Народна Освіта » Хімія » § 19. Ступінь окиснення

НАРОДНА ОСВІТА

§ 19. Ступінь окиснення

Опрацювавши параграф, ви:

поглибите свої знання про валентність; дізнаєтеся, що таке ступінь окиснення хімічного елемента; навчитеся визначати ступінь окиснення елемента за формулою сполуки і складати формули сполук за відомими ступенями окиснення елементів.

1. Валентність

Ви вже знаєте, що атоми різних хімічних елементів можуть приєднувати різну кількість інших атомів, тобто виявляти різну валентність. Валентність характеризує здатність атомів сполучатися з іншими атомами. Вивчивши будову атома і типи хімічного зв’язку, розглянемо детальніше це поняття.

Валентністю називають число одинарних хімічних зв’язків, які атом утворює з іншими атомами в молекулі, наприклад:

 

Кількість хімічних зв’язків — це число спільних електронних пар:

 

Оскільки пари електронів утворюються лише під час утворення ковалентного зв’язку, то валентність атомів можна визначити тільки в ковалентних сполуках.

Як ви пригадуєте, у структурній формулі молекули хімічні зв’язки зображують рисками. Число рисок, які відходять від символу елемента, і є його валентність.

Валентність завжди має додатне ціле значення від 1 до 8.

Як ви вже знаєте, вища валентність хімічного елемента в оксиді зазвичай дорівнює номеру групи, в якій він розміщений. Складіть формули вищих оксидів Карбону і Фосфору.

Щоб визначити валентність неметалічного елемента у його сполуці з Гідрогеном, потрібно від 8 відняти номер групи.

Складіть формули сполук Нітрогену і Сульфуру з Гідрогеном.

У найпростіших випадках валентність дорівнює числу неспа-рених електронів в атомі, тому, наприклад, Оксиген (має 2 неспа-рені електрони) виявляє валентність II, а Гідроген (містить один неспарений електрон) — І.

Проте атом може перебувати і в збудженому стані, внаслідок чого кількість неспарених електронів збільшується (див. §13).

Яку валентність може виявляти Хлор у сполуках (врахуйте основний і збуджені стани атома Хлору)?

2. Ступінь окиснення

У йонних сполуках (тобто сполуках, утворених за допомогою йонного зв’язку) немає спільних пар електронів, тому для цих речовин поняття валентності як числа хімічних зв’язків не має сенсу. Для усіх класів сполук, незалежно від виду хімічних зв’язків, прийнятне більш універсальне поняття, яке називають ступенем окиснення.

Ступінь окиснення — це умовний заряд на атомі, який обчислюють із припущення, що всі полярні зв’язки мають йонний характер.

На відміну від валентності, ступінь окиснення може мати додатне і від’ємне значення. У найпростіших йонних сполуках ступені окиснення співпадають із зарядами йонів. Наприклад, у калій хлориді KCl (K4 Cl-) Калій має ступінь окиснення +1, а Хлор -1, у кальцій оксиді CaO (Ca2 fO2O Кальцій виявляє ступінь окиснення +2, а Оксиген -2. Це правило поширюється на всі оксиди металічних елементів: у них ступінь окиснення металічного елемента дорівню заряду йона елемента (Натрію +1, Барію +2, Алюмінію +3), а ступінь окиснення Оксигену дорівнює -2. Ступінь окиснення позначають арабською цифрою, яку записують над

символом елемента, подібно до валентності:

+2 -1 +2 -2

CuCl2, FeS

Зверніть увагу на те, що позначення ступеня окиснення дещо відрізняється від позначення заряду йона: записуючи ступінь окиснення, спочатку вказують знак заряду(+ чи -), а потім

-1    +2    +3

число, наприклад: Cl, Mg, Al. Заряд йонів записують у зворотному порядку: спочатку число (крім одиниці, яку не вказують), а потім знак: F-, Na*, Ca2*, O2-.

Хоча ступінь окиснення і валентність — різні поняття, інколи їх використовують одне замість іншого. Так, коли зазначають, що валентність Натрію в натрій хлориді дорівнює 1, то мають на увазі ступінь окиснення Натрію, що дорівнює +1. Металічні елементи рідко утворюють ковалентні зв’язки, тому під їх валентністю у сполуках мають на увазі їхній ступінь окиснення. Наприклад, називаючи речовину ферум(ІІІ) оксидом, ми маємо на увазі, що Ферзем у цій сполуці виявляє ступінь окиснення +3.

Ступінь окиснення елемента в простій речовині дорівнює нулю:

Мал. 18. Реальні заряди і ступінь окиснення атомів у молекулі гідроген хлориду.

3. Визначення ступеня окиснення елемента за хімічною

формулою сполуки

Розглянемо, як визначають ступені окиснення в ковалентних сполуках. Гідроген хлорид HCl — речовина з полярним ковалентним зв’язком. Спільна електронна пара в молекулі HCl зміщена до атому Хлору, який має більшу електронегативність. Подумки перетворимо зв’язок H - Cl на йонний (це дійсно відбувається у водному' розчині), повністю змістивши електронну пару до атома Хлору (мал. 18). Він набуває заряду -1, а Гідроген +1. Отже, Хлор у цій речовині має ступінь окиснення -1, а Гідроген +1:

Ступінь окиснення і валентність споріднені поняття. У багатьох ковалентних сполуках абсолютне значення ступеня окиснення елементів дорівнює їх валентності. Щоправда, існують випадки, коли валентність відрізняється від ступеня окиснення. Це властиво простим речовинам, де ступінь окиснення атомів дорівнює нулю, а валентність числу спільних електронних пар:

Валентність Оксигену дорівнює 2, а ступінь окиснення 0. В мо-іекулі гідроген пероксиду

Оксиген двовалентний, а Гідроген одновалентний. Ступінь окиснення Гідрогену дорівнює +1, а Оксигену -1:

Один і той самий елемент у різних сполуках може мати як додатні, так і від’ємні ступені окиснення залежно від електроне-гативності сполучених з ним атомів. Розглянемо, наприклад, дві сполуки Карбону — метан CH1 і карбон(ІУ) флуорид CF1.

Карбон має більшу електронегативність, ніж Гідроген, тому в метані електронна густина зв’язку C-H зміщена від Гідрогену до Карбону, і кожен з чотирьох атомів Гідрогену має ступінь окиснення +1, а атом Карбону -4. В молекулі CF1 електрони з'сіх зв’язків зміщені від атомів Карбону до атомів Флуору, ступінь окиснення яких дорівнює -1, отже, Карбон має ступінь окиснення +4 (мал. 19). Запам’ятайте, що ступінь окиснення найбільш електронегативного атома у сполуці завжди від’ємний.

Будь-яка молекула електронейтральна, тому сума ступенів окиснення всіх атомів дорівнює нулю. Користуючись цим правилом, за відомим ступенем окиснення одного елемента у сполуці можна визначити ступінь окиснення іншого.

Як приклад розглянемо хлор (І) оксид Cl9O. Ви вже знаєте, що атом Оксигену в оксидах має ступінь окиснення -2. Оскільки молекула в цілому електронейтральна, то обидва атоми Хлору мають сумарний заряд +2. Звідси випливає, що на кожному з них заряд + 1, тобто Хлор має ступінь окиснення +1:

Для того, щоб правильно розставити знаки ступеня окиснення різних атомів, достатньо порівняти їх електронегативності. Атом з більшою електронегативністю буде мати від’ємне значення ступеня окиснення, а з меншою — додатне. Символ більш електронегативного елемента записують у формулі сполуки на останньому місці:

 

Визначаючи ступінь окиснення елементів у сполуках, дотримуються таких правил.

1.    Ступінь окиснення елемента у простій речовині дорівнює нулю.

2.    Флуор найбільш електронегативний хімічний елемент, том}' ступінь окиснення Флуору у всіх речовинах, крім F9, дорівнює -1.

3.    Оксиген — найбільш електронегативний елемент після Флуору, тому ступінь окиснення Оксигену у всіх сполуках, крім флуориду OF2, від’ємний і в більшості випадків дорівнює -2, а в гідроген пероксиді H2O9 -1.

4.    Ступінь окиснення Гідрогену дорівнює +Iy сполуках з не-металічними елементами, -1 у сполуках з металічними; O у простій речовині H9.

5.    Ступені окиснення металічних елементів у сполуках завжди додатні. Ступінь окиснення металічних елементів головних підгруп, як правило, дорівнює номеру групи. Металічні елементи побічних підгруп часто мають декілька значень ступенів окиснення.

6.    Максимальний додатній ступінь окиснення хімічних елемен-

+2

тів дорівнює номеру групи (виняток — Cu). Мінімальний ступінь окиснення металічних елементів дорівнює 0, а неметалічних — різниці між номером групи і номером 8.

7.    Сума добутків ступенів окиснення елементів на число їхніх атомів у сполуці дорівнює 0.

4. Складання формули сполуки за відомими ступенями

окиснення елементів

Знаючи ступені окиснення елементів, можна скласти формулу сполуки, наприклад алюміній карбіду (сполуки Алюмінію і Карбон}').

1.    Запишемо символи Алюмінію і Карбону поруч А1С. На першому місці записуємо символ Алюмінію, оскільки це металічний елемент і має меншу електронегативність.

2.    Визначаємо за періодичною системою число зовнішніх електронів: в Алюмінію — три електрони, у Карбону — чотири. Атом Алюмінію віддає свої три зовнішні електрони Карбону і набуває при цьому ступеня окиснення +3, який дорівнює заряду йона. Атом Карбону, навпаки, приймає чотири електрони, яких йому не вистачає до заповітної вісімки, і набуває при цьому ступінь окиснення -4.

+3 -4

3.    Запишемо ці значення у формулу А1С.

4.    Знайдемо найменше спільне кратне для них, воно дорівнює

12. Потім визначимо індекси, поділивши найменше спільне кратне на відповідні значення ступенів окиснення:

Легко помітити, що аналогічно виводять формулу ковалентної сполуки за валентністю чи визначають валентність елемента за формулою сполуки.

— ВИСНОВКИ

   Валентність — це число хімічних зв’язків утворених атомом у молекулі. Валентність — додатне ціле число. Поняття «валентність» застосовують тільки до ковалентних сполук.

   Ступінь окиснення — умовний заряд на атомі, який обчислюють із припущення, що всі полярні зв’язки мають йонний характер.

   Ступінь окиснення може бути і додатним, і від’ємним. Ступінь окиснення елементів у простих речовинах дорівнює нулю. Поняття «ступінь окиснення» застосовують до будь-яких сполук: як ковалентних, так і йонних.

Початковий рівень

1.    Що таке валентність хімічного елемента?

2.    Яку валентність виявляють Оксиген і Гідроген у сполуках?

3.    Чому дорівнює ступінь окиснення елемента у простій речовині?

4.    Яке значення ступеня окиснення — додатне чи від’ємне — металічних елементів у сполуках?

Середній рівень

5.    Що таке ступінь окиснення елемента?

6.    За структурною формулою визначте валентність усіх елементів у молекулі хлорометану CH3Cl:

7. Визначне валентність Сульфуру в таких сполуках за їх структурними формулами:

Достатній рівень

8.    Яку валентність у сполуках виявляють Літій, Берилій, Бор? Врахуйте можливість розпарування електронів зовнішнього рівня.

9.    Визначте ступені окиснення елементів у йонних сполуках: LiBr, MgF2, AlCl3, K2O, MgO, BaS, K3N, Ca3P2.

10.    Визначте ступені окиснення елементів у сполуках з Гідрогеном: CH4, NH3, H2S, HCL

11.    Визначте ступені окиснення неметалічних елементів в оксидах: Cl2O, CO, N2O3, CO2, P2O5, SO3, Cl2O7.

12. Складіть формули сполук за відомими ступенями окиснення елементів:

Високий рівень

13.    Зобразіть структурні формули таких молекул: O2, H9O, OF2, H9O9. Визначте валентність і ступені окиснення Оксигену в цих молекулах.

14.    Визначте валентності і ступені окиснення елементів у простих речовинах за їх формулами: H9, N2, Cl9, Ss. Структурна формула молекули Ss:

15.    Наведіть формули речовин, у яких ступені окиснення Оксигену і Карбону дорівнюють їх валентностям.

16.    Наведіть по дві формули речовин, у яких ступені окиснення Оксигену відрізняються від його валентності.

17.    Наведіть формули сполук Нітрогену з додатними і від’ємними ступенями окиснення.

18. * Розрахуйте ступені окиснення Карбону у сполуках: CH1,

CHsCl, CH2Cl2, CHCls, CCl1, якщо ступінь окиснення Гідрогену дорівнює +1, а Хлору —1. Карбон у всіх цих молекулах чотиривалентний.

 

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Дячук

 

Категорія: Хімія

Автор: admin от 12-09-2016, 22:11, Переглядів: 3481