В химията термините „окисление“ и „редукция“ се отнасят до реакции, при които атом или група от атоми съответно губи или получава електрони. Степента на окисление е числена стойност, приписана на един или повече атоми, която характеризира броя на преразпределените електрони и показва как тези електрони се разпределят между атомите по време на реакция. Определянето на тази стойност може да бъде проста или доста сложна процедура, в зависимост от атомите и молекулите, състоящи се от тях. Освен това атомите на някои елементи могат да имат няколко степени на окисление. За щастие има прости, недвусмислени правила за определяне на степента на окисление; за да ги използвате уверено, е достатъчно познаване на основите на химията и алгебрата.

стъпки

Част 1

Определете дали въпросното вещество е елементарно.Степента на окисление на атомите извън химичното съединение е нула. Това правило е вярно както за вещества, образувани от отделни свободни атоми, така и за тези, които се състоят от две или многоатомни молекули на един елемент.

• Например, Al(s) и Cl2 имат степен на окисление 0, тъй като и двата са в химически несвързано елементарно състояние.
• Моля, имайте предвид, че алотропната форма на сярата S8 или октасярата, въпреки нетипичната си структура, също се характеризира с нулево състояние на окисление.

1. Определете дали въпросното вещество се състои от йони.Степента на окисление на йоните е равна на техния заряд. Това важи както за свободните йони, така и за тези, които са част от химичните съединения.

   • Например степента на окисление на Cl - йона е -1.
   • Степента на окисление на Cl йона в химичното съединение NaCl също е -1. Тъй като Na йонът по дефиниция има заряд +1, ние заключаваме, че Cl йонът има заряд -1 и по този начин степента му на окисление е -1.

2. Моля, имайте предвид, че металните йони могат да имат няколко степени на окисление.Атомите на много метални елементи могат да бъдат йонизирани в различна степен. Например зарядът на йони на метал като желязо (Fe) е +2 или +3. Зарядът на металните йони (и степента им на окисление) може да се определи от зарядите на йони на други елементи, с които металът е част от химично съединение; в текста този заряд е обозначен с римски цифри: например желязото (III) има степен на окисление +3.

   • Като пример, разгледайте съединение, съдържащо алуминиев йон. Общият заряд на съединението AlCl3 е нула. Тъй като знаем, че Cl - йоните имат заряд -1 и има 3 такива йона в съединението, за да бъде въпросното вещество като цяло неутрално, Al йонът трябва да има заряд +3. Така в този случай степента на окисление на алуминия е +3.

3. Степента на окисление на кислорода е -2 (с някои изключения).В почти всички случаи кислородните атоми имат степен на окисление -2. Има няколко изключения от това правило:

   • Ако кислородът е в елементарно състояние (O2), степента му на окисление е 0, какъвто е случаят с другите елементарни вещества.
   • Ако е включен кислород кислородна водастепента на окисление е -1. Пероксидите са група от съединения, съдържащи проста връзка кислород-кислород (т.е. пероксиден анион O 2 -2). Например в състава на молекулата H 2 O 2 (водороден прекис) кислородът има заряд и степен на окисление -1.
   • Когато се комбинира с флуор, кислородът има степен на окисление +2, прочетете правилото за флуора по-долу.

4. Водородът има степен на окисление +1, с някои изключения.Както при кислорода, и тук има изключения. Обикновено степента на окисление на водорода е +1 (освен ако не е в елементарно състояние H2). Въпреки това, в съединения, наречени хидриди, степента на окисление на водорода е -1.

   • Например в H2O степента на окисление на водорода е +1, тъй като кислородният атом има заряд -2 и два заряда +1 са необходими за цялостна неутралност. Въпреки това, в състава на натриевия хидрид степента на окисление на водорода вече е -1, тъй като Na йонът носи заряд от +1, а за цялостна електрическа неутралност зарядът на водородния атом (и следователно неговото състояние на окисление) трябва да бъде равно на -1.

5. Флуор Винагиима степен на окисление -1.Както вече беше отбелязано, степента на окисление на някои елементи (метални йони, кислородни атоми в пероксиди и др.) може да варира в зависимост от редица фактори. Степента на окисление на флуора обаче винаги е -1. Това се обяснява с факта, че този елемент има най-висока електроотрицателност - с други думи, флуорните атоми са най-малко склонни да се разделят със собствените си електрони и най-активно привличат чужди електрони. Така зарядът им остава непроменен.

6. Сумата от степени на окисление в едно съединение е равна на неговия заряд.Степените на окисление на всички атоми в химичното съединение трябва да се добавят към заряда на това съединение. Например, ако едно съединение е неутрално, сумата от степени на окисление на всички негови атоми трябва да бъде нула; ако съединението е многоатомен йон със заряд -1, сумата от степени на окисление е -1 и т.н.

   • Това добър методпроверки - ако сумата от степени на окисление не е равна на общия заряд на съединението, значи сте направили грешка някъде.

   Част 2

   Определяне на степента на окисление без използване на законите на химията

   1. Намерете атоми, които нямат стриктни правиласпрямо степента на окисление.По отношение на някои елементи не е твърд установени правиланамиране на степента на окисление. Ако даден атом не попада под никое от изброените по-горе правила и не знаете неговия заряд (например атомът е част от комплекс и зарядът му не е посочен), можете да определите степента на окисление на такъв атом чрез елиминиране. Първо определете заряда на всички други атоми на съединението и след това, от известния общ заряд на съединението, изчислете степента на окисление на даден атом.

      • Например в съединението Na 2 SO 4 зарядът на серния атом (S) е неизвестен - знаем само, че не е нула, тъй като сярата не е в елементарно състояние. Тази връзка служи добър примерза илюстрация алгебричен методопределяне на степента на окисление.

   2. Намерете степента на окисление на останалите елементи в съединението.Като използвате правилата, описани по-горе, определете степента на окисление на останалите атоми на съединението. Не забравяйте за изключенията от правилата в случай на O, H атоми и т.н.

      • За Na 2 SO 4, използвайки нашите правила, откриваме, че зарядът (и следователно степента на окисление) на Na йона е +1, а за всеки от кислородните атоми е -2.

   3. Намерете неизвестното число на окисление от заряда на съединението.Сега имате всички данни за лесно изчисляване на желаното състояние на окисление. Запишете уравнение, от лявата страна на което ще има сумата от числото, получено в предишната стъпка от изчисленията, и неизвестното състояние на окисление, а от дясната страна - общият заряд на съединението. С други думи, (Сума от известни степени на окисление) + (желано състояние на окисление) = (заряд на съединението).

      • В нашия случай разтворът на Na 2 SO 4 изглежда така:
        • (Сума от известни степени на окисление) + (желано състояние на окисление) = (заряд на съединението)
        • -6 + S = 0
        • S = 0 + 6
        • S = 6. В Na 2 SO 4 сярата има степен на окисление 6 .
   • В съединенията сумата от всички степени на окисление трябва да е равна на заряда. Например, ако съединението е двуатомен йон, сумата от степени на окисление на атомите трябва да е равна на общия йонен заряд.
   • Много е полезно да можете да използвате периодичната таблица и да знаете къде се намират металните и неметалните елементи в нея.
   • Степента на окисление на атомите в елементарна форма винаги е нула. Степента на окисление на единичен йон е равна на неговия заряд. Елементите от група 1А на периодичната таблица, като водород, литий, натрий, в елементарната си форма имат степен на окисление +1; Металите от група 2А като магнезий и калций имат степен на окисление +2 в тяхната елементарна форма. Кислородът и водородът, в зависимост от вида на химичната връзка, могат да имат 2 различни значениястепен на окисление.

Степента на окисление е конвенционална стойност, използвана за записване на редокс реакции. За определяне на степента на окисление се използва таблицата на окисление на химичните елементи.

Значение

Степента на окисление на основните химични елементи се основава на тяхната електроотрицателност. Стойността е равна на броя на електроните, изместени в съединенията.

Степента на окисление се счита за положителна, ако електроните са изместени от атома, т.е. елементът отдава електрони в съединението и е редуциращ агент. Тези елементи включват метали, тяхното състояние на окисление винаги е положително.

Когато електрон е изместен към атом, стойността се счита за отрицателна и елементът се счита за окислител. Атомът приема електрони, докато не бъде завършено външното енергийно ниво. Повечето неметали са окислители.

Простите вещества, които не реагират, винаги имат нулева степен на окисление.

Ориз. 1. Таблица на степени на окисление.

В едно съединение неметалният атом с по-ниска електроотрицателност има положително състояние на окисление.

Определение

Можете да определите максималната и минималната степен на окисление (колко електрони може да даде и приеме един атом), като използвате периодичната таблица.

Максималната степен е равна на номера на групата, в която се намира елементът, или на броя на валентните електрони. Минималната стойност се определя по формулата:

Брой (групи) – 8.

Ориз. 2. Периодична таблица.

Въглеродът е в четвъртата група, следователно най-високата му степен на окисление е +4, а най-ниската е -4. Максималната степен на окисление на сярата е +6, минималната е -2. Повечето неметали винаги имат променлива степен на окисление - положителна и отрицателна. Изключение прави флуоридът. Степента му на окисление винаги е -1.

Трябва да се помни, че това правило не се прилага за алкални и алкалоземни метали от група I и II, съответно. Тези метали имат постоянна положителна степен на окисление - литий Li +1, натрий Na +1, калий K +1, берилий Be +2, магнезий Mg +2, калций Ca +2, стронций Sr +2, барий Ba +2. Други метали могат да бъдат изложени различни степениокисляване. Изключение е алуминият. Въпреки че е в група III, неговата степен на окисление винаги е +3.

Ориз. 3. Алкални и алкалоземни метали.

От VIII група най-висока степенСамо рутеният и осмият могат да проявят +8 окисление. Златото и медта в група I показват степени на окисление съответно +3 и +2.

Записвайте

За да запишете правилно степента на окисление, трябва да запомните няколко правила:

• инертните газове не реагират, така че тяхната степен на окисление винаги е нула;
• в съединенията променливата степен на окисление зависи от променливата валентност и взаимодействие с други елементи;
• водород в съединения с метали експонати отрицателна степенокисляване - Ca +2 H 2 −1, Na +1 H −1;
• кислородът винаги има степен на окисление -2, с изключение на кислородния флуорид и пероксида - O +2 F 2 −1, H 2 +1 O 2 −1.

Какво научихме?

Степента на окисление е условна стойност, показваща колко електрони е приел или отказал атом на даден елемент в съединението. Стойността зависи от броя на валентните електрони. Металите в съединенията винаги имат положителна степен на окисление, т.е. са редуциращи агенти. За алкалните и алкалоземните метали степента на окисление винаги е една и съща. Неметалите, с изключение на флуора, могат да приемат положителни и отрицателни степени на окисление.

Видео курсът „Вземете A“ включва всички теми, от които се нуждаете успешно завършванеЕдинен държавен изпит по математика за 60-65 точки. Напълно всички задачи 1-13 от Профилния единен държавен изпит по математика. Подходящ и за полагане на основния единен държавен изпит по математика. Ако искате да издържите Единния държавен изпит с 90-100 точки, трябва да решите част 1 за 30 минути и без грешки!

Подготвителен курс за Единния държавен изпит за 10-11 клас, както и за учители. Всичко необходимо за решаване на част 1 от Единния държавен изпит по математика (първите 12 задачи) и задача 13 (тригонометрия). И това е повече от 70 точки на Единния държавен изпит и нито студент със 100 точки, нито студент по хуманитарни науки не могат без тях.

Цялата необходима теория. Бързи начинирешения, клопки и тайни на единния държавен изпит. Анализирани са всички текущи задачи от част 1 от банката задачи на FIPI. Курсът напълно отговаря на изискванията на Единния държавен изпит 2018 г.

Курсът съдържа 5 големи теми по 2,5 часа всяка. Всяка тема е дадена от нулата, просто и ясно.

Стотици задачи за единен държавен изпит. Текстови задачи и теория на вероятностите. Прости и лесни за запомняне алгоритми за решаване на проблеми. Геометрия. Теория, справочни материали, анализ на всички видове задачи от Единния държавен изпит. Стереометрия. Хитри решения, полезни измамни листове, развитие на пространственото въображение. Тригонометрия от нулата до задача 13. Разбиране вместо тъпчене. Визуално обяснение сложни понятия. Алгебра. Корени, степени и логаритми, функция и производна. Основа за решаване на сложни задачи от част 2 на Единния държавен изпит.

Окислителното число е условният заряд на атом в молекула, той получава атома в резултат на пълното приемане на електрони, изчислява се от предположението, че всички връзки са йонни по природа. Как да определите степента на окисление?

Определяне степента на окисление

Има заредени частици, йони, положителен зарядкоето е равно на броя електрони, получени от един атом. Отрицателният заряд на йона е равен на броя на електроните, приети от един атом на химичен елемент. Например, записването на елемент като Ca2+ означава, че атомите на елементите са загубили един, два или три елемента. За да намерим състава на йонните съединения и молекулните съединения, трябва да знаем как да определим степента на окисление на елементите. Степените на окисление са отрицателни, положителни и нула. Ако вземем предвид броя на атомите, тогава степента на алгебрично окисление в молекулата е нула.

За да определите степента на окисление на даден елемент, трябва да се ръководите от определени знания. Например в металните съединения степента на окисление е положителна. А най-високата степен на окисление съответства на номера на групата на периодичната таблица, където се намира елементът. Металите могат да имат положителни или отрицателни степени на окисление. Това ще зависи от фактора, чрез който атом е свързан металът. Например, ако е свързан с метален атом, тогава степента ще бъде отрицателна, но ако е свързана с неметал, тогава степента ще бъде положителна.

Най-високата отрицателна степен на окисление на метал може да се определи, като от числото осем се извади номерът на групата, в която се намира необходимият елемент. По правило той е равен на броя на електроните, разположени във външния слой. Броят на тези електрони също съответства на номера на групата.

Как да изчислим окислителното число

В повечето случаи степента на окисление на атома на даден елемент не съвпада с броя на връзките, които образува, т.е. не е равна на валентността на този елемент. Това може ясно да се види в примера на органичните съединения.

Позволете ми да ви напомня, че валентността на въглерода в органичните съединения е 4 (т.е. образува 4 връзки), но степента на окисление на въглерода, например в метанол CH 3 OH е -2, в CO 2 +4, в CH4 - 4, в мравчена киселина HCOOH + 2. Валентността се измерва с броя на ковалентните химични връзки, включително тези, образувани от донорно-акцепторния механизъм.

При определяне на степента на окисление на атомите в молекулите, електроотрицателният атом, когато една електронна двойка е изместена в неговата посока, придобива заряд от -1, но ако има две електронни двойки, тогава ще има заряд от -2. Степента на окисление не се влияе от връзката между подобни атоми. Например:

• Връзка C-C атомие равно на тяхното нулево състояние на окисление.
• C-H връзка – тук въглеродът, като най-електроотрицателният атом, ще има заряд от -1.
• В С-О връзка зарядът на въглерода, тъй като е по-малко електроотрицателен, ще бъде +1.

Примери за определяне на степента на окисление

1. В молекула като CH 3Cl има три C-H връзки° С). Така степента на окисление на въглеродния атом в това съединение ще бъде равна на: -3+1=-2.
2. Нека намерим степента на окисление на въглеродните атоми в молекулата на ацеталдехида Cˉ³H3-C¹O-H. В това съединение трите С-Н връзки ще дадат общ заряд на С атома, който е равен на (Cº+3e→Cˉ³)-3. Двойната връзка C=O (тук кислородът ще вземе електрони от въглеродния атом, тъй като кислородът е по-електроотрицателен) дава заряд на C атома, той е равен на +2 (Cº-2e→C²), докато C-H връзката има заряд от -1, което означава, че общият заряд на С атома е: (2-1=1)+1.
3. Сега нека намерим степента на окисление в молекулата на етанола: Cˉ³H-Cˉ¹H2-OH. Тук три С-Н връзки ще дадат общ заряд на С атома, той е равен на (Cº+3e→Cˉ³)-3. Две C-H връзки ще дадат заряд на C атома, който ще бъде равен на -2, докато C→O връзката ще даде заряд от +1, което означава, че общият заряд на C атома е (-2+1= -1)-1.

Сега знаете как да определите степента на окисление на даден елемент. Ако имате поне елементарни познания по химия, тогава тази задача няма да е проблем за вас.

Формалният заряд на атома в съединенията е - спомагателно количество, обикновено се използва в описания на свойствата на елементите в химията. Този конвенционален електрически заряд е степента на окисление. Значението му се променя в резултат на много химически процеси. Въпреки че зарядът е формален, той ясно характеризира свойствата и поведението на атомите в редокс реакции (ORR).

Окисление и редукция

В миналото химиците са използвали термина "окисляване", за да опишат взаимодействието на кислорода с други елементи. Наименованието на реакциите идва от латинското наименование на кислорода - Oxygenium. По-късно се оказа, че и други елементи се окисляват. В този случай те се редуцират - получават електрони. Всеки атом, когато образува молекула, променя структурата на своята валентна електронна обвивка. В този случай се появява формален заряд, чиято величина зависи от броя на условно дадените или приети електрони. За характеризиране на тази стойност преди това е използван английският химически термин „окислително число“, което в превод означава „окислително число“. Когато го използват, те изхождат от предположението, че свързващите електрони в молекулите или йоните принадлежат на атом, който има повече висока стойностелектроотрицателност (EO). Способността да задържат своите електрони и да ги привличат от други атоми е добре изразена в силните неметали (халогени, кислород). Силните метали (натрий, калий, литий, калций, други алкални и алкалоземни елементи) имат противоположни свойства.

Определяне степента на окисление

Степента на окисление е зарядът, който атомът би придобил, ако електроните, участващи в образуването на връзката, бяха напълно изместени към по-електроотрицателен елемент. Има вещества, които нямат молекулярна структура (халогениди на алкални метали и други съединения). В тези случаи степента на окисление съвпада със заряда на йона. Условният или реалният заряд показва какъв процес е настъпил преди атомите да придобият своето сегашно състояние. Положителна степен на окисление е обща сумаелектрони, които са били отстранени от атомите. Отрицателното окислително число е равно на броя на получените електрони. Чрез промяна на степента на окисление на химичния елемент се съди какво се случва с неговите атоми по време на реакцията (и обратно). Цветът на веществото определя какви промени са настъпили в степента на окисление. Съединенията на хрома, желязото и редица други елементи, в които те проявяват различна валентност, са оцветени по различен начин.

Отрицателни, нулеви и положителни стойности на степен на окисление

Образуват се прости вещества химически елементисъс същата стойност на EO. В този случай свързващите електрони принадлежат еднакво на всички структурни частици. Следователно, в прости веществаелементите не се характеризират със степен на окисление (H 0 2, O 0 2, C 0). Когато атомите приемат електрони или общият облак се измества в тяхната посока, зарядите обикновено се записват със знак минус. Например F -1, O -2, C -4. Отдавайки електрони, атомите придобиват реален или формален положителен заряд. В OF2 оксида кислородният атом отдава по един електрон на два флуорни атома и е в състояние на окисление O +2. В молекула или многоатомен йон се казва, че по-електроотрицателните атоми получават всички свързващи електрони.

Сярата е елемент, проявяващ различна валентност и степен на окисление

Химическите елементи от основните подгрупи често проявяват по-ниска валентност, равна на VIII. Например валентността на сярата в сероводорода и металните сулфиди е II. Елементът се характеризира с междинна и най-висока валентност във възбудено състояние, когато атомът отдава един, два, четири или всичките шест електрона и проявява съответно валенции I, II, IV, VI. Същите стойности, само със знак минус или плюс, имат степени на окисление на сярата:

• във флуорен сулфид отдава един електрон: -1;
• при сероводород най-ниската стойност: -2;
• в междинно състояние на диоксид: +4;
• в триоксид, сярна киселина и сулфати: +6.

В най-високото си състояние на окисление сярата приема само електрони; в по-ниското си състояние проявява силни редуциращи свойства. S+4 атомите могат да действат като редуциращи агенти или окислители в съединенията, в зависимост от условията.

Пренос на електрони при химични реакции

Когато се образува кристал натриев хлорид, натрият отдава електрони на по-електроотрицателния хлор. Степените на окисление на елементите съвпадат с зарядите на йоните: Na +1 Cl -1. За молекули, създадени от социализация и изместване електронни двойкикъм по-електроотрицателен атом са приложими само понятията за формален заряд. Но можем да приемем, че всички съединения се състоят от йони. Тогава атомите, привличайки електрони, придобиват условен отрицателен заряд, а отдавайки ги, положителен заряд. В реакции те показват колко електрони са изместени. Например, в молекулата на въглеродния диоксид C +4 O - 2 2, индексът, посочен в горния десен ъгъл на химическия символ за въглерод, отразява броя на електроните, отстранени от атома. Кислородът в това вещество се характеризира със степен на окисление -2. Съответният индекс за химичния знак О е броят на добавените електрони в атома.

Как да изчислим степени на окисление

Преброяването на броя на електроните, дарени и получени от атомите, може да отнеме много време. Следните правила улесняват тази задача:

1. При простите вещества степента на окисление е нула.
2. Сумата от окисляването на всички атоми или йони в неутрално вещество е нула.
3. В комплексния йон сумата от степени на окисление на всички елементи трябва да съответства на заряда на цялата частица.
4. По-електроотрицателният атом придобива отрицателна степен на окисление, което се записва със знак минус.
5. По-малко електроотрицателните елементи получават положителни степени на окисление и се записват със знак плюс.
6. Кислородът обикновено показва степен на окисление -2.
7. За водорода характерната стойност е: +1; в металните хидриди се намира: H-1.
8. Флуорът е най-електроотрицателният от всички елементи и неговата степен на окисление винаги е -4.
9. За повечето метали окислителните числа и валентностите са еднакви.

Степен на окисление и валентност

Повечето съединения се образуват в резултат на редокс процеси. Преходът или изместването на електрони от един елемент към друг води до промяна в тяхното окислително състояние и валентност. Често тези стойности съвпадат. Фразата "електрохимична валентност" може да се използва като синоним на термина "степен на окисление". Но има изключения, например в амониевия йон азотът е четиривалентен. В същото време атомът на този елемент е в степен на окисление -3. В органичните вещества въглеродът винаги е четиривалентен, но степента на окисление на С атома в метан CH 4, мравчен алкохол CH 3 OH и киселина HCOOH има различни стойности: -4, -2 и +2.

Редокс реакции

Редокс факторите включват много критични процесив индустрията, техниката, живата и неживата природа: горене, корозия, ферментация, вътреклетъчно дишане, фотосинтеза и други явления.

При съставяне на OVR уравнения коефициентите се избират с помощта на метода на електронния баланс, който работи със следните категории:

• степени на окисление;
• редукторът отдава електрони и се окислява;
• окислителят приема електрони и се редуцира;
• броят на отдадените електрони трябва да бъде равен на броя на добавените електрони.

Придобиването на електрони от атома води до намаляване на неговото окислително състояние (редукция). Загубата на един или повече електрони от атом е придружена от увеличаване на степента на окисление на елемента в резултат на реакции. За ORR, протичащ между йони силни електролити V водни разтвори, по-често използват не електронен баланс, а метод на полуреакция.