بار رسمی یک اتم در ترکیبات یک کمیت کمکی است و معمولاً در توصیف خواص عناصر در شیمی استفاده می شود. این بار الکتریکی معمولی حالت اکسیداسیون است. ارزش آن در نتیجه بسیاری از فرآیندهای شیمیایی تغییر می کند. اگرچه بار رسمی است، اما به وضوح خواص و رفتار اتم ها را در واکنش های ردوکس (ORR) مشخص می کند.

اکسیداسیون و احیا

در گذشته شیمیدانان از اصطلاح "اکسیداسیون" برای توصیف برهمکنش اکسیژن با عناصر دیگر استفاده می کردند. نام واکنش ها از نام لاتین اکسیژن - Oxygenium گرفته شده است. بعدها مشخص شد که عناصر دیگر نیز اکسید می شوند. در این مورد، آنها کاهش می یابند - آنها الکترون به دست می آورند. هر اتم هنگام تشکیل یک مولکول، ساختار ظرفیت خود را تغییر می دهد پوسته الکترونی. در این مورد، یک بار رسمی ظاهر می شود که بزرگی آن به تعداد الکترون های معمولی داده شده یا پذیرفته شده بستگی دارد. برای توصیف این مقدار، قبلاً از اصطلاح شیمیایی انگلیسی "عدد اکسیداسیون" استفاده می شد که ترجمه شده به معنای "عدد اکسیداسیون" است. هنگام استفاده از آن، بر این فرض استوار است که الکترون های پیوند در مولکول ها یا یون ها به اتمی با مقدار الکترونگاتیوی (EO) بالاتر تعلق دارند. توانایی حفظ الکترون های خود و جذب آنها از اتم های دیگر به خوبی در نافلزات قوی (هالوژن ها، اکسیژن) بیان می شود. فلزات قوی (سدیم، پتاسیم، لیتیوم، کلسیم، سایر عناصر قلیایی و قلیایی خاکی) دارای خواص مخالف هستند.

تعیین حالت اکسیداسیون

حالت اکسیداسیون باری است که یک اتم به دست می آورد اگر الکترون های شرکت کننده در تشکیل پیوند به طور کامل به یک عنصر الکترونگاتیو تر منتقل شوند. موادی هستند که ندارند ساختار مولکولی(هالیدهای فلزات قلیایی و سایر ترکیبات). در این موارد، حالت اکسیداسیون با بار یون همزمان است. بار معمولی یا واقعی نشان می دهد که قبل از به دست آوردن وضعیت فعلی اتم ها چه فرآیندی رخ داده است. عدد اکسیداسیون مثبت تعداد کل الکترون هایی است که از اتم ها حذف شده اند. معنی منفیحالت اکسیداسیون برابر با تعداد الکترون های به دست آمده است. با تغییر در حالت اکسیداسیون عنصر شیمیاییقضاوت کنید که در طی واکنش چه اتفاقی برای اتم های آن می افتد (و بالعکس). رنگ یک ماده مشخص می کند که چه تغییراتی در حالت اکسیداسیون رخ داده است. ترکیبات کروم، آهن و تعدادی از عناصر دیگر که در آنها ظرفیت های متفاوتی از خود نشان می دهند، رنگ های متفاوتی دارند.

مقادیر حالت اکسیداسیون منفی، صفر و مثبت

مواد ساده توسط عناصر شیمیایی با مقدار EO یکسان تشکیل می شوند. در این حالت، الکترون های پیوندی به طور یکسان به تمام ذرات ساختاری تعلق دارند. در نتیجه، در مواد ساده، عناصر با حالت اکسیداسیون مشخص نمی شوند (H 0 2، O 0 2، C 0). وقتی اتم ها الکترون ها را می پذیرند یا ابر عمومی در جهت آنها جابه جا می شود، بارها معمولاً با علامت منفی نوشته می شوند. به عنوان مثال، F -1، O -2، C -4. با اهدای الکترون، اتم ها بار مثبت واقعی یا صوری پیدا می کنند. در اکسید OF2، اتم اکسیژن هر کدام یک الکترون به دو اتم فلوئور می دهد و در حالت اکسیداسیون O+2 قرار دارد. در یک مولکول یا یون چند اتمی، گفته می شود اتم های الکترونگاتیو بیشتر تمام الکترون های پیوند را دریافت می کنند.

گوگرد عنصری است که حالت های ظرفیت و اکسیداسیون متفاوتی را نشان می دهد

عناصر شیمیایی زیر گروه های اصلی اغلب ظرفیت کمتری برابر با هشتم از خود نشان می دهند. به عنوان مثال، ظرفیت گوگرد در سولفید هیدروژن و سولفیدهای فلز II است. یک عنصر با ظرفیت متوسط ​​و بالاترین در حالت برانگیخته مشخص می شود، زمانی که اتم یک، دو، چهار یا هر شش الکترون را رها می کند و به ترتیب ظرفیت های I، II، IV، VI را نشان می دهد. همین مقادیر، فقط با علامت منفی یا مثبت، حالت های اکسیداسیون گوگرد را دارند:

• در فلوئور سولفید یک الکترون اهدا می کند: -1;
• در سولفید هیدروژن کمترین مقدار: -2;
• در حالت میانی دی اکسید: +4;
• در تری اکسید، اسید سولفوریک و سولفات ها: +6.

گوگرد در بالاترین حالت اکسیداسیون خود فقط الکترون ها را می پذیرد و در حالت پایین تر، خاصیت کاهشی قوی از خود نشان می دهد. اتم های S+4 بسته به شرایط می توانند به عنوان عوامل کاهنده یا اکسید کننده در ترکیبات عمل کنند.

انتقال الکترون در واکنش های شیمیایی

هنگامی که یک کریستال تشکیل می شود نمک سفرهسدیم به کلر الکترونگاتیو تر الکترون اهدا می کند. حالت های اکسیداسیون عناصر با بار یون ها منطبق است: Na +1 Cl-1. برای مولکول‌هایی که با به اشتراک گذاشتن و جابجایی جفت‌های الکترون به یک اتم الکترونگاتیوتر ایجاد می‌شوند، فقط مفهوم بار رسمی قابل استفاده است. اما می توان فرض کرد که همه ترکیبات از یون تشکیل شده اند. سپس اتم‌ها با جذب الکترون‌ها، بار منفی مشروط به دست می‌آورند و با دفع آنها، بار مثبت می‌گیرند. در واکنش ها نشان می دهند که چند الکترون جابجا شده است. به عنوان مثال، در مولکول دی اکسید کربن C + 4 O - 2 2، شاخص نشان داده شده در گوشه سمت راست بالای نماد شیمیایی کربن، تعداد الکترون های حذف شده از اتم را منعکس می کند. اکسیژن موجود در این ماده با حالت اکسیداسیون 2- مشخص می شود. شاخص مربوطه در علامت شیمیایی O تعداد الکترون های اضافه شده در اتم است.

نحوه محاسبه حالت های اکسیداسیون

شمارش تعداد الکترون های اهدایی و به دست آمده توسط اتم ها می تواند زمان بر باشد. قوانین زیر این کار را آسان تر می کند:

1. در مواد ساده، حالت های اکسیداسیون صفر است.
2. مجموع اکسیداسیون تمام اتم ها یا یون ها در یک ماده خنثی صفر است.
3. در یک یون کمپلکس، مجموع حالت های اکسیداسیون همه عناصر باید با بار کل ذره مطابقت داشته باشد.
4. یک اتم الکترونگاتیو تر حالت اکسیداسیون منفی پیدا می کند که با علامت منفی نوشته می شود.
5. عناصر الکترونگاتیو کمتر حالت اکسیداسیون مثبت دریافت می کنند و با علامت مثبت نوشته می شوند.
6. اکسیژن به طور کلی حالت اکسیداسیون 2- را نشان می دهد.
7. برای هیدروژن، مقدار مشخصه: +1 است؛ در هیدریدهای فلزی یافت می شود: H-1.
8. فلوئور الکترونگاتیوترین عنصر از همه عناصر است و حالت اکسیداسیون آن همیشه -4 است.
9. برای اکثر فلزات، اعداد اکسیداسیون و ظرفیت یکسان است.

حالت اکسیداسیون و ظرفیت

بیشتر ترکیبات در نتیجه فرآیندهای ردوکس تشکیل می شوند. انتقال یا جابجایی الکترون ها از یک عنصر به عنصر دیگر منجر به تغییر در حالت اکسیداسیون و ظرفیت آنها می شود. اغلب این مقادیر منطبق هستند. عبارت " ظرفیت الکتروشیمیایی " را می توان به عنوان مترادف اصطلاح "حالت اکسیداسیون" استفاده کرد. اما استثناهایی وجود دارد، به عنوان مثال، در یون آمونیوم، نیتروژن چهار ظرفیتی است. در عین حال اتم این عنصر در حالت اکسیداسیون -3 قرار دارد. در مواد آلی، کربن همیشه چهار ظرفیتی است، اما حالت های اکسیداسیون اتم C در متان CH 4، الکل فرمیک CH 3 OH و اسید HCOOH مقادیر متفاوتی دارند: -4، -2 و +2.

واکنش های ردوکس

فرآیندهای ردوکس شامل بسیاری از مهمترین فرآیندها در صنعت، فناوری، طبیعت زنده و بی جان است: احتراق، خوردگی، تخمیر، تنفس درون سلولی، فتوسنتز و سایر پدیده ها.

هنگام تدوین معادلات OVR، ضرایب با استفاده از روش تراز الکترونیکی انتخاب می شوند که با دسته های زیر عمل می کند:

• حالت های اکسیداسیون؛
• عامل کاهنده الکترون ها را رها می کند و اکسید می شود.
• عامل اکسید کننده الکترون ها را می پذیرد و کاهش می یابد.
• تعداد الکترون های داده شده باید برابر با تعداد الکترون های اضافه شده باشد.

جذب الکترون توسط یک اتم منجر به کاهش حالت اکسیداسیون آن (کاهش) می شود. از دست دادن یک یا چند الکترون توسط یک اتم با افزایش عدد اکسیداسیون عنصر در نتیجه واکنش ها همراه است. برای ORR که بین یون های الکترولیت های قوی در جریان است محلول آبی، اغلب آنها نه از تراز الکترونیکی، بلکه از روش نیمه واکنش استفاده می کنند.

برای قرار دادن صحیح حالت های اکسیداسیون، باید چهار قانون را در نظر داشته باشید.

1) ب موضوع سادهحالت اکسیداسیون هر عنصر 0 است. مثالها: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) باید عناصری را که مشخص هستند به خاطر بسپارید حالت های اکسیداسیون ثابت. همه آنها در جدول ذکر شده است.

3) بالاترین حالت اکسیداسیون یک عنصر، به طور معمول، با تعداد گروهی که عنصر در آن قرار دارد منطبق است (به عنوان مثال، فسفر در گروه V است، بالاترین s.d. فسفر 5+ است). استثناهای مهم: F, O.

4) جستجوی حالت های اکسیداسیون عناصر دیگر بر اساس آن است قانون ساده:

در یک مولکول خنثی، مجموع حالت های اکسیداسیون همه عناصر صفر است و در یک یون - بار یون.

چند مثال ساده برای تعیین حالت های اکسیداسیون

مثال 1. یافتن حالت های اکسیداسیون عناصر در آمونیاک (NH 3) ضروری است.

راه حل. ما قبلاً می دانیم (نگاه کنید به 2) که هنر. خوب. هیدروژن +1 است. باقی مانده است که این ویژگی برای نیتروژن پیدا شود. اجازه دهید x حالت اکسیداسیون مورد نظر باشد. ما ساده ترین معادله را ایجاد می کنیم: x + 3 (+1) = 0. جواب واضح است: x = -3. پاسخ: N -3 H 3 +1.

مثال 2. حالت های اکسیداسیون تمام اتم های مولکول H 2 SO 4 را نشان دهید.

راه حل. حالت های اکسیداسیون هیدروژن و اکسیژن قبلاً شناخته شده است: H(+1) و O(-2). ما یک معادله برای تعیین وضعیت اکسیداسیون گوگرد ایجاد می کنیم: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0. حل معادله داده شده، پیدا می کنیم: x = +6. پاسخ: H +1 2 S +6 O -2 4.

مثال 3. حالت های اکسیداسیون تمام عناصر موجود در مولکول Al(NO 3) 3 را محاسبه کنید.

راه حل. الگوریتم بدون تغییر باقی می ماند. ترکیب "مولکول" نیترات آلومینیوم شامل یک اتم Al (3+)، 9 اتم اکسیژن (-2) و 3 اتم نیتروژن است که باید حالت اکسیداسیون آن را محاسبه کنیم. معادله مربوطه: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. پاسخ: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

مثال 4. حالت های اکسیداسیون همه اتم ها را در یون (AsO 4) 3- تعیین کنید.

راه حل. در این حالت، مجموع حالت های اکسیداسیون دیگر برابر با صفر نخواهد بود، بلکه برابر با بار یون، یعنی 3- خواهد بود. معادله: x + 4 (-2) = -3. پاسخ: As(+5)، O(-2).

اگر حالت اکسیداسیون دو عنصر ناشناخته باشد چه باید کرد؟

آیا می توان با استفاده از یک معادله مشابه، حالت های اکسیداسیون چندین عنصر را همزمان تعیین کرد؟ اگر این مسئله را از منظر ریاضی در نظر بگیریم، پاسخ منفی خواهد بود. معادله خطیبا دو متغیر نمی تواند یک راه حل منحصر به فرد داشته باشد. اما ما بیشتر از یک معادله را حل می کنیم!

مثال 5. حالت های اکسیداسیون همه عناصر موجود در (NH 4) 2 SO 4 را تعیین کنید.

راه حل. حالت های اکسیداسیون هیدروژن و اکسیژن مشخص است، اما گوگرد و نیتروژن مشخص نیست. یک مثال کلاسیک از یک مشکل با دو مجهول! ما سولفات آمونیوم را نه به عنوان یک "مولکول"، بلکه به عنوان ترکیبی از دو یون در نظر خواهیم گرفت: NH 4 + و SO 4 2-. بارهای یون ها برای ما شناخته شده است، هر یک از آنها فقط دارای یک اتم با حالت اکسیداسیون ناشناخته است. با استفاده از تجربه به دست آمده در حل مسائل قبلی، می توانیم به راحتی حالت های اکسیداسیون نیتروژن و گوگرد را پیدا کنیم. جواب: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

نتیجه گیری: اگر یک مولکول حاوی چندین اتم با حالت اکسیداسیون ناشناخته است، سعی کنید مولکول را به چند قسمت تقسیم کنید.

نحوه ترتیب دادن حالت های اکسیداسیون در ترکیبات آلی

مثال 6. حالت های اکسیداسیون همه عناصر را در CH 3 CH 2 OH نشان دهید.

راه حل. یافتن حالت های اکسیداسیون در ترکیبات آلیمشخصات خاص خودش را دارد به طور خاص، لازم است به طور جداگانه حالت های اکسیداسیون برای هر اتم کربن پیدا شود. می توانید به صورت زیر استدلال کنید. به عنوان مثال، اتم کربن در گروه متیل را در نظر بگیرید. این اتم C به 3 اتم هیدروژن و یک اتم کربن همسایه متصل است. توسط اتصالات S-Nچگالی الکترون به سمت اتم کربن تغییر می کند (زیرا الکترونگاتیوی C از EO هیدروژن بیشتر است). اگر این جابجایی کامل بود، اتم کربن بار 3- را به دست می آورد.

اتم C در گروه -CH 2 OH به دو اتم هیدروژن (تغییر چگالی الکترون به سمت C)، یک اتم اکسیژن (تغییر چگالی الکترون به سمت O) و یک اتم کربن (می توان فرض کرد که تغییر در چگالی الکترون در این مورد اتفاق نمی افتد). حالت اکسیداسیون کربن -2 +1 +0 = -1 است.

پاسخ: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.

مفاهیم "ظرفیت" و "وضعیت اکسیداسیون" را با هم اشتباه نگیرید!

عدد اکسایش اغلب با ظرفیت اشتباه گرفته می شود. این اشتباه را نکن من تفاوت های اصلی را لیست می کنم:

• حالت اکسیداسیون علامت (+ یا -) دارد، ظرفیت ندارد.
• حالت اکسیداسیون می تواند حتی در صفر باشد ماده پیچیده، ظرفیت برابر با صفر به طور معمول به این معنی است که یک اتم از یک عنصر معین به اتم های دیگر متصل نیست (ما در اینجا به هیچ نوع ترکیبات گنجانده شده و سایر "غیر طبیعی" نمی پردازیم).
• حالت اکسیداسیون یک مفهوم رسمی است که فقط در ارتباط با آن معنای واقعی پیدا می کند پیوندهای یونیبرعکس، مفهوم "ظرفیت" به راحتی در رابطه با ترکیبات کووالانسی اعمال می شود.

حالت اکسیداسیون (به طور دقیق تر، مدول آن) اغلب از نظر عددی برابر با ظرفیت است، اما حتی بیشتر اوقات این مقادیر با هم منطبق نیستند. به عنوان مثال، حالت اکسیداسیون کربن در CO 2 +4 است. ظرفیت C نیز برابر با IV است. اما در متانول (CH 3 OH) ظرفیت کربن ثابت می ماند و حالت اکسیداسیون C برابر با 1- است.

تست کوتاه با موضوع "وضعیت اکسیداسیون"

چند دقیقه وقت بگذارید تا درک خود را از این موضوع بررسی کنید. شما باید به پنج سوال ساده پاسخ دهید. موفق باشید!

عنصر شیمیایی در یک ترکیب، با این فرض که همه پیوندها یونی هستند محاسبه می شود.

حالت های اکسیداسیون می توانند مقدار مثبت، منفی یا صفر داشته باشند، بنابراین جمع جبریحالت اکسیداسیون عناصر در یک مولکول با در نظر گرفتن تعداد اتم های آنها برابر با 0 و در یک یون - بار یون است.

1. حالت اکسیداسیون فلزات در ترکیبات همیشه مثبت است.

2. بالاترین حالت اکسیداسیون مربوط به تعداد گروه جدول تناوبی است که عنصر در آن قرار دارد (استثناها عبارتند از: او +3(گروه من) مس +2(II)، از گروه VIII حالت اکسیداسیون +8 را فقط در اسمیم می توان یافت Osو روتنیم Ru.

3. حالت های اکسیداسیون غیر فلزات بستگی به این دارد که به کدام اتم متصل است:

• اگر با یک اتم فلز باشد، حالت اکسیداسیون منفی است.
• اگر با یک اتم غیر فلزی باشد، حالت اکسیداسیون می تواند مثبت یا منفی باشد. بستگی به الکترونگاتیوی اتم های عناصر دارد.

4. بالاترین حالت اکسیداسیون منفی غیر فلزات را می توان با کم کردن از 8 تعداد گروهی که عنصر در آن قرار دارد تعیین کرد. بالاترین حالت اکسیداسیون مثبت برابر با تعداد الکترون در هر است لایه خارجی، که مربوط به شماره گروه است.

5. حالات اکسیداسیون مواد ساده بدون توجه به فلز یا غیرفلز بودن 0 است.

عناصر با حالت اکسیداسیون ثابت.

عنصر	حالت اکسیداسیون مشخصه	استثناها
		هیدریدهای فلزی: LIH -1
		حالت اکسیداسیونبار شرطی یک ذره را با این فرض که پیوند کاملاً شکسته شده است (یک ویژگی یونی دارد) نامیده می شود. اچ- Cl = اچ + + Cl - , تماس در اسید هیدروکلریکقطبی کووالانسی جفت الکترون بیشتر به سمت اتم جابجا می شود Cl - ، زیرا عنصر الکترونگاتیو تری است. چگونه می توان وضعیت اکسیداسیون را تعیین کرد؟ الکترونگاتیویتوانایی اتم ها برای جذب الکترون از عناصر دیگر است. عدد اکسیداسیون در بالای عنصر نشان داده شده است: برادر 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,ک + Cl - و غیره. می تواند منفی و مثبت باشد. حالت اکسیداسیون یک ماده ساده (بی بند، حالت آزاد) صفر است. حالت اکسیداسیون اکسیژن برای اکثر ترکیبات 2- است (به استثنای پراکسیدها H 2 O 2، که در آن برابر است با -1 و ترکیبات با فلوئور - O +2 اف 2 -1 , O 2 +1 اف 2 -1 ). - حالت اکسیداسیونیک یون تک اتمی ساده برابر با بار آن است: Na + , حدود +2 . هیدروژن در ترکیبات آن حالت اکسیداسیون 1+ دارد (استثناء هیدریدها هستند - Na + اچ - و اتصالات را تایپ کنید سی +4 اچ 4 -1 ). در پیوندهای فلزی-غیر فلزی، حالت اکسیداسیون منفی اتمی است که الکترونگاتیوی بیشتری دارد (داده‌های الکترونگاتیوی در مقیاس پالینگ آورده شده است): اچ + اف - , مس + برادر - , حدود +2 (نه 3 ) - و غیره. قوانین تعیین درجه اکسیداسیون در ترکیبات شیمیایی. بیایید اتصال را بگیریم KMnO 4 , تعیین وضعیت اکسیداسیون اتم منگنز ضروری است. استدلال: پتاسیم - فلز قلیایی، در گروه I جدول تناوبی قرار دارد و بنابراین فقط حالت اکسیداسیون مثبت 1+ دارد. همانطور که مشخص است اکسیژن در اکثر ترکیبات خود حالت اکسیداسیون 2- دارد. این ماده یک پراکسید نیست، یعنی از این قاعده مستثنی نیست. معادله را می سازد: K+Mn X O 4 -2 اجازه دهید ایکس- وضعیت اکسیداسیون منگنز برای ما ناشناخته است. تعداد اتم های پتاسیم 1، منگنز - 1، اکسیژن - 4 است. ثابت شده است که مولکول به عنوان یک کل از نظر الکتریکی خنثی است، بنابراین بار کل آن باید صفر باشد. 1*(+1) + 1*(ایکس) + 4(-2) = 0, X = +7، این بدان معنی است که حالت اکسیداسیون منگنز در پرمنگنات پتاسیم = +7 است. بیایید مثال دیگری از یک اکسید را در نظر بگیریم Fe2O3. تعیین وضعیت اکسیداسیون اتم آهن ضروری است. استدلال: آهن یک فلز است، اکسیژن یک غیر فلز است، به این معنی که اکسیژن یک عامل اکسید کننده خواهد بود و دارای بار منفی است. می دانیم که اکسیژن حالت اکسیداسیون 2- دارد. ما تعداد اتم ها را می شماریم: آهن - 2 اتم، اکسیژن - 3. ما یک معادله ایجاد می کنیم که در آن ایکس- حالت اکسیداسیون اتم آهن: 2*(X) + 3*(-2) = 0، نتیجه گیری: حالت اکسیداسیون آهن در این اکسید 3+ است. مثال ها.حالت های اکسیداسیون تمام اتم های مولکول را تعیین کنید. 1. K2Cr2O7. حالت اکسیداسیون K +1، اکسیژن O -2. شاخص های داده شده: O=(-2)×7=(-14)، K=(+1)×2=(+2). زیرا مجموع جبری حالت های اکسیداسیون عناصر در یک مولکول با در نظر گرفتن تعداد اتم های آنها برابر با 0 است، سپس تعداد حالت های اکسیداسیون مثبت برابر با تعداد منفی است. حالت های اکسیداسیون K+O=(-14)+(+2)=(-12). از این نتیجه می شود که اتم کروم دارای 12 قدرت مثبت است، اما 2 اتم در مولکول وجود دارد، به این معنی که در هر اتم (12+) وجود دارد: 2 = (6+). پاسخ: K 2 + Cr 2 + 6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3- . در این حالت، مجموع حالت های اکسیداسیون دیگر برابر با صفر نخواهد بود، بلکه برابر با بار یون خواهد بود، یعنی. - 3. بیایید یک معادله بسازیم: x+4×(- 2)= - 3 . پاسخ: (As +5 O 4 -2) 3- .

آماده سازی شیمی برای سرطان و DPA
نسخه جامع

بخش و

شیمی عمومی

پیوند شیمیایی و ساختار مواد

حالت اکسیداسیون

حالت اکسیداسیون، بار مشروط روی یک اتم در یک مولکول یا کریستال است که وقتی همه پیوندهای قطبی ایجاد شده توسط آن ماهیت یونی داشته باشند، روی آن ایجاد می شود.

بر خلاف ظرفیت، حالت های اکسیداسیون می تواند مثبت، منفی یا صفر باشد. در ترکیبات یونی ساده، حالت اکسیداسیون با بارهای یون ها منطبق است. به عنوان مثال، در کلرید سدیم NaCl (Na + Cl - ) سدیم حالت اکسیداسیون 1+ و کلر -1 در اکسید کلسیم CaO (Ca +2 O -2) دارد.کلسیم حالت اکسیداسیون +2 و اکسیسن -2 را نشان می دهد. این قانون برای همه اکسیدهای پایه اعمال می شود: حالت اکسیداسیون یک عنصر فلزی برابر با بار یون فلز است (سدیم +1، باریم +2، آلومینیوم +3) و حالت اکسیداسیون اکسیژن 2- است. حالت اکسیداسیون با اعداد عربی نشان داده می شود که مانند ظرفیت بالای نماد عنصر قرار می گیرند و ابتدا علامت بار و سپس مقدار عددی آن نشان داده می شود:

اگر مدول حالت اکسیداسیون برابر با یک باشد، می توان عدد "1" را حذف کرد و فقط علامت را می توان نوشت: Na + Cl - .

عدد اکسایش و ظرفیت مفاهیم مرتبط هستند. در بسیاری از ترکیبات، قدر مطلق حالت اکسیداسیون عناصر با ظرفیت آنها منطبق است. با این حال، موارد زیادی وجود دارد که ظرفیت با حالت اکسیداسیون متفاوت است.

در مواد ساده - غیر فلزات، یک پیوند غیر قطبی کووالانسی وجود دارد؛ جفت الکترون مشترک به یکی از اتم ها جابه جا می شود، بنابراین وضعیت اکسیداسیون عناصر در مواد ساده همیشه صفر است. اما اتم ها به یکدیگر متصل هستند، یعنی ظرفیت خاصی از خود نشان می دهند، به عنوان مثال، در اکسیژن ظرفیت اکسیژن II است و در نیتروژن ظرفیت نیتروژن III است:

در مولکول پراکسید هیدروژن، ظرفیت اکسیژن نیز II است و ظرفیت هیدروژن I است:

تعریف درجات ممکن اکسیداسیون عناصر

حالت های اکسیداسیون که عناصر می توانند در ترکیبات مختلف نشان دهند را می توان در بیشتر موارد با ساختار سطح الکترونیکی بیرونی یا مکان عنصر در آن تعیین کرد. جدول تناوبی.

اتم های عناصر فلزی فقط می توانند الکترون اهدا کنند، بنابراین حالت های اکسیداسیون مثبت را در ترکیبات نشان می دهند. قدر مطلق آن در بسیاری از موارد (به جزد -elements) برابر است با تعداد الکترون ها در سطح بیرونی، یعنی تعداد گروه در جدول تناوبی. اتم هاد -عناصر همچنین می توانند الکترون هایی را از سطح بالاتر، یعنی از پر نشده، اهدا کنندد -اوربیتال ها بنابراین براید عناصر، تعیین تمام حالت های اکسیداسیون ممکن بسیار دشوارتر از برای s- و عناصر p به جرات می توان گفت که اکثریتد - عناصر به دلیل الکترون های سطح الکترونیکی بیرونی، حالت اکسیداسیون 2+ را نشان می دهند حداکثر درجهاکسیداسیون در اکثر موارد برابر با عدد گروه است.

بسته به اینکه با کدام اتم عنصر پیوند برقرار می کنند، اتم های عناصر غیرفلزی می توانند هم حالت اکسیداسیون مثبت و هم منفی را نشان دهند. اگر عنصری الکترونگاتیو بیشتر باشد، حالت اکسیداسیون منفی نشان می دهد و اگر الکترونگاتیو کمتر باشد، حالت اکسیداسیون مثبت نشان می دهد.

قدر مطلق حالت اکسیداسیون عناصر غیر فلزی را می توان با ساختار لایه الکترونیکی بیرونی تعیین کرد. یک اتم قادر است آنقدر الکترون بپذیرد که هشت الکترون در سطح بیرونی آن قرار دارد: عناصر غیرفلزی گروه VII یک الکترون را می پذیرند و حالت اکسیداسیون -1 را نشان می دهند، گروه VI - دو الکترون و حالت اکسیداسیون - را نشان می دهند. 2 و غیره

عناصر غیر فلزی قابلیت پخش شدن دارند عدد متفاوتالکترون‌ها: حداکثر به اندازه‌ای که در قسمت بیرونی قرار دارند سطح انرژی. به عبارت دیگر حداکثر حالت اکسیداسیون عناصر غیرفلزی برابر با عدد گروه است. با توجه به گردش الکترون ها در سطح بیرونی اتم ها، تعداد الکترون های جفت نشده ای که یک اتم می تواند به آنها اهدا کند. واکنش های شیمیایی، می تواند متفاوت باشد، بنابراین عناصر غیر فلزی قادر به تشخیص متفاوت هستند مقادیر میانیدرجه اکسیداسیون

حالات اکسیداسیون احتمالیعناصر s و p

گروه پی اس
بالاترین حالت اکسیداسیون
مدرک متوسطهاکسیداسیون
حالت اکسیداسیون پایین تر

تعیین حالت های اکسیداسیون در ترکیبات

هر مولکول الکتریکی خنثی، بنابراین مجموع حالت های اکسیداسیون اتم های همه عناصر باید برابر با صفر باشد. اجازه دهید درجه اکسیداسیون در گوگرد (I) را تعیین کنیم. V) اکسید SO 2 تاوفسفر (V) سولفید P 2 S 5.

اکسید گوگرد (I V) SO 2 توسط اتم های دو عنصر تشکیل شده است. از این میان، اکسیژن بیشترین الکترونگاتیوی را دارد، بنابراین اتم‌های اکسیژن حالت اکسیداسیون منفی خواهند داشت. برای اکسیژن برابر با 2- است. در این حالت گوگرد دارای حالت اکسیداسیون مثبت است. گوگرد می تواند حالت های اکسیداسیون مختلفی را در ترکیبات مختلف از خود نشان دهد، بنابراین در این مورد باید محاسبه شود. در یک مولکول SO 2 دو اتم اکسیژن با حالت اکسیداسیون 2-، بنابراین بار کل اتم های اکسیژن -4 است. برای اینکه مولکول از نظر الکتریکی خنثی باشد، اتم گوگرد باید بار هر دو اتم اکسیژن را به طور کامل خنثی کند، بنابراین حالت اکسیداسیون گوگرد +4 است:

در مولکول فسفر وجود دارد ( V) سولفید P 2 S 5 عنصر الکترونگاتیوتر گوگرد است، یعنی حالت اکسیداسیون منفی دارد و فسفر حالت اکسیداسیون مثبت دارد. برای گوگرد، حالت اکسیداسیون منفی تنها 2 است. پنج اتم گوگرد با هم دارای بار منفی 10- هستند. بنابراین دو اتم فسفر باید این بار را با بار کلی 10+ خنثی کنند. از آنجایی که دو اتم فسفر در مولکول وجود دارد، هر کدام باید حالت اکسیداسیون 5+ داشته باشند:

محاسبه حالت اکسیداسیون در ترکیبات غیر دوتایی - نمک ها، بازها و اسیدها دشوارتر است. اما برای این کار باید از اصل خنثی بودن الکتریکی نیز استفاده کنید و همچنین به یاد داشته باشید که در اکثر ترکیبات حالت اکسیداسیون اکسیژن -2 و هیدروژن +1 است.

بیایید با استفاده از سولفات پتاسیم به عنوان مثال به این موضوع نگاه کنیم. K2SO4. حالت اکسیداسیون پتاسیم در ترکیبات فقط می تواند 1+ و اکسیژن -2 باشد:

با استفاده از اصل خنثی بودن الکتریکی، حالت اکسیداسیون گوگرد را محاسبه می کنیم:

2 (+1) + 1 (x) + 4 (-2) = 0، از آنجا x = +6.

هنگام تعیین حالت اکسیداسیون عناصر در ترکیبات، قوانین زیر باید رعایت شود:

1. حالت اکسیداسیون یک عنصر در یک ماده ساده صفر است.

2. فلوئور الکترونگاتیوترین عنصر شیمیایی است، بنابراین حالت اکسیداسیون فلوئور در همه ترکیبات برابر با 1- است.

3. اکسیژن الکترونگاتیوترین عنصر بعد از فلوئور است، بنابراین حالت اکسیداسیون اکسیژن در همه ترکیبات به جز فلوریدها منفی است: در بیشتر موارد 2- و در پراکسیدها -1 است.

4. حالت اکسیداسیون هیدروژن در اکثر ترکیبات +1 و در ترکیبات دارای عناصر فلزی (هیدریدها) -1- است.

5. حالت اکسیداسیون فلزات در ترکیبات همیشه مثبت است.

6. عنصر الکترونگاتیو تر همیشه حالت اکسیداسیون منفی دارد.

7. مجموع حالت های اکسیداسیون تمام اتم های یک مولکول صفر است.

برای توصیف وضعیت عناصر در ترکیبات، مفهوم حالت اکسیداسیون معرفی شد.

تعریف

به تعداد الکترونهای جابجا شده از یک اتم یک عنصر معین یا به یک اتم عنصر معین در یک ترکیب گفته می شود. حالت اکسیداسیون.

حالت اکسیداسیون مثبت تعداد الکترون هایی را نشان می دهد که از یک اتم معین جابجا شده اند و حالت اکسیداسیون منفی نشان دهنده تعداد الکترون هایی است که به سمت یک اتم معین جابجا شده اند.

از این تعریف چنین برمی‌آید که در ترکیبات دارای پیوندهای غیرقطبی، حالت اکسیداسیون عناصر صفر است. نمونه هایی از این ترکیبات مولکول هایی هستند که از اتم های یکسان تشکیل شده اند (N 2، H 2، Cl 2).

حالت اکسیداسیون فلزات در حالت عنصری صفر است، زیرا توزیع چگالی الکترون در آنها یکنواخت است.

در ترکیبات یونی ساده، حالت اکسیداسیون عناصر تشکیل دهنده آنها برابر است شارژ الکتریکی، از آنجایی که در طول تشکیل این ترکیبات، انتقال تقریباً کامل الکترون ها از یک اتم به اتم دیگر انجام می شود: Na +1 I -1، Mg +2 Cl -1 2، Al +3 F -1 3، Zr +4 Br - 1 4.

هنگام تعیین درجه اکسیداسیون عناصر در ترکیبات با قطب پیوندهای کووالانسیمقادیر الکترونگاتیوی آنها را مقایسه کنید. از زمان تحصیل پیوند شیمیاییالکترون‌ها به اتم‌های عناصر الکترونگاتیو بیشتری جابه‌جا می‌شوند، سپس دومی در ترکیبات حالت اکسیداسیون منفی دارند.

بالاترین حالت اکسیداسیون

برای عناصری که حالت های اکسیداسیون متفاوتی را در ترکیبات خود نشان می دهند، مفاهیم بالاترین (حداکثر مثبت) و کمترین (حداقل منفی) حالت های اکسیداسیون وجود دارد. بالاترین حالت اکسیداسیون یک عنصر شیمیایی معمولاً از نظر عددی با عدد گروه در جدول تناوبی مندلیف منطبق است. استثناها فلوئور (وضعیت اکسیداسیون 1- است و عنصر در گروه VIIA قرار دارد)، اکسیژن (وضعیت اکسیداسیون 2+ و عنصر در گروه VIA قرار دارد)، هلیوم، نئون، آرگون (وضعیت اکسیداسیون 0 است، و عناصر در گروه VIII قرار دارند) و همچنین عناصر زیرگروه کبالت و نیکل (وضعیت اکسیداسیون 2+ است و عناصر در گروه VIII قرار دارند) که برای آنها بالاترین درجهاکسیداسیون با عددی بیان می شود که مقدار آن کمتر از تعداد گروهی است که به آن تعلق دارند. عناصر زیر گروه مس، برعکس، بالاترین حالت اکسیداسیون را دارند بیش از یکی، اگرچه به گروه I تعلق دارند (حداکثر حالت اکسیداسیون مثبت مس و نقره +2، طلا +3 است).

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

پاسخ ما به طور متناوب درجه اکسیداسیون گوگرد را در هر یک از طرح های تبدیل پیشنهادی تعیین می کنیم و سپس پاسخ صحیح را انتخاب می کنیم.

• در سولفید هیدروژن، حالت اکسیداسیون گوگرد (-2) و در یک ماده ساده - گوگرد - 0 است:

تغییر در حالت اکسیداسیون گوگرد: -2 → 0، یعنی. پاسخ ششم

• در یک ماده ساده - گوگرد - حالت اکسیداسیون گوگرد 0 است و در SO 3 - (+6):

تغییر در حالت اکسیداسیون گوگرد: 0 → +6، یعنی. گزینه چهارم پاسخ

• در اسید گوگرد، حالت اکسیداسیون گوگرد (+4) و در یک ماده ساده - گوگرد - 0 است:

1×2 +x+ 3×(-2) =0;

تغییر در حالت اکسیداسیون گوگرد: +4 → 0، یعنی. گزینه سوم پاسخ

مثال 2

ورزش	نیتروژن ظرفیت III و حالت اکسیداسیون (-3) را در ترکیب نشان می دهد: a) N 2 H 4 . ب) NH 3; ج) NH 4 Cl; د) N 2 O 5
راه حل	به منظور پاسخ صحیح به سوال مطرح شده، به طور متناوب ظرفیت و حالت اکسیداسیون نیتروژن را در ترکیبات پیشنهادی تعیین می کنیم. الف) ظرفیت هیدروژن همیشه برابر با I است. تعداد کلواحد ظرفیت هیدروژن برابر با 4 (1×4 = 4) است. اجازه دهید مقدار به دست آمده را بر تعداد اتم های نیتروژن در مولکول تقسیم کنیم: 4/2 = 2، بنابراین، ظرفیت نیتروژن II است. این گزینه پاسخ نادرست است. ب) ظرفیت هیدروژن همیشه برابر با I است. تعداد کل واحدهای ظرفیت هیدروژن برابر با 3 است (1 × 3 = 3). اجازه دهید مقدار به دست آمده را بر تعداد اتم های نیتروژن در مولکول تقسیم کنیم: 3/1 = 2، بنابراین، ظرفیت نیتروژن III است. درجه اکسیداسیون نیتروژن در آمونیاک (3-): این جواب درست است.
پاسخ	گزینه (ب)