Când studiați legăturile chimice polare ionice și covalente, v-ați familiarizat cu substanțele complexe formate din două elemente chimice. Astfel de substanțe sunt numite binare (din latinescul bi - două) sau cu două elemente.
Să ne amintim compușii binari tipici pe care i-am citat ca exemplu pentru a lua în considerare mecanismele de formare a legăturilor chimice polare ionice și covalente: NaCl - clorură de sodiu și HCl - clorură de hidrogen.
În primul caz, legătura este ionică: atomul de sodiu și-a transferat electronul exterior atomului de clor și s-a transformat într-un ion cu o sarcină de +1, iar atomul de clor a acceptat un electron și s-a transformat într-un ion cu o sarcină de - 1. Schematic, procesul de transformare a atomilor în ioni poate fi descris după cum urmează:
În molecula de clorură de hidrogen HC1, se formează o legătură chimică datorită împerecherii electronilor externi neperechi și formării unei perechi de electroni comune de atomi de hidrogen și clor:
Este mai corect să ne imaginăm formarea unei legături covalente într-o moleculă de clorură de hidrogen ca suprapunerea norului s cu un electron al atomului de hidrogen cu norul p cu un electron al atomului de clor:
În timpul unei interacțiuni chimice, perechea de electroni comună este deplasată către atomul de clor mai electronegativ: adică, electronul nu se va transfera complet de la atomul de hidrogen la atomul de clor, ci parțial, determinând astfel sarcina parțială a atomilor 5 (vezi § 12): . Dacă ne imaginăm că în molecula de clorură de hidrogen HCl, precum și în clorură de sodiu NaCl, electronul s-a transferat complet de la atomul de hidrogen la atomul de clor, atunci ar primi sarcini +1 și -1: . Astfel de sarcini convenționale se numesc stări de oxidare. La definirea acestui concept, se presupune în mod convențional că în compușii polari covalenti electronii de legătură sunt transferați complet la un atom mai electronegativ și, prin urmare, compușii constau numai din ioni încărcați pozitiv și negativ.
Numărul de oxidare poate avea valori negative, pozitive sau zero, care sunt de obicei plasate deasupra simbolului elementului din partea de sus, de exemplu:
Acei atomi care au acceptat electroni de la alți atomi sau la care perechile de electroni comuni sunt deplasate, adică atomii mai multor elemente electronegative, au o stare de oxidare negativă. Fluorul are întotdeauna o stare de oxidare de -1 în toți compușii. Oxigenul, al doilea element după fluor în ceea ce privește electronegativitatea, are aproape întotdeauna o stare de oxidare de -2, cu excepția compușilor cu fluor, de exemplu:
O stare de oxidare pozitivă este atribuită acelor atomi care își donează electronii altor atomi sau din care sunt extrase perechi de electroni comuni, adică atomilor de elemente mai puțin electronegative. Metalele din compuși au întotdeauna o stare de oxidare pozitivă. Pentru metalele principalelor subgrupe: grupa I (grupa IA) în toți compușii, starea de oxidare este +1, grupa II (grupa IIA) este +2, grupa III (grupa IIIA) este +3, de exemplu:
dar în compușii cu metale, hidrogenul are o stare de oxidare de -1:
Atomii din moleculele de substanțe simple și atomii în stare liberă au o stare de oxidare zero, de exemplu:
Aproape de conceptul de „stare de oxidare” este conceptul de „valență”, cu care v-ați familiarizat atunci când luați în considerare o legătură chimică covalentă. Totuși, acesta nu este același lucru.
Conceptul de „valență” este aplicabil substanțelor care au o structură moleculară. Marea majoritate a substanțelor organice cu care te vei familiariza în clasa a 10-a au exact această structură. La cursul școlar de bază, studiezi chimia anorganică, a cărei materie este substanțe cu structură atât moleculară, cât și nemoleculară, de exemplu ionică. Prin urmare, este de preferat să folosiți conceptul de „stare de oxidare”.
Care este diferența dintre valența și starea de oxidare?
Adesea valența și numărul de oxidare coincid numeric, dar valența nu are un semn de sarcină, dar numărul de oxidare are. De exemplu, hidrogenul monovalent are următoarele stări de oxidare în diferite substanțe:
S-ar părea că fluorul monovalent, elementul cel mai electronegativ, ar trebui să aibă o coincidență totală a stării de oxidare și a valorilor de valență. La urma urmei, atomul său este capabil să formeze doar o singură legătură covalentă, deoarece îi lipsește un electron pentru a completa stratul exterior de electroni. Totuși, există și aici o diferență:
Valența și starea de oxidare diferă și mai mult dacă nu coincid numeric. De exemplu:
În compuși, starea totală de oxidare este întotdeauna zero. Cunoscând aceasta și starea de oxidare a unuia dintre elemente, puteți găsi starea de oxidare a altui element folosind formula, de exemplu, un compus binar. Deci, să găsim starea de oxidare a clorului în compusul C1 2 O 7.
Să notăm starea de oxidare a oxigenului: . Prin urmare, șapte atomi de oxigen vor avea o sarcină negativă totală de (-2) × 7 = -14. Atunci sarcina totală a doi atomi de clor va fi egală cu +14, iar a unui atom de clor: (+14) : 2 = +7. Prin urmare, starea de oxidare a clorului este .
În mod similar, cunoscând stările de oxidare ale elementelor, puteți crea o formulă pentru un compus, de exemplu, carbură de aluminiu (un compus de aluminiu și carbon).
Este ușor de observat că ați lucrat în mod similar cu conceptul de „valență” atunci când ați derivat formula unui compus covalent sau ați determinat valența unui element din formula compusului său.
Numele compușilor binari sunt formate din două cuvinte - numele elementelor chimice incluse în compoziția lor. Primul cuvânt denotă partea electronegativă a compusului - nemetal. Numele său latin cu sufixul -id este întotdeauna la caz nominativ; Al doilea cuvânt denotă partea electropozitivă - un metal sau un element mai puțin electronegativ numele său este întotdeauna în cazul genitiv:
De exemplu: NaCl - clorură de sodiu, MgS - sulfură de magneziu, KH - hidrură de potasiu, CaO - oxid de calciu. Dacă un element electropozitiv prezintă stări de oxidare diferite, atunci acest lucru se reflectă în nume, indicând gradul de oxidare cu o cifră romană, care este plasat la sfârșitul numelui, de exemplu: - oxid de fier (II) (a se citi „oxid de fier doi”), - oxid de fier (III) (a se citi „oxid de fier trei”).
Dacă un compus este format din două elemente nemetalice, atunci sufixul -id este adăugat la numele celui mai electronegativ dintre ele, iar a doua componentă este plasată după aceasta în cazul genitiv. De exemplu: - fluorură de oxigen (II), - oxid de sulf (IV) și - oxid de sulf (VI).
În unele cazuri, numărul de atomi ai elementelor este indicat folosind nume de numere în limba greacă - mono, di, tri, tetra, penta, hexa, etc. De exemplu: - monoxid de carbon sau oxid de carbon (II), - carbon dioxid sau oxid de carbon (IV), - tetraclorură de plumb sau clorură de plumb (IV).
Pentru ca chimiștii din diferite țări să se înțeleagă între ei, a fost necesar să se creeze o terminologie și o nomenclatură unificate a substanțelor. Principiile nomenclaturii chimice au fost dezvoltate pentru prima dată de chimiștii francezi A. Lavoisier, A. Fourcroix, L. Guiton de Merveau și C. Berthollet în 1785. În prezent, Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) coordonează activitățile oamenilor de știință din diferite țări și emite recomandări privind nomenclatura substanțelor și terminologia utilizată în chimie.
Cuvinte și expresii cheie
- Compuși binari sau cu două elemente.
- Starea de oxidare.
- Nomenclatura chimică.
- Determinarea stărilor de oxidare ale elementelor folosind formula.
- Întocmirea formulelor compuşilor binari în funcţie de stările de oxidare ale elementelor.
Lucrați cu computerul
- Consultați aplicația electronică. Studiați materialul lecției și finalizați sarcinile atribuite.
- Găsiți pe Internet adrese de e-mail care pot servi drept surse suplimentare care dezvăluie conținutul cuvintelor cheie și al expresiilor din paragraf. Oferiți-vă ajutorul profesorului în pregătirea unei noi lecții - faceți un raport asupra cuvintelor și expresiilor cheie din următorul paragraf.
Întrebări și sarcini
- Scrieți formulele oxizilor de azot (II), (V), (I), (III), (IV).
- Dați denumirile compușilor binari ale căror formule sunt: a) C1 2 0 7, C1 2 O, C1O 2; b) FeCI2, FeCI3; c) MnS, Mn02, MnF4, MnO, MnCI4; r) Cu20, Mg2Si, SiCI4, Na3N, FeS.
- Găsiți în cărțile de referință și dicționare toate denumirile posibile de substanțe cu formule: a) CO 2 și CO; b) SO2 și SO3. Explicați etimologia lor. Dați două denumiri ale acestor substanțe conform nomenclaturii internaționale, în conformitate cu regulile stabilite în alineat.
- Ce alt nume poate fi dat amoniacului H 3 N?
- Aflați volumul pe care îl au la n. u. 17 g de hidrogen sulfurat.
- Câte molecule sunt în acest volum?
- Calculați masa a 33,6 m3 de metan CH 2 în aer. u. și determinați numărul moleculelor sale conținute în acest volum.
- Determinați starea de oxidare a carbonului și scrieți formulele structurale ale următoarelor substanțe, știind că carbonul din compușii organici este întotdeauna tetravalent: metan CH 4, tetraclorura de carbon CC1 4, etan C 2 H 4, acetilena C 2 H 2.
Pentru a caracteriza capacitatea redox a particulelor, conceptul de grad de oxidare este important. GRADUL DE OXIDAȚIE este sarcina pe care un atom dintr-o moleculă sau ion ar avea-o dacă toate legăturile sale cu alți atomi ar fi rupte și perechile de electroni partajate ar avea mai multe elemente electronegative.
Spre deosebire de încărcăturile reale ale ionilor, starea de oxidare arată doar sarcina condiționată a unui atom dintr-o moleculă. Poate fi negativ, pozitiv sau zero. De exemplu, starea de oxidare a atomilor din substanțele simple este „0” (, 
,
,
). În compușii chimici, atomii pot avea o stare de oxidare constantă sau una variabilă. Pentru metalele principalelor subgrupe I, II și III ale grupelor din Tabelul periodic în compușii chimici, starea de oxidare este, de regulă, constantă și egală cu Me +1, Me +2 și, respectiv, Me +3 (Li + , Ca+2, Al+3). Atomul de fluor are întotdeauna -1. Clorul din compușii cu metale este întotdeauna -1. În majoritatea covârșitoare a compușilor, oxigenul are o stare de oxidare de -2 (cu excepția peroxizilor, unde starea sa de oxidare este -1) și hidrogenul +1 (cu excepția hidrurilor metalice, unde starea sa de oxidare este -1).
Suma algebrică a stărilor de oxidare ale tuturor atomilor dintr-o moleculă neutră este zero, iar într-un ion este sarcina ionului. Această relație face posibilă calcularea stărilor de oxidare ale atomilor din compuși complecși.
În molecula de acid sulfuric H2SO4, atomul de hidrogen are o stare de oxidare de +1, iar atomul de oxigen are o stare de oxidare de -2. Deoarece există doi atomi de hidrogen și patru atomi de oxigen, avem doi „+” și opt „-”. Neutralitatea este la șase „+” distanță. Acest număr este starea de oxidare a sulfului - 
. Molecula de dicromat de potasiu K 2 Cr 2 O 7 este formată din doi atomi de potasiu, doi atomi de crom și șapte atomi de oxigen. Potasiul are întotdeauna o stare de oxidare de +1, iar oxigenul are o stare de oxidare de -2. Aceasta înseamnă că avem două „+” și paisprezece „-”. Restul de doisprezece „+” sunt reprezentați de doi atomi de crom, fiecare având o stare de oxidare de +6 ( 
).
Agenți de oxidare și reducție tipici
Din definirea proceselor de reducere și oxidare rezultă că, în principiu, substanțe simple și complexe care conțin atomi care nu se află în cea mai scăzută stare de oxidare și, prin urmare, își pot scădea starea de oxidare pot acționa ca agenți de oxidare. În mod similar, substanțele simple și complexe care conțin atomi care nu sunt în cea mai mare stare de oxidare și, prin urmare, pot crește starea lor de oxidare pot acționa ca agenți reducători.
Cei mai puternici agenți oxidanți includ:
1) substanțe simple formate din atomi cu electronegativitate mare, adică nemetale tipice situate în principalele subgrupe ale grupelor a șasea și a șaptea ale tabelului periodic: F, O, Cl, S (respectiv F 2, O 2, Cl 2, S);
2) substanțe care conțin elemente în superioare și intermediare
stări pozitive de oxidare, inclusiv sub formă de ioni, atât simpli, elementali (Fe 3+), cât și oxoanioni cu conținut de oxigen (ion permanganat - MnO 4 -);
3) compuși peroxidici.
Substanțele specifice utilizate în practică ca agenți oxidanți sunt oxigenul și ozonul, clorul, bromul, permanganații, dicromații, oxiacizii de clor și sărurile acestora (de exemplu, 
,
,
), Acid azotic ( 
), acid sulfuric concentrat ( 
), dioxid de mangan ( 
), peroxid de hidrogen și peroxizi de metal ( 
,
).
Cei mai puternici agenți reducători includ:
1) substanțe simple ai căror atomi au electronegativitate scăzută („metale active”);
2) cationi metalici în stări de oxidare scăzută (Fe 2+);
3) anioni elementari simpli, de exemplu, ion sulfură S2-;
4) anioni care conțin oxigen (oxoanioni), corespunzând celor mai scăzute stări pozitive de oxidare ale elementului (nitrit 
, sulfit 
).
Substanțele specifice utilizate în practică ca agenți reducători sunt, de exemplu, metalele alcaline și alcalino-pământoase, sulfurile, sulfiții, halogenurile de hidrogen (cu excepția HF), substanțele organice - alcooli, aldehide, formaldehidă, glucoză, acid oxalic, precum și hidrogen, carbon , monoxid de carbon ( 
) și aluminiu la temperaturi ridicate.
În principiu, dacă o substanță conține un element într-o stare intermediară de oxidare, atunci aceste substanțe pot prezenta atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare. Totul depinde de
„partener” în reacție: cu un agent de oxidare suficient de puternic poate reacționa ca agent reducător, iar cu un agent de reducere suficient de puternic - ca agent de oxidare. De exemplu, ionul nitrit NO 2 - într-un mediu acid acționează ca un agent oxidant în raport cu ionul I -:
2
+
2
+ 4HCI→ 
+
2
+ 4KCI + 2H20
și ca agent reducător în raport cu ionul permanganat MnO 4 -
5
+
2
+ 3H2SO4 → 2 
+
5
+K2S04 + 3H20
Pregătire chimică pentru cancer și DPA
Ediție cuprinzătoare
PARTEA ȘI
CHIMIE GENERALĂ
LEGĂTURILE CHIMICE ȘI STRUCTURA SUBSTANȚEI
Starea de oxidare
Starea de oxidare este sarcina condiționată a unui atom dintr-o moleculă sau un cristal care ar apărea pe acesta atunci când toate legăturile polare create de acesta ar fi de natură ionică.
Spre deosebire de valență, stările de oxidare pot fi pozitive, negative sau zero. La compușii ionici simpli, starea de oxidare coincide cu sarcinile ionilor. De exemplu, în clorură de sodiu
NaCl (Na + Cl - ) Sodiul are o stare de oxidare de +1, iar clorul -1, în oxidul de calciu CaO (Ca +2 O -2, calciul prezintă o stare de oxidare de +2, iar oxisenul - -2). Această regulă se aplică tuturor oxizilor de bază: starea de oxidare a unui element metalic este egală cu sarcina ionului metalic (Sodiu +1, Bariu +2, Aluminiu +3), iar starea de oxidare a oxigenului este -2. Starea de oxidare este indicată prin cifre arabe, care sunt plasate deasupra simbolului elementului, precum valența, iar semnul sarcinii este indicat mai întâi, apoi valoarea sa numerică:Dacă modulul stării de oxidare este egal cu unu, atunci numărul „1” poate fi omis și se poate scrie doar semnul:
Na + Cl -.Numărul de oxidare și valența sunt concepte legate. În mulți compuși, valoarea absolută a stării de oxidare a elementelor coincide cu valența acestora. Cu toate acestea, există multe cazuri în care valența diferă de starea de oxidare.
În substanțele simple - nemetale, există o legătură covalentă nepolară, perechea de electroni comună este deplasată la unul dintre atomi, prin urmare starea de oxidare a elementelor din substanțele simple este întotdeauna zero. Dar atomii sunt legați între ei, adică prezintă o anumită valență, ca, de exemplu, în oxigen valența oxigenului este II, iar în azot valența azotului este III:
În molecula de peroxid de hidrogen, valența oxigenului este de asemenea II, iar cea a hidrogenului este I:
Definiţia posibil degrees oxidarea elementelor
Oxidarea afirmă că elementele se pot prezenta în diverși compuși, în majoritatea cazurilor, pot fi determinate de structura nivelului electronic exterior sau de locul elementului în Tabelul Periodic.
Atomii elementelor metalice pot dona doar electroni, astfel încât ei prezintă stări de oxidare pozitive în compuși. Valoarea sa absolută în multe cazuri (cu excepția d -elemente) este egal cu numărul de electroni din nivelul exterior, adică numărul grupului din Tabelul Periodic. Atomi d -elementele pot dona electroni si de la un nivel superior si anume din neumplut d -orbitali. Prin urmare pentru d -elemente, determinarea tuturor stărilor de oxidare posibile este mult mai dificilă decât pentru s- și p-elemente. Este sigur să spunem că majoritatea d -elementele prezintă o stare de oxidare de +2 datorită electronilor la nivelul electronilor exteriori, iar starea de oxidare maximă în majoritatea cazurilor este egală cu numărul grupului.
Atomii elementelor nemetalice pot prezenta atât stări de oxidare pozitive, cât și negative, în funcție de atomul elementului cu care formează o legătură. Dacă un element este mai electronegativ, atunci prezintă o stare de oxidare negativă, iar dacă este mai puțin electronegativ, prezintă o stare de oxidare pozitivă.
Valoarea absolută a stării de oxidare a elementelor nemetalice poate fi determinată de structura stratului electronic exterior. Un atom este capabil să accepte atât de mulți electroni încât opt electroni sunt localizați la nivelul său exterior: elementele nemetalice din grupa VII acceptă un electron și prezintă o stare de oxidare de -1, grupa VI - doi electroni și prezintă o stare de oxidare de - 2, etc.
Elementele nemetalice sunt capabile să doneze un număr diferit de electroni: maximum atât cât se află la nivelul energetic exterior. Cu alte cuvinte, starea maximă de oxidare a elementelor nemetalice este egală cu numărul grupului. Datorită circulației electronilor la nivelul exterior al atomilor, numărul de electroni nepereche la care un atom îi poate renunța în reacțiile chimice variază, astfel încât elementele nemetalice sunt capabile să prezinte diferite valori intermediare ale stării de oxidare.
Posibile stări de oxidare elementele s- și p
|
Grupul PS |
|||||||
|
Cea mai înaltă stare de oxidare |
|||||||
|
Stare intermediară de oxidare |
|||||||
|
Stare de oxidare mai scăzută |
Determinarea stărilor de oxidare în compuși
Orice moleculă neutră din punct de vedere electric, prin urmare, suma stărilor de oxidare ale atomilor tuturor elementelor trebuie să fie egală cu zero. Să determinăm gradul de oxidare în sulf(I) V) oxid SO 2 taufosfor (V) sulfură P 2 S 5.
Oxid de sulf(IV) SO2 format din atomi ai două elemente. Dintre acestea, Oxigenul are cea mai mare electronegativitate, astfel încât atomii de oxigen vor avea o stare de oxidare negativă. Pentru oxigen este egal cu -2. În acest caz, sulful are o stare de oxidare pozitivă. Sulful poate prezenta diferite stări de oxidare în diferiți compuși, așa că în acest caz trebuie calculat. Într-o moleculă SO 2 doi atomi de oxigen cu o stare de oxidare de -2, deci sarcina totală a atomilor de oxigen este -4. Pentru ca molecula să fie neutră din punct de vedere electric, atomul de sulf trebuie să neutralizeze complet sarcina ambilor atomi de oxigen, prin urmare, starea de oxidare a sulfului este +4:
În moleculă există fosfor ( V) sulfură P2S5 Elementul mai electronegativ este Sulful, adică prezintă o stare de oxidare negativă, iar Fosforul are o stare de oxidare pozitivă. Pentru sulf, starea de oxidare negativă este de numai 2. Împreună, cei cinci atomi de sulf poartă o sarcină negativă de -10. Prin urmare, doi atomi de fosfor trebuie să neutralizeze această sarcină cu o sarcină totală de +10. Deoarece există doi atomi de fosfor în moleculă, fiecare trebuie să aibă o stare de oxidare de +5:
Este mai dificil de calculat starea de oxidare în compușii nebinari - săruri, baze și acizi. Dar pentru aceasta ar trebui să utilizați și principiul neutralității electrice și, de asemenea, să vă amintiți că, în majoritatea compușilor, starea de oxidare a oxigenului este -2, hidrogen +1.
Să ne uităm la asta folosind sulfatul de potasiu ca exemplu. K2SO4. Starea de oxidare a potasiului în compuși poate fi doar +1, iar oxigenul -2:
Folosind principiul neutralității electrice, calculăm starea de oxidare a sulfului:
2(+1) + 1 (x) + 4 (-2) = 0, de unde x = +6.
La determinarea stărilor de oxidare ale elementelor din compuși, trebuie respectate următoarele reguli:
1. Starea de oxidare a unui element dintr-o substanță simplă este zero.
2. Fluorul este elementul chimic cel mai electronegativ, prin urmare starea de oxidare a Fluorului în toți compușii este egală cu -1.
3. Oxigenul este cel mai electronegativ element după Fluor, prin urmare starea de oxidare a Oxigenului în toți compușii cu excepția fluorurilor este negativă: în majoritatea cazurilor este -2, iar în peroxizi - -1.
4. Starea de oxidare a Hidrogenului în majoritatea compușilor este +1, iar în compușii cu elemente metalice (hidruri) - -1.
5. Starea de oxidare a metalelor în compuși este întotdeauna pozitivă.
6. Un element mai electronegativ are întotdeauna o stare de oxidare negativă.
7. Suma stărilor de oxidare ale tuturor atomilor dintr-o moleculă este zero.
Pentru a caracteriza starea elementelor din compuși, a fost introdus conceptul de stare de oxidare.
DEFINIȚIE
Numărul de electroni deplasați de la un atom al unui element dat sau la un atom al unui element dat dintr-un compus se numește starea de oxidare.
O stare de oxidare pozitivă indică numărul de electroni care sunt deplasați de la un anumit atom, iar o stare de oxidare negativă indică numărul de electroni care sunt deplasați către un anumit atom.
Din această definiție rezultă că în compușii cu legături nepolare starea de oxidare a elementelor este zero. Exemple de astfel de compuși sunt moleculele formate din atomi identici (N2, H2, CI2).
Starea de oxidare a metalelor în stare elementară este zero, deoarece distribuția densității electronilor în ele este uniformă.
În compușii ionici simpli, starea de oxidare a elementelor incluse în ei este egală cu sarcina electrică, deoarece în timpul formării acestor compuși are loc o tranziție aproape completă a electronilor de la un atom la altul: Na +1 I -1, Mg +2CI-12, Al+3F-13, Zr+4Br-14.
La determinarea stării de oxidare a elementelor din compușii cu legături covalente polare, se compară valorile electronegativității acestora. Deoarece în timpul formării unei legături chimice, electronii sunt deplasați către atomii mai multor elemente electronegative, acestea din urmă au o stare de oxidare negativă în compuși.
Cea mai înaltă stare de oxidare
Pentru elementele care prezintă diferite stări de oxidare în compușii lor, există concepte de stare de oxidare cea mai ridicată (pozitiv maxim) și cel mai scăzut (minim negativ). Cea mai mare stare de oxidare a unui element chimic coincide de obicei numeric cu numărul grupului din Tabelul Periodic al lui Mendeleev. Excepțiile sunt fluorul (starea de oxidare este -1, iar elementul este situat în grupa VIIA), oxigenul (starea de oxidare este +2, iar elementul este situat în grupul VIA), heliul, neonul, argonul (starea de oxidare este 0 și elementele sunt situate în grupa VIII), precum și elementele subgrupei cobalt și nichel (starea de oxidare este +2, iar elementele sunt situate în grupa VIII), pentru care cea mai mare stare de oxidare este exprimată printr-un număr a cărui valoare este mai mic decât numărul grupului din care fac parte. Elementele din subgrupa cuprului, dimpotrivă, au cea mai mare stare de oxidare mai mare decât unu, deși aparțin grupului I (starea maximă de oxidare pozitivă a cuprului și argintului este +2, aur +3).
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
- În hidrogenul sulfurat, starea de oxidare a sulfului este (-2), iar într-o substanță simplă - sulf - 0:
Modificarea stării de oxidare a sulfului: -2 → 0, adică. al șaselea răspuns.
- Într-o substanță simplă - sulf - starea de oxidare a sulfului este 0, iar în SO 3 - (+6):
Modificarea stării de oxidare a sulfului: 0 → +6, adică. a patra variantă de răspuns.
- În acidul sulfuros, starea de oxidare a sulfului este (+4), iar într-o substanță simplă - sulf - 0:
1×2 +x+ 3×(-2) =0;
Modificarea stării de oxidare a sulfului: +4 → 0, adică a treia variantă de răspuns.
EXEMPLUL 2
| Exercițiu | Azotul prezintă valenţa III şi starea de oxidare (-3) în compusul: a) N2H4; b) NH3; c) NH4CI; d) N2O5 |
| Soluţie | Pentru a da răspunsul corect la întrebarea pusă, vom determina alternativ valența și starea de oxidare a azotului în compușii propuși. a) valența hidrogenului este întotdeauna egală cu I. Numărul total de unități de valență a hidrogenului este egal cu 4 (1 × 4 = 4). Să împărțim valoarea obținută la numărul de atomi de azot din moleculă: 4/2 = 2, prin urmare, valența azotului este II. Această opțiune de răspuns este incorectă. b) valența hidrogenului este întotdeauna egală cu I. Numărul total de unități de valență a hidrogenului este egal cu 3 (1 × 3 = 3). Să împărțim valoarea obținută la numărul de atomi de azot din moleculă: 3/1 = 2, prin urmare, valența azotului este III. Gradul de oxidare a azotului din amoniac este (-3): Acesta este răspunsul corect. |
| Răspuns | Opțiunea (b) |
DEFINIȚIE
Starea de oxidare este o evaluare cantitativă a stării unui atom al unui element chimic dintr-un compus, pe baza electronegativității acestuia.
Ia atât valori pozitive, cât și negative. Pentru a indica starea de oxidare a unui element dintr-un compus, trebuie să plasați o cifră arabă cu semnul corespunzător ("+" sau "-") deasupra simbolului său.
Trebuie amintit că starea de oxidare este o mărime care nu are sens fizic, deoarece nu reflectă sarcina reală a atomului. Cu toate acestea, acest concept este utilizat pe scară largă în chimie.
Tabelul stărilor de oxidare ale elementelor chimice
Starea de oxidare maximă pozitivă și minimă negativă poate fi determinată folosind Tabelul periodic D.I. Mendeleev. Ele sunt egale cu numărul grupului în care se află elementul și diferența dintre valoarea stării de oxidare „mai înaltă” și, respectiv, numărul 8.
Dacă luăm în considerare compușii chimici mai specific, atunci în substanțele cu legături nepolare starea de oxidare a elementelor este zero (N 2, H 2, Cl 2).
Starea de oxidare a metalelor în stare elementară este zero, deoarece distribuția densității electronilor în ele este uniformă.
În compușii ionici simpli, starea de oxidare a elementelor incluse în ei este egală cu sarcina electrică, deoarece în timpul formării acestor compuși are loc o tranziție aproape completă a electronilor de la un atom la altul: Na +1 I -1, Mg +2CI-12, Al+3F-13, Zr+4Br-14.
La determinarea stării de oxidare a elementelor din compușii cu legături covalente polare, se compară valorile electronegativității acestora. Deoarece în timpul formării unei legături chimice, electronii sunt deplasați către atomii mai multor elemente electronegative, acestea din urmă au o stare de oxidare negativă în compuși.
Există elemente care se caracterizează printr-o singură valoare a stării de oxidare (fluor, metale din grupele IA și IIA etc.). Fluorul, caracterizat prin cea mai mare valoare a electronegativității, are întotdeauna o stare de oxidare negativă constantă (-1) în compuși.
Elementele alcaline și alcalino-pământoase, care se caracterizează printr-o valoare de electronegativitate relativ scăzută, au întotdeauna o stare de oxidare pozitivă egală cu (+1) și respectiv (+2).
Există însă și elemente chimice care se caracterizează prin mai multe stări de oxidare (sulf - (-2), 0, (+2), (+4), (+6), etc.).
Pentru a ne aminti mai ușor câte și ce stări de oxidare sunt caracteristice unui anumit element chimic, utilizați tabele cu stările de oxidare ale elementelor chimice, care arată astfel:
|
Număr de serie |
Rusă/Engleză Nume |
Simbol chimic |
Starea de oxidare |
|
Hidrogen |
|||
|
Heliu |
|||
|
Litiu |
|||
|
Beriliu |
|||
|
(-1), 0, (+1), (+2), (+3) |
|||
|
Carbon |
(-4), (-3), (-2), (-1), 0, (+2), (+4) |
||
|
Azot / Azot |
(-3), (-2), (-1), 0, (+1), (+2), (+3), (+4), (+5) |
||
|
Oxigen |
(-2), (-1), 0, (+1), (+2) |
||
|
Fluor |
|||
|
Sodiu/Sodiu |
|||
|
Magneziu / Magneziu |
|||
|
Aluminiu |
|||
|
Siliciu |
(-4), 0, (+2), (+4) |
||
|
Fosfor / Fosfor |
(-3), 0, (+3), (+5) |
||
|
Sulf/Sulphur |
(-2), 0, (+4), (+6) |
||
|
Clor |
(-1), 0, (+1), (+3), (+5), (+7), rar (+2) și (+4) |
||
|
Argon / Argon |
|||
|
Potasiu/Potasiu |
|||
|
Calciu |
|||
|
Scandium / Scandium |
|||
|
Titan |
(+2), (+3), (+4) |
||
|
Vanadiu |
(+2), (+3), (+4), (+5) |
||
|
Crom / Crom |
(+2), (+3), (+6) |
||
|
Mangan / Mangan |
(+2), (+3), (+4), (+6), (+7) |
||
|
Fier |
(+2), (+3), rare (+4) și (+6) |
||
|
Cobalt |
(+2), (+3), rar (+4) |
||
|
Nichel |
(+2), rare (+1), (+3) și (+4) |
||
|
Cupru |
+1, +2, rar (+3) |
||
|
Galiu |
(+3), rar (+2) |
||
|
Germanium / Germanium |
(-4), (+2), (+4) |
||
|
Arsenic/Arsenic |
(-3), (+3), (+5), rar (+2) |
||
|
Seleniu |
(-2), (+4), (+6), rar (+2) |
||
|
Brom |
(-1), (+1), (+5), rar (+3), (+4) |
||
|
Krypton / Krypton |
|||
|
Rubidiu / Rubidiu |
|||
|
Stronțiu / Stronțiu |
|||
|
Ytriu / Ytriu |
|||
|
Zirconiu / Zirconiu |
(+4), rare (+2) și (+3) |
||
|
Niobiu / Niobiu |
(+3), (+5), rare (+2) și (+4) |
||
|
Molibden |
(+3), (+6), rare (+2), (+3) și (+5) |
||
|
Tehnețiu / Tehnețiu |
|||
|
Ruteniu / Ruteniu |
(+3), (+4), (+8), rare (+2), (+6) și (+7) |
||
|
Rodiu |
(+4), rare (+2), (+3) și (+6) |
||
|
Paladiu |
(+2), (+4), rar (+6) |
||
|
Argint |
(+1), rare (+2) și (+3) |
||
|
Cadmiu |
(+2), rar (+1) |
||
|
Indiu |
(+3), rare (+1) și (+2) |
||
|
Staniu/Tiniu |
(+2), (+4) |
||
|
Antimoniu / Antimoniu |
(-3), (+3), (+5), rar (+4) |
||
|
Telur / Tellurium |
(-2), (+4), (+6), rar (+2) |
||
|
(-1), (+1), (+5), (+7), rar (+3), (+4) |
|||
|
Xenon / Xenon |
|||
|
cesiu |
|||
|
Bariu / Bariu |
|||
|
Lanthanum / Lanthanum |
|||
|
ceriu |
(+3), (+4) |
||
|
Praseodimiu / Praseodimiu |
|||
|
Neodim / Neodim |
(+3), (+4) |
||
|
Promethium / Promethium |
|||
|
Samariul / Samariul |
(+3), rar (+2) |
||
|
Europiu |
(+3), rar (+2) |
||
|
Gadoliniu / Gadoliniu |
|||
|
Terbiu / Terbiu |
(+3), (+4) |
||
|
Disprosium / Disprosium |
|||
|
Holmiu |
|||
|
Erbiu |
|||
|
Tuliu |
(+3), rar (+2) |
||
|
Itterbiu / Itterbiu |
(+3), rar (+2) |
||
|
Lutetium / Lutetium |
|||
|
Hafniu / Hafniu |
|||
|
Tantal / Tantal |
(+5), rar (+3), (+4) |
||
|
Tungsten/Tungsten |
(+6), rare (+2), (+3), (+4) și (+5) |
||
|
Reniu / Reniu |
(+2), (+4), (+6), (+7), rare (-1), (+1), (+3), (+5) |
||
|
Osmiu / Osmiu |
(+3), (+4), (+6), (+8), rar (+2) |
||
|
Iridium / Iridium |
(+3), (+4), (+6), rar (+1) și (+2) |
||
|
Platină |
(+2), (+4), (+6), rare (+1) și (+3) |
||
|
Aur |
(+1), (+3), rar (+2) |
||
|
Mercur |
(+1), (+2) |
||
|
Taliu / Taliu |
(+1), (+3), rar (+2) |
||
|
Plumb / Plumb |
(+2), (+4) |
||
|
Bismut |
(+3), rare (+3), (+2), (+4) și (+5) |
||
|
Poloniu |
(+2), (+4), rar (-2) și (+6) |
||
|
Astatin |
|||
|
Radon / Radon |
|||
|
Franciu |
|||
|
Radiu |
|||
|
actiniu |
|||
|
Toriu |
|||
|
Proactiniu / Protactiniu |
|||
|
Uraniu / Uraniu |
(+3), (+4), (+6), rare (+2) și (+5) |
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
- Starea de oxidare a fosforului în fosfină este (-3), iar în acidul ortofosforic - (+5). Modificarea stării de oxidare a fosforului: +3 → +5, adică prima varianta de raspuns.
- Starea de oxidare a unui element chimic într-o substanță simplă este zero. Gradul de oxidare al fosforului în oxidul de compoziție P 2 O 5 este (+5). Modificarea stării de oxidare a fosforului: 0 → +5, adică a treia variantă de răspuns.
- Gradul de oxidare al fosforului în compoziţia acidă HPO3 este (+5), iar H3PO2 este (+1). Modificarea stării de oxidare a fosforului: +5 → +1, adică a cincea variantă de răspuns.
EXEMPLUL 2
| Exercițiu | Starea de oxidare (-3) a carbonului din compus este: a) CH3Cl; b) C2H2; c) HCOH; d) C2H6. |
| Soluţie | Pentru a da răspunsul corect la întrebarea pusă, vom determina alternativ gradul de oxidare a carbonului în fiecare dintre compușii propuși. a) starea de oxidare a hidrogenului este (+1), iar cea a clorului este (-1). Să luăm starea de oxidare a carbonului drept „x”: x + 3×1 + (-1) =0; Răspunsul este incorect. b) starea de oxidare a hidrogenului este (+1). Să luăm starea de oxidare a carbonului drept „y”: 2×y + 2×1 = 0; Răspunsul este incorect. c) starea de oxidare a hidrogenului este (+1), iar cea a oxigenului este (-2). Să luăm starea de oxidare a carbonului drept „z”: 1 + z + (-2) +1 = 0: Răspunsul este incorect. d) starea de oxidare a hidrogenului este (+1). Să luăm starea de oxidare a carbonului drept „a”: 2×a + 6×1 = 0; Răspuns corect. |
| Răspuns | Opțiunea (d) |