Úloha určenia oxidačného stavu môže byť tak jednoduchou formalitou, ako aj zložitou hádankou. V prvom rade to bude závisieť od vzorca chemickej zlúčeniny, ako aj od dostupnosti základných vedomostí z chémie a matematiky.
Po znalosti základných pravidiel a algoritmu sekvenčných logických akcií, o ktorých sa bude diskutovať v tomto článku, sa pri riešení problémov tohto typu môže každý ľahko vyrovnať s touto úlohou. A potom, čo si precvičíte a naučíte sa určovať oxidačné stavy rôznych chemických zlúčenín, môžete sa bezpečne pustiť do vyrovnávania zložitých redoxných reakcií zostavením elektronických váh.
Koncept oxidačného stavu
Aby ste sa naučili určiť oxidačný stav, musíte najprv zistiť, čo tento pojem znamená?
- Oxidačný stav sa využíva pri zázname pri redoxných reakciách, kedy dochádza k prenosu elektrónov z atómu na atóm.
- Oxidačný stav určuje počet prenesených elektrónov, čo znamená podmienený náboj atómu.
- Oxidačný stav a valencia sú často rovnaké.
Toto označenie je napísané navrchu chemického prvku v jeho pravom rohu a je to celé číslo so znamienkom „+“ alebo „-“. Nulová hodnota oxidačného stavu nenesie znamienko.
Pravidlá určovania oxidačného stavu
Zvážte základné kánony na určenie oxidačného stavu:
- Jednoduché elementárne látky, teda tie, ktoré pozostávajú z jedného typu atómu, budú mať vždy nulový oxidačný stav. Napríklad Na0, H02, P04
- Existuje množstvo atómov, ktoré majú vždy jeden, konštantný, oxidačný stav. Najlepšie sa zapamätajú hodnoty v tabuľke.
- Ako vidíte, jedinou výnimkou je vodík v kombinácii s kovmi, kde získava nezvyčajný oxidačný stav "-1".
- Kyslík tiež preberá oxidačný stav "+2" v chemickej kombinácii s fluórom a "-1" vo formuláciách peroxidov, superperoxidov alebo ozonidov, kde sú atómy kyslíka navzájom spojené.
- Kovové ióny majú niekoľko hodnôt oxidačného stavu (a iba kladné), preto sú určené susednými prvkami v zlúčenine. Napríklad v FeCl3 má chlór oxidačný stav "-1", má 3 atómy, takže vynásobíme -1 3, dostaneme "-3". Aby bol súčet oxidačných stavov zlúčeniny "0", železo musí mať oxidačný stav "+3". Vo vzorci FeCl2 železo zodpovedajúcim spôsobom zmení svoj stupeň na „+2“.
- Matematickým sčítaním oxidačných stavov všetkých atómov vo vzorci (berúc do úvahy znamienka) by sa mala vždy získať nulová hodnota. Napríklad v kyseline chlorovodíkovej H + 1Cl-1 (+1 a -1 = 0) a v kyseline sírovej H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 = +2 pre vodík, + 4 pre síru a -2 * 3 = - 6 pre kyslík; +6 a -6 sa sčítajú do 0).
- Oxidačný stav monatomického iónu sa bude rovnať jeho náboju. Napríklad: Na +, Ca + 2.
- Najvyšší oxidačný stav spravidla zodpovedá číslu skupiny v periodickom systéme D.I. Mendelejeva.
Algoritmus akcií na určenie oxidačného stavu
Postup na zistenie oxidačného stavu nie je náročný, ale vyžaduje si pozornosť a určité akcie.
Úloha: usporiadať oxidačné stavy v zlúčenine KMnO4
- Prvý prvok, draslík, má konštantný oxidačný stav „+1“.
Pre kontrolu si môžete pozrieť periodickú tabuľku, kde je draslík v 1. skupine prvkov. - Zo zostávajúcich dvoch prvkov kyslík zvyčajne preberá oxidačný stav "-2".
- Dostaneme nasledujúci vzorec: K + 1MnxO4-2. Zostáva určiť oxidačný stav mangánu.
Takže x je neznámy oxidačný stav mangánu. Teraz je dôležité venovať pozornosť počtu atómov v zlúčenine.
Počet atómov draslíka je 1, mangánu je 1 a kyslíka je 4.
Berúc do úvahy elektroneutralitu molekuly, keď je celkový (celkový) náboj nulový,
1 * (+ 1) + 1 * (x) + 4 (-2) = 0,
+ 1 + 1x + (- 8) = 0,
-7 + 1x = 0,
(pri prenose zmeňte znamienko)
1x = +7, x = +7
Oxidačný stav mangánu v zlúčenine je teda "+7".
Úloha: usporiadať oxidačné stavy v zlúčenine Fe2O3.
- Kyslík, ako viete, má oxidačný stav "-2" a pôsobí ako oxidačné činidlo. Pri zohľadnení počtu atómov (3) je celková hodnota kyslíka "-6" (-2 * 3 = -6), t.j. vynásobte oxidačný stav počtom atómov.
- Na vyváženie vzorca a jeho uvedenie na nulu budú mať 2 atómy železa oxidačný stav „+3“ (2 * + 3 = + 6).
- Celkovo dostaneme nulu (-6 a +6 = 0).
Úloha: usporiadať oxidačné stavy v zlúčenine Al (NO3) 3.
- Atóm hliníka je jeden a má konštantný oxidačný stav "+3".
- Atómov kyslíka v molekule je 9 (3 * 3), oxidačný stav kyslíka, ako viete, je "-2", čo znamená, že vynásobením týchto hodnôt dostaneme "-18".
- Zostáva vyrovnať záporné a kladné hodnoty, čím sa určí stupeň oxidácie dusíka. -18 a +3, + 15 nestačí. A vzhľadom na to, že existujú 3 atómy dusíka, je ľahké určiť jeho oxidačný stav: vydeľte 15 3 a získajte 5.
- Oxidačný stav dusíka je „+5“ a vzorec bude vyzerať takto: Al + 3 (N + 5O-23) 3
- Ak je ťažké určiť požadovanú hodnotu týmto spôsobom, môžete zostaviť a vyriešiť rovnice:
1* (+ 3) + 3x + 9* (- 2) = 0.
+ 3 + 3x-18 = 0
3x = 15
x = 5
Oxidačný stav je teda v chémii pomerne dôležitým pojmom, ktorý symbolizuje stav atómov v molekule.
Bez znalosti určitých ustanovení alebo zásad, ktoré vám umožňujú správne určiť oxidačný stav, nie je možné zvládnuť túto úlohu. Preto existuje len jeden záver: dôkladne sa zoznámiť a preštudovať si pravidlá na zistenie oxidačného stavu, ktoré sú jasne a stručne uvedené v článku, a odvážne pokračovať po náročnej ceste chemickej múdrosti.
Schopnosť nájsť oxidačný stav chemických prvkov je predpokladom úspešného riešenia chemických rovníc popisujúcich redoxné reakcie. Bez nej nebudete môcť zostaviť presný vzorec látky, ktorá je výsledkom reakcie medzi rôznymi chemickými prvkami. Výsledkom je, že riešenie chemických problémov na základe takýchto rovníc bude buď nemožné alebo chybné.
Pojem oxidačného stavu chemického prvkuOxidačný stav- Toto je podmienená hodnota, s ktorou je obvyklé opisovať redoxné reakcie. Číselne sa rovná počtu elektrónov, ktoré atóm získa kladným nábojom, alebo počtu elektrónov, ktoré atóm získa záporným nábojom, ktoré na seba pripája.
Pri redoxných reakciách sa pojem oxidačný stav používa na určenie chemických vzorcov zlúčenín prvkov, ktoré sú výsledkom interakcie viacerých látok.
Na prvý pohľad sa môže zdať, že oxidačný stav je ekvivalentný konceptu valencie chemického prvku, ale nie je to tak. koncepcia valencia používa sa na kvantifikáciu elektrónovej interakcie v kovalentných zlúčeninách, to znamená v zlúčeninách vytvorených v dôsledku tvorby spoločných elektrónových párov. Oxidačný stav sa používa na opis reakcií, ktoré sú sprevádzané darovaním alebo pripojením elektrónov.
Na rozdiel od valencie, ktorá je neutrálnou charakteristikou, oxidačný stav môže byť kladný, záporný alebo nulový. Kladná hodnota zodpovedá počtu darovaných elektrónov a záporná hodnota počtu pripojených. Nulová hodnota znamená, že prvok je buď vo forme jednoduchej látky, alebo bol zredukovaný na 0 po oxidácii, alebo zoxidovaný na nulu po predchádzajúcej redukcii.
Ako určiť oxidačný stav konkrétneho chemického prvku
Stanovenie oxidačného stavu pre konkrétny chemický prvok podlieha nasledujúcim pravidlám:
- Oxidačný stav jednoduchých látok je vždy nulový.
- Alkalické kovy, ktoré sú v prvej skupine periodickej tabuľky, majú oxidačný stav +1.
- Kovy alkalických zemín, ktoré zaberajú druhú skupinu v periodickej tabuľke, majú oxidačný stav +2.
- Vodík v zlúčeninách s rôznymi nekovmi má vždy oxidačný stav +1 a v zlúčeninách s kovmi +1.
- Oxidačný stav molekulárneho kyslíka vo všetkých zlúčeninách uvažovaných v školskom kurze anorganickej chémie je -2. Fluór -1.
- Pri určovaní oxidačného stavu v produktoch chemických reakcií sa vychádza z pravidla elektroneutrality, podľa ktorého by sa súčet oxidačných stavov rôznych prvkov, ktoré tvoria látku, mal rovnať nule.
- Hliník vo všetkých zlúčeninách vykazuje oxidačný stav rovný +3.
Rozlišujte medzi vyšším, nižším a stredným oxidačným stavom. Najvyšší oxidačný stav, podobne ako valencia, zodpovedá číslu skupiny chemického prvku v periodickej tabuľke, ale zároveň má kladnú hodnotu. Najnižší oxidačný stav sa číselne rovná rozdielu medzi číslom 8 skupiny prvkov. Stredný oxidačný stav bude akékoľvek číslo v rozsahu od najnižšieho oxidačného stavu po najvyšší.
Aby sme vám pomohli zorientovať sa v rôznych oxidačných stavoch chemických prvkov, uvádzame vám nasledujúcu pomocnú tabuľku. Vyberte prvok, ktorý vás zaujíma, a získate hodnoty jeho možných oxidačných stavov. Zriedkavé hodnoty budú uvedené v zátvorkách.
Moderná formulácia periodického zákona, objavená D.I.Mendelejevom v roku 1869:
Vlastnosti prvkov sú periodicky závislé od poradového čísla.
Periodicky sa opakujúci charakter zmeny v zložení elektrónového obalu atómov prvkov vysvetľuje periodickú zmenu vlastností prvkov pri pohybe periódami a skupinami periodickej tabuľky.
Sledujme napríklad zmenu vyšších a nižších oxidačných stavov prvkov skupín IA - VIIA v druhej - štvrtej perióde podľa tabuľky. 3.
Pozitívny Všetky prvky vykazujú oxidačné stavy, s výnimkou fluóru. Ich hodnoty sa zvyšujú so zvyšujúcim sa jadrovým nábojom a zhodujú sa s počtom elektrónov na poslednej energetickej úrovni (s výnimkou kyslíka). Tieto oxidačné stavy sa nazývajú vyššie oxidačné stavy. Napríklad najvyšší oxidačný stav fosforu, P, je + V.
Negatívne prvky vykazujú oxidačné stavy počnúc uhlíkom C, kremíkom Si a germániom Ge. Ich hodnoty sa rovnajú počtu chýbajúcich elektrónov až do ôsmich. Tieto oxidačné stavy sa nazývajú menejcenný oxidačné stavy. Napríklad atómu fosforu P na poslednej energetickej úrovni chýbajú tri elektróny na osem, čo znamená, že najnižší oxidačný stav fosforu P je - III.
Hodnoty najvyššieho a najnižšieho oxidačného stavu sa periodicky opakujú, pričom sa zhodujú v skupinách; napríklad v IVA-skupine uhlík C, kremík Si a germánium Ge majú najvyšší oxidačný stupeň + IV a najnižší oxidačný stupeň - IV.
Táto periodicita zmien oxidačných stavov sa odráža v periodickej zmene zloženia a vlastností chemických zlúčenín prvkov.
Podobným spôsobom možno sledovať periodické zmeny v elektronegativite prvkov v 1.-6. perióde IA-VIIA-skupín (tab. 4).
V každom období periodickej tabuľky sa elektronegativita prvkov zvyšuje so zvyšujúcim sa poradovým číslom (zľava doprava).
V každom skupina Elektronegativita periodickej tabuľky klesá so zvyšujúcim sa sériovým číslom (zhora nadol). Fluór F má najvyššiu a cézium Cs - najnižšiu elektronegativitu spomedzi prvkov 1.-6. periódy.
Typické nekovy majú vysokú elektronegativitu, zatiaľ čo typické kovy majú nízku elektronegativitu.
Príklady zadaní častí A, B1. V 4. perióde je počet prvkov
2. Kovové vlastnosti prvkov 3. periódy od Na po Cl
1) vytvrdnúť
2) oslabiť
3) nemeniť
4) Neviem
3. Nekovové vlastnosti halogénov so zvyšujúcim sa sériovým číslom
1) zvýšenie
2) ísť dole
3) zostávajú nezmenené
4) Neviem
4. V rade prvkov Zn - Hg - Co - Cd je jeden prvok, ktorý v skupine nie je zaradený
5. Kovové vlastnosti prvkov sa zvyšujú v mnohých
1) In - Ga - Al
2) K - Rb - Sr
3) Ge - Ga - Tl
4) Li - Be - Mg
6. Nekovové vlastnosti v rade prvkov Al - Si - C - N
1) zvýšenie
2) zníženie
3) nemeniť
4) Neviem
7. V rade prvkov O - S - Se - Te rozmery (polomery) atómu
1) zníženie
2) zvýšenie
3) nemeniť
4) Neviem
8. V rade prvkov P - Si - Al - Mg rozmery (polomery) atómu
1) zníženie
2) zvýšenie
3) nemeniť
4) Neviem
9. Pre fosfor prvok c menší elektronegativita je
10. Molekula, v ktorej je hustota elektrónov posunutá smerom k atómu fosforu je
11. Vyššie oxidačný stav prvkov sa prejavuje v súbore oxidov a fluoridov
1) СlO 2, РСl 5, SeCl 4, SO 3
2) PCl, Al203, KCl, CO
3) Se03, BCI3, N205, CaCl2
4) AsCl5, Se02, SCI2, Cl207
12. Menejcenný oxidačný stav prvkov - v ich vodíkových zlúčeninách a nastavených fluoridoch
1) ClF3, NH3, NaH, OF2
2) H3S+, NH+, SiH4, H2Se
3) CH4, BF4, H30+, PF3
4) PH 3, NF+, HF 2, CF 4
13. Valencia pre viacmocný atóm je rovnaký v sérii spojení
1) SiH4 - AsH3 - CF4
2) PH3 - BF3 - CIF3
3) AsF3 - SiCl4 - IF 7
4) H20 - BCIg - NF3
14. Označte zhodu medzi vzorcom látky alebo iónu a oxidačným stavom uhlíka v nich
Tabuľka. Oxidačné stavy chemických prvkov.
Tabuľka. Oxidačné stavy chemických prvkov.
Oxidačný stav je podmienený náboj atómov chemického prvku v zlúčenine, vypočítaný za predpokladu, že všetky väzby sú iónového typu. Oxidačné stavy môžu mať kladnú, zápornú alebo nulovú hodnotu, preto je algebraický súčet oxidačných stavov prvkov v molekule, berúc do úvahy počet ich atómov, rovný 0 a v ióne je náboj ión.
|
Tabuľka: Prvky s nezmeneným oxidačným stavom. |
|
Tabuľka. Oxidačné stavy chemických prvkov v abecednom poradí.
|
Tabuľka. Oxidačné stavy chemických prvkov podľa počtu.
|
Hodnotenie článku:
Valence -
je schopnosť atómu vytvárať určitý počet väzieb s inými atómami.
Pravidlá určovania valencie
1. V molekulách jednoduchých látok: H 2, F 2, Cl 2, Br 2, I 2 sa rovná jednej.
2. V molekulách jednoduchých látok: O 2, S 8 sa rovná dvom.
3. V molekulách jednoduchých látok: N 2, P 4 a CO - oxid uhoľnatý (II) - rovný trom.
4. V molekulách jednoduchých látok, ktoré uhlík tvorí (diamant, grafit), ako aj v organických zlúčeninách, ktoré tvorí, je valencia uhlíka štyri.
5. V zložení zložitých látok je vodík jednomocný, kyslík prevažne dvojmocný. Na určenie valencie atómov iných prvkov v zložení zložitých látok je potrebné poznať štruktúru týchto látok.
Oxidačný stav
Je podmienený náboj atómov chemického prvku v zlúčenine vypočítaný na základe predpokladu, že všetky zlúčeniny (s iónovými a kovalentnými polárnymi väzbami) pozostávajú iba z iónov.
Najvyšší oxidačný stav prvku sa rovná číslu skupiny.
Výnimky:
fluór najvyšší oxidačný stav nula v jednoduchej látke F 2 0
kyslík najvyšší oxidačný stav +2 vo fluoride kyslíku О +2 F 2
Najnižší oxidačný stav prvku je osem mínus číslo skupiny (podľa počtu elektrónov, ktoré môže atóm prvku prijať až do dokončenej ôsmej elektronickej úrovne)
Pravidlá určovania oxidačného stavu (ďalej označujeme: st.ok.)
Všeobecné pravidlo: Súčet všetkých oxidačných stavov prvkov v molekule, berúc do úvahy počet atómov, sa rovná nule (Molekula je elektricky neutrálna.), v ióne - rovný náboju iónu.
I. Oxidačný stav jednoduchých látok je nulový: Ca 0, 020, Cl20
II. čl. binárne s pripojeniami:
Menej elektronegatívny prvok sa kladie na prvé miesto. ( Výnimky: C -4H4+ metán a N-3H3+ amoniak)
Na to treba pamätať
čl. kov je vždy pozitívny
čl. kovov I, II, III skupín hlavných podskupín je konštantná a rovná sa číslu skupiny
Pre zvyšok čl. vypočítané ako všeobecné pravidlo.
Viac elektronegatívny prvok umiestnil na druhom mieste, jeho čl. sa rovná ôsmim mínus číslo skupiny (podľa počtu elektrónov, ktoré zaberá do dokončenej ôsmej elektronickej úrovne).
Výnimky: peroxidy, napríklad H2+102-1, Ba+202-1 a ďalšie; karbidy kovov skupiny I a II Ag 2 +1 C 2 -1, Ca +2 C 2 -1 atď. (V školskom kurze je zlúčenina FeS 2 - pyrit. Ide o disulfid železa. Oxidačný stav síra v ňom je (-1) Fe +2 S 2 -1). V týchto zlúčeninách sú totiž väzby medzi rovnakými atómami -O-O-, -S -S-, trojitá väzba v karbidoch medzi atómami uhlíka. Oxidačný stav a mocnosť prvkov v týchto zlúčeninách sa nezhodujú: uhlík má valenciu IV, kyslík a síra majú valenciu II.
III. Oxidačný stav v Me + zásady n(OH) n rovný počtu hydroxylových skupín .
1. v hydroxylovej skupine čl. kyslík -2, vodík +1, náboj hydroxylovej skupiny 1-
2. čl. kovu sa rovná počtu hydroxylových skupín
IV. Oxidačný stav v kyselinách:
1. st.ok. vodík +1, kyslík -2
2. čl. centrálny atóm sa vypočíta podľa všeobecného pravidla riešením jednoduchej rovnice
Napríklad H3 +1 R x 04-2
3 ∙ (+1) + x + 4 ∙ (-2) = 0
3 + x - 8 = 0
x = +5 (nezabudnite na znamienko +)
Môžete si spomenúť že kyseliny s vyšším čl. centrálny prvok zodpovedajúci číslu skupiny, názov bude končiť na-Nový:
H 2 CO 3 uhlie H 2 C +4 O 3
H 2 Si О 3 kremík (okrem) Н 2 Si +4 О 3
N N O 3 dusičné НN +5 О 3
H 3 P О 4 fosforečná H 3 P +5 О 4
H 2 S О 4 sírová Н 2 S +6 О 4
NS l Okolo 4 chlór HCl +7 О 4
Н Mn О 4 mangán НMn +7 О 4
Zostáva pamätať:
Н N О 2 dusíkaté НN +3 О 2
H 2 S O 3 sírový Н 2 S +4 О 3
NS l Okolo 3 chlór НCl +5 О 3
NS l О 2 chlorid HCl +3 О 2
NS l O chlórna HCl +10
V. Oxidačný stav v soliach
centrálny atóm je rovnaký ako v kyselinovom zvyšku. Stačí si spomenúť alebo definovať čl. prvok v kys.
Vi. Oxidačný stav prvku v komplexnom ióne sa rovná náboju iónu.
Napríklad, NH 4 + Cl -: zapíšte ión N x H 4 +1
x + 4 ∙ (+1) = +1
x = -3;
čl. dusík -3
Napríklad, určiť čl. prvky v hexakyanoželeznane draselnom (III) K 3
Draslík má +1: K 3 +1, teda náboj iónu je 3-
Žehlička má +3 (uvedené v názve) 3-, teda (CN) 6 6-
Jedna skupina (CN) -
Elektronegatívny dusík: má -3, teda (C x N -3) -
x - 3 = - 1
x = +2
čl. uhlík +2
Vii. stupňa oxidácia uhlíka v organických zlúčeninách sa líši a vypočítava sa na základe skutočnosti, že čl. vodík je +1, kyslík je -2
Napríklad C3H6
3 ∙ x + 6 ∙ 1 = 0
3x = -6
x = -2
čl. uhlík -2 (zatiaľ čo valencia uhlíka je IV)
Cvičenie. Určte oxidačný stav a mocenstvo fosforu v kyseline fosfornej H 3 PO 2.
Vypočítajme oxidačný stav fosforu.
Označme to x. Dosaďte oxidačný stav vodíka +1 a kyslíka -2 vynásobením zodpovedajúcim počtom atómov: (+1) ∙ 3 + x + (-2) ∙ 2 = 0, teda x = +1.