Ступінь окиснення та його визначення за хімічною формулою

Вивчення параграфа допоможе вам:

Класифікуйте формули речовин за видом хімічних зв'язків на групи з ковалентним неполярним, ковалентним полярним, йонним зв'язками:

Наука не стоїть на місці, а весь час розвивається. Учені відкривають нові закони, обґрунтовують теорії, формулюють нові поняття. Через сторіччя після введення англійським хіміком Е. Франклендом поняття валентності Дж. Кемпбел уводить поняття ступеня окиснення. Нині це поняття є уживаніпшм, ніж валентність, бо, на відміну від неї, вказує також полярність зв'язків атомів у речовині.

ПОНЯТТЯ СТУПЕНЯ ОКИСНЕННЯ. Вам відомо, що полярні ковалентні та йонні зв’язки існують між атомами з різною електронегативністю.

Ступінь окиснення — умовний заряд атома, обчислений на основі припущення, що всі хімічні зв’язки в речовині — йонні.

Як стає зрозуміло з визначення, для бінарних сполук з йонним зв’язком заряд йона та ступінь окиснення за величиною і зарядом збігаються. Щоб не плутати їх, заряди йонів позначають після символу хімічного елемента вгорі справа й першим записують арабською цифрою числове значення заряду йона, а другим — знак заряду. Ступінь окиснення позначають над символом хімічного елемента посередині й першим записують знак заряду, а другим — його числове значення. Наприклад, у за-

Зверніть увагу, що у формулах хімічні символи елементів з позитивними зарядами йонів і позитивними ступенями окиснення записують першими (трапляються винятки).

Щодо бінарних сполук неметалічних елементів, у молекулах яких зв’язок полярний ковалентний і йони відсутні, припускаються умовності, узятої за основу формулювання визначення ступеня окиснення. Уявляють, що спільні електронні пари переходять повністю до більш електронегативного атома, і такому атому присвоюють негативний ступінь окиснення, числове значення якого дорівнює сумі зміщених електронних пар. Атомам іншого елемента, навпаки, присвоюють позитивне числове значення ступеня окиснення:

Зауважимо, що ступінь окиснення розраховують на один атом.

Хоча ступінь окиснення — величина умовна, вона виявилася зручною при поясненні перебігу хімічних реакцій, знаходженні коефіцієнтів, тобто написанні рівнянь реакцій. На сьогодні цим поняттям широко користуються.

А як бути з атомами елементів, що утворюють двохатомні молекули простих речовин, адже кожний атом має одну й ту саму електронега-тивність? Застосовуючи до таких молекул поняття ступеня окиснення, спільну електронну пару ділять порівну між обома атомами. І тоді кожний атом здобуває стільки електронів, скільки він мав до утворення зв’язку. Розглянемо це на прикладі азоту, молекулярна формула якого — N₂. Але спочатку напишемо електронну формулу* атома Нітрогену:

Як бачимо, атом Нітрогену має на зовнішньому енергетичному рівні п’ять електронів, серед яких три неспарені. Тож у молекулі азоту Нітроген утворює три ковалентні зв’язки, і його валентність у цій сполуці дорівнює трьом:

У простих речовин із двохатомними молекулами валентність і ступінь окиснення не збігаються.

Що ж до складних речовин, то в більшості випадків валентність і ступінь окиснення мають однакові числові значення.

ВИЗНАЧЕННЯ СТУПЕНЯ ОКИСНЕННЯ АТОМІВ. Визначати ступені окиснення, складати формули речовин за відомими ступенями окиснення вам допоможуть наведені нижче правила. Для визначення ступеня окиснення скористайтесь ними.

1. Ступінь окиснення елемента у простій речовині дорівнює нулю.

2. Металічні елементи у сполуках із неметалічними завжди мають позитивний ступінь окиснення. (Це тому, що їх електронегативність мала й електрони зміщуються до атомів неметалічних елементів).

3. Неметалічні елементи у сполуках із металічними мають завжди негативний ступінь окиснення. (Причину пояснено у правилі 2.)

4. Гідроген у сполуках має ступінь окиснення +1 (за винятком бінарних сполук із металічними елементами).

5. Оксиген у сполуках має ступінь окиснення —2 (за винятком сполуки з Флуором, пероксиду гідрогену H₂O₂ та деяких інших сполук).

6. Величина ступеня окиснення атома у складній речовині дорівнює числу валентних електронів, що взяли участь в утворенні хімічного зв’язку.

7. Алгебраїчна сума ступенів окиснення всіх атомів у сполуці дорівнює нулю.

8. У бінарній сполуці позитивний ступінь окиснення має елемент із меншою електронегативністю.

9. Атоми багатьох хімічних елементів виявляють змінні ступені окиснення.

10. Максимальний позитивний ступінь окиснення елемента, як правило, дорівнює номеру групи в періодичній системі, в якій міститься елемент.

СКЛАДАННЯ ФОРМУЛИ РЕЧОВИН ЗА ВІДОМИМИ СТУПЕНЯМИ ОКИСНЕННЯ. З’ясуємо, як можна скласти формулу сполуки за відомими ступенями окиснення атомів елементів. Складемо формулу ферум(ІІІ) оксиду Fe_xO_?/. Запишемо символи обох елементів і над ними позначимо ступені окиснення. Міркуємо так. Ступінь окиснення Феруму, як у всіх атомів металів, позитивний і дорівнює валентності III, отже, +3. Ступінь окиснення Оксигену згідно з розглянутими правилами дорівнює -2. Робимо запис:

Знайдемо найменше спільне кратне для чисел 3 та 2, це 6. Розділимо число 6 на 3, одержимо число 2 — індекс Феруму. Розділимо число 6 на 2, одержимо число 3 — індекс Оксигену. Установлені індекси запишемо у

формулу:

Потренуйтесь у викорис танні набутих знань.

Визначте ступені окиснення атомів елементів у бінарних сполуках:

Складіть формули бінарних сполук за відомими ступенями окиснення:

Ступінь окиснення — це умовний заряд атома в сполуці, обчислений на основі припущення, що сполука складається тільки з йонів.

Ступінь окиснення може набувати позитивного, негативного та нульового значення.

При визначенні ступенів окиснення послуговуються рядом електро-негативності. Елементи з більшим значенням електронегативності у сполуках мають від'ємні значення ступенів окиснення.

За відомими ступенями окиснення можна складати формули речовин, а за формулами речовин — визначати ступені окиснення.

Визначення ступеня окиснення у сполуках трьох і більше елементів здійснюють також із дотриманням розглянутих вище правил.

Визначити ступінь окиснення Сульфуру в сульфатній кислоті H₂SO₄.

Розв'язання

Записуємо алгебраїчне рівняння суми ступенів окиснення атомів елементів у цій сполуці

Визначити ступінь окиснення Фосфору в натрій дигідрогенфосфаті NaH₂PO₄.

Розв’язання

1. Записуємо у формулі NaH₂PO₄ над символами хімічних елементів відомі ступені окиснення, а невідомий позначаємо х;

Сформулюйте означення ступеня окиснення.

Який ступінь окиснення мають атоми в двохатомних молекулах простих речовин? Поясніть чому.

Наведіть приклади атомів з позитивним, негативним та нульовим значеннями ступеня окиснення.

Як визначити ступінь окиснення хімічного елемента за формулою бінарної сполуки.

Визначте ступені окиснення елементів у сполуках, що мають формули: CO; CO₂; BaH₂; CrO₃; CrO; Cr₂O₃.

Випишіть елементи, що в наведених прикладах мають однаковий ступінь окиснення: H₂O; BaO; HBr; Na₂O; AI₂S₃.

Користуючись рядом електронегативності та знаннями про будову електронної оболонки атомів і хімічний зв'язок, складіть формули бінарних сполук:

а) Алюмінію з Бромом; б) Гідрогену з Йодом.

За формулами сполук визначте, у якій із них Нітроген має найнижчий, а в якій — найвищий ступінь окиснення:

РІЗНОМАНІТНІСТЬ РЕЧОВИН ЗА АГРЕГАТНИМ СТАНОМ. З вивченого раніше на уроках природознавства, хімії, фізики вам відомо, що речовини можуть перебувати в різних агрегатних станах.

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Ярошенко