Jak określić najwyższy i najniższy stopień utlenienia. Chemia podstawowa: stan utlenienia
Stół. Stopnie utleniania pierwiastków chemicznych.
Stół. Stopnie utleniania pierwiastków chemicznych.
Stan utlenienia jest warunkowym ładunkiem atomów pierwiastka chemicznego w związku, obliczonym przy założeniu, że wszystkie wiązania są typu jonowego. Stany utlenienia mogą mieć wartość dodatnią, ujemną lub zerową, dlatego algebraiczna suma stanów utlenienia pierwiastków w cząsteczce, biorąc pod uwagę liczbę ich atomów, wynosi 0, a w jonie ładunek jonu.
|
Tabela: Pierwiastki o stałych stopniach utlenienia. |
|
Stół. Stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych w porządku alfabetycznym.
|
Stół. Liczba stanów utlenienia pierwiastków chemicznych.
|
Ocena artykułu:
Stopień utlenienia. Wyznaczanie stopnia utlenienia atomu pierwiastka za pomocą wzoru chemicznego związku. Zestawienie wzoru związku według znanych stanów utlenienia atomów pierwiastków
Stan utlenienia pierwiastka to warunkowy ładunek atomu w substancji, obliczony przy założeniu, że składa się on z jonów. Aby określić stopień utlenienia pierwiastków, należy pamiętać o pewnych zasadach:
1. Stan utlenienia może być dodatni, ujemny lub zerowy. Jest oznaczony cyfrą arabską ze znakiem plus lub minus nad symbolem elementu.
2. Przy określaniu stanów utlenienia wychodzą z elektroujemności substancji: suma stanów utlenienia wszystkich atomów w związku wynosi zero.
3. Jeśli związek tworzą atomy jednego pierwiastka (w prostej substancji), to stopień utlenienia tych atomów wynosi zero.
4. Atomom niektórych pierwiastków chemicznych przypisuje się zwykle stany utlenienia stali. Na przykład stopień utlenienia fluoru w związkach wynosi zawsze -1; lit, sód, potas, rubid i cez +1; magnez, wapń, stront, bar i cynk +2, glin +3.
5. Stan utlenienia wodoru w większości związków wynosi +1, a tylko w związkach z niektórymi metalami jest równy -1 (KH, BaH2).
6. Stopień utlenienia tlenu w większości związków wynosi -2, a tylko niektórym związkom przypisuje się stopień utlenienia -1 (H2O2, Na2O2 lub +2 (OF2).
7. Atomy wielu pierwiastków chemicznych wykazują zmienne stopnie utlenienia.
8. Stan utlenienia atomu metalu w związkach jest dodatni i liczbowo równy jego wartościowości.
9. Maksymalny dodatni stopień utlenienia pierwiastka jest zwykle równy liczbie grup w układzie okresowym, w którym znajduje się pierwiastek.
10. Minimalny stopień utlenienia metali wynosi zero. W przypadku niemetali w większości przypadków niższy ujemny stopień utlenienia jest równy różnicy między liczbą grupy a liczbą osiem.
11. Stan utlenienia atomu tworzy prosty jon (składa się z jednego atomu), równy ładunkowi tego jonu.
Stosując powyższe zasady wyznaczamy stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych w składzie H2SO4. Jest to złożona substancja składająca się z trzech pierwiastków chemicznych - wodoru H, siarki S i tlenu O. Odnotowujemy stany utlenienia tych pierwiastków, dla których są one stałe. W naszym przypadku są to wodór H i tlen O.
Określmy nieznany stopień utlenienia siarki. Niech stopień utlenienia siarki w tym związku wynosi x.
Zróbmy równania, mnożąc dla każdego pierwiastka jego indeks przez stopień utlenienia i przyrównajmy wyekstrahowaną ilość do zera: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0
2 + X - 8 = 0
x = +8 - 2 = +6
Dlatego stopień utlenienia siarki wynosi plus sześć.
W poniższym przykładzie dowiedzmy się, jak napisać wzór na związek o znanych stopniach utlenienia atomów pierwiastków. Stwórzmy wzór tlenku żelaza (III). Słowo „tlenek” oznacza, że po prawej stronie symbolu żelaza należy napisać symbol tlenu: FeO.
Zwróć uwagę na stany utlenienia pierwiastków chemicznych nad ich symbolami. Stan utlenienia żelaza jest wskazany w nazwie w nawiasach (III), dlatego jest równy +3, stan utlenienia tlenu w tlenkach wynosi -2.
Znajdźmy najmniejszą wspólną wielokrotność dla liczb 3 i 2, to jest 6. Podzielmy liczbę 6 przez 3, otrzymamy liczbę 2 - to jest indeks dla żelaza. Dzielimy liczbę 6 przez 2, otrzymujemy liczbę 3 - to jest wskaźnik tlenu.
W poniższym przykładzie dowiedzmy się, jak sformułować wzór złożony ze znanymi stopniami utlenienia atomów pierwiastków i ładunków jonowych. Zróbmy formułę ortofosforanu wapnia. Słowo „ortofosforan” oznacza, że po prawej stronie symbolu wapnia należy napisać resztę kwasową kwasu ortofosforanowego: CaPO4.
Zwróć uwagę na stan utlenienia wapnia (zasada numer cztery) i ładunek pozostałości kwasowej (zgodnie z tabelą rozpuszczalności).
Znajdźmy najmniejszą wspólną wielokrotność dla liczb 2 i 3, to jest 6. Podzielmy liczbę 6 przez 2, otrzymamy liczbę 3 - to jest wskaźnik wapnia. Dzielimy liczbę 6 przez 3, otrzymujemy liczbę 2 - to jest indeks reszty kwasowej.
Ładunek formalny atomu w związkach jest wielkością pomocniczą, zwykle używa się go w opisach właściwości pierwiastków w chemii. Ten warunkowy ładunek elektryczny to stopień utlenienia. Jego wartość zmienia się w wyniku wielu procesów chemicznych. Chociaż ładunek jest formalny, obrazowo charakteryzuje właściwości i zachowanie atomów w reakcjach redoks (ORD).
Utlenianie i redukcja
W przeszłości chemicy używali terminu „utlenianie” do opisania interakcji tlenu z innymi pierwiastkami. Nazwa reakcji pochodzi od łacińskiej nazwy tlenu – Oxygenium. Później okazało się, że utleniają się również inne pierwiastki. W tym przypadku są przywracane - przyczepiają elektrony. Każdy atom podczas tworzenia cząsteczki zmienia strukturę swojej powłoki elektronów walencyjnych. W tym przypadku pojawia się ładunek formalny, którego wartość zależy od liczby warunkowo danych lub odebranych elektronów. Aby scharakteryzować tę wartość, wcześniej używano angielskiego terminu chemicznego „liczba utlenienia”, co w tłumaczeniu oznacza „liczba utlenienia”. Jego zastosowanie opiera się na założeniu, że elektrony wiążące w cząsteczkach lub jony należą do atomu o wyższej elektroujemności (EO). Zdolność do zatrzymywania ich elektronów i przyciągania ich od innych atomów jest dobrze wyrażona w silnych niemetalach (halogeny, tlen). Metale mocne (sód, potas, lit, wapń, inne pierwiastki alkaliczne i ziem alkalicznych) mają przeciwstawne właściwości.
Oznaczanie stopnia utlenienia
Stan utlenienia to ładunek, który nabyłby atom, gdyby elektrony biorące udział w tworzeniu wiązania zostały całkowicie przesunięte do bardziej elektroujemnego pierwiastka. Istnieją substancje, które nie mają struktury molekularnej (halogenki metali alkalicznych i inne związki). W takich przypadkach stan utlenienia pokrywa się z ładunkiem jonu. Warunkowy lub rzeczywisty ładunek pokazuje, jaki proces miał miejsce, zanim atomy uzyskały swój obecny stan. Dodatni stan utlenienia to całkowita liczba elektronów, które zostały usunięte z atomów. Ujemna wartość stopnia utlenienia jest równa liczbie pozyskanych elektronów. Zmieniając stan utlenienia pierwiastka chemicznego, ocenia się, co dzieje się z jego atomami podczas reakcji (i odwrotnie). Kolor substancji określa, jakie zmiany w stanie utlenienia zaszły. Związki chromu, żelaza i szeregu innych pierwiastków, w których wykazują różne wartościowości, są różnie zabarwione.
Wartości ujemnego, zerowego i dodatniego stopnia utlenienia
Proste substancje tworzą pierwiastki chemiczne o tej samej wartości EO. W tym przypadku elektrony wiążące należą w równym stopniu do wszystkich cząstek strukturalnych. Dlatego w prostych substancjach stopień utlenienia (H 0 2, O 0 2, C 0) nie jest charakterystyczny dla pierwiastków. Kiedy atomy przyjmują elektrony lub ogólna chmura przesuwa się w ich kierunku, zwyczajowo pisze się ładunki ze znakiem minus. Na przykład F-1, O-2, C-4. Oddając elektrony, atomy uzyskują rzeczywisty lub formalny ładunek dodatni. W tlenku OF 2 atom tlenu przekazuje jeden elektron do dwóch atomów fluoru i znajduje się w stanie utlenienia O +2. Uważa się, że w cząsteczce lub jonie wieloatomowym bardziej elektroujemne atomy otrzymują wszystkie wiążące elektrony.
Siarka jest pierwiastkiem o różnych wartościowościach i stopniach utlenienia.
Pierwiastki chemiczne głównych podgrup często wykazują niższą wartościowość równą VIII. Na przykład wartościowość siarki w siarkowodorze i siarczkach metali wynosi II. Pierwiastek charakteryzuje się wartościowościami pośrednimi i wyższymi w stanie wzbudzonym, gdy atom oddaje jeden, dwa, cztery lub wszystkie sześć elektronów i wykazuje odpowiednio wartościowości I, II, IV, VI. Te same wartości, tylko ze znakiem minus lub plus, mają stopnie utlenienia siarki:
- w siarczku fluoru daje jeden elektron: -1;
- w siarkowodorze najniższa wartość: -2;
- w stanie pośrednim ditlenku: +4;
- w trójtlenku, kwasie siarkowym i siarczanach: +6.
W najwyższym stopniu utlenienia siarka przyjmuje tylko elektrony, w najniższym wykazuje silne właściwości redukujące. Atomy S+4 mogą działać jako środki redukujące lub utleniające w związkach, w zależności od warunków.
Przenoszenie elektronów w reakcjach chemicznych
Tworząc kryształ chlorku sodu, sód przekazuje elektrony bardziej elektroujemnemu chlorowi. Stany utlenienia pierwiastków pokrywają się z ładunkami jonów: Na +1 Cl -1 . W przypadku cząsteczek utworzonych przez socjalizację i przemieszczenie par elektronów do bardziej elektroujemnego atomu ma zastosowanie tylko koncepcja ładunku formalnego. Ale można założyć, że wszystkie związki składają się z jonów. Wtedy atomy, przyciągając elektrony, uzyskują warunkowy ładunek ujemny, a oddając, uzyskują ładunek dodatni. W reakcjach wskaż, ile elektronów zostało przemieszczonych. Na przykład w cząsteczce dwutlenku węgla C +4 O - 2 2 indeks wskazany w prawym górnym rogu symbolu chemicznego węgla pokazuje liczbę elektronów usuniętych z atomu. Tlen w tej substancji ma stopień utlenienia -2. Odpowiedni indeks ze znakiem chemicznym O to liczba dodanych elektronów w atomie.
Jak obliczyć stany utlenienia
Obliczenie liczby elektronów oddanych i dodanych przez atomy może być czasochłonne. Poniższe zasady ułatwiają to zadanie:
- W prostych substancjach stany utlenienia wynoszą zero.
- Suma utlenienia wszystkich atomów lub jonów w substancji obojętnej wynosi zero.
- W jonie złożonym suma stanów utlenienia wszystkich pierwiastków musi odpowiadać ładunkowi całej cząstki.
- Bardziej elektroujemny atom uzyskuje ujemny stan utlenienia, który jest zapisany ze znakiem minus.
- Mniej pierwiastki elektroujemne otrzymują dodatnie stany utlenienia, są zapisywane ze znakiem plus.
- Tlen ogólnie wykazuje stopień utlenienia -2.
- Dla wodoru charakterystyczna wartość wynosi: +1, w wodorkach metali występuje: H-1.
- Fluor jest najbardziej elektroujemny ze wszystkich pierwiastków, jego stopień utlenienia wynosi zawsze -4.
- Dla większości metali stopnie utlenienia i wartościowości są takie same.
Stan utlenienia i wartościowość
Większość związków powstaje w wyniku procesów redoks. Przejście lub przemieszczenie elektronów z jednego pierwiastka na drugi prowadzi do zmiany ich stanu utlenienia i wartościowości. Często te wartości się pokrywają. Jako synonim terminu „stan utlenienia” można użyć wyrażenia „wartościowość elektrochemiczna”. Ale są wyjątki, na przykład w jonie amonowym azot jest czterowartościowy. Jednocześnie atom tego pierwiastka znajduje się w stanie utlenienia -3. W substancjach organicznych węgiel jest zawsze czterowartościowy, ale stopnie utlenienia atomu C w metanie CH 4, alkoholu mrówkowym CH 3 OH i kwasie HCOOH mają różne wartości: -4, -2 i +2.
Reakcje redoks
Redox obejmuje wiele najważniejszych procesów w przemyśle, technologii, przyrodzie ożywionej i nieożywionej: spalanie, korozję, fermentację, oddychanie wewnątrzkomórkowe, fotosyntezę i inne zjawiska.
Podczas kompilacji równań OVR współczynniki dobiera się za pomocą metody wagi elektronicznej, w której operuje się następującymi kategoriami:
- stany utlenienia;
- środek redukujący oddaje elektrony i jest utleniany;
- środek utleniający przyjmuje elektrony i jest redukowany;
- liczba danych elektronów musi być równa liczbie elektronów przyłączonych.
Przejęcie elektronów przez atom prowadzi do obniżenia jego stanu utlenienia (redukcji). Utracie jednego lub więcej elektronów przez atom towarzyszy wzrost stopnia utlenienia pierwiastka w wyniku reakcji. W przypadku OVR, przepływających między jonami silnych elektrolitów w roztworach wodnych, częściej stosuje się nie wagę elektroniczną, ale metodę połówkowych reakcji.
Zadanie określenia stopnia utlenienia może być zarówno prostą formalnością, jak i skomplikowaną zagadką. Przede wszystkim będzie to zależało od wzoru związku chemicznego, a także od dostępności elementarnej wiedzy z chemii i matematyki.
Znając podstawowe zasady i algorytm sekwencyjnie logicznych działań, które zostaną omówione w tym artykule, przy rozwiązywaniu tego typu problemów każdy z łatwością poradzi sobie z tym zadaniem. A po przeszkoleniu i nauce określania stopnia utlenienia różnych związków chemicznych możesz bezpiecznie podjąć się wyrównywania złożonych reakcji redoks metodą kompilacji wagi elektronicznej.
Pojęcie stanu utlenienia
Aby dowiedzieć się, jak określić stopień utlenienia, najpierw musisz dowiedzieć się, co oznacza ta koncepcja?
- Stopień utlenienia jest używany podczas rejestracji w reakcjach redoks, kiedy elektrony są przenoszone z atomu na atom.
- Stan utlenienia ustala liczbę przenoszonych elektronów, oznaczając warunkowy ładunek atomu.
- Stan utlenienia i wartościowość są często identyczne.
To oznaczenie jest napisane na górze pierwiastka chemicznego, w jego prawym rogu i jest liczbą całkowitą ze znakiem „+” lub „-”. Zerowa wartość stopnia utlenienia nie niesie ze sobą znaku.
Zasady określania stopnia utlenienia
Rozważ główne kanony określające stopień utlenienia:
- Proste pierwiastki, czyli takie, które składają się z jednego rodzaju atomów, zawsze będą miały zerowy stopień utlenienia. Na przykład Na0, H02, P04
- Istnieje wiele atomów, które zawsze mają jeden, stały stopień utlenienia. Lepiej zapamiętać wartości podane w tabeli.
- Jak widać, jedynym wyjątkiem jest wodór w połączeniu z metalami, gdzie uzyskuje nie charakterystyczny dla niego stan utlenienia „-1”.
- Tlen przyjmuje również stopień utlenienia „+2” w połączeniu chemicznym z fluorem i „-1” w kompozycjach nadtlenków, ponadtlenków lub ozonków, gdzie atomy tlenu są ze sobą połączone.
- Jony metali mają kilka wartości stopnia utlenienia (i tylko dodatnie), więc określają je sąsiednie pierwiastki w związku. Na przykład w FeCl3 chlor ma stopień utlenienia „-1”, ma 3 atomy, więc mnożymy -1 przez 3, otrzymujemy „-3”. Aby suma stopni utlenienia związku wynosiła „0”, żelazo musi mieć stopień utlenienia „+3”. We wzorze FeCl2 odpowiednio żelazo zmieni swój stopień na „+2”.
- Sumując matematycznie stany utlenienia wszystkich atomów we wzorze (z uwzględnieniem znaków), zawsze należy uzyskać wartość zero. Na przykład w kwasie solnym H + 1Cl-1 (+1 i -1 = 0) oraz w kwasie siarkowym H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 = +2 dla wodoru, +4 dla siarki i -2 * 3 = -6 dla tlenu; +6 i -6 dodają do 0).
- Stan utlenienia jonu jednoatomowego będzie równy jego ładunkowi. Na przykład: Na+, Ca+2.
- Najwyższy stopień utlenienia z reguły odpowiada liczbie grupy w układzie okresowym D.I. Mendelejewa.
Algorytm działań określania stopnia utlenienia
Kolejność znajdowania stopnia utlenienia nie jest skomplikowana, ale wymaga uwagi i pewnych działań.
Zadanie: Uporządkuj stany utlenienia w związku KMnO4
- Pierwszy pierwiastek, potas, ma stały stopień utlenienia „+1”.
Aby to sprawdzić, możesz spojrzeć na układ okresowy, w którym potas znajduje się w 1. grupie pierwiastków. - Z pozostałych dwóch pierwiastków tlen ma tendencję do przyjmowania stanu utlenienia „-2”.
- Otrzymujemy następujący wzór: K + 1MnxO4-2. Pozostaje określić stopień utlenienia manganu.
Tak więc x jest nieznanym nam stanem utlenienia manganu. Teraz ważne jest, aby zwrócić uwagę na liczbę atomów w związku.
Liczba atomów potasu wynosi 1, mangan - 1, tlen - 4.
Biorąc pod uwagę neutralność elektryczną cząsteczki, gdy całkowity (całkowity) ładunek wynosi zero,
1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1x+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(przy przekazywaniu zmień znak)
1x = +7, x = +7
Tak więc stopień utlenienia manganu w związku wynosi „+7”.
Zadanie: uporządkować stany utlenienia w związku Fe2O3.
- Tlen, jak wiadomo, ma stopień utlenienia „-2” i działa jako środek utleniający. Biorąc pod uwagę liczbę atomów (3), całkowita wartość tlenu wynosi „-6” (-2*3= -6), czyli pomnóż stopień utlenienia przez liczbę atomów.
- Aby zrównoważyć wzór i sprowadzić go do zera, 2 atomy żelaza będą miały stopień utlenienia „+3” (2*+3=+6).
- W sumie otrzymujemy zero (-6 i +6 = 0).
Zadanie: uporządkować stany utlenienia w związku Al(NO3)3.
- Atom glinu jest jeden i ma stały stopień utlenienia „+3”.
- W cząsteczce jest 9 (3*3) atomów tlenu, stopień utlenienia tlenu, jak wiadomo, wynosi „-2”, co oznacza, że mnożąc te wartości, otrzymujemy „-18”.
- Pozostaje wyrównać wartości ujemne i dodatnie, określając w ten sposób stopień utlenienia azotu. Brakuje -18 i +3, + 15. Biorąc pod uwagę, że są 3 atomy azotu, łatwo jest określić jego stopień utlenienia: podziel 15 przez 3 i otrzymaj 5.
- Stopień utlenienia azotu to „+5”, a wzór będzie wyglądał następująco: Al + 3 (N + 5O-23) 3
- Jeśli w ten sposób trudno jest określić pożądaną wartość, możesz układać i rozwiązywać równania:
1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5
Tak więc stopień utlenienia jest dość ważnym pojęciem w chemii, symbolizującym stan atomów w cząsteczce.
Bez znajomości pewnych przepisów lub zasad, które pozwalają poprawnie określić stopień utlenienia, nie można poradzić sobie z tym zadaniem. Dlatego jest tylko jeden wniosek: dokładnie zapoznać się i przestudiować zasady znajdowania stopnia utlenienia, jasno i zwięźle przedstawione w artykule oraz odważnie iść po trudnej ścieżce mądrości chemicznej.
W wielu podręcznikach i podręcznikach szkolnych uczą jak pisać wzory na wartościowości, nawet dla związków z wiązaniami jonowymi. Aby uprościć procedurę kompilacji formuł, jest to naszym zdaniem dopuszczalne. Ale musisz zrozumieć, że nie jest to całkowicie poprawne z powyższych powodów.
Bardziej uniwersalną koncepcją jest pojęcie stopnia utlenienia. Na podstawie wartości stopni utlenienia atomów, a także wartości walencji można zestawiać wzory chemiczne i spisywać jednostki wzorów.
Stan utlenienia to warunkowy ładunek atomu w cząstce (cząsteczka, jon, rodnik), obliczony w przybliżeniu, że wszystkie wiązania w cząstce są jonowe.
Przed określeniem stanów utlenienia konieczne jest porównanie elektroujemności atomów wiążących. Atom o wyższej elektroujemności ma ujemny stan utlenienia, podczas gdy atom o niższej elektroujemności ma dodatni.
W celu obiektywnego porównania wartości elektroujemności atomów przy obliczaniu stanów utlenienia, w 2013 roku IUPAC zalecił stosowanie skali Allena.
* Na przykład w skali Allena elektroujemność azotu wynosi 3,066, a chloru 2,869.
Zilustrujmy powyższą definicję przykładami. Stwórzmy wzór strukturalny cząsteczki wody.
Wiązania kowalencyjne polarne O-H pokazano na niebiesko.
Wyobraź sobie, że oba wiązania nie są kowalencyjne, ale jonowe. Gdyby były jonowe, jeden elektron przeszedłby z każdego atomu wodoru do bardziej elektroujemnego atomu tlenu. Te przejścia oznaczamy niebieskimi strzałkami.
*W tymNa przykład strzałka służy do zilustrowania całkowitego przeniesienia elektronów, a nie do zilustrowania efektu indukcyjnego.
Łatwo zauważyć, że liczba strzałek pokazuje liczbę przenoszonych elektronów, a ich kierunek - kierunek przenoszenia elektronów.
Dwie strzałki skierowane są na atom tlenu, co oznacza, że do atomu tlenu przechodzą dwa elektrony: 0 + (-2) = -2. Atom tlenu ma ładunek -2. Jest to stopień utlenienia tlenu w cząsteczce wody.
Jeden elektron opuszcza każdy atom wodoru: 0 - (-1) = +1. Oznacza to, że atomy wodoru mają stopień utlenienia +1.
Suma stanów utlenienia jest zawsze równa całkowitemu ładunkowi cząstki.
Na przykład suma stanów utlenienia w cząsteczce wody wynosi: +1(2) + (-2) = 0. Cząsteczka jest cząstką obojętną elektrycznie.
Jeśli policzymy stany utlenienia jonu, to suma odpowiednio stanów utlenienia jest równa jego ładunkowi.
Wartość stopnia utlenienia jest zwykle podana w prawym górnym rogu symbolu pierwiastka. Ponadto, znak jest napisany przed liczbą. Jeśli znak jest po liczbie, to jest to ładunek jonu.
Na przykład S -2 to atom siarki na stopniu utlenienia -2, S 2- to anion siarki o ładunku -2.
S +6 O -2 4 2- - wartości stanów utlenienia atomów w anionie siarczanowym (ładunek jonu jest zaznaczony na zielono).
Rozważmy teraz przypadek, w którym związek ma wiązania mieszane: Na 2 SO 4 . Wiązanie między anionem siarczanowym i kationami sodu jest jonowe, wiązania między atomem siarki i atomami tlenu w jonie siarczanowym są polarne kowalencyjnie. Zapisujemy wzór graficzny dla siarczanu sodu, a strzałki wskazują kierunek przejścia elektronów.
*Wzór strukturalny odzwierciedla kolejność wiązań kowalencyjnych w cząsteczce (cząsteczka, jon, rodnik). Wzory strukturalne stosuje się tylko dla cząstek z wiązaniami kowalencyjnymi. W przypadku cząstek z wiązaniami jonowymi pojęcie wzoru strukturalnego nie ma znaczenia. Jeśli w cząstce znajdują się wiązania jonowe, stosuje się wzór graficzny.
Widzimy, że sześć elektronów opuszcza centralny atom siarki, co oznacza, że stopień utlenienia siarki wynosi 0 - (-6) = +6.
Końcowe atomy tlenu przyjmują po dwa elektrony, co oznacza, że ich stopień utlenienia wynosi 0 + (-2) = -2
Mostkowe atomy tlenu przyjmują po dwa elektrony, ich stopień utlenienia wynosi -2.
Możliwe jest również określenie stopnia utlenienia za pomocą wzoru strukturalno-graficznego, gdzie kreski wskazują wiązania kowalencyjne, a jony wskazują ładunek.
W tym wzorze mostkowe atomy tlenu mają już jednostkowe ładunki ujemne i dodatkowy elektron dochodzi do nich z atomu siarki -1 + (-1) = -2, co oznacza, że ich stopień utlenienia wynosi -2.
Stan utlenienia jonów sodu jest równy ich ładunkowi, tj. +1.
Określmy stany utlenienia pierwiastków w nadtlenku (nadtlenku) potasu. Aby to zrobić, opracujemy graficzną formułę dla ponadtlenku potasu, pokażemy redystrybucję elektronów za pomocą strzałki. Wiązanie O-O jest kowalencyjne niepolarne, więc redystrybucja elektronów nie jest w nim wskazana.
* Anion ponadtlenkowy jest jonem rodnikowym. Formalny ładunek jednego atomu tlenu wynosi -1, a drugiego, z niesparowanym elektronem, wynosi 0.
Widzimy, że stan utlenienia potasu wynosi +1. Stopień utlenienia atomu tlenu zapisanego wzorem naprzeciwko potasu wynosi -1. Stopień utlenienia drugiego atomu tlenu wynosi 0.
W ten sam sposób można określić stopień utlenienia za pomocą wzoru strukturalno-graficznego.
Kółka wskazują formalne ładunki jonu potasu i jednego z atomów tlenu. W tym przypadku wartości ładunków formalnych pokrywają się z wartościami stanów utlenienia.
Ponieważ oba atomy tlenu w anionie ponadtlenkowym mają różne stopnie utlenienia, możemy obliczyć średnia arytmetyczna stopnia utlenienia tlen.
Będzie równy / 2 \u003d - 1/2 \u003d -0,5.
Wartości średnich arytmetycznych stanów utlenienia są zwykle podawane we wzorach brutto lub jednostkach formuły, aby pokazać, że suma stanów utlenienia jest równa całkowitemu ładunkowi układu.
Dla przypadku z ponadtlenkiem: +1 + 2(-0,5) = 0
Stopnie utlenienia można łatwo określić za pomocą wzorów punktów elektronowych, w których pojedyncze pary elektronów i elektrony wiązań kowalencyjnych są oznaczone kropkami.
Tlen jest pierwiastkiem grupy VIA, dlatego w jego atomie znajduje się 6 elektronów walencyjnych. Wyobraź sobie, że wiązania w cząsteczce wody są jonowe, w którym to przypadku atom tlenu otrzyma oktet elektronów.
Stan utlenienia tlenu jest odpowiednio równy: 6 - 8 \u003d -2.
A atomy wodoru: 1 - 0 = +1
Umiejętność określania stopnia utlenienia za pomocą wzorów graficznych jest nieoceniona dla zrozumienia istoty tego pojęcia, gdyż umiejętność ta będzie wymagana w toku chemii organicznej. Jeśli mamy do czynienia z substancjami nieorganicznymi, konieczna jest możliwość określenia stopnia utlenienia za pomocą wzorów cząsteczkowych i jednostek formuły.
Aby to zrobić, przede wszystkim musisz zrozumieć, że stany utlenienia są stałe i zmienne. Elementy, które wykazują stały stopień utlenienia, muszą być zapamiętane.
Każdy pierwiastek chemiczny charakteryzuje się wyższymi i niższymi stopniami utlenienia.
Najniższy stopień utlenienia to ładunek, który atom uzyskuje w wyniku przyjęcia maksymalnej liczby elektronów na zewnętrznej warstwie elektronowej.
W związku z tym najniższy stopień utlenienia jest ujemny, z wyjątkiem metali, których atomy nigdy nie przyjmują elektronów ze względu na niskie wartości elektroujemności. Metale mają najniższy stopień utlenienia równy 0.
Większość niemetali z głównych podgrup próbuje wypełnić swoją zewnętrzną warstwę elektronową do ośmiu elektronów, po czym atom uzyskuje stabilną konfigurację ( reguła oktetu). Dlatego, aby określić najniższy stopień utlenienia, konieczne jest zrozumienie, ile elektronów walencyjnych brakuje atomowi do oktetu.
Na przykład azot jest pierwiastkiem grupy VA, co oznacza, że w atomie azotu znajduje się pięć elektronów walencyjnych. Atom azotu to oktet o trzy elektrony. Zatem najniższy stopień utlenienia azotu to: 0 + (-3) = -3