ils se trouvent. Selon les règles, la somme de toutes les puissances doit également être égale à zéro, mais pour la trouver, vous devez faire quelques calculs. Sous forme écrite, cela ressemble à équation algébrique, mais au fil du temps, nous «remplissons notre main», et il n'est pas difficile de composer et d'exécuter rapidement mentalement tout l'algorithme d'actions.

Il ne sera pas si facile de comprendre les mots, et il vaut mieux passer immédiatement à la pratique :

HNO3 - dans cette formule, déterminez l'état d'oxydation de l'azote (N). En chimie, on lit les noms des éléments, et on aborde l'arrangement des états d'oxydation également par la fin. Ainsi, on sait que le CO2 de l'oxygène est -2. Il faut multiplier l'état d'oxydation par le coefficient de droite (le cas échéant) : -2*3=-6. Passons ensuite à l'hydrogène (H) : son CO dans l'équation sera +1. Cela signifie que pour que le CO total donne zéro, vous devez ajouter 6. Vérifiez : +1+6-7=-0.

Des exercices supplémentaires peuvent être trouvés à la fin, mais nous devons d'abord déterminer quels éléments ont un état d'oxydation variable. En principe, tous les éléments, à l'exception de Trois premiers les groupes changent de diplôme. Plus un excellent exemple sont les halogènes (éléments du groupe VII, sans compter le fluor F), le groupe IV et les gaz nobles. Vous trouverez ci-dessous une liste de certains métaux et non-métaux à degré variable :

• H(+1, -1);
• Être(-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).

Ce n'est qu'un petit nombre d'articles. Il faut de l'étude et de la pratique pour apprendre à déterminer SD, mais cela ne signifie pas que vous devez mémoriser toutes les constantes et variables de SD : rappelez-vous simplement que ces dernières sont beaucoup plus courantes. Souvent, le coefficient et la substance représentée jouent un rôle important - par exemple, le soufre (S) prend un degré négatif dans les sulfures, l'oxygène (O) dans les oxydes et le chlore (Cl) dans les chlorures. Par conséquent, dans ces sels, un autre élément prend un degré positif (et est appelé agent réducteur dans cette situation).

Résoudre des problèmes pour déterminer le degré d'oxydation

Nous arrivons maintenant à la chose la plus importante - la pratique. Essayez vous-même les tâches suivantes, puis regardez la répartition de la solution et vérifiez les réponses :

1. K2Cr2O7 - trouver le degré de chrome.
   CO pour l'oxygène est -2, pour le potassium +1, et pour le chrome nous désignons pour l'instant comme une variable inconnue x. La valeur totale est 0. Par conséquent, nous ferons l'équation : +1*2+2*x-2*7=0. Après la décision, nous obtenons la réponse 6. Vérifions - tout a coïncidé, ce qui signifie que la tâche est résolue.
2. H2SO4 - trouver le degré de soufre.
   En utilisant le même concept, nous faisons une équation : +2*1+x-2*4=0. Suivant : 2+x-8=0.x=8-2 ; x=6.

Brève conclusion

Pour apprendre à déterminer vous-même l'état d'oxydation, vous devez non seulement être capable d'écrire des équations, mais également d'étudier en profondeur les propriétés des éléments de différents groupes, de vous souvenir des leçons d'algèbre, de composer et de résoudre des équations avec une variable inconnue.
N'oubliez pas que les règles ont leurs exceptions et qu'il ne faut pas les oublier : on parle d'éléments avec une variable CO. Aussi, pour résoudre de nombreux problèmes et équations, il est nécessaire de pouvoir fixer les coefficients (et de savoir dans quel but cela est fait).

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Cible: Continuez à étudier la valence. Donner le concept d'état d'oxydation. Considérez les types d'états d'oxydation: positif, négatif, valeur zéro. Apprenez à déterminer correctement l'état d'oxydation d'un atome dans un composé. Enseigner les méthodes de comparaison et de généralisation des concepts étudiés ; développer des compétences et des capacités pour déterminer le degré d'oxydation par des formules chimiques; continuer à développer des compétences travail indépendant; contribuer au développement pensée logique. Former un sentiment de tolérance (tolérance et respect des opinions d'autrui) d'entraide; réaliser une éducation esthétique (à travers la conception du tableau et des cahiers, lors de l'utilisation de présentations).

Pendant les cours

je. Organisation du temps

Vérification des étudiants pour la classe.

II. Préparation pour la leçon.

Pour le cours, vous aurez besoin de : Système périodique DIMendeleeva, manuel, cahiers, stylos, crayons.

III. Vérification des devoirs.

Enquête frontale, certains travailleront au tableau sur des cartes, réalisant un test, et résumer cette étape sera un jeu intellectuel.

1. Travaillez avec des cartes.

1 carte

Déterminer les fractions massiques (%) de carbone et d'oxygène dans le dioxyde de carbone (CO 2 ) .

2 carte

Déterminer le type de liaison dans la molécule H 2 S. Écrire les structures et formule électronique molécules.

2. Relevé frontal

1. Qu'est-ce qu'une liaison chimique ?
2. Quels types de liaisons chimiques connaissez-vous ?
3. Quelle liaison s'appelle une liaison covalente ?
4. Quelles liaisons covalentes sont isolées ?
5. Qu'est-ce que la valence ?
6. Comment définit-on la valence ?
7. Quels éléments (métaux et non-métaux) ont une valence variable ?

3. Tests

1. Quelles molécules ont des liaisons covalentes non polaires ?

2 . Quelle molécule forme une triple liaison lorsqu'une liaison covalente non polaire est formée ?

3 . Comment appelle-t-on les ions chargés positivement ?

A) les cations

B) molécules

B) des anions

D) cristaux

4. Dans quel ordre se situent les substances d'un composé ionique ?

A) CH4, NH3, Mg

B) CI2, MgO, NaCl

B) MgF2, NaCI, CaCI2

D) H2S, HCl, H2O

5 . La valence est déterminée par :

A) par numéro de groupe

B) par le nombre d'électrons non appariés

B) par type de liaison chimique

D) par numéro de période.

4. Jeu intellectuel"Tic Tac Toe »

Trouvez des substances avec une liaison covalente-polaire.

IV. Apprendre du nouveau matériel

L'état d'oxydation est une caractéristique importante de l'état d'un atome dans une molécule. La valence est déterminée par le nombre d'électrons non appariés dans un atome, orbitales avec des paires d'électrons non partagées, uniquement dans le processus d'excitation de l'atome. La valence la plus élevée d'un élément est généralement égale au numéro de groupe. Le degré d'oxydation dans les composés avec différentes liaisons chimiques est formé de manière inégale.

Comment l'état d'oxydation se forme-t-il dans des molécules avec différentes liaisons chimiques ?

1) Dans les composés à liaison ionique, l'état d'oxydation des éléments est égal aux charges des ions.

2) Dans les composés avec une liaison covalente non polaire (dans les molécules de substances simples), l'état d'oxydation des éléments est 0.

H 2 0 , Cje 2 0 , F 2 0 , S 0 , IA 0

3) Pour les molécules avec une liaison covalente-polaire, le degré d'oxydation est déterminé de la même manière que pour les molécules avec une liaison chimique ionique.

L'état d'oxydation de l'élément - c'est la charge conditionnelle de son atome, dans une molécule, si l'on suppose que la molécule est constituée d'ions.

L'état d'oxydation d'un atome, contrairement à la valence, a un signe. Il peut être positif, négatif ou nul.

La valence est indiquée par des chiffres romains au-dessus du symbole de l'élément :

II	je	IV
Fe	Cu	S,

et l'état d'oxydation est indiqué par des chiffres arabes avec une charge au-dessus des symboles d'éléments ( Mg +2 , Ca +2 ,Nun +1,CIˉ¹).

Un état d'oxydation positif est égal au nombre d'électrons donnés à ces atomes. Un atome peut donner tous les électrons de valence (pour les groupes principaux, ce sont les électrons du niveau externe) correspondant au numéro de groupe dans lequel se trouve l'élément, tout en présentant l'état d'oxydation le plus élevé (à l'exception de OF 2). : l'état d'oxydation le plus élevé du sous-groupe principal du groupe II est +2 ( Zn +2) Un degré positif est affiché à la fois par les métaux et les non-métaux, à l'exception de F, He, Ne. Par exemple : C+4 ,N / A+1 , Al+3

L'état d'oxydation négatif est égal au nombre d'électrons acceptés par un atome donné, il n'est représenté que par les non-métaux. Les atomes de non-métaux attachent autant d'électrons qu'il n'y en a pas assez pour compléter le niveau externe, tout en affichant un degré négatif.

Pour les éléments des sous-groupes principaux des groupes IV-VII, l'état d'oxydation minimal est numériquement égal à

Par exemple:

La valeur de l'état d'oxydation entre les états d'oxydation le plus élevé et le plus bas est dite intermédiaire :

Plus haut	Intermédiaire	Inférieur
	C +3, C +2, C 0, C -2

Dans les composés à liaison covalente non polaire (dans les molécules de substances simples), l'état d'oxydation des éléments est 0 : H 2 0 , DEje 2 0 , F 2 0 , S 0 , IA 0

Pour déterminer l'état d'oxydation d'un atome dans un composé, un certain nombre de dispositions doivent être prises en compte :

1. État d'oxydationFdans tous les composés est égal à "-1".N / A +1 F -1 , H +1 F -1

2. L'état d'oxydation de l'oxygène dans la plupart des composés est (-2) exception : OF 2 , où l'état d'oxydation est O +2F -1

3. L'hydrogène dans la plupart des composés a un état d'oxydation de +1, à l'exception des composés avec des métaux actifs, où l'état d'oxydation est (-1) : N / A +1 H -1

4. Le degré d'oxydation des métaux des principaux sous-groupesje, II, IIIgroupes dans tous les composés est +1,+2,+3.

Les éléments à état d'oxydation constant sont :

A) métaux alcalins (Li, Na, K, Pb, Si, Fr) - degré d'oxydation +1

B) éléments du sous-groupe principal II du groupe sauf (Hg): Be, Mg, Ca, Sr, Ra, Zn, Cd - état d'oxydation +2

B) élément Groupe III: Al - degré d'oxydation +3

Algorithme pour compiler une formule en composés :

1 voie

1 . L'élément avec l'électronégativité la plus faible est répertorié en premier, l'élément avec l'électronégativité la plus élevée est répertorié en second.

2 . L'élément écrit en premier lieu a une charge positive "+", et en second une charge négative "-".

3 . Spécifiez l'état d'oxydation de chaque élément.

4 . Trouver le multiple total des états d'oxydation.

5. Divisez le plus petit commun multiple par la valeur des états d'oxydation et attribuez les indices résultants en bas à droite après le symbole de l'élément correspondant.

6. Si l'état d'oxydation est pair - impair, alors ils deviennent à côté du symbole en bas à droite de la croix - en croix sans le signe "+" et "-":

7. Si l'état d'oxydation a une valeur paire, il faut d'abord les réduire de plus petite valeurétats d'oxydation et mettre une croix - en croix sans le signe "+" et "-": C +4 O -2

2 voies

1 . Notons l'état d'oxydation de N à X, indiquons l'état d'oxydation de O : N 2 XO 3 -2

2 . Déterminez la somme des charges négatives, pour cela, l'état d'oxydation de l'oxygène est multiplié par l'indice d'oxygène: 3 (-2) \u003d -6

3 .Pour que la molécule soit électriquement neutre, vous devez déterminer la somme des charges positives: X2 \u003d 2X

4 .Faire une équation algébrique :

N 2 + 3 O 3 –2

V. Ancrage

1) Réaliser la fixation du sujet par le jeu, qui s'appelle "Snake".

Règles du jeu : le professeur distribue des cartes. Chaque carte a une question et une réponse à une autre question.

Le professeur commence le jeu. Il lit la question, l'étudiant qui a la réponse à ma question lève la main et dit la réponse. Si la réponse est correcte, alors il lit sa question et l'élève qui a la réponse à cette question lève la main et répond, etc. Un serpent de bonnes réponses se forme.

1. Comment et où est indiqué l'état d'oxydation d'un atome d'un élément chimique ?
   Réponse: un chiffre arabe au-dessus du symbole de l'élément avec la charge "+" et "-".
2. Quels types d'états d'oxydation sont isolés des atomes éléments chimiques?
   Réponse: intermédiaire
3. Quel degré les métaux présentent-ils?
   Réponse: positif, négatif, zéro.
4. Quel degré montre des substances simples ou des molécules avec une liaison covalente non polaire.
   Réponse: positif
5. Quelle est la charge des cations et des anions ?
   Réponse: nul.
6. Quel est le nom de l'état d'oxydation qui se situe entre les états d'oxydation positifs et négatifs.
   Réponse: positif négatif

2) Écrire des formules de substances composées des éléments suivants

1. N et H
2. R&R
3. Zn et Cl

3) Trouvez et barrez les substances qui n'ont pas d'état d'oxydation variable.

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

VI. Résumé de la leçon.

Note avec commentaires

VII. Devoirs

§23, p.67-72, tâche après §23-p.72 N° 1-4 à compléter.

L'électronégativité, comme d'autres propriétés des atomes d'éléments chimiques, change avec l'augmentation numéro de sérieélément périodiquement :

Le graphique ci-dessus montre la périodicité de l'évolution de l'électronégativité des éléments des principaux sous-groupes, en fonction du nombre ordinal de l'élément.

En descendant le sous-groupe du tableau périodique, l'électronégativité des éléments chimiques diminue, en se déplaçant vers la droite le long de la période, elle augmente.

L'électronégativité reflète la non métallicité des éléments : plus la valeur de l'électronégativité est élevée, plus les propriétés non métalliques sont exprimées dans l'élément.

État d'oxydation

Comment calculer l'état d'oxydation d'un élément dans un composé ?

1) L'état d'oxydation des éléments chimiques dans les substances simples est toujours nul.

2) Il y a des éléments qui se manifestent dans des substances complexes diplôme permanent oxydation:

3) Il existe des éléments chimiques qui présentent un état d'oxydation constant dans la grande majorité des composés. Ces éléments comprennent :

Élément	L'état d'oxydation dans presque tous les composés	Exceptions
hydrogène H	+1	Hydrures de métaux alcalins et alcalino-terreux, par exemple :
oxygène O	-2	Peroxydes d'hydrogène et de métaux : Fluorure d'oxygène -

4) La somme algébrique des états d'oxydation de tous les atomes d'une molécule est toujours nulle. La somme algébrique des états d'oxydation de tous les atomes d'un ion est égale à la charge de l'ion.

5) L'état d'oxydation le plus élevé (maximal) est égal au numéro de groupe. Les exceptions qui ne relèvent pas de cette règle sont les éléments du sous-groupe secondaire du groupe I, les éléments du sous-groupe secondaire du groupe VIII, ainsi que l'oxygène et le fluor.

Éléments chimiques dont le numéro de groupe ne correspond pas à leur état d'oxydation le plus élevé (obligatoire à mémoriser)

6) L'état d'oxydation le plus bas des métaux est toujours zéro et l'état d'oxydation le plus bas des non-métaux est calculé par la formule :

état d'oxydation le plus bas d'un non-métal = numéro de groupe - 8

Sur la base des règles présentées ci-dessus, il est possible d'établir le degré d'oxydation d'un élément chimique dans n'importe quelle substance.

Trouver les états d'oxydation des éléments dans divers composés

Exemple 1

Déterminer les états d'oxydation de tous les éléments de l'acide sulfurique.

La solution:

Écrivons la formule de l'acide sulfurique :

L'état d'oxydation de l'hydrogène dans toutes les substances complexes est de +1 (à l'exception des hydrures métalliques).

L'état d'oxydation de l'oxygène dans toutes les substances complexes est -2 (à l'exception des peroxydes et du fluorure d'oxygène OF 2). Organisons les états d'oxydation connus :

Notons l'état d'oxydation du soufre comme X:

La molécule d'acide sulfurique, comme la molécule de toute substance, est généralement électriquement neutre, car. la somme des états d'oxydation de tous les atomes d'une molécule est nulle. Schématiquement, cela peut être représenté comme suit :

Ceux. on a l'équation suivante :

Résolvons-le :

Ainsi, l'état d'oxydation du soufre dans l'acide sulfurique est +6.

Exemple 2

Déterminer l'état d'oxydation de tous les éléments du dichromate d'ammonium.

La solution:

Écrivons la formule du dichromate d'ammonium :

Comme dans le cas précédent, on peut ordonner les états d'oxydation de l'hydrogène et de l'oxygène :

Cependant, nous voyons que les états d'oxydation de deux éléments chimiques à la fois, l'azote et le chrome, sont inconnus. On ne peut donc pas trouver les états d'oxydation de la même manière que dans l'exemple précédent (une équation à deux variables n'a pas de solution unique).

Faisons attention au fait que la substance indiquée appartient à la classe des sels et, par conséquent, a une structure ionique. On peut alors dire à juste titre que la composition du dichromate d'ammonium comprend des cations NH 4 + (la charge de ce cation est visible dans le tableau de solubilité). Par conséquent, comme il y a deux cations NH 4 + positifs à charge unique dans l'unité de formule du dichromate d'ammonium, la charge de l'ion dichromate est de -2, puisque la substance dans son ensemble est électriquement neutre. Ceux. la substance est formée de cations NH 4 + et d'anions Cr 2 O 7 2-.

Nous connaissons les états d'oxydation de l'hydrogène et de l'oxygène. Sachant que la somme des états d'oxydation des atomes de tous les éléments de l'ion est égale à la charge, et désignant les états d'oxydation de l'azote et du chrome par X et y en conséquence, nous pouvons écrire :

Ceux. on obtient deux équations indépendantes :

En résolvant lequel, on trouve X et y:

Ainsi, dans le dichromate d'ammonium, les états d'oxydation de l'azote sont -3, hydrogène +1, chrome +6 et oxygène -2.

Comment déterminer les états d'oxydation des éléments dans matière organique peut être lu.

Valence

La valence des atomes est indiquée par des chiffres romains : I, II, III, etc.

Les possibilités de valence d'un atome dépendent de la quantité :

1) électrons non appariés

2) paires d'électrons non partagés dans les orbitales des niveaux de valence

3) orbitales d'électrons vides du niveau de valence

Possibilités de valence de l'atome d'hydrogène

Représentons la formule graphique électronique de l'atome d'hydrogène :

Il a été dit que trois facteurs peuvent affecter les possibilités de valence - la présence d'électrons non appariés, la présence de paires d'électrons non partagés au niveau externe et la présence d'orbitales vacantes (vides) du niveau externe. Nous voyons un électron non apparié dans le niveau d'énergie externe (et unique). Sur cette base, l'hydrogène peut avoir exactement une valence égale à I. Cependant, au premier niveau d'énergie, il n'y a qu'un seul sous-niveau - s, ceux. l'atome d'hydrogène au niveau externe n'a ni paires d'électrons non partagées ni orbitales vides.

Ainsi, la seule valence qu'un atome d'hydrogène peut présenter est I.

Possibilités de valence d'un atome de carbone

Envisager structure électronique atome de carbone. A l'état fondamental, la configuration électronique de son niveau extérieur est la suivante :

Ceux. Dans l'état fondamental, le niveau d'énergie externe d'un atome de carbone non excité contient 2 électrons non appariés. Dans cet état, il peut présenter une valence égale à II. Cependant, l'atome de carbone passe très facilement dans un état excité lorsqu'on lui communique de l'énergie, et la configuration électronique de la couche externe dans ce cas prend la forme :

Bien qu'une certaine quantité d'énergie soit dépensée pour le processus d'excitation de l'atome de carbone, la dépense est plus que compensée par la formation de quatre liaisons covalentes. Pour cette raison, la valence IV est beaucoup plus caractéristique de l'atome de carbone. Ainsi, par exemple, le carbone a la valence IV dans les molécules de dioxyde de carbone, d'acide carbonique et d'absolument toutes les substances organiques.

En plus des électrons non appariés et des paires d'électrons isolés, la présence d'orbitales vacantes () du niveau de valence affecte également les possibilités de valence. La présence de telles orbitales dans le niveau rempli conduit au fait que l'atome peut agir comme un accepteur de paires d'électrons, c'est-à-dire forment des liaisons covalentes supplémentaires par le mécanisme donneur-accepteur. Ainsi, par exemple, contrairement aux attentes, dans la molécule de monoxyde de carbone CO, la liaison n'est pas double, mais triple, ce qui ressort clairement de l'illustration suivante :

Possibilités de valence de l'atome d'azote

Écrivons la formule graphique électronique du niveau d'énergie externe de l'atome d'azote:

Comme on peut le voir sur l'illustration ci-dessus, l'atome d'azote dans son état normal a 3 électrons non appariés, et il est donc logique de supposer qu'il peut présenter une valence égale à III. En effet, une valence de trois est observée dans les molécules d'ammoniac (NH 3), d'acide nitreux (HNO 2), de trichlorure d'azote (NCl 3), etc.

Il a été dit plus haut que la valence d'un atome d'un élément chimique dépend non seulement du nombre d'électrons non appariés, mais aussi de la présence de paires d'électrons non partagés. Cela est dû au fait qu'une liaison chimique covalente peut se former non seulement lorsque deux atomes se fournissent chacun un électron, mais également lorsqu'un atome qui a une paire d'électrons non partagée - donneur () la fournit à un autre atome avec un électron libre. () niveau de valence orbitale (accepteur). Ceux. pour l'atome d'azote, la valence IV est également possible grâce à une liaison covalente supplémentaire formée par le mécanisme donneur-accepteur. Ainsi, par exemple, quatre liaisons covalentes, dont l'une est formée par le mécanisme donneur-accepteur, sont observées lors de la formation du cation ammonium :

Bien que l'une des liaisons covalentes soit formée par le mécanisme donneur-accepteur, toutes Obligations N-H dans le cation ammonium sont absolument identiques et ne diffèrent pas les uns des autres.

Une valence égale à V, l'atome d'azote n'est pas en mesure de se manifester. Cela est dû au fait que la transition vers un état excité est impossible pour l'atome d'azote, dans lequel l'appariement de deux électrons se produit avec la transition de l'un d'eux vers une orbitale libre, qui est la plus proche en niveau d'énergie. L'atome d'azote n'a pas ré-sous-niveau, et la transition vers l'orbitale 3s est énergétiquement si coûteuse que les coûts énergétiques ne sont pas couverts par la formation de nouvelles liaisons. Beaucoup peuvent se demander quelle est alors la valence de l'azote, par exemple, dans les molécules acide nitrique HNO 3 ou monoxyde d'azote N 2 O 5 ? Curieusement, la valence y est également IV, comme on peut le voir à partir des formules structurelles suivantes :

La ligne pointillée dans l'illustration montre ce que l'on appelle délocalisé π -lien. Pour cette raison, les liaisons NO terminales peuvent être appelées "un et demi". Des liaisons un et demi similaires se trouvent également dans la molécule d'ozone O 3 , le benzène C 6 H 6 , etc.

Possibilités de Valence du phosphore

Décrivons la formule graphique électronique du niveau d'énergie externe de l'atome de phosphore :

Comme on peut le voir, la structure de la couche externe de l'atome de phosphore à l'état fondamental et de l'atome d'azote est la même, et il est donc logique de s'attendre pour l'atome de phosphore, ainsi que pour l'atome d'azote, à des valences possibles égales à I, II, III et IV, ce qui est observé dans la pratique.

Cependant, contrairement à l'azote, l'atome de phosphore a également ré-sous-niveau avec 5 orbitales vacantes.

À cet égard, il est capable de passer dans un état excité, vaporisant des électrons 3 s-orbitales :

Ainsi, la valence V pour l'atome de phosphore, inaccessible à l'azote, est possible. Ainsi, par exemple, un atome de phosphore a une valence de cinq dans les molécules de composés tels que l'acide phosphorique, les halogénures de phosphore (V), l'oxyde de phosphore (V), etc.

Possibilités de valence de l'atome d'oxygène

La formule graphique électronique du niveau d'énergie externe de l'atome d'oxygène a la forme :

Nous voyons deux électrons non appariés au 2ème niveau, et donc la valence II est possible pour l'oxygène. Il convient de noter que cette valence de l'atome d'oxygène est observée dans presque tous les composés. Ci-dessus, lors de l'examen des possibilités de valence de l'atome de carbone, nous avons discuté de la formation de la molécule de monoxyde de carbone. La liaison dans la molécule de CO est triple, donc l'oxygène y est trivalent (l'oxygène est un donneur de paires d'électrons).

En raison du fait que l'atome d'oxygène n'a pas de niveau externe ré-sous-niveaux, désappariement des électrons s et p- orbitales est impossible, c'est pourquoi les capacités de valence de l'atome d'oxygène sont limitées par rapport aux autres éléments de son sous-groupe, par exemple le soufre.

Possibilités de valence de l'atome de soufre

Le niveau d'énergie externe de l'atome de soufre à l'état non excité :

L'atome de soufre, comme l'atome d'oxygène, a deux électrons non appariés dans son état normal, nous pouvons donc conclure qu'une valence de deux est possible pour le soufre. En effet, le soufre a la valence II, par exemple, dans la molécule d'hydrogène sulfuré H 2 S.

Comme nous pouvons le voir, l'atome de soufre au niveau externe a ré sous-niveau avec des orbitales vacantes. Pour cette raison, l'atome de soufre est capable d'étendre ses capacités de valence, contrairement à l'oxygène, en raison de la transition vers des états excités. Ainsi, lors du désappariement d'une paire d'électrons solitaire 3 p- sous-niveau, l'atome de soufre acquiert la configuration électronique du niveau extérieur de la forme suivante :

Dans cet état, l'atome de soufre a 4 électrons non appariés, ce qui nous renseigne sur la possibilité que des atomes de soufre présentent une valence égale à IV. En effet, le soufre a la valence IV dans les molécules SO 2, SF 4, SOCl 2, etc.

Lors du désappariement de la deuxième paire d'électrons solitaire située sur 3 s- sous-niveau, le niveau d'énergie externe acquiert la configuration suivante :

Dans un tel état, la manifestation de la valence VI devient déjà possible. Un exemple de composés avec du soufre VI-valent sont SO 3 , H 2 SO 4 , SO 2 Cl 2 etc.

De même, nous pouvons considérer les possibilités de valence d'autres éléments chimiques.

Lors de l'étude des liaisons chimiques polaires ioniques et covalentes, vous vous êtes familiarisé avec des substances complexes constituées de deux éléments chimiques. Ces substances sont appelées bi-paires (du latin bi - «deux») ou à deux éléments.

Rappelons les composés binaires typiques que nous avons cités en exemple pour considérer les mécanismes de formation des liaisons chimiques polaires ioniques et covalentes : NaHl - chlorure de sodium et HCl - chlorure d'hydrogène. Dans le premier cas, la liaison est ionique : l'atome de sodium a transféré son électron externe à l'atome de chlore et s'est transformé en un ion de charge -1. et l'atome de chlore a accepté un électron et s'est transformé en un ion avec une charge de -1. Schématiquement, le processus de transformation des atomes en ions peut être décrit comme suit :

Dans la molécule de HCl, la liaison est formée en raison de l'appariement d'électrons externes non appariés et de la formation d'une paire d'électrons commune d'atomes d'hydrogène et de chlore.

Il est plus correct de représenter la formation d'une liaison covalente dans une molécule de chlorure d'hydrogène comme un chevauchement d'un nuage s à un électron d'un atome d'hydrogène avec un nuage p à un électron d'un atome de chlore :

Lors de l'interaction chimique, la paire d'électrons commune se déplace vers l'atome de chlore le plus électronégatif :

Ces charges conditionnelles sont appelées état d'oxydation. Lors de la définition de ce concept, on suppose conditionnellement que dans les composés polaires covalents, les électrons de liaison ont complètement été transférés à un atome plus électronégatif et, par conséquent, les composés ne sont constitués que d'ions chargés positivement et négativement.

est la charge conditionnelle des atomes d'un élément chimique dans un composé, calculée sur la base de l'hypothèse que tous les composés (à la fois ioniques et covalents polaires) sont constitués uniquement d'ions.

L'état d'oxydation peut avoir une valeur négative, positive ou nulle, qui est généralement placée au-dessus du symbole de l'élément en haut, par exemple :

Les atomes qui ont reçu des électrons d'autres atomes ou vers lesquels des paires d'électrons communes ont été déplacées, c'est-à-dire des atomes d'éléments plus électronégatifs, ont une valeur négative pour le degré d'oxydation. Le fluor a toujours un état d'oxydation de -1 dans tous les composés. L'oxygène, le deuxième élément le plus électronégatif après le fluor, a presque toujours un état d'oxydation de -2, sauf pour les composés avec du fluor, par exemple :

Les atomes qui donnent leurs électrons à d'autres atomes ou à partir desquels des paires d'électrons communes sont tirées, c'est-à-dire des atomes d'éléments moins électronégatifs, ont un état d'oxydation positif. Les métaux ont toujours un état d'oxydation positif. Pour les métaux des principaux sous-groupes :

Groupe I dans tous les composés, l'état d'oxydation est +1,
Le groupe II est égal à +2. Groupe III - +3, par exemple :

Dans les composés, l'état d'oxydation total est toujours nul. Sachant cela et l'état d'oxydation de l'un des éléments, vous pouvez toujours trouver l'état d'oxydation d'un autre élément en utilisant la formule d'un composé binaire. Par exemple, trouvons l'état d'oxydation du chlore dans le composé Cl2O2. Notons l'état d'oxydation -2
oxygène : Cl2O2. Par conséquent, sept atomes d'oxygène auront une charge négative totale (-2) 7 =14. Alors la charge totale de deux atomes de chlore sera +14, et un atome de chlore :
(+14):2 = +7.

De même, connaissant les états d'oxydation des éléments, on peut formuler la formule d'un composé, par exemple le carbure d'aluminium (un composé d'aluminium et de carbone). Écrivons les signes de l'aluminium et du carbone à côté d'AlC, et d'abord le signe de l'aluminium, puisque c'est un métal. Nous déterminons le nombre d'électrons externes à partir du tableau périodique des éléments : Al a 3 électrons, C en a 4. Un atome d'aluminium cédera ses 3 électrons externes au carbone et recevra un état d'oxydation de +3, égal à la charge du ion. L'atome de carbone, au contraire, emportera les 4 électrons manquants vers le "huit chéri" et recevra un état d'oxydation de -4.

Écrivons ces valeurs dans la formule: AlС, et trouvons leur plus petit multiple commun, il est égal à 12. Ensuite, nous calculons les indices:

Connaître les états d'oxydation des éléments est également nécessaire pour pouvoir nommer correctement un composé chimique.

Noms des composés binaires se composent de deux mots - les noms des éléments chimiques qui les composent. Le premier mot désigne la partie électronégative du composé - non métallique, son nom latin avec le suffixe -id est toujours en cas nominatif. Le deuxième mot désigne la partie électropositive - un métal ou un élément moins électronégatif, son nom est toujours en génitif. Si l'élément électropositif présente différents degrés d'oxydation, cela se reflète dans le nom, indiquant le degré d'oxydation avec un chiffre romain, qui est placé à la fin.

Aux chimistes différents pays se comprenaient, il était nécessaire de créer une terminologie et une nomenclature unifiées des substances. Les principes de la nomenclature chimique ont été développés pour la première fois par les chimistes français A. Lavoisier, A. Fourctua, L. Giton et C. Berthollet en 1785. Actuellement union internationale La Chimie Théorique et Appliquée (IUPAC) coordonne les activités des scientifiques de plusieurs pays et émet des recommandations sur la nomenclature des substances et la terminologie utilisée en chimie.

La capacité de trouver l'état d'oxydation des éléments chimiques est condition nécessaire pour une solution réussie équations chimiques décrivant les réactions redox. Sans lui, vous ne pourrez pas établir la formule exacte d'une substance résultant d'une réaction entre divers éléments chimiques. En conséquence, la solution de problèmes chimiques basée sur de telles équations sera soit impossible, soit erronée.

Le concept de l'état d'oxydation d'un élément chimique
État d'oxydation- il s'agit d'une valeur conditionnelle, à l'aide de laquelle il est habituel de décrire les réactions redox. Numériquement, il est égal au nombre d'électrons qu'un atome acquiert une charge positive, ou au nombre d'électrons qu'un atome acquiert une charge négative s'attache à lui-même.

Dans les réactions redox, le concept d'état d'oxydation est utilisé pour déterminer formules chimiques composés d'éléments résultant de l'interaction de plusieurs substances.

À première vue, il peut sembler que l'état d'oxydation équivaut au concept de valence d'un élément chimique, mais ce n'est pas le cas. concept valence utilisé pour quantifier l'interaction électronique dans les composés covalents, c'est-à-dire dans les composés formés par la formation de paires d'électrons partagés. L'état d'oxydation est utilisé pour décrire les réactions qui s'accompagnent d'un don ou d'un gain d'électrons.

Contrairement à la valence, qui est une caractéristique neutre, l'état d'oxydation peut avoir une valeur positive, négative ou nulle. Une valeur positive correspond au nombre d'électrons donnés, et nombre négatif ci-joint. Une valeur de zéro signifie que l'élément est soit sous la forme d'une substance simple, soit qu'il a été réduit à 0 après oxydation, ou oxydé à zéro après une réduction précédente.

Comment déterminer l'état d'oxydation d'un élément chimique particulier
La détermination de l'état d'oxydation d'un élément chimique particulier est soumise aux règles suivantes :

1. L'état d'oxydation des substances simples est toujours nul.
   
2. Les métaux alcalins, qui appartiennent au premier groupe du tableau périodique, ont un état d'oxydation de +1.
   
3. Les métaux alcalino-terreux, qui occupent le deuxième groupe du tableau périodique, ont un état d'oxydation de +2.
   
4. L'hydrogène dans les composés avec divers non-métaux présente toujours un état d'oxydation de +1, et dans les composés avec des métaux +1.
   
5. L'état d'oxydation de l'oxygène moléculaire dans tous les composés considérés dans le cours de chimie inorganique est de -2. Fluor -1.
   
6. Lors de la détermination du degré d'oxydation des produits réactions chimiques procèdent de la règle de la neutralité électrique, selon laquelle la somme des états d'oxydation des différents éléments qui composent la substance doit être égale à zéro.
   
7. L'aluminium dans tous les composés présente un état d'oxydation de +3.
   

De plus, en règle générale, les difficultés commencent, car les éléments chimiques restants montrent et présentent un état d'oxydation variable en fonction des types d'atomes d'autres substances impliquées dans le composé.

Il existe des états d'oxydation supérieurs, inférieurs et intermédiaires. Plus haut degré l'oxydation, comme la valence, correspond au numéro de groupe de l'élément chimique dans le tableau périodique, mais en même temps a valeur positive. L'état d'oxydation le plus bas est numériquement égal à la différence entre le nombre 8 du groupe d'éléments. L'état d'oxydation intermédiaire sera n'importe quel nombre dans la plage allant de l'état d'oxydation le plus bas au plus élevé.

Pour vous aider à naviguer dans la variété des états d'oxydation des éléments chimiques, nous portons à votre attention le tableau auxiliaire suivant. Sélectionnez l'élément qui vous intéresse et vous obtiendrez les valeurs de ses états d'oxydation possibles. Les valeurs rares seront indiquées entre parenthèses.