Il massimo stato di ossidazione di un elemento allo stato fondamentale dell'atomo. Qual è il grado di ossidazione, come determinare e organizzare

Un oggetto del genere curriculum scolastico poiché la chimica causa numerose difficoltà alla maggior parte degli scolari moderni, pochi possono determinare il grado di ossidazione nei composti. Le maggiori difficoltà sono per gli scolari che studiano, cioè gli studenti della scuola principale (classi 8-9). L'incomprensione della materia porta all'emergere di ostilità tra gli studenti nei confronti di questa materia.

Gli insegnanti identificano una serie di ragioni per tale "antipatia" degli studenti delle scuole medie e superiori per la chimica: riluttanza a comprendere termini chimici complessi, incapacità di utilizzare algoritmi per considerare un processo specifico, problemi con le conoscenze matematiche. Il Ministero dell'Istruzione della Federazione Russa ha apportato gravi modifiche al contenuto della materia. Inoltre, il numero di ore per l'insegnamento della chimica è stato "ridotto". Ciò ha avuto un impatto negativo sulla qualità della conoscenza della materia, una diminuzione dell'interesse per lo studio della disciplina.

Quali argomenti del corso di chimica sono i più difficili per gli scolari?

Di nuovo programma il corso della disciplina accademica "Chimica" della scuola di base comprende diversi argomenti seri: la tavola periodica degli elementi di D. I. Mendeleev, classi sostanze inorganiche, scambio ionico. La cosa più difficile è per gli alunni dell'ottavo anno determinare il grado di ossidazione degli ossidi.

Regole di posizionamento

Prima di tutto, gli studenti dovrebbero sapere che gli ossidi sono composti complessi a due elementi che includono l'ossigeno. Un prerequisito affinché un composto binario appartenga alla classe degli ossidi è la seconda posizione dell'ossigeno in questo composto.

Algoritmo per gli ossidi acidi

Per cominciare, notiamo che i gradi sono espressioni numeriche della valenza degli elementi. Gli ossidi acidi sono formati da non metalli o metalli con una valenza da quattro a sette, il secondo in tali ossidi è necessariamente ossigeno.

Negli ossidi, la valenza dell'ossigeno corrisponde sempre a due, può essere determinata dalla tavola periodica degli elementi di D. I. Mendeleev. Un non metallo così tipico come l'ossigeno, essendo nel sesto gruppo del sottogruppo principale della tavola periodica, accetta due elettroni per completare completamente il suo livello di energia esterna. I non metalli nei composti con ossigeno mostrano molto spesso una valenza più alta, che corrisponde al numero del gruppo stesso. È importante ricordare che lo stato di ossidazione degli elementi chimici è un indicatore che implica un numero positivo (negativo).

Il non metallo all'inizio della formula ha uno stato di ossidazione positivo. L'ossigeno non metallico è stabile negli ossidi, il suo indice è -2. Per verificare l'affidabilità della disposizione dei valori negli ossidi acidi, dovrai moltiplicare tutti i numeri che hai impostato per gli indici di un particolare elemento. I calcoli sono considerati affidabili se la somma totale di tutti i più e meno dei gradi impostati è 0.

Compilazione di formule a due elementi

Lo stato di ossidazione degli atomi degli elementi offre la possibilità di creare e registrare composti da due elementi. Quando crei una formula, per cominciare, entrambi i simboli sono scritti fianco a fianco, assicurati di mettere l'ossigeno al secondo posto. Sopra ciascuno dei segni registrati sono prescritti i valori degli stati di ossidazione, quindi tra i numeri trovati c'è il numero che sarà divisibile per entrambe le cifre senza resto. Questo indicatore deve essere diviso separatamente per il valore numerico del grado di ossidazione, ottenendo indici per il primo e il secondo componente della sostanza a due elementi. Lo stato di ossidazione più alto è numericamente uguale al valore della valenza più alta di un tipico non metallo, identico al numero di gruppo in cui il non metallo si trova in PS.

Algoritmo per l'impostazione dei valori numerici negli ossidi basici

Tali composti sono considerati ossidi di metalli tipici. In tutti i composti hanno un indice dello stato di ossidazione non superiore a +1 o +2. Per capire quale sarà lo stato di ossidazione di un metallo, puoi usare la tavola periodica. Per i metalli dei principali sottogruppi del primo gruppo, questo parametro è sempre costante, è simile al numero del gruppo, cioè +1.

Anche i metalli del sottogruppo principale del secondo gruppo sono caratterizzati da uno stato di ossidazione stabile, numericamente +2. Gli stati di ossidazione degli ossidi, tenendo conto dei loro indici (numeri), dovrebbero sommarsi a zero, poiché la molecola chimica è considerata una particella neutra e priva di carica.

Disposizione degli stati di ossidazione negli acidi contenenti ossigeno

Gli acidi sono sostanze complesse, costituite da uno o più atomi di idrogeno, che sono associati a qualche tipo di residuo acido. Dato che gli stati di ossidazione sono numeri, per calcolarli sono necessarie alcune abilità matematiche. Un tale indicatore per l'idrogeno (protone) negli acidi è sempre stabile, è +1. Successivamente, puoi specificare lo stato di ossidazione per lo ione di ossigeno negativo, anch'esso stabile, -2.

Solo dopo queste azioni è possibile calcolare il grado di ossidazione del componente centrale della formula. Come campione specifico, considera la determinazione dello stato di ossidazione degli elementi nell'acido solforico H2SO4. Dato che la molecola di questa sostanza complessa contiene due protoni di idrogeno, 4 atomi di ossigeno, otteniamo un'espressione di questa forma +2+X-8=0. Affinché la somma formi zero, lo zolfo avrà uno stato di ossidazione di +6

Disposizione degli stati di ossidazione nei sali

I sali sono composti complessi costituiti da ioni metallici e uno o più residui acidi. Metodo per determinare gli stati di ossidazione di ciascuno di parti costitutive in un sale complesso è lo stesso degli acidi contenenti ossigeno. Dato che lo stato di ossidazione degli elementi è un indicatore numerico, è importante indicare correttamente lo stato di ossidazione del metallo.

Se il metallo che forma il sale si trova nel sottogruppo principale, il suo stato di ossidazione sarà stabile, corrisponde al numero del gruppo, è un valore positivo. Se il sale contiene un metallo di un sottogruppo simile di PS, è possibile mostrare metalli diversi dal residuo acido. Dopo aver impostato lo stato di ossidazione del metallo, inserire (-2), quindi lo stato di ossidazione dell'elemento centrale viene calcolato utilizzando l'equazione chimica.

Ad esempio, si consideri la determinazione degli stati di ossidazione degli elementi in (sale medio). NaNO3. Il sale è formato da un metallo del sottogruppo principale del gruppo 1, quindi lo stato di ossidazione del sodio sarà +1. L'ossigeno nei nitrati ha uno stato di ossidazione di -2. Per determinare il valore numerico del grado di ossidazione è l'equazione +1+X-6=0. Risolvendo questa equazione, otteniamo che X dovrebbe essere +5, questo è

Termini di base in OVR

Per il processo ossidativo e per quello di riduzione, ci sono termini speciali che gli studenti devono imparare.

Lo stato di ossidazione di un atomo è la sua capacità diretta di attaccare a se stesso (donare ad altri) elettroni da alcuni ioni o atomi.

Un agente ossidante è considerato come atomi neutri o ioni carichi che acquisiscono elettroni durante una reazione chimica.

L'agente riducente sarà costituito da atomi scarichi o ioni carichi, che nel processo di interazione chimica perdono i propri elettroni.

L'ossidazione è presentata come una procedura per donare elettroni.

La riduzione è associata all'accettazione di elettroni aggiuntivi da parte di un atomo o ione senza carica.

Il processo redox è caratterizzato da una reazione durante la quale lo stato di ossidazione di un atomo cambia necessariamente. Questa definizione ti consente di capire come puoi determinare se la reazione è OVR.

Regole di analisi OVR

Usando questo algoritmo, puoi organizzare i coefficienti in qualsiasi reazione chimica.

In chimica, la descrizione dei vari processi redox non è completa senza stati di ossidazione - valori condizionali speciali con i quali è possibile determinare la carica di un atomo di qualsiasi elemento chimico.

Se rappresentiamo lo stato di ossidazione (non confonderlo con la valenza, poiché in molti casi non corrispondono) come una voce in un taccuino, vedremo solo numeri con segni zero (0 - in una sostanza semplice), più ( +) o meno (-) sopra la sostanza di nostro interesse. Comunque sia, svolgono un ruolo enorme nella chimica e la capacità di determinare la CO (stato di ossidazione) lo è base necessaria nello studio di questo argomento, senza il quale ulteriori azioni non hanno senso.

Usiamo CO per descrivere Proprietà chimiche sostanza (o singolo elemento), la sua ortografia corretta nome internazionale(comprensibile per qualsiasi paese e nazione, indipendentemente dalla lingua utilizzata) e formule, nonché per la classificazione per caratteristiche.

Il grado può essere di tre tipi: il più alto (per determinarlo bisogna sapere in quale gruppo si trova l'elemento), intermedio e il più basso (è necessario sottrarre il numero del gruppo in cui si trova l'elemento dal numero 8, naturalmente, il numero 8 è preso perché il totale nel sistema periodico D. Mendeleev 8 gruppi). I dettagli sulla determinazione del grado di ossidazione e il suo corretto posizionamento saranno discussi di seguito.

Come si determina lo stato di ossidazione: CO costante

Innanzitutto, CO può essere variabile o costante.

Determinare lo stato di ossidazione costante non è difficile, quindi è meglio iniziare la lezione con esso: per questo è necessaria solo la capacità di utilizzare il PS (sistema periodico). Quindi, ci sono una serie di regole certe:

Grado zero. È stato detto sopra che solo le sostanze semplici ce l'hanno: S, O2, Al, K e così via.
Se le molecole sono neutre (in altre parole, hanno n carica elettrica), allora la somma dei loro stati di ossidazione è zero. Tuttavia, nel caso degli ioni, la somma deve essere uguale alla carica dello ione stesso.
In I, II, III gruppi della tavola periodica si trovano principalmente metalli. Gli elementi di questi gruppi hanno una carica positiva, il cui numero corrisponde al numero del gruppo (+1, +2 o +3). Forse la grande eccezione è il ferro (Fe): il suo CO può essere sia +2 che +3.
L'idrogeno CO (H) è più spesso +1 (quando interagisce con non metalli: HCl, H2S), ma in alcuni casi impostiamo -1 (quando si formano idruri in composti con metalli: KH, MgH2).
CO ossigeno (O) +2. I composti con questo elemento formano ossidi (MgO, Na2O, H20 - acqua). Tuttavia, ci sono anche casi in cui l'ossigeno ha uno stato di ossidazione di -1 (nella formazione di perossidi) o addirittura agisce come agente riducente (in combinazione con il fluoro F, perché le proprietà ossidanti dell'ossigeno sono più deboli).

Sulla base di queste informazioni, gli stati di ossidazione vengono collocati in una varietà di sostanze complesse, vengono descritte le reazioni redox e così via, ma ne parleremo più avanti.

variabile CO

Alcuni elementi chimici differiscono in quanto hanno più di uno stato di ossidazione e lo cambiano a seconda della formula in cui si trovano. Secondo le regole, anche la somma di tutte le potenze deve essere uguale a zero, ma per trovarla bisogna fare dei calcoli. Nella versione scritta sembra solo un'equazione algebrica, ma col tempo ci “riempiamo la mano”, e non è difficile comporre ed eseguire velocemente mentalmente l'intero algoritmo delle azioni.

Non sarà così facile capire le parole, ed è meglio andare subito alla pratica:

HNO3 - in questa formula, determina lo stato di ossidazione dell'azoto (N). In chimica leggiamo i nomi degli elementi, e ci avviciniamo alla disposizione degli stati di ossidazione anche dalla fine. Quindi, è noto che la CO2 dell'ossigeno è -2. Dobbiamo moltiplicare lo stato di ossidazione per il coefficiente a destra (se presente): -2*3=-6. Successivamente, passiamo all'idrogeno (H): la sua CO nell'equazione sarà +1. Ciò significa che affinché il CO totale dia zero, devi aggiungere 6. Verifica: +1+6-7=-0.

Ulteriori esercizi si trovano alla fine, ma prima di tutto dobbiamo determinare quali elementi hanno uno stato di ossidazione variabile. In linea di principio, tutti gli elementi, ad eccezione dei primi tre gruppi, cambiano di grado. Maggior parte un ottimo esempio sono alogeni (elementi del gruppo VII, senza contare il fluoro F), gruppo IV e gas nobili. Di seguito vedrai un elenco di alcuni metalli e non metalli con un grado variabile:

H(+1, -1);
Be(-3, +1, +2);
B (-1, +1, +2, +3);
DO (-4, -2, +2, +4);
N (-3, -1, +1, +3, +5);
O(-2, -1);
Mg (+1, +2);
Si (-4, -3, -2, -1, +2, +4);
P(-3, -2, -1, +1, +3, +5);
S (-2, +2, +4, +6);
Cl (-1, +1, +3, +5, +7).

Questo è solo un piccolo numero di elementi. Ci vuole studio e pratica per imparare a determinare SD, ma questo non significa che devi memorizzare tutte le costanti e le variabili di SD: basta ricordare che queste ultime sono molto più comuni. Spesso, il coefficiente e la sostanza rappresentata svolgono un ruolo significativo, ad esempio lo zolfo (S) assume un grado negativo nei solfuri, l'ossigeno (O) negli ossidi e il cloro (Cl) nei cloruri. Pertanto, in questi sali, un altro elemento assume un grado positivo (e viene chiamato agente riducente in questa situazione).

Risoluzione dei problemi per la determinazione del grado di ossidazione

Ora arriviamo alla cosa più importante: la pratica. Prova tu stesso le seguenti attività, quindi osserva la suddivisione della soluzione e controlla le risposte:

K2Cr2O7 - trova il grado di cromo.
CO per l'ossigeno è -2, per il potassio +1 e per il cromo indichiamo per ora come variabile sconosciuta x. Il valore totale è 0. Pertanto, faremo l'equazione: +1*2+2*x-2*7=0. Dopo la decisione, otteniamo la risposta 6. Controlliamo: tutto ha coinciso, il che significa che l'attività è stata risolta.
H2SO4 - trova il grado di zolfo.
Utilizzando lo stesso concetto, creiamo un'equazione: +2*1+x-2*4=0. Avanti: 2+x-8=0.x=8-2; x=6.

Breve conclusione

Per imparare a determinare da soli lo stato di ossidazione, è necessario non solo essere in grado di scrivere equazioni, ma anche studiare a fondo le proprietà degli elementi vari gruppi, richiamare lezioni di algebra, comporre e risolvere equazioni con una variabile sconosciuta.
Non dimenticare che le regole hanno le loro eccezioni e non vanno dimenticate: stiamo parlando di elementi con una variabile CO. Inoltre, per risolvere molti problemi ed equazioni, è necessario essere in grado di impostare i coefficienti (e sapere a quale scopo lo si fa).

Editoriale "sito web"

Argomenti del codificatore USE: Elettronegatività. Il grado di ossidazione e valenza degli elementi chimici.

Quando gli atomi interagiscono e si formano, gli elettroni tra loro sono nella maggior parte dei casi distribuiti in modo non uniforme, poiché le proprietà degli atomi differiscono. Di più elettronegativo l'atomo attrae a sé più fortemente la densità elettronica. Un atomo che ha attratto a sé la densità elettronica acquisisce una parziale carica negativa. δ — , il suo "partner" è una carica positiva parziale δ+ . Se la differenza nell'elettronegatività degli atomi che formano un legame non supera 1,7, chiamiamo il legame polare covalente . Se la differenza di elettronegatività che forma un legame chimico supera 1,7, chiamiamo tale legame ionico .

Stato di ossidazione è la carica condizionale ausiliaria di un atomo di un elemento in un composto, calcolata partendo dal presupposto che tutti i composti siano composti da ioni (tutti i legami polari sono ionici).

Cosa significa "addebito condizionale"? Siamo semplicemente d'accordo che semplificheremo un po' le cose: considereremo tutti i legami polari completamente ionici, e considereremo che un elettrone lascia o passa completamente da un atomo all'altro, anche se in realtà non lo è. E condizionatamente, un elettrone lascia un atomo meno elettronegativo per uno più elettronegativo.

Per esempio, nel legame H-Cl, crediamo che l'idrogeno "abbia dato" condizionalmente un elettrone, e la sua carica è diventata +1, e il cloro ha "accettato" un elettrone e la sua carica è diventata -1. In effetti, non ci sono tali cariche totali su questi atomi.

Sicuramente hai una domanda: perché inventare qualcosa che non esiste? Questo non è un piano insidioso di chimici, tutto è semplice: un modello del genere è molto conveniente. Le idee sullo stato di ossidazione degli elementi sono utili nella compilazione classificazione sostanze chimiche, descrivendone le proprietà, formulando composti e nomenclatura. Soprattutto spesso gli stati di ossidazione vengono utilizzati quando si lavora con reazioni redox.

Gli stati di ossidazione sono più alto, inferiore E intermedio.

Più alto lo stato di ossidazione è uguale al numero di gruppo con un segno più.

Inferioreè definito come il numero del gruppo meno 8.

E intermedio uno stato di ossidazione è quasi qualsiasi numero intero nell'intervallo dallo stato di ossidazione più basso al più alto.

Per esempio, l'azoto è caratterizzato da: lo stato di ossidazione più alto è +5, il più basso 5 - 8 \u003d -3 e gli stati di ossidazione intermedi vanno da -3 a +5. Ad esempio, nell'idrazina N 2 H 4, lo stato di ossidazione dell'azoto è intermedio, -2.

Molto spesso, lo stato di ossidazione degli atomi in sostanze complesse è indicato prima da un segno, poi da un numero, ad esempio +1, +2, -2 eccetera. Quando si tratta della carica di uno ione (supponendo che lo ione esista effettivamente in un composto), indicare prima il numero, quindi il segno. Per esempio: Ca 2+ , CO 3 2- .

Per trovare gli stati di ossidazione utilizzare quanto segue regole :

Lo stato di ossidazione degli atomi in sostanze semplici è uguale a zero;
IN molecole neutre la somma algebrica degli stati di ossidazione è zero, per gli ioni tale somma è pari alla carica dello ione;
Stato di ossidazione metalli alcalini (elementi del gruppo I del sottogruppo principale) nei composti è +1, lo stato di ossidazione metalli alcalino terrosi (elementi del gruppo II del sottogruppo principale) nei composti è +2; stato di ossidazione alluminio nei composti è +3;
Stato di ossidazione idrogeno nei composti con metalli (- NaH, CaH 2, ecc.) è uguale a -1 ; in composti con non metalli () +1 ;
Stato di ossidazione ossigenoè uguale a -2 . Eccezione costituire perossidi- composti contenenti il gruppo -О-О-, dove si trova lo stato di ossidazione dell'ossigeno -1 , e alcuni altri composti ( superossidi, ozonidi, fluoruri di ossigeno OF 2 e così via.);
Stato di ossidazione fluoro in tutte le sostanze complesse è uguale a -1 .

Quanto sopra sono le situazioni in cui consideriamo il grado di ossidazione costante . Per tutti gli altri elementi chimici, lo stato di ossidazione — variabile, e dipende dall'ordine e dal tipo di atomi nel composto.

Esempi:

Esercizio: determinare gli stati di ossidazione degli elementi nella molecola di bicromato di potassio: K 2 Cr 2 O 7.

Soluzione: lo stato di ossidazione del potassio è +1, lo stato di ossidazione del cromo è indicato come X, stato di ossidazione dell'ossigeno -2. La somma di tutti gli stati di ossidazione di tutti gli atomi in una molecola è 0. Otteniamo l'equazione: +1*2+2*x-2*7=0. Lo risolviamo, otteniamo lo stato di ossidazione del cromo +6.

Nei composti binari, un elemento più elettronegativo è caratterizzato da uno stato di ossidazione negativo, un elemento meno elettronegativo è caratterizzato da uno stato positivo.

notare che il concetto di stato di ossidazione è molto condizionato! Lo stato di ossidazione non mostra la reale carica dell'atomo e non ha un reale significato fisico.. Questo è un modello semplificato che funziona efficacemente quando abbiamo bisogno, ad esempio, di equalizzare i coefficienti in un'equazione di reazione chimica o di algoritmizzare la classificazione delle sostanze.

Lo stato di ossidazione non è valenza! Lo stato di ossidazione e la valenza in molti casi non corrispondono. Ad esempio, la valenza dell'idrogeno in una sostanza semplice H 2 è I e lo stato di ossidazione, secondo la regola 1, è 0.

Questo Regole di base, che ti aiuterà a determinare lo stato di ossidazione degli atomi nei composti nella maggior parte dei casi.

In alcune situazioni, potresti trovare difficile determinare lo stato di ossidazione di un atomo. Diamo un'occhiata ad alcune di queste situazioni e come risolverle:

Negli ossidi doppi (simili al sale), il grado all'atomo, di regola, è di due stati di ossidazione. Ad esempio, nell'ossido di ferro Fe 3 O 4 il ferro ha due stati di ossidazione: +2 e +3. Quale indicare? Entrambi. Per semplificare, questo composto può essere rappresentato come un sale: Fe (FeO 2) 2. In questo caso, il residuo acido forma un atomo con uno stato di ossidazione di +3. Oppure un doppio ossido può essere rappresentato come segue: FeO * Fe 2 O 3.
Nei composti perosso, il grado di ossidazione degli atomi di ossigeno collegati da legami covalenti non polari, di regola, cambia. Ad esempio, nel perossido di idrogeno H 2 O 2 e nei perossidi di metalli alcalini, lo stato di ossidazione dell'ossigeno è -1, perché uno dei legami è covalente non polare (H-O-O-H). Un altro esempio è l'acido perossomonosolforico (caroacido) H 2 SO 5 (vedi figura) contiene due atomi di ossigeno con uno stato di ossidazione di -1, i restanti atomi con uno stato di ossidazione di -2, quindi la seguente voce sarà più comprensibile: H 2SO3 (O2). Sono noti anche composti di cromo perosso, ad esempio perossido di cromo (VI) CrO (O 2) 2 o CrO 5 e molti altri.
Un altro esempio di composti con stati di ossidazione ambigui sono i superossidi (NaO 2) e gli ozonidi simili a sali KO 3 . In questo caso, è più appropriato parlare dello ione molecolare O 2 con una carica di -1 e O 3 con una carica di -1. La struttura di tali particelle è descritta da alcuni modelli, che in russo curriculum superare i primi corsi delle università chimiche: MO LCAO, il metodo di sovrapposizione degli schemi di valenza, ecc.
IN composti organici il concetto di stato di ossidazione non è molto comodo da usare, perché esiste tra gli atomi di carbonio grande numero legami covalenti apolari. Tuttavia, se disegni la formula strutturale di una molecola, lo stato di ossidazione di ciascun atomo può essere determinato anche dal tipo e dal numero di atomi con cui questo atomo è direttamente legato. Ad esempio, per gli atomi di carbonio primari negli idrocarburi, lo stato di ossidazione è -3, per il secondario -2, per gli atomi terziari -1, per il quaternario - 0.

Esercitiamoci a determinare lo stato di ossidazione degli atomi nei composti organici. Per fare ciò, devi disegnare la formula strutturale completa dell'atomo e selezionare l'atomo di carbonio con il suo ambiente immediato, gli atomi con cui è direttamente connesso.

Per semplificare i calcoli, puoi utilizzare la tabella di solubilità: lì sono indicate le cariche degli ioni più comuni. Nella maggior parte degli esami di chimica russa (USE, GIA, DVI), è consentito l'uso di una tabella di solubilità. Questo è un cheat sheet già pronto, che in molti casi può far risparmiare molto tempo.
Quando calcoliamo lo stato di ossidazione degli elementi in sostanze complesse, indichiamo prima gli stati di ossidazione degli elementi che conosciamo con certezza (elementi con uno stato di ossidazione costante) e lo stato di ossidazione degli elementi con uno stato di ossidazione variabile è indicato come x. La somma di tutte le cariche di tutte le particelle è uguale a zero in una molecola o uguale alla carica di uno ione in uno ione. È facile formare e risolvere un'equazione da questi dati.

Preparazione chimica per ZNO e DPA
Edizione completa

PARTE E

CHIMICA GENERALE

LEGAME CHIMICO E STRUTTURA DELLA SOSTANZA

Stato di ossidazione

Lo stato di ossidazione è la carica condizionale su un atomo in una molecola o cristallo che si è formato su di esso quando tutti i legami polari da esso creati erano di natura ionica.

A differenza della valenza, gli stati di ossidazione possono essere positivi, negativi o zero. Nei composti ionici semplici lo stato di ossidazione coincide con le cariche degli ioni. Ad esempio, in cloruro di sodio NaCl (Na+Cl-) Il sodio ha uno stato di ossidazione di +1 e il cloro -1, nell'ossido di calcio CaO (Ca +2 O -2) Il calcio presenta uno stato di ossidazione di +2 e Oxysen - -2. Questa regola vale per tutti gli ossidi di base: lo stato di ossidazione di un elemento metallico è uguale alla carica dello ione metallico (sodio +1, Bario +2, alluminio +3), e lo stato di ossidazione dell'ossigeno è -2. Il grado di ossidazione è indicato da numeri arabi, che sono posti sopra il simbolo dell'elemento, come la valenza, e indicano prima il segno della carica, e poi il suo valore numerico:

Se il modulo dello stato di ossidazione è uguale a uno, allora il numero "1" può essere omesso e può essere scritto solo il segno: Na+Cl-.

Lo stato di ossidazione e la valenza sono concetti correlati. In molti composti il valore assoluto dello stato di ossidazione degli elementi coincide con la loro valenza. Tuttavia, ci sono molti casi in cui la valenza differisce dallo stato di ossidazione.

Nelle sostanze semplici - non metalli, esiste un legame covalente non polare, una coppia di elettroni congiunti viene spostata su uno degli atomi, quindi il grado di ossidazione degli elementi nelle sostanze semplici è sempre zero. Ma gli atomi sono collegati tra loro, cioè mostrano una certa valenza, come, ad esempio, nell'ossigeno la valenza dell'ossigeno è II, e nell'azoto la valenza dell'azoto è III:

In una molecola di perossido di idrogeno, anche la valenza dell'ossigeno è II e l'idrogeno è I:

Definizione dei gradi possibili ossidazione degli elementi

Gli stati di ossidazione, che gli elementi possono manifestare nei vari composti, nella maggior parte dei casi possono essere determinati dalla struttura del livello elettronico esterno o dalla collocazione dell'elemento nel sistema Periodico.

Gli atomi di elementi metallici possono solo donare elettroni, quindi nei composti presentano stati di ossidazione positivi. Il suo valore assoluto in molti casi (ad eccezione di D -elementi) è uguale al numero di elettroni nel livello esterno, cioè il numero di gruppo nel sistema periodico. atomi D -gli elementi possono anche donare elettroni dal livello frontale, vale a dire da non riempiti D -orbitali. Pertanto, per D -elementi, è molto più difficile determinare tutti i possibili stati di ossidazione che per S- e p-elementi. È sicuro dire che la maggioranza D -gli elementi presentano uno stato di ossidazione di +2 dovuto agli elettroni del livello elettronico esterno e lo stato di ossidazione massimo nella maggior parte dei casi è uguale al numero di gruppo.

Gli atomi di elementi non metallici possono mostrare stati di ossidazione sia positivi che negativi, a seconda di quale atomo di quale elemento formano un legame. Se l'elemento è più elettronegativo, presenta uno stato di ossidazione negativo e, se meno elettronegativo, positivo.

Il valore assoluto dello stato di ossidazione degli elementi non metallici può essere determinato dalla struttura dello strato elettronico esterno. Un atomo è in grado di accettare così tanti elettroni che otto elettroni si trovano sul suo livello esterno: elementi non metallici del gruppo VII prendono un elettrone e mostrano uno stato di ossidazione di -1, gruppo VI - due elettroni e mostrano uno stato di ossidazione di - 2, ecc.

Gli elementi non metallici sono in grado di emettere un numero diverso di elettroni: al massimo tanti quanti si trovano sul piano energetico esterno. In altre parole, il massimo stato di ossidazione degli elementi non metallici è uguale al numero di gruppo. A causa dell'avvolgimento di elettroni al livello esterno degli atomi, il numero di elettroni spaiati che un atomo può donare nelle reazioni chimiche varia, quindi gli elementi non metallici sono in grado di rilevare vari valori intermedi grado di ossidazione.

Possibili stati di ossidazione s - e p-elementi

Gruppo PS
Massimo stato di ossidazione
Stato di ossidazione intermedio
Stato di ossidazione inferiore

Determinazione degli stati di ossidazione nei composti

Qualsiasi molecola elettricamente neutra, quindi la somma degli stati di ossidazione degli atomi di tutti gli elementi deve essere zero. Determiniamo il grado di ossidazione nello zolfo (I V) ossido SO 2 taupofosforo (V) solfuro P 2 S 5.

Ossido di zolfo (e V) SO 2 formata da atomi di due elementi. Di questi, l'ossigeno ha la maggiore elettronegatività, quindi gli atomi di ossigeno avranno uno stato di ossidazione negativo. Per l'ossigeno è -2. In questo caso lo zolfo ha uno stato di ossidazione positivo. In diversi composti, lo zolfo può presentare diversi stati di ossidazione, quindi in questo caso deve essere calcolato. In una molecola SO2 due atomi di ossigeno con uno stato di ossidazione di -2, quindi la carica totale degli atomi di ossigeno è -4. Affinché la molecola sia elettricamente neutra, l'atomo di Zolfo deve neutralizzare completamente la carica di entrambi gli atomi di Ossigeno, quindi lo stato di ossidazione dello Zolfo è +4:

Nella molecola del fosforo V) solfuro P 2 S 5 l'elemento più elettronegativo è lo Zolfo, cioè presenta uno stato di ossidazione negativo, e il Fosforo uno positivo. Per lo zolfo, lo stato di ossidazione negativo è solo 2. Insieme, cinque atomi di zolfo portano una carica negativa di -10. Pertanto, due atomi di fosforo devono neutralizzare questa carica con una carica totale di +10. Poiché ci sono due atomi di fosforo nella molecola, ciascuno deve avere uno stato di ossidazione di +5:

È più difficile calcolare il grado di ossidazione nei composti non binari: sali, basi e acidi. Ma per questo, si dovrebbe anche usare il principio della neutralità elettrica, e anche ricordare che nella maggior parte dei composti lo stato di ossidazione dell'ossigeno è -2, l'idrogeno +1.

Considera questo usando l'esempio del solfato di potassio K2SO4. Lo stato di ossidazione del potassio nei composti può essere solo +1 e l'ossigeno -2:

Dal principio di elettroneutralità, calcoliamo lo stato di ossidazione dello zolfo:

2(+1) + 1(x) + 4(-2) = 0, quindi x = +6.

Quando si determinano gli stati di ossidazione degli elementi nei composti, è necessario seguire le seguenti regole:

1. Lo stato di ossidazione di un elemento in una sostanza semplice è zero.

2. Il fluoro è il più elettronegativo elemento chimico, quindi lo stato di ossidazione del fluoro in tutti i composti è -1.

3. L'ossigeno è l'elemento più elettronegativo dopo il fluoro, quindi lo stato di ossidazione dell'ossigeno in tutti i composti, ad eccezione dei fluoruri, è negativo: nella maggior parte dei casi è -2, e nei perossidi - -1.

4. Lo stato di ossidazione dell'idrogeno nella maggior parte dei composti è +1 e nei composti con elementi metallici (idruri) - -1.

5. Lo stato di ossidazione dei metalli nei composti è sempre positivo.

6. Un elemento più elettronegativo ha sempre uno stato di ossidazione negativo.

7. La somma degli stati di ossidazione di tutti gli atomi in una molecola è zero.

Per caratterizzare la capacità redox delle particelle, è importante un concetto come il grado di ossidazione. Lo STATO DI OSSIDAZIONE è la carica che un atomo in una molecola o in uno ione potrebbe avere se tutti i suoi legami con altri atomi fossero rotti, e le coppie di elettroni comuni se ne andassero con più elementi elettronegativi.

A differenza delle cariche reali degli ioni, lo stato di ossidazione mostra solo la carica condizionale di un atomo in una molecola. Può essere negativo, positivo o zero. Ad esempio, lo stato di ossidazione degli atomi nelle sostanze semplici è "0" (,
,,). Nei composti chimici, gli atomi possono avere uno stato di ossidazione costante o variabile. Per i metalli dei principali sottogruppi I, II e III dei gruppi del sistema periodico nei composti chimici, lo stato di ossidazione è generalmente costante e pari a Me +1, Me +2 e Me +3 (Li +, Ca +2, Al +3), rispettivamente. L'atomo di fluoro ha sempre -1. Il cloro nei composti con metalli ha sempre -1. Nella stragrande maggioranza dei composti, l'ossigeno ha uno stato di ossidazione di -2 (ad eccezione dei perossidi, dove il suo stato di ossidazione è -1) e l'idrogeno +1 (ad eccezione degli idruri metallici, dove il suo stato di ossidazione è -1).

La somma algebrica degli stati di ossidazione di tutti gli atomi in una molecola neutra è uguale a zero, e in uno ione è uguale alla carica dello ione. Questa relazione consente di calcolare gli stati di ossidazione degli atomi in composti complessi.

Nella molecola di acido solforico H 2 SO 4, l'atomo di idrogeno ha uno stato di ossidazione di +1 e l'atomo di ossigeno è -2. Poiché ci sono due atomi di idrogeno e quattro atomi di ossigeno, abbiamo due "+" e otto "-". Mancano sei "+" alla neutralità. È questo numero che è lo stato di ossidazione dello zolfo -
. La molecola di bicromato di potassio K 2 Cr 2 O 7 è costituita da due atomi di potassio, due atomi di cromo e sette atomi di ossigeno. Il potassio ha uno stato di ossidazione di +1, l'ossigeno ha -2. Quindi abbiamo due "+" e quattordici "-". I restanti dodici "+" cadono su due atomi di cromo, ciascuno dei quali ha uno stato di ossidazione di +6 (
).

Tipici agenti ossidanti e riducenti

Dalla definizione dei processi di riduzione e ossidazione ne consegue che, in linea di principio, sostanze semplici e complesse contenenti atomi che non si trovano nello stato di ossidazione più basso e quindi possono abbassare il loro stato di ossidazione possono agire come agenti ossidanti. Allo stesso modo, il ruolo degli agenti riducenti può essere costituito da sostanze semplici e complesse contenenti atomi che non sono presenti il grado più alto ossidazione e quindi possono aumentare il loro stato di ossidazione.

Gli agenti ossidanti più forti sono:

1) sostanze semplici formate da atomi aventi una grande elettronegatività, cioè tipici non metalli situati nei principali sottogruppi del sesto e settimo gruppo del sistema periodico: F, O, Cl, S (rispettivamente F 2 , O 2 , Cl 2 , S);

2) sostanze contenenti elementi in superiori e intermedi

stati di ossidazione positivi, anche sotto forma di ioni, sia semplici, elementari (Fe 3+) che contenenti ossigeno, ossoanioni (ione permanganato - MnO 4 -);

3) composti perossidici.

Sostanze specifiche utilizzate nella pratica come ossidanti sono ossigeno e ozono, cloro, bromo, permanganati, dicromati, ossiacidi di cloro e loro sali (ad esempio,
,
,
), Acido nitrico (
), acido solforico concentrato (
), biossido di manganese (
), perossido di idrogeno e perossidi metallici (
,
).

Gli agenti riducenti più potenti sono:

1) sostanze semplici i cui atomi hanno una bassa elettronegatività ("metalli attivi");

2) cationi metallici in stati di bassa ossidazione (Fe 2+);

3) anioni elementari semplici, ad esempio ione solfuro S 2- ;

4) anioni contenenti ossigeno (ossoanioni) corrispondenti agli stati di ossidazione positivi più bassi dell'elemento (nitrito
, solfito
).

Sostanze specifiche utilizzate nella pratica come agenti riducenti sono, ad esempio, metalli alcalini e alcalino-terrosi, solfuri, solfiti, alogenuri di idrogeno (eccetto HF), sostanze organiche - alcoli, aldeidi, formaldeide, glucosio, acido ossalico, nonché idrogeno, carbonio , monossido di carbonio (
) e alluminio ad alte temperature.

In linea di principio, se una sostanza contiene un elemento in uno stato di ossidazione intermedio, queste sostanze possono presentare proprietà sia ossidanti che riducenti. Tutto dipende da

"partner" nella reazione: con un agente ossidante sufficientemente forte, può reagire come agente riducente, e con un agente riducente sufficientemente forte, come agente ossidante. Quindi, ad esempio, lo ione nitrito NO 2 - in un ambiente acido agisce come agente ossidante rispetto allo ione I -:

2
+ 2+ 4HCl→ + 2
+ 4KCl + 2H2O

e come agente riducente in relazione allo ione permanganato MnO 4 -

5
+ 2
+ 3H 2 SO 4 → 2
+ 5
+ K2SO4 + 3H2O