Степень окисления и валентность

Степень окисления и валентность (валентность можно посмотреть здесь) часто не совпадают, потому что с. О. не отражает распределение валентных электронов, образующих химические связи в молекуле, как, например, в ионе аммония NH⁴⁺ степень окисления азота (-3), а валентность IV. Знание степеней окисления элементов помогает находить стехиометрические коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций. (Тему:  Валентность можно посмотреть здесь )

Степенью окисления (с. о.) называется условный заряд атома в веществе, который находят, считая все химические связи в соединении чисто ионными.

Направление смещения электронной пары каждой связи и, следовательно, заряд определяют по разности электроотрицательностей элементов, образующих эту связь.

Например: К:С1;   Н:Вг;   Н:О:Н;     Н:Н.

Сумма с. о. всех атомов в соединении равна нулю.

Расположив элементы в порядке увеличения значений электроотрицательность (э.о.), получают шкалу э.о. (по Полингу):

Si, Sb, В, As, Н, Р, Se, I, С, S, Br, CI, N, О, F, где F — самый электроотрицательный элемент.

Одни элементы имеют постоянные степени окисления, другие — переменные.

Атомы с постоянной степенью окисления:

F = -1;

Li, Na, К, Rb, Cs, Fr  = +1;

Mg, Са, Ва, Zn, Ве, , Sr, , Ra, = +2;

 А1 = +3;

Н = +1 (кроме гидридов металлов NaH, СаН₂); Для водорода

характерны с. о.: +1 (Н₂0), -1 (NaH).

О = -2 (кроме пероксидов, например, Na₂0₂, Н₂0₂).

В простых веществах, образованных атомами металлов или неметаллов, с. о. Элементов равны нулю, например: Na°, Al°, Fe°, Н₂°, О₂°, О₃°, F₂°, С1₂°, Вг₂°, N₂°, С⁰, S°, Si⁰.

Большинство атомов других химических элементов проявляют различные с. о.

ПРИМЕР 1. Найдите с. о. хрома в дихромате калия К₂Сг₂О₇.

Способ 1. Обозначим с. о. хрома через х:

К⁺₂Сг^х₂О^-2₇    

Составим уравнение:

2 • (+1) + 2х + 7 • (-2) = 0;

2 + 2х – 14 = 0;

2х = +14 – 2;

2х = +12;

х = +12 : 2,

х = +6,

т. Е. с. О. хрома в    К⁺₂Сг ⁺⁶ ₂О^-2 ₇ = +6;

Способ 2. 1) Подсчитаем число отрицательных зарядов:

    7-(-2) = -14.

2)        Подсчитаем число положительных зарядов:

-14 – 2 • (+1) = -12,

затем изменим знак разности (-) на противоположный знак (+): +12.

3)        Так как в формуле два атома хрома, 12 делим на два: 12 : 2 = +6 — это с. О. хрома. 

Проверка:

К2Сг2	О-27
2*(+1)+2•(+6) = +14	7*(-2) = -14

- алгебраиче­ская сумма положительных и отрицательных степеней окисления элементов равна нулю, «молекула» электро­нейтральна.

ПРИМЕР 2. Найдём с. о. Серы в сульфате алюминия.

Способ 1. Для нахождения с.о. Серы в A1₂(SО₄)₃,

где с. О. А1 (+3), О (-2), S (х),

производим следующие расчеты.

Составляем уравнение:

2 • (+3) + Зх + 3*4* (-2) = 0,

откуда х = +6, т. Е. С. О. Серы в A1₂(SО₄)₃ равна +6;

A1₂(S⁺⁶О₄)₃.

Способ 2. Находим:

1)        число отрицательных зарядов: 3 • 4 • (-2) = -24;

2)        число положительных зарядов: -24 – 2 • (+3) = -18; меняем знак разности на противоположный: +18;

3)        так как в формуле три атома серы, 18 делим на три:

18 : 3 = +6 — это с. о. Серы в A1₂(S0₄)₃.

Проверка:          A12+3(S+6	О42)3
2 • (+3) + 3-(+6) = +24	3*4- (-2) =-24

ПРИМЕР 3. Найдите с. о. Углерода в веществах, формулы которых: 1) СН4; 2) С2Н6; 3) С2Н4; 4) С6Н6; 5) С7Н8; 6) С3Н803; 7) НСОН; 8) НСООН; 9) С02.

1)        СН4; х + 4 • (+1) = О; х = -4; C^-4H⁺¹.

2)        С2Н6: 2х + 6 • (+1) = 0; х = -3; С^-38Н⁺¹.

3)        С2Н4; 2х + 4- (+1) = 0; х = -2; C^-2H⁺¹.

4)        С6Н6; 6х + 6 • (+1) = 0; х = -1; C^-1H⁺¹.

5)        С7Н8; 7х + 8 • (+1) = 0; х = -8/7; C^-8/7H⁺¹.

6)        С₃Н₈0₃; Зх + 8 • (+1) + 3 • (-2) = 0; х = -2/3;

С₃^2/3Н₈⁺¹О₃^-2.

7)        H⁺¹C^хО^-2H⁺¹; 2 • (+1) + х + 1 • (-2) = 0; х = 0;

H⁺¹C⁰О^-2H⁺¹.

8)        Н⁺¹С^хО^-2₂Н⁺¹; 2 • (+1) + х + 2 • (-2) = 0; х = +2;

Н⁺¹С⁺²О^-2₂Н⁺¹

9)        С^х0^-2₂; х + 2 • (-2) = 0; х = +4; С⁺⁴О^-2.

Следует обратить внимание на то, что с. О. Углерода во всех соединениях разная, а валентность его неизменно равна четырем.

ПРИМЕР 4. Найдите с. о. Железа в комплексном соединении K₄[Fe(CN)₆]; (CN)^- — это анион циановодородной кислоты HCN. (Ее структурная формула: Н—C=N, где с. о. Элементов: H⁺¹C⁺²N^-3.)

Способ 1. K₄[Fe(CN)₆];

4-(+1) + х + 6 • (-1) = 0;

х = +2.

Способ 2. С учетом известных степеней окисления элементов: .

K₄⁺[Fe^х(C⁺²N^-3)₆];

4 • (+1) + х + 6 • (+2) + 6 • (-3) = 0;

 х = +2.

Способ 3. С учетом заряда комплексного аниона: [Fe^х(CN)₆^-1]^4-;

х + 6 • (-1) = -4; х = +2.

Степень окисления железа +2.

Название комплексной соли — гексацианоферрат (II) калия.

Как видно из примеров, понятие «степень окисления» формальное, условное, не отражает действительные, эффективные заряды атомов, например в НСLO₄ с. о. Хлора +7, а кислорода — (-2). Реально же их эффективные заряды равны +1,0 и -0,5 соответственно.

Вывод:   Степень окисления и валентность часто не совпадают, потому что с. о. не отражает распределение валентных электронов, образующих химические связи в молекуле  

В продаже есть, отличный учебник, его можно приобрести здесь http://www.labirint.ru/books/241511/

Д. Д. Дзудцева, Л.Б. Бестаева «Окислительно- восстановительные реакции

                                                       не забудь поделится с друзьями!