Za određivanje uvjetnog naboja atoma u redoks reakcijama koristite tablicu oksidacije kemijskih elemenata. Ovisno o svojstvima atoma, element može pokazivati ​​pozitivno ili negativno oksidacijsko stanje.

Što je oksidacijski broj

Uvjetni naboj atoma elemenata u složenim tvarima naziva se oksidacijskim stanjem. Vrijednost naboja atoma bilježi se u redoks reakcijama kako bi se razumjelo koji je element redukcijsko sredstvo, a koji oksidacijsko sredstvo.

Oksidacijsko stanje povezano je s elektronegativnošću, koja pokazuje sposobnost atoma da prihvate ili predaju elektrone. Što je veća vrijednost elektronegativnosti, to je veća sposobnost atoma da gubi elektrone u reakcijama.

Riža. 1. Serije elektronegativnosti.

Oksidacijsko stanje može imati tri vrijednosti:

• nula- atom miruje (sve jednostavne tvari imaju oksidacijski stupanj 0);
• pozitivan- atom predaje elektrone i redukcijsko je sredstvo (svi metali, neki nemetali);
• negativan- atom prima elektrone i oksidacijsko je sredstvo (većina nemetala).

Na primjer, oksidacijska stanja u reakciji natrija s klorom su sljedeća:

2Na 0 + Cl 2 0 → 2Na +1 Cl -1

U reakciji metala s nemetalima, metal je uvijek redukcijsko sredstvo, a nemetal je oksidacijsko sredstvo.

Kako odrediti

Postoji tablica koja prikazuje sva moguća oksidacijska stanja elemenata.

Ime	Simbol	Oksidacijsko stanje
Berilijum
		1, 0, +1, +2, +3
		4, -3, -2, -1, 0, +2, +4
		3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5
Kisik		2, -1, 0, +1, +2
Aluminij
		1, 0, +1, +3, +5, +7, rijetko +2 i +4
Mangan		2, +3, +4, +6, +7
		2, +3, rijetko +4 i +6
		2, +3, rijetko +4
		2, rijetko +1, +3, +4
		1, +2, rijetko +3
		3, rijetko +2
germanij
		3, +3, +5, rijetko +2
		2, +4, +6, rijetko +2
		1, +1, +5, rijetko +3, +4
Stroncij
Cirkonij		4, rijetko +2, +3
		3, +5, rijetko +2, +4
Molibden		3, +6, rijetko +2, +3, +5
tehnecij
		3, +4, +8, rijetko +2, +6, +7
		4, rijetko +2, +3, +6
paladij		2, +4, rijetko +6
		1, rijetko +2, +3
		2, rijetko +1
		3, rijetko +1, +2
		3, +3, +5, rijetko +4
		2, +4, +6, rijetko
		1, +1, +5, +7, rijetko +3, +4
Prazeodimij
Prometij
		3, rijetko +2
		3, rijetko +2
gadolinij
disprozij
		3, rijetko +2
Iterbij		3, rijetko +2
		5, rijetko +3, +4
Volfram		6, rijetko +2, +3, +4, +5
		2, +4, +6, +7, rijetko -1, +1, +3, +5
		3, +4, +6, +8, rijetko +2
		3, +4, +6, rijetko +1, +2
		2, +4, +6, rijetko +1, +3
		1, +3, rijetko +2
		1, +3, rijetko +2
		3, rijetko +3, +2, +4, +5
		2, +4, rijetko -2, +6

Ili koristite ovu verziju tablice u svojim lekcijama.

Riža. 2. Tablica oksidacijskih stanja.

Osim toga, oksidacijska stanja kemijskih elemenata mogu se odrediti iz periodnog sustava Mendeljejeva:

• najviši stupanj (maksimalni pozitivan) podudara se s brojem grupe;
• da bi se odredila minimalna vrijednost oksidacijskog stanja, osam se oduzima od broja skupine.

Riža. 3. Periodni sustav.

Većina nemetala ima pozitivna i negativna oksidacijska stanja. Na primjer, silicij je u skupini IV, što znači da mu je maksimalno oksidacijsko stanje +4, a minimalno -4. U spojevima nemetala (SO 3 , CO 2 , SiC) oksidacijsko sredstvo je nemetal s negativnim oksidacijskim stanjem ili s visokom vrijednošću elektronegativnosti. Na primjer, u spoju PCl 3, fosfor ima oksidacijsko stanje +3, klor -1. Elektronegativnost fosfora je 2,19, klora 3,16.

Drugo pravilo ne vrijedi za alkalijske i zemnoalkalijske metale, koji uvijek imaju jedno pozitivno oksidacijsko stanje jednako broju skupine. Iznimke su magnezij i berilij (+1, +2). Također imaju konstantno oksidacijsko stanje:

• aluminij (+3);
• cink (+2);
• kadmij (+2).

Ostali metali imaju promjenjivo oksidacijsko stanje. U većini reakcija djeluju kao redukcijsko sredstvo. U rijetkim slučajevima mogu biti oksidansi s negativnim oksidacijskim stanjem.

Fluor je najjače oksidacijsko sredstvo. Njegovo oksidacijsko stanje uvijek je -1.

Što smo naučili?

Iz lekcije 8. razreda učili smo o stupnju oksidacije. Ovo je konvencionalna vrijednost koja pokazuje koliko elektrona atom može dati ili uzeti tijekom kemijske reakcije. Vrijednost je povezana s elektronegativnošću. Oksidirajuća sredstva prihvaćaju elektrone i imaju negativno oksidacijsko stanje, dok redukcijska sredstva doniraju elektrone i pokazuju pozitivno oksidacijsko stanje. Većina metala su redukcijski agensi s konstantnim ili promjenjivim oksidacijskim stanjem. Nemetali mogu pokazivati ​​oksidirajuća i redukcijska svojstva ovisno o tvari s kojom reagiraju.

Test na temu

Ocjena izvješća

Prosječna ocjena: 4.7. Ukupno primljenih ocjena: 146.

Pravilno postaviti oksidacijska stanja, trebate imati na umu četiri pravila.

1) U jednostavnoj tvari, stupanj oksidacije bilo kojeg elementa je 0. Primjeri: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Treba zapamtiti elemente koji su karakteristični stalna oksidacijska stanja. Svi su navedeni u tablici.

3) Najviše oksidacijsko stanje elementa u pravilu se podudara s brojem skupine u kojoj se element nalazi (npr. fosfor je u V skupini, najveći s.d. fosfora je +5). Važne iznimke: F, O.

4) Potraga za oksidacijskim stanjima drugih elemenata temelji se na jednostavnom pravilu:

U neutralnoj molekuli, zbroj oksidacijskih stanja svih elemenata je nula, au ionu - naboj iona.

Nekoliko jednostavnih primjera za određivanje oksidacijskih stanja

Primjer 1. Potrebno je pronaći oksidacijska stanja elemenata u amonijaku (NH 3).

Riješenje. Već znamo (vidi 2) da čl. U REDU. vodik je +1. Ostaje pronaći ovu karakteristiku za dušik. Neka je x željeno oksidacijsko stanje. Napravimo najjednostavniju jednadžbu: x + 3 (+1) = 0. Rješenje je očito: x = -3. Odgovor: N -3 H 3 +1.

Primjer 2. Navedite oksidacijska stanja svih atoma u molekuli H 2 SO 4 .

Riješenje. Već su poznata oksidacijska stanja vodika i kisika: H(+1) i O(-2). Napravimo jednadžbu za određivanje oksidacijskog stanja sumpora: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0. Rješavanjem ove jednadžbe nalazimo: x = +6. Odgovor: H +1 2 S +6 O -2 4.

Primjer 3. Izračunajte oksidacijska stanja svih elemenata u molekuli Al(NO 3) 3.

Riješenje. Algoritam ostaje nepromijenjen. Sastav “molekule” aluminijevog nitrata uključuje jedan atom Al (+3), 9 atoma kisika (-2) i 3 atoma dušika čije oksidacijsko stanje moramo izračunati. Odgovarajuća jednadžba je: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. Odgovor: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

Primjer 4. Odredite oksidacijska stanja svih atoma u (AsO 4) 3- ionu.

Riješenje. U tom slučaju zbroj oksidacijskih stanja više neće biti jednak nuli, već naboju iona, tj. -3. Jednadžba: x + 4 (-2) = -3. Odgovor: As(+5), O(-2).

Što učiniti ako su oksidacijska stanja dva elementa nepoznata

Je li moguće pomoću slične jednadžbe odrediti oksidacijska stanja nekoliko elemenata odjednom? Ako ovaj problem razmotrimo s matematičkog gledišta, odgovor će biti negativan. Linearna jednadžba s dvije varijable ne može imati jedinstveno rješenje. Ali mi rješavamo više od jedne jednadžbe!

Primjer 5. Odredite oksidacijska stanja svih elemenata u (NH 4) 2 SO 4.

Riješenje. Poznata su oksidacijska stanja vodika i kisika, ali nisu poznata sumpora i dušika. Klasičan primjer problema s dvije nepoznanice! Amonijev sulfat nećemo smatrati jednom "molekulom", već kombinacijom dva iona: NH 4 + i SO 4 2-. Naboji iona su nam poznati, svaki od njih sadrži samo jedan atom s nepoznatim oksidacijskim stanjem. Koristeći iskustvo stečeno u rješavanju prethodnih zadataka, lako možemo pronaći oksidacijska stanja dušika i sumpora. Odgovor: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Zaključak: ako molekula sadrži nekoliko atoma s nepoznatim oksidacijskim stanjima, pokušajte molekulu "razdvojiti" na nekoliko dijelova.

Kako rasporediti oksidacijska stanja u organskim spojevima

Primjer 6. Navedite oksidacijska stanja svih elemenata u CH 3 CH 2 OH.

Riješenje. Pronalaženje oksidacijskih stanja u organskim spojevima ima svoje specifičnosti. Konkretno, potrebno je zasebno pronaći oksidacijska stanja za svaki atom ugljika. Možete zaključiti na sljedeći način. Razmotrimo, na primjer, ugljikov atom u metilnoj skupini. Ovaj C atom povezan je s 3 atoma vodika i susjednim atomom ugljika. Duž C-H veze gustoća elektrona se pomiče prema atomu ugljika (jer elektronegativnost C premašuje EO vodika). Kad bi ovaj pomak bio potpun, ugljikov atom bi dobio naboj od -3.

C atom u skupini -CH 2 OH vezan je na dva atoma vodika (pomak u gustoći elektrona prema C), jedan atom kisika (pomak u gustoći elektrona prema O) i jedan atom ugljika (može se pretpostaviti da je pomak u gustoći elektrona u ovom slučaju ne događa). Oksidacijsko stanje ugljika je -2 +1 +0 = -1.

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

Nemojte brkati pojmove "valencija" i "oksidacijsko stanje"!

Oksidacijski broj često se brka s valencijom. Nemojte napraviti ovu grešku. Navest ću glavne razlike:

• oksidacijsko stanje ima predznak (+ ili -), valencija nema;
• oksidacijsko stanje može biti nula čak iu složenoj tvari; valencija jednaka nuli u pravilu znači da atom danog elementa nije povezan s drugim atomima (nećemo raspravljati o bilo kakvim inkluzijskim spojevima i drugim "egzotikama" ovdje);
• oksidacijsko stanje je formalni koncept koji dobiva pravo značenje samo u spojevima s ionskim vezama; koncept "valencije", naprotiv, najprikladnije se primjenjuje u odnosu na kovalentne spojeve.

Oksidacijsko stanje (točnije, njegov modul) često je brojčano jednako valenciji, ali još češće se te vrijednosti NE podudaraju. Na primjer, oksidacijsko stanje ugljika u CO 2 je +4; valencija C je također jednaka IV. Ali u metanolu (CH3OH), valencija ugljika ostaje ista, a oksidacijsko stanje C jednako je -1.

Kratki test na temu "Stanje oksidacije"

Odvojite nekoliko minuta da provjerite svoje razumijevanje ove teme. Morate odgovoriti na pet jednostavnih pitanja. Sretno!

Video vodič 2: Oksidacijsko stanje kemijskih elemenata

Video vodič 3: Valencija. Određivanje valencije

Predavanje: Elektronegativnost. Oksidacijsko stanje i valencija kemijskih elemenata

Elektronegativnost

Elektronegativnost je sposobnost atoma da privuku elektrone iz drugih atoma da im se pridruže.

Pomoću tablice lako je procijeniti elektronegativnost određenog kemijskog elementa. Zapamtite, u jednoj od naših lekcija rečeno je da se povećava kada se krećete slijeva nadesno kroz periode u periodnom sustavu i kada se krećete odozdo prema gore kroz skupine.

Na primjer, dan je zadatak odrediti koji je element iz predloženog niza najelektronegativniji: C (ugljik), N (dušik), O (kisik), S (sumpor)? Gledamo u stol i nalazimo da je ovo O, jer je on desno i viši od ostalih.

Koji čimbenici utječu na elektronegativnost? Ovaj:

• Što je radijus atoma manji, to je veća elektronegativnost.
• Valentna ljuska je ispunjena elektronima; što je više elektrona, veća je elektronegativnost.

Od svih kemijskih elemenata fluor je najelektronegativniji jer ima mali atomski radijus i 7 elektrona u valentnoj ljusci.

Elementi s niskom elektronegativnošću uključuju alkalijske i zemnoalkalijske metale. Imaju velike radijuse i vrlo malo elektrona u vanjskoj ljusci.

Vrijednosti elektronegativnosti atoma ne mogu biti konstantne, jer ovisi o mnogim čimbenicima, uključujući one gore navedene, kao io stupnju oksidacije, koji može biti različit za isti element. Stoga je uobičajeno govoriti o relativnosti vrijednosti elektronegativnosti. Možete koristiti sljedeće ljestvice:

Trebat će vam vrijednosti elektronegativnosti kada pišete formule za binarne spojeve koji se sastoje od dva elementa. Na primjer, formula bakrenog oksida Cu 2 O - prvi element treba napisati onaj čija je elektronegativnost manja.

U trenutku nastanka kemijske veze, ako je razlika elektronegativnosti između elemenata veća od 2,0, nastaje kovalentna polarna veza, a ako je manja, nastaje ionska veza.

Oksidacijsko stanje

Oksidacijsko stanje (CO)- ovo je uvjetni ili stvarni naboj atoma u spoju: uvjetni - ako je veza polarna kovalentna, stvarna - ako je veza ionska.

Atom dobiva pozitivan naboj kada preda elektrone, a negativan naboj kada ih prihvati.

Iznad simbola sa znakom ispisana su oksidacijska stanja «+»/«-» . Postoje i srednji CO. Maksimalni CO elementa je pozitivan i jednak broju grupe, a minimalni negativan za metale je nula, za nemetale = (Grupa br. – 8). Elementi s maksimalnim CO primaju samo elektrone, a elementi s minimalnim CO samo odaju elektrone. Elementi koji imaju srednje CO mogu i davati i primati elektrone.

Pogledajmo neka pravila kojih se treba pridržavati za određivanje CO:

CO svih jednostavnih tvari je nula.

Zbroj svih atoma CO u molekuli također je jednak nuli, budući da je svaka molekula električki neutralna.

U spojevima s kovalentnom nepolarnom vezom CO je jednak nuli (O 2 0), a s ionskom vezom jednak je nabojima iona (Na + Cl - natrij CO +1, klor -1). CO elementi spojeva s kovalentnom polarnom vezom smatraju se kao s ionskom vezom (H:Cl = H + Cl -, što znači H +1 Cl -1).

Elementi u spoju koji imaju najveću elektronegativnost imaju negativna oksidacijska stanja, dok oni s najmanjom elektronegativnošću imaju pozitivna oksidacijska stanja. Na temelju toga možemo zaključiti da metali imaju samo "+" oksidacijsko stanje.

Konstantna oksidacijska stanja:

Alkalijski metali +1.

Svi metali druge skupine +2. Iznimka: Hg +1, +2.

Aluminij +3.

• Vodik +1. Iznimka: hidridi aktivnih metala NaH, CaH 2 itd., gdje je oksidacijsko stanje vodika –1.

  Kisik –2. Iznimka: F 2 -1 O +2 i peroksidi koji sadrže skupinu –O–O–, u kojima je oksidacijsko stanje kisika –1.

Pri stvaranju ionske veze dolazi do određenog prijenosa elektrona, s manje elektronegativnog atoma na atom veće elektronegativnosti. Također, u ovom procesu atomi uvijek gube električnu neutralnost i naknadno se pretvaraju u ione. Formiraju se i cjelobrojni naboji. Kada se stvara polarna kovalentna veza, elektron se prenosi samo djelomično, pa nastaju djelomični naboji.

Valencija

Valencijaje sposobnost atoma da tvore n – broj kemijskih veza s atomima drugih elemenata.

Valencija je također sposobnost atoma da drži druge atome u svojoj blizini. Kao što znate iz školskog tečaja kemije, različiti atomi međusobno su povezani elektronima s vanjske energetske razine. Nespareni elektron traži par od drugog atoma. Ovi elektroni vanjske razine nazivaju se valentni elektroni. To znači da se valencija također može definirati kao broj elektronskih parova koji međusobno povezuju atome. Pogledajte strukturnu formulu vode: H – O – H. Svaka crtica je elektronski par, što znači da pokazuje valenciju, tj. kisik ovdje ima dvije linije, što znači da je dvovalentan, molekule vodika dolaze iz svake linije, što znači da je vodik jednovalentan. Kod pisanja valentnost je označena rimskim brojevima: O (II), H (I). Može se naznačiti i iznad elementa.

Valencija može biti konstantna ili promjenjiva. Na primjer, u metalnim alkalijama on je konstantan i jednak je I. Ali klor u raznim spojevima pokazuje valencije I, III, V, VII.

Kako odrediti valenciju elementa?

Pogledajmo ponovno periodni sustav. Metali glavnih podskupina imaju stalnu valenciju, tako da metali prve skupine imaju valenciju I, drugi - II. I metali bočnih podskupina imaju promjenjivu valenciju. Također je promjenjiv za nemetale. Najviša valencija atoma jednaka je broju skupine, najniža je jednaka = broju skupine - 8. Poznata formulacija. Ne znači li to da se valencija podudara s oksidacijskim stanjem? Zapamtite, valencija se može podudarati s oksidacijskim stanjem, ali ti pokazatelji nisu identični jedni drugima. Valencija ne može imati predznak =/-, a također ne može biti nula.

Druga metoda je određivanje valencije pomoću kemijske formule, ako je poznata konstantna valencija jednog od elemenata. Na primjer, uzmite formulu bakrenog oksida: CuO. Valencija kisika II. Vidimo da na jedan atom kisika u ovoj formuli dolazi jedan atom bakra, što znači da je valencija bakra jednaka II. Uzmimo sada kompliciraniju formulu: Fe 2 O 3. Valencija atoma kisika je II. Ovdje postoje tri takva atoma, pomnožite 2*3 =6. Otkrili smo da postoji 6 valencija na dva atoma željeza. Saznajmo valenciju jednog atoma željeza: 6:2=3. To znači da je valenca željeza III.

Osim toga, kada je potrebno procijeniti "maksimalnu valenciju", uvijek treba poći od elektronske konfiguracije koja je prisutna u "pobuđenom" stanju.

Elektronegativnost je sposobnost atoma kemijskog elementa u spoju da privuče elektrone iz pridruženih atoma drugih kemijskih elemenata.

Elektronegativnost se, kao i druga svojstva atoma kemijskih elemenata, periodički mijenja s povećanjem atomskog broja elementa:

Gornji grafikon prikazuje periodičnost promjena elektronegativnosti elemenata glavnih podskupina ovisno o atomskom broju elementa.

Pomicanjem niz podskupinu periodnog sustava elektronegativnost kemijskih elemenata opada, a pomicanjem udesno uz periodu raste.

Elektronegativnost odražava nemetalnost elemenata: što je veća vrijednost elektronegativnosti, element ima više nemetalnih svojstava.

Oksidacijsko stanje

Oksidacijsko stanje je uvjetni naboj atoma kemijskog elementa u spoju, izračunat na temelju pretpostavke da su sve veze u njegovoj molekuli ionske, tj. svi vezni elektronski parovi pomaknuti su prema atomima s većom elektronegativnošću.

Kako izračunati oksidacijsko stanje elementa u spoju?

1) Oksidacijsko stanje kemijskih elemenata u jednostavnim tvarima uvijek je nula.

2) Postoje elementi koji pokazuju konstantno stanje oksidacije u složenim tvarima:

3) Postoje kemijski elementi koji pokazuju konstantno oksidacijsko stanje u velikoj većini spojeva. Ovi elementi uključuju:

Element	Oksidacijsko stanje u gotovo svim spojevima	Iznimke
vodik H	+1	Hidridi alkalnih i zemnoalkalijskih metala, na primjer:
kisik O	-2	Vodik i metalni peroksidi: Kisik fluorid -

4) Algebarski zbroj oksidacijskih stanja svih atoma u molekuli uvijek je nula. Algebarski zbroj oksidacijskih stanja svih atoma u ionu jednak je naboju iona.

5) Najviši (maksimalni) stupanj oksidacije jednak je broju skupine. Iznimke koje ne potpadaju pod ovo pravilo su elementi sekundarne podskupine I. skupine, elementi sekundarne podskupine VIII. skupine, kao i kisik i fluor.

Kemijski elementi čiji se broj skupine ne poklapa s njihovim najvišim oksidacijskim stanjem (obavezno zapamtiti)

6) Najniže oksidacijsko stanje metala uvijek je nula, a najniže oksidacijsko stanje nemetala izračunava se po formuli:

najniže oksidacijsko stanje nemetala = broj skupine − 8

Na temelju gore navedenih pravila možete utvrditi oksidacijsko stanje kemijskog elementa u bilo kojoj tvari.

Određivanje oksidacijskih stanja elemenata u različitim spojevima

Primjer 1

Odrediti oksidacijska stanja svih elemenata u sumpornoj kiselini.

Riješenje:

Napišimo formulu sumporne kiseline:

Oksidacijsko stanje vodika u svim složenim tvarima je +1 (osim metalnih hidrida).

Oksidacijsko stanje kisika u svim složenim tvarima je -2 (osim peroksida i kisikovog fluorida OF 2). Posložimo poznata oksidacijska stanja:

Označimo oksidacijsko stanje sumpora kao x:

Molekula sumporne kiseline, kao i molekula bilo koje tvari, općenito je električki neutralna, jer zbroj oksidacijskih stanja svih atoma u molekuli je nula. Shematski se to može prikazati na sljedeći način:

Oni. dobili smo sljedeću jednačinu:

Riješimo to:

Dakle, oksidacijsko stanje sumpora u sumpornoj kiselini je +6.

Primjer 2

Odredite oksidacijsko stanje svih elemenata u amonijevom dikromatu.

Riješenje:

Napišimo formulu amonijevog dikromata:

Kao iu prethodnom slučaju, možemo poredati oksidacijska stanja vodika i kisika:

Međutim, vidimo da su oksidacijska stanja dvaju kemijskih elemenata odjednom nepoznata - dušika i kroma. Dakle, ne možemo naći oksidacijska stanja slično kao u prethodnom primjeru (jedna jednadžba s dvije varijable nema jedno rješenje).

Skrećemo pozornost na činjenicu da ova tvar pripada klasi soli i, prema tome, ima ionsku strukturu. Tada s pravom možemo reći da sastav amonijevog dikromata uključuje katione NH 4 + (naboj ovog kationa može se vidjeti u tablici topljivosti). Posljedično, budući da jedinica formule amonijevog dikromata sadrži dva pozitivna jednostruko nabijena kationa NH 4 +, naboj dikromatnog iona jednak je -2, budući da je tvar kao cjelina električki neutralna. Oni. tvar tvore kationi NH 4 + i anioni Cr 2 O 7 2-.

Poznajemo oksidacijska stanja vodika i kisika. Znajući da je zbroj oksidacijskih stanja atoma svih elemenata u ionu jednak naboju, a označavajući oksidacijska stanja dušika i kroma kao x I g prema tome, možemo napisati:

Oni. dobivamo dvije neovisne jednadžbe:

Rješavajući koje, nalazimo x I g:

Dakle, u amonijevom dikromatu oksidacijska stanja dušika su -3, vodika +1, kroma +6 i kisika -2.

Možete pročitati kako odrediti oksidacijska stanja elemenata u organskim tvarima.

Valencija

Valencija - broj kemijskih veza koje atom elementa tvori u kemijskom spoju.

Valencija atoma označava se rimskim brojevima: I, II, III itd.

Valentne sposobnosti atoma ovise o količini:

1) nespareni elektroni

2) usamljeni elektronski parovi u orbitalama valentnih razina

3) prazne elektronske orbitale valentne razine

Valentne mogućnosti atoma vodika

Prikažimo elektronsku grafičku formulu atoma vodika:

Rečeno je da tri faktora mogu utjecati na mogućnosti valencije - prisutnost nesparenih elektrona, prisutnost usamljenih elektronskih parova na vanjskoj razini i prisutnost praznih (praznih) orbitala na vanjskoj razini. Vidimo jedan nespareni elektron na vanjskoj (i jedinoj) energetskoj razini. Na temelju toga, vodik definitivno može imati valenciju I. Međutim, u prvoj energetskoj razini postoji samo jedna podrazina - s, oni. Atom vodika na vanjskoj razini nema niti usamljene elektronske parove niti prazne orbitale.

Dakle, jedina valencija koju vodikov atom može pokazati je I.

Valentne mogućnosti ugljikovog atoma

Razmotrimo elektronsku strukturu ugljikovog atoma. U osnovnom stanju elektronička konfiguracija njegove vanjske razine je sljedeća:

Oni. u osnovnom stanju na vanjskoj energetskoj razini nepobuđenog ugljikovog atoma nalaze se 2 nesparena elektrona. U tom stanju može pokazivati ​​valenciju II. Međutim, atom ugljika vrlo lako prelazi u pobuđeno stanje kada mu se dodijeli energija, a elektronička konfiguracija vanjskog sloja u ovom slučaju ima oblik:

Unatoč činjenici da se određena količina energije troši na proces ekscitacije ugljikovog atoma, trošak se više nego nadoknađuje stvaranjem četiri kovalentne veze. Zbog toga je valencija IV mnogo karakterističnija za ugljikov atom. Na primjer, ugljik ima valenciju IV u molekulama ugljičnog dioksida, ugljične kiseline i apsolutno svih organskih tvari.

Uz nesparene elektrone i usamljene elektronske parove, prisutnost slobodnih ()valentnih orbitala također utječe na valentne mogućnosti. Prisutnost takvih orbitala na ispunjenoj razini dovodi do činjenice da atom može djelovati kao akceptor elektronskog para, tj. tvore dodatne kovalentne veze kroz donor-akceptorski mehanizam. Na primjer, suprotno očekivanjima, u molekuli ugljičnog monoksida CO veza nije dvostruka, već trostruka, kao što je jasno prikazano na sljedećoj ilustraciji:

Sažimanje informacija o valentnim sposobnostima ugljikovog atoma:

1) Za ugljik su moguće valencije II, III, IV

2) Najčešća valencija ugljika u spojevima IV

3) U molekuli ugljičnog monoksida CO postoji trostruka veza (!), pri čemu jedna od tri veze nastaje prema donor-akceptorskom mehanizmu

Valentne mogućnosti atoma dušika

Napišimo elektroničku grafičku formulu za razinu vanjske energije atoma dušika:

Kao što se može vidjeti iz gornje ilustracije, atom dušika u svom normalnom stanju ima 3 nesparena elektrona, i stoga je logično pretpostaviti da je sposoban pokazati valenciju III. Zaista, valencija od tri opažena je u molekulama amonijaka (NH 3), dušikaste kiseline (HNO 2), dušikovog triklorida (NCl 3) itd.

Gore je rečeno da valencija atoma kemijskog elementa ne ovisi samo o broju nesparenih elektrona, već io prisutnosti usamljenih elektronskih parova. To je zbog činjenice da se kovalentna kemijska veza može formirati ne samo kada dva atoma međusobno opskrbljuju jedan elektron, već i kada ga jedan atom s usamljenim parom elektrona - donor () daje drugom atomu s praznim ( ) orbitalna valentna razina (akceptor). Oni. Za atom dušika moguća je i valencija IV zbog dodatne kovalentne veze nastale mehanizmom donor-akceptor. Na primjer, četiri kovalentne veze, od kojih je jedna formirana mehanizmom donor-akceptor, opažene su tijekom stvaranja amonijevog kationa:

Unatoč činjenici da je jedna od kovalentnih veza formirana prema donor-akceptorskom mehanizmu, sve N-H veze u amonijevom kationu su apsolutno identične i ne razlikuju se jedna od druge.

Atom dušika nije sposoban pokazati valenciju jednaku V. To je zbog činjenice da je nemoguće da atom dušika prijeđe u pobuđeno stanje, u kojem su dva elektrona uparena s prijelazom jednog od njih na slobodnu orbitalu koja je najbliža energetskoj razini. Atom dušika nema br d-podrazine, a prijelaz na 3s orbitalu je energetski toliko skup da se troškovi energije ne pokrivaju stvaranjem novih veza. Mnogi se mogu pitati koja je valencija dušika, na primjer, u molekulama dušične kiseline HNO 3 ili dušikovog oksida N 2 O 5? Čudno je da je tamo valencija također IV, kao što se može vidjeti iz sljedećih strukturnih formula:

Točkasta linija na ilustraciji prikazuje tzv delokalizirano π - veza. Iz tog razloga, terminalne NO veze se mogu nazvati "jedna i pol veza". Slične jedno-i-pol veze prisutne su i u molekuli ozona O 3, benzena C 6 H 6 itd.

i>Sažeti informacije o valentnim sposobnostima atoma dušika:

1) Za dušik su moguće valencije I, II, III i IV

2) Valencija V dušik ne!

3) U molekulama dušične kiseline i dušikovog oksida N 2 O 5 dušik ima valenciju IV+5 (!) .

4) U spojevima u kojima je atom dušika četverovalentan, jedna od kovalentnih veza nastaje prema donorsko-akceptorskom mehanizmu (amonijeve soli NH4+, dušična kiselina itd.).

Valentne mogućnosti fosfora

Oslikajmo elektroničku grafičku formulu vanjske energetske razine atoma fosfora:

Kao što vidimo, struktura vanjskog sloja atoma fosfora u osnovnom stanju i atoma dušika je ista, te je stoga logično očekivati ​​za atom fosfora, kao i za atom dušika, moguće valencije jednake I, II, III i IV, prema praksi.

Međutim, za razliku od dušika, atom fosfora također ima d-podrazina sa 5 slobodnih orbitala.

U tom smislu, sposoban je prijeći u pobuđeno stanje, pareći elektrone 3 s-orbitale:

Dakle, moguća je valencija V za atom fosfora, koji je nedostupan dušiku. Na primjer, atom fosfora ima valenciju pet u molekulama spojeva kao što su fosforna kiselina, fosfor (V) halidi, fosfor (V) oksid itd.

Valentne mogućnosti atoma kisika

Elektronska grafička formula za razinu vanjske energije atoma kisika ima oblik:

Vidimo dva nesparena elektrona na 2. razini, pa je stoga moguća valencija II za kisik. Treba napomenuti da se ova valencija atoma kisika opaža u gotovo svim spojevima. Gore, kada smo razmatrali sposobnosti valencije atoma ugljika, raspravljali smo o formiranju molekule ugljikovog monoksida. Veza u molekuli CO je trostruka, dakle, kisik je trovalentan (kisik je donor elektronskog para).

Zbog činjenice da atom kisika nema vanjsku d-podrazina, sparivanje elektrona s I p- orbitale je nemoguće, zbog čega su valentne sposobnosti atoma kisika ograničene u usporedbi s drugim elementima njegove podskupine, na primjer, sumpora.

Dakle, kisik gotovo uvijek ima valenciju II, ali u nekim je česticama trovalentan, posebice u molekuli ugljičnog monoksida C≡O. U slučaju kada kisik ima valenciju III, jedna od kovalentnih veza nastaje prema donor-akceptorskom mehanizmu.

Valentne mogućnosti atoma sumpora

Vanjska energetska razina atoma sumpora u nepobuđenom stanju:

Atom sumpora, kao i atom kisika, normalno ima dva nesparena elektrona, pa možemo zaključiti da je za sumpor moguća valencija od dva. Doista, sumpor ima valenciju II, na primjer, u molekuli sumporovodika H 2 S.

Kao što vidimo, atom sumpora pojavljuje se na vanjskoj razini d-podrazina s praznim orbitalama. Iz tog razloga atom sumpora može proširiti svoje sposobnosti valencije, za razliku od kisika, zbog prijelaza u pobuđena stanja. Dakle, kod uparivanja usamljenog elektronskog para 3 str- podrazine, atom sumpora dobiva elektroničku konfiguraciju vanjske razine sljedećeg oblika:

U tom stanju atom sumpora ima 4 nesparena elektrona, što nam govori da atomi sumpora mogu pokazivati ​​valenciju IV. Doista, sumpor ima valenciju IV u molekulama SO 2, SF 4, SOCl 2 itd.

Prilikom uparivanja drugog usamljenog elektronskog para koji se nalazi na 3 s-podrazina, vanjska energetska razina dobiva konfiguraciju:

U tom stanju postaje moguća manifestacija valencije VI. Primjeri spojeva s VI-valentnim sumporom su SO 3, H 2 SO 4, SO 2 Cl 2 itd.

Slično, možemo razmotriti mogućnosti valencije drugih kemijskih elemenata.

Mnogi školski udžbenici i priručnici uče kako stvoriti formule na temelju valencija, čak i za spojeve s ionskim vezama. Kako bismo pojednostavili postupak sastavljanja formula, to je, po našem mišljenju, prihvatljivo. Ali morate shvatiti da to nije sasvim točno zbog gore navedenih razloga.

Univerzalniji koncept je koncept oksidacijskog stanja. Pomoću vrijednosti oksidacijskih stanja atoma, kao i vrijednosti valencije, možete sastavljati kemijske formule i zapisivati ​​jedinice formule.

Oksidacijsko stanje- ovo je uvjetni naboj atoma u čestici (molekula, ion, radikal), izračunat u aproksimaciji da su sve veze u čestici ionske.

Prije određivanja oksidacijskih stanja potrebno je usporediti elektronegativnost vezanih atoma. Atom s višom vrijednošću elektronegativnosti ima negativno oksidacijsko stanje, a atom s manjom elektronegativnošću pozitivno oksidacijsko stanje.

Kako bi se objektivno usporedile vrijednosti elektronegativnosti atoma pri izračunu oksidacijskih stanja, IUPAC je 2013. godine preporučio korištenje Allenove ljestvice.

* Tako je, primjerice, prema Allenovoj ljestvici elektronegativnost dušika 3,066, a klora 2,869.

Ilustrirajmo gornju definiciju primjerima. Sastavimo strukturnu formulu molekule vode.

Kovalentne polarne O-H veze označene su plavom bojom.

Zamislimo da obje veze nisu kovalentne, već ionske. Da su ionski, tada bi jedan elektron prešao sa svakog atoma vodika na elektronegativniji atom kisika. Označimo ove prijelaze plavim strelicama.

*U tomeNa primjer, strelica služi za vizualnu ilustraciju potpunog prijenosa elektrona, a ne za ilustraciju induktivnog učinka.

Lako je primijetiti da broj strelica pokazuje broj prenesenih elektrona, a njihov smjer pokazuje smjer prijenosa elektrona.

Postoje dvije strelice usmjerene prema atomu kisika, što znači da se dva elektrona prenose na atom kisika: 0 + (-2) = -2. Na atomu kisika nastaje naboj od -2. Ovo je oksidacijsko stanje kisika u molekuli vode.

Svaki atom vodika gubi jedan elektron: 0 - (-1) = +1. To znači da atomi vodika imaju oksidacijsko stanje +1.

Zbroj oksidacijskih stanja uvijek je jednak ukupnom naboju čestice.

Na primjer, zbroj oksidacijskih stanja u molekuli vode jednak je: +1(2) + (-2) = 0. Molekula je električki neutralna čestica.

Ako izračunamo oksidacijska stanja u ionu, tada je zbroj oksidacijskih stanja, prema tome, jednak njegovom naboju.

Vrijednost oksidacijskog stanja obično je naznačena u gornjem desnom kutu simbola elementa. Štoviše, znak se ispisuje ispred broja. Ako znak dolazi iza broja, onda je to naboj iona.

Na primjer, S -2 je atom sumpora u oksidacijskom stanju -2, S 2- je anion sumpora s nabojem -2.

S +6 O -2 4 2- - vrijednosti oksidacijskih stanja atoma u sulfatnom anionu (naboj iona označen je zelenom bojom).

Sada razmotrite slučaj kada spoj ima mješovite veze: Na 2 SO 4. Veza između sulfatnog aniona i natrijevih kationa je ionska, veze između atoma sumpora i atoma kisika u sulfatnom ionu su kovalentne polarne. Zapišimo grafičku formulu natrijevog sulfata, te strelicama označimo smjer prijelaza elektrona.

*Strukturna formula prikazuje redoslijed kovalentnih veza u čestici (molekula, ion, radikal). Strukturne formule koriste se samo za čestice s kovalentnom vezom. Za čestice s ionskim vezama pojam strukturne formule nema smisla. Ako čestica sadrži ionske veze, koristi se grafička formula.

Vidimo da šest elektrona napušta središnji atom sumpora, što znači da je oksidacijsko stanje sumpora 0 - (-6) = +6.

Svaki terminalni atom kisika uzima dva elektrona, što znači da su njihova oksidacijska stanja 0 + (-2) = -2

Svaki od premosnih atoma kisika prihvaća dva elektrona i ima oksidacijsko stanje -2.

Također je moguće odrediti stupanj oksidacije pomoću strukturno-grafičke formule, gdje su kovalentne veze označene crticama, a naznačen je naboj iona.

U ovoj formuli, premošćujući atomi kisika već imaju pojedinačne negativne naboje i dodatni elektron im dolazi od atoma sumpora -1 + (-1) = -2, što znači da su njihova oksidacijska stanja jednaka -2.

Stupanj oksidacije natrijevih iona jednak je njihovom naboju, tj. +1.

Odredimo oksidacijska stanja elemenata u kalijevom superoksidu (superoksidu). Da bismo to učinili, izradimo grafičku formulu za kalijev superoksid i pokažimo preraspodjelu elektrona strelicom. O-O veza je kovalentna nepolarna veza, pa ne ukazuje na preraspodjelu elektrona.

* Superoksidni anion je radikalni ion. Formalni naboj jednog atoma kisika je -1, a drugog, s nesparenim elektronom, je 0.

Vidimo da je oksidacijsko stanje kalija +1. Oksidacijsko stanje atoma kisika napisanog nasuprot kalija u formuli je -1. Oksidacijsko stanje drugog atoma kisika je 0.

Na isti način možete odrediti stupanj oksidacije pomoću strukturno-grafičke formule.

Krugovi označavaju formalne naboje iona kalija i jednog od atoma kisika. U ovom slučaju, vrijednosti formalnih naboja podudaraju se s vrijednostima oksidacijskih stanja.

Budući da oba atoma kisika u superoksidnom anionu imaju različita oksidacijska stanja, možemo izračunati aritmetičko srednje oksidacijsko stanje kisik.

To će biti jednako / 2 = - 1/2 = -0,5.

Vrijednosti za aritmetička srednja stanja oksidacije obično su naznačene u bruto formulama ili jedinicama formule kako bi se pokazalo da je zbroj oksidacijskih stanja jednak ukupnom naboju sustava.

Za slučaj sa superoksidom: +1 + 2(-0,5) = 0

Lako je odrediti oksidacijska stanja pomoću formula s elektron-točkama, u kojima su usamljeni elektronski parovi i elektroni kovalentnih veza označeni točkama.

Kisik je element skupine VIA, stoga njegov atom ima 6 valentnih elektrona. Zamislimo da su veze u molekuli vode ionske, u tom slučaju bi atom kisika primio oktet elektrona.

Oksidacijsko stanje kisika je odgovarajuće jednako: 6 - 8 = -2.

A atomi vodika: 1 - 0 = +1

Sposobnost određivanja oksidacijskih stanja pomoću grafičkih formula neprocjenjiva je za razumijevanje suštine ovog koncepta; ova vještina također će biti potrebna u tečaju organske kemije. Ako se radi o anorganskim tvarima, potrebno je znati odrediti oksidacijska stanja pomoću molekulskih formula i formulskih jedinica.

Da biste to učinili, prije svega morate razumjeti da oksidacijska stanja mogu biti konstantna i promjenjiva. Moraju se zapamtiti elementi koji pokazuju stalna oksidacijska stanja.

Svaki kemijski element karakteriziraju viša i niža oksidacijska stanja.

Najniže oksidacijsko stanje- ovo je naboj koji atom dobiva kao rezultat primanja maksimalnog broja elektrona na vanjski elektronski sloj.

S obzirom na to, najniže oksidacijsko stanje ima negativnu vrijednost, s izuzetkom metala, čiji atomi nikada ne prihvaćaju elektrone zbog niske vrijednosti elektronegativnosti. Metali imaju najniže oksidacijsko stanje 0.

Većina nemetala glavnih podskupina pokušava ispuniti svoj vanjski elektronski sloj s do osam elektrona, nakon čega atom dobiva stabilnu konfiguraciju ( pravilo okteta). Stoga, da bi se odredilo najniže oksidacijsko stanje, potrebno je razumjeti koliko valentnih elektrona nedostaje atomu da dođe do okteta.

Na primjer, dušik je element skupine VA, što znači da atom dušika ima pet valentnih elektrona. Atom dušika ima tri elektrona manja od okteta. To znači da je najniže oksidacijsko stanje dušika: 0 + (-3) = -3