Κατάσταση οξείδωσης li. Κατάσταση οξείδωσης. Τι να κάνετε εάν οι καταστάσεις οξείδωσης δύο στοιχείων είναι άγνωστες

Το επίσημο φορτίο ενός ατόμου σε ενώσεις είναι μια βοηθητική ποσότητα και χρησιμοποιείται συνήθως στις περιγραφές των ιδιοτήτων των στοιχείων στη χημεία. Αυτό το συμβατικό ηλεκτρικό φορτίο είναι η κατάσταση οξείδωσης. Η αξία του αλλάζει ως αποτέλεσμα πολλών χημικών διεργασιών. Αν και το φορτίο είναι τυπικό, χαρακτηρίζει ξεκάθαρα τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά των ατόμων στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής (ORR).

Οξείδωση και αναγωγή

Στο παρελθόν, οι χημικοί χρησιμοποιούσαν τον όρο «οξείδωση» για να περιγράψουν την αλληλεπίδραση του οξυγόνου με άλλα στοιχεία. Το όνομα των αντιδράσεων προέρχεται από τη λατινική ονομασία του οξυγόνου - Oxygenium. Αργότερα αποδείχθηκε ότι οξειδώνονται και άλλα στοιχεία. Σε αυτή την περίπτωση, μειώνονται - κερδίζουν ηλεκτρόνια. Κάθε άτομο, όταν σχηματίζει ένα μόριο, αλλάζει τη δομή του κελύφους ηλεκτρονίων σθένους. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται ένα επίσημο φορτίο, το μέγεθος του οποίου εξαρτάται από τον αριθμό των συμβατικά δεδομένων ή αποδεκτών ηλεκτρονίων. Για να χαρακτηριστεί αυτή η τιμή, χρησιμοποιήθηκε προηγουμένως ο αγγλικός χημικός όρος «αριθμός οξείδωσης», που μεταφράζεται ως «αριθμός οξείδωσης». Κατά τη χρήση του, βασίζεται στην υπόθεση ότι τα συνδετικά ηλεκτρόνια σε μόρια ή ιόντα ανήκουν σε άτομο με τιμή υψηλότερης ηλεκτραρνητικότητας (EO). Η ικανότητα να συγκρατούν τα ηλεκτρόνια τους και να τα προσελκύουν από άλλα άτομα εκφράζεται καλά σε ισχυρά αμέταλλα (αλογόνα, οξυγόνο). Τα ισχυρά μέταλλα (νάτριο, κάλιο, λίθιο, ασβέστιο, άλλα στοιχεία αλκαλίων και αλκαλικών γαιών) έχουν τις αντίθετες ιδιότητες.

Προσδιορισμός κατάστασης οξείδωσης

Η κατάσταση οξείδωσης είναι το φορτίο που θα αποκτούσε ένα άτομο εάν τα ηλεκτρόνια που συμμετέχουν στο σχηματισμό του δεσμού μετατοπίζονταν πλήρως σε ένα πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο. Υπάρχουν ουσίες που δεν έχουν μοριακή δομή (αλογονίδια μετάλλων αλκαλίων και άλλες ενώσεις). Σε αυτές τις περιπτώσεις, η κατάσταση οξείδωσης συμπίπτει με το φορτίο του ιόντος. Το συμβατικό ή πραγματικό φορτίο δείχνει ποια διαδικασία συνέβη πριν τα άτομα αποκτήσουν την τρέχουσα κατάστασή τους. Ο θετικός αριθμός οξείδωσης είναι ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων που έχουν αφαιρεθεί από τα άτομα. Ένας αρνητικός αριθμός οξείδωσης είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που αποκτήθηκαν. Αλλάζοντας την κατάσταση οξείδωσης ενός χημικού στοιχείου, κρίνει κανείς τι συμβαίνει με τα άτομα του κατά τη διάρκεια της αντίδρασης (και το αντίστροφο). Το χρώμα μιας ουσίας καθορίζει ποιες αλλαγές έχουν συμβεί στην κατάσταση οξείδωσης. Οι ενώσεις του χρωμίου, του σιδήρου και ορισμένων άλλων στοιχείων, στα οποία παρουσιάζουν διαφορετικό σθένος, χρωματίζονται διαφορετικά.

Τιμές αρνητικής, μηδενικής και θετικής κατάστασης οξείδωσης

Οι απλές ουσίες σχηματίζονται από χημικά στοιχεία με την ίδια τιμή EO. Σε αυτή την περίπτωση, τα συνδετικά ηλεκτρόνια ανήκουν εξίσου σε όλα τα δομικά σωματίδια. Κατά συνέπεια, σε απλές ουσίες τα στοιχεία δεν χαρακτηρίζονται από κατάσταση οξείδωσης (H 0 2, O 0 2, C 0). Όταν τα άτομα δέχονται ηλεκτρόνια ή το γενικό νέφος μετατοπίζεται προς την κατεύθυνσή τους, τα φορτία συνήθως γράφονται με πρόσημο μείον. Για παράδειγμα, F-1, O-2, C-4. Δίνοντας ηλεκτρόνια, τα άτομα αποκτούν πραγματικό ή τυπικό θετικό φορτίο. Στο οξείδιο OF2, το άτομο οξυγόνου δίνει ένα ηλεκτρόνιο το καθένα σε δύο άτομα φθορίου και βρίσκεται σε κατάσταση οξείδωσης O +2. Σε ένα μόριο ή ένα πολυατομικό ιόν, τα περισσότερα ηλεκτραρνητικά άτομα λέγεται ότι λαμβάνουν όλα τα ηλεκτρόνια σύνδεσης.

Το θείο είναι ένα στοιχείο που εμφανίζει διαφορετικές καταστάσεις σθένους και οξείδωσης

Τα χημικά στοιχεία των κύριων υποομάδων συχνά εμφανίζουν χαμηλότερο σθένος VIII. Για παράδειγμα, το σθένος του θείου στο υδρόθειο και στα θειούχα μετάλλων είναι II. Ένα στοιχείο χαρακτηρίζεται από ενδιάμεσο και υψηλότερο σθένος στη διεγερμένη κατάσταση, όταν το άτομο παραχωρεί ένα, δύο, τέσσερα ή και τα έξι ηλεκτρόνια και εμφανίζει σθένη I, II, IV, VI, αντίστοιχα. Οι ίδιες τιμές, μόνο με αρνητικό ή συν, έχουν τις καταστάσεις οξείδωσης του θείου:

• σε θειούχο φθόριο δίνει ένα ηλεκτρόνιο: -1;
• στο υδρόθειο η χαμηλότερη τιμή: -2;
• σε ενδιάμεση κατάσταση διοξειδίου: +4;
• σε τριοξείδιο, θειικό οξύ και θειικά άλατα: +6.

Στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης, το θείο δέχεται μόνο ηλεκτρόνια στην κατώτερη του κατάσταση, παρουσιάζει ισχυρές αναγωγικές ιδιότητες. Τα άτομα S+4 μπορούν να δράσουν ως αναγωγικοί ή οξειδωτικοί παράγοντες σε ενώσεις, ανάλογα με τις συνθήκες.

Μεταφορά ηλεκτρονίων σε χημικές αντιδράσεις

Όταν σχηματίζεται ένας κρύσταλλος χλωριούχου νατρίου, το νάτριο δίνει ηλεκτρόνια στο πιο ηλεκτραρνητικό χλώριο. Οι καταστάσεις οξείδωσης των στοιχείων συμπίπτουν με τα φορτία των ιόντων: Na +1 Cl -1. Για μόρια που δημιουργούνται με κοινή χρήση και μετατόπιση ζευγών ηλεκτρονίων σε ένα πιο ηλεκτραρνητικό άτομο, ισχύει μόνο η έννοια του τυπικού φορτίου. Μπορούμε όμως να υποθέσουμε ότι όλες οι ενώσεις αποτελούνται από ιόντα. Τότε τα άτομα, έλκοντας ηλεκτρόνια, αποκτούν ένα υπό όρους αρνητικό φορτίο, και με το να τα αποδίδουν, ένα θετικό. Στις αντιδράσεις υποδεικνύουν πόσα ηλεκτρόνια μετατοπίζονται. Για παράδειγμα, στο μόριο διοξειδίου του άνθρακα C +4 O - 2 2, ο δείκτης που υποδεικνύεται στην επάνω δεξιά γωνία του χημικού συμβόλου για τον άνθρακα αντανακλά τον αριθμό των ηλεκτρονίων που αφαιρέθηκαν από το άτομο. Το οξυγόνο σε αυτή την ουσία χαρακτηρίζεται από κατάσταση οξείδωσης -2. Ο αντίστοιχος δείκτης για το χημικό πρόσημο Ο είναι ο αριθμός των προστιθέμενων ηλεκτρονίων στο άτομο.

Πώς να υπολογίσετε τις καταστάσεις οξείδωσης

Η καταμέτρηση του αριθμού των ηλεκτρονίων που δωρίζονται και αποκτώνται από τα άτομα μπορεί να είναι χρονοβόρα. Οι ακόλουθοι κανόνες διευκολύνουν αυτήν την εργασία:

1. Σε απλές ουσίες, οι καταστάσεις οξείδωσης είναι μηδέν.
2. Το άθροισμα της οξείδωσης όλων των ατόμων ή ιόντων σε μια ουδέτερη ουσία είναι μηδέν.
3. Σε ένα σύμπλοκο ιόν, το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης όλων των στοιχείων πρέπει να αντιστοιχεί στο φορτίο ολόκληρου του σωματιδίου.
4. Ένα πιο ηλεκτραρνητικό άτομο αποκτά αρνητική κατάσταση οξείδωσης, η οποία γράφεται με αρνητικό πρόσημο.
5. Λιγότερα ηλεκτραρνητικά στοιχεία λαμβάνουν θετικές καταστάσεις οξείδωσης και γράφονται με πρόσημο συν.
6. Το οξυγόνο γενικά εμφανίζει μια κατάσταση οξείδωσης -2.
7. Για το υδρογόνο, η χαρακτηριστική τιμή είναι: +1 σε υδρίδια μετάλλων βρίσκεται: H-1.
8. Το φθόριο είναι το πιο ηλεκτραρνητικό από όλα τα στοιχεία και η κατάσταση οξείδωσής του είναι πάντα -4.
9. Για τα περισσότερα μέταλλα, οι αριθμοί οξείδωσης και τα σθένη είναι τα ίδια.

Κατάσταση οξείδωσης και σθένος

Οι περισσότερες ενώσεις σχηματίζονται ως αποτέλεσμα διεργασιών οξειδοαναγωγής. Η μετάβαση ή η μετατόπιση των ηλεκτρονίων από το ένα στοιχείο στο άλλο οδηγεί σε αλλαγή της κατάστασης οξείδωσης και του σθένους τους. Συχνά αυτές οι τιμές συμπίπτουν. Η φράση «ηλεκτροχημικό σθένος» μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συνώνυμο του όρου «κατάσταση οξείδωσης». Αλλά υπάρχουν εξαιρέσεις, για παράδειγμα, στο ιόν αμμωνίου, το άζωτο είναι τετρασθενές. Ταυτόχρονα, το άτομο αυτού του στοιχείου βρίσκεται σε κατάσταση οξείδωσης -3. Στις οργανικές ουσίες, ο άνθρακας είναι πάντα τετρασθενής, αλλά οι καταστάσεις οξείδωσης του ατόμου C στο μεθάνιο CH 4, τη μυρμηκική αλκοόλη CH 3 OH και το οξύ HCOOH έχουν διαφορετικές τιμές: -4, -2 και +2.

Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής

Οι διεργασίες οξειδοαναγωγής περιλαμβάνουν πολλές από τις πιο σημαντικές διαδικασίες στη βιομηχανία, την τεχνολογία, τη ζωντανή και άψυχη φύση: καύση, διάβρωση, ζύμωση, ενδοκυτταρική αναπνοή, φωτοσύνθεση και άλλα φαινόμενα.

Κατά τη σύνταξη εξισώσεων OVR, οι συντελεστές επιλέγονται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτρονικού ισοζυγίου, η οποία λειτουργεί με τις ακόλουθες κατηγορίες:

• καταστάσεις οξείδωσης·
• ο αναγωγικός παράγοντας δίνει ηλεκτρόνια και οξειδώνεται.
• ο οξειδωτικός παράγοντας δέχεται ηλεκτρόνια και ανάγεται.
• ο αριθμός των ηλεκτρονίων που δίνονται πρέπει να είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που προστίθενται.

Η απόκτηση ηλεκτρονίων από ένα άτομο οδηγεί σε μείωση της κατάστασης οξείδωσής του (αναγωγή). Η απώλεια ενός ή περισσότερων ηλεκτρονίων από ένα άτομο συνοδεύεται από αύξηση του αριθμού οξείδωσης του στοιχείου ως αποτέλεσμα αντιδράσεων. Για αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που συμβαίνουν μεταξύ ιόντων ισχυρών ηλεκτρολυτών σε υδατικά διαλύματα, χρησιμοποιείται συχνά η μέθοδος των ημι-αντιδράσεων αντί της ηλεκτρονικής ισορροπίας.

Το χημικό στοιχείο σε μια ένωση, υπολογίζεται από την υπόθεση ότι όλοι οι δεσμοί είναι ιοντικοί.

Οι καταστάσεις οξείδωσης μπορεί να έχουν θετική, αρνητική ή μηδενική τιμή, επομένως το αλγεβρικό άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης των στοιχείων σε ένα μόριο, λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό των ατόμων τους, είναι ίσο με 0, και σε ένα ιόν - το φορτίο του ιόντος .

1. Οι καταστάσεις οξείδωσης των μετάλλων στις ενώσεις είναι πάντα θετικές.

2. Η υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας του περιοδικού συστήματος όπου βρίσκεται το στοιχείο (εξαιρέσεις είναι: Au +3(Ι ομάδα), Cu +2(II), από την ομάδα VIII η κατάσταση οξείδωσης +8 μπορεί να βρεθεί μόνο στο όσμιο Osκαι ρουθήνιο Ru.

3. Οι καταστάσεις οξείδωσης των μη μετάλλων εξαρτώνται από το άτομο με το οποίο συνδέεται:

• εάν με άτομο μετάλλου, τότε η κατάσταση οξείδωσης είναι αρνητική.
• εάν με άτομο μη μετάλλου, τότε η κατάσταση οξείδωσης μπορεί να είναι είτε θετική είτε αρνητική. Εξαρτάται από την ηλεκτραρνητικότητα των ατόμων των στοιχείων.

4. Η υψηλότερη αρνητική κατάσταση οξείδωσης των μη μετάλλων μπορεί να προσδιοριστεί αφαιρώντας από το 8 τον αριθμό της ομάδας στην οποία βρίσκεται το στοιχείο, δηλ. η υψηλότερη θετική κατάσταση οξείδωσης είναι ίση με τον αριθμό των ηλεκτρονίων στην εξωτερική στιβάδα, που αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας.

5. Οι καταστάσεις οξείδωσης των απλών ουσιών είναι 0, ανεξάρτητα από το αν είναι μέταλλο ή αμέταλλο.

Στοιχεία με σταθερές καταστάσεις οξείδωσης.

Στοιχείο	Χαρακτηριστική κατάσταση οξείδωσης	Εξαιρέσεις
		Υδρίδια μετάλλων: LIH -1
		Κατάσταση οξείδωσηςονομάζεται υπό όρους φορτίο ενός σωματιδίου με την υπόθεση ότι ο δεσμός έχει σπάσει εντελώς (έχει ιοντικό χαρακτήρα). H- Cl = H + + Cl - , Ο δεσμός στο υδροχλωρικό οξύ είναι πολικός ομοιοπολικός. Το ζεύγος ηλεκτρονίων μετατοπίζεται περισσότερο προς το άτομο Cl - , επειδή είναι πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο. Πώς να προσδιορίσετε την κατάσταση οξείδωσης; Ηλεκτραρνητικότηταείναι η ικανότητα των ατόμων να προσελκύουν ηλεκτρόνια από άλλα στοιχεία. Ο αριθμός οξείδωσης υποδεικνύεται πάνω από το στοιχείο: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,κ + Cl - και τα λοιπά. Μπορεί να είναι αρνητικό και θετικό. Η κατάσταση οξείδωσης μιας απλής ουσίας (αδέσμευτη, ελεύθερη κατάσταση) είναι μηδέν. Η κατάσταση οξείδωσης του οξυγόνου για τις περισσότερες ενώσεις είναι -2 (η εξαίρεση είναι τα υπεροξείδια H 2 O 2, όπου είναι ίσο με -1 και ενώσεις με φθόριο - Ο +2 φά 2 -1 , Ο 2 +1 φά 2 -1 ). - Κατάσταση οξείδωσηςενός απλού μονοατομικού ιόντος ισούται με το φορτίο του: Να + , Ca +2 . Το υδρογόνο στις ενώσεις του έχει κατάσταση οξείδωσης +1 (εξαιρούνται τα υδρίδια - Να + H - και πληκτρολογήστε συνδέσεις ντο +4 H 4 -1 ). Στους δεσμούς μετάλλου-μη μετάλλου, η αρνητική κατάσταση οξείδωσης είναι το άτομο που έχει μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα (τα δεδομένα για την ηλεκτραρνητικότητα δίνονται στην κλίμακα Pauling): H + φά - , Cu + Br - , Ca +2 (ΟΧΙ 3 ) - και τα λοιπά. Κανόνες για τον προσδιορισμό του βαθμού οξείδωσης σε χημικές ενώσεις. Ας πάρουμε τη σύνδεση KMnO 4 , είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η κατάσταση οξείδωσης του ατόμου του μαγγανίου. Αιτιολογία: Το κάλιο είναι ένα μέταλλο αλκαλίου στην ομάδα Ι του περιοδικού πίνακα και επομένως έχει μόνο θετική κατάσταση οξείδωσης +1. Το οξυγόνο, όπως είναι γνωστό, στις περισσότερες ενώσεις του έχει κατάσταση οξείδωσης -2. Αυτή η ουσία δεν είναι υπεροξείδιο, πράγμα που σημαίνει ότι δεν αποτελεί εξαίρεση. Φτιάχνει την εξίσωση: Κ+Mn X O 4 -2 Αφήνω Χ- άγνωστη σε εμάς κατάσταση οξείδωσης του μαγγανίου. Ο αριθμός των ατόμων καλίου είναι 1, μαγγάνιο - 1, οξυγόνο - 4. Έχει αποδειχθεί ότι το μόριο στο σύνολό του είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, επομένως το συνολικό του φορτίο πρέπει να είναι μηδέν. 1*(+1) + 1*(Χ) + 4(-2) = 0, X = +7, Αυτό σημαίνει ότι η κατάσταση οξείδωσης του μαγγανίου στο υπερμαγγανικό κάλιο = +7. Ας πάρουμε ένα άλλο παράδειγμα οξειδίου Fe2O3. Είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η κατάσταση οξείδωσης του ατόμου του σιδήρου. Αιτιολογία: Ο σίδηρος είναι μέταλλο, το οξυγόνο είναι μη μέταλλο, που σημαίνει ότι το οξυγόνο θα είναι οξειδωτικό και θα έχει αρνητικό φορτίο. Γνωρίζουμε ότι το οξυγόνο έχει κατάσταση οξείδωσης -2. Μετράμε τον αριθμό των ατόμων: σίδηρος - 2 άτομα, οξυγόνο - 3. Δημιουργούμε μια εξίσωση όπου Χ- κατάσταση οξείδωσης του ατόμου σιδήρου: 2*(X) + 3*(-2) = 0, Συμπέρασμα: η κατάσταση οξείδωσης του σιδήρου σε αυτό το οξείδιο είναι +3. Παραδείγματα.Προσδιορίστε τις καταστάσεις οξείδωσης όλων των ατόμων του μορίου. 1. K2Cr2O7. Κατάσταση οξείδωσης Κ +1, οξυγόνο Ο -2. Δεδομένα ευρετήρια: Ο=(-2)×7=(-14), Κ=(+1)×2=(+2). Επειδή το αλγεβρικό άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης των στοιχείων σε ένα μόριο, λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό των ατόμων τους, είναι ίσο με 0, τότε ο αριθμός των θετικών καταστάσεων οξείδωσης είναι ίσος με τον αριθμό των αρνητικών. Καταστάσεις οξείδωσης Κ+Ο=(-14)+(+2)=(-12). Από αυτό προκύπτει ότι το άτομο του χρωμίου έχει 12 θετικές δυνάμεις, αλλά υπάρχουν 2 άτομα στο μόριο, που σημαίνει ότι υπάρχουν (+12) ανά άτομο: 2 = (+6). Απάντηση: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3- . Στην περίπτωση αυτή, το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης δεν θα είναι πλέον ίσο με το μηδέν, αλλά με το φορτίο του ιόντος, δηλ. - 3. Ας κάνουμε μια εξίσωση: x+4×(- 2)= - 3 . Απάντηση: (Ως +5 Ο 4 -2) 3- .

Η ικανότητα εύρεσης της κατάστασης οξείδωσης των χημικών στοιχείων είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την επιτυχή επίλυση χημικών εξισώσεων που περιγράφουν αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Χωρίς αυτό, δεν θα μπορείτε να δημιουργήσετε έναν ακριβή τύπο για μια ουσία που προκύπτει από μια αντίδραση μεταξύ διαφόρων χημικών στοιχείων. Ως αποτέλεσμα, η επίλυση χημικών προβλημάτων που βασίζονται σε τέτοιες εξισώσεις θα είναι είτε αδύνατη είτε εσφαλμένη.

Η έννοια της κατάστασης οξείδωσης ενός χημικού στοιχείου
Κατάσταση οξείδωσηςείναι μια συμβατική τιμή με την οποία συνηθίζεται να περιγράφονται αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Αριθμητικά, είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων από τα οποία ένα άτομο αποκτά θετικό φορτίο εγκαταλείπει ή τον αριθμό των ηλεκτρονίων που προσδίδει στον εαυτό του ένα άτομο που αποκτά αρνητικό φορτίο.

Στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, η έννοια της κατάστασης οξείδωσης χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των χημικών τύπων ενώσεων στοιχείων που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση πολλών ουσιών.

Με την πρώτη ματιά, μπορεί να φαίνεται ότι ο αριθμός οξείδωσης είναι ισοδύναμος με την έννοια του σθένους ενός χημικού στοιχείου, αλλά αυτό δεν είναι έτσι. Εννοια σθένοςχρησιμοποιείται για την ποσοτικοποίηση των ηλεκτρονικών αλληλεπιδράσεων σε ομοιοπολικές ενώσεις, δηλαδή ενώσεις που σχηματίζονται από το σχηματισμό κοινών ζευγών ηλεκτρονίων. Ο αριθμός οξείδωσης χρησιμοποιείται για να περιγράψει αντιδράσεις που χάνουν ή αποκτούν ηλεκτρόνια.

Σε αντίθεση με το σθένος, το οποίο είναι ένα ουδέτερο χαρακτηριστικό, η κατάσταση οξείδωσης μπορεί να έχει θετική, αρνητική ή μηδενική τιμή. Μια θετική τιμή αντιστοιχεί στον αριθμό των ηλεκτρονίων που δίνονται και μια αρνητική τιμή στον αριθμό των ηλεκτρονίων που προστέθηκαν. Η τιμή μηδέν σημαίνει ότι το στοιχείο είτε βρίσκεται στη στοιχειακή του μορφή, είτε έχει μειωθεί στο 0 μετά την οξείδωση, είτε έχει οξειδωθεί στο μηδέν μετά από προηγούμενη αναγωγή.

Πώς να προσδιορίσετε την κατάσταση οξείδωσης ενός συγκεκριμένου χημικού στοιχείου
Ο προσδιορισμός της κατάστασης οξείδωσης για ένα συγκεκριμένο χημικό στοιχείο υπόκειται στους ακόλουθους κανόνες:

1. Η κατάσταση οξείδωσης των απλών ουσιών είναι πάντα μηδενική.
   
2. Τα αλκαλικά μέταλλα, που βρίσκονται στην πρώτη ομάδα του περιοδικού πίνακα, έχουν κατάσταση οξείδωσης +1.
   
3. Τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών, που καταλαμβάνουν τη δεύτερη ομάδα του περιοδικού πίνακα, έχουν κατάσταση οξείδωσης +2.
   
4. Το υδρογόνο σε ενώσεις με διάφορα αμέταλλα εμφανίζει πάντα κατάσταση οξείδωσης +1 και σε ενώσεις με μέταλλα +1.
   
5. Η κατάσταση οξείδωσης του μοριακού οξυγόνου σε όλες τις ενώσεις που εξετάζονται στο σχολικό μάθημα της ανόργανης χημείας είναι -2. Φθόριο -1.
   
6. Κατά τον προσδιορισμό του βαθμού οξείδωσης στα προϊόντα των χημικών αντιδράσεων, προχωράμε από τον κανόνα της ηλεκτρικής ουδετερότητας, σύμφωνα με τον οποίο το άθροισμα των καταστάσεων οξείδωσης των διαφόρων στοιχείων που συνθέτουν την ουσία πρέπει να είναι ίσο με μηδέν.
   
7. Το αλουμίνιο σε όλες τις ενώσεις εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης +3.
   

Στη συνέχεια, κατά κανόνα, αρχίζουν οι δυσκολίες, καθώς τα υπόλοιπα χημικά στοιχεία επιδεικνύουν και παρουσιάζουν ποικίλο βαθμό οξείδωσης ανάλογα με τους τύπους των ατόμων άλλων ουσιών που εμπλέκονται στην ένωση.

Υπάρχουν υψηλότερες, χαμηλότερες και ενδιάμεσες καταστάσεις οξείδωσης. Η υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης, όπως και το σθένος, αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας ενός χημικού στοιχείου στον περιοδικό πίνακα, αλλά έχει θετική τιμή. Η χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης είναι αριθμητικά ίση με τη διαφορά μεταξύ της ομάδας 8 του στοιχείου. Μια ενδιάμεση κατάσταση οξείδωσης θα είναι οποιοσδήποτε αριθμός που κυμαίνεται από τη χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης έως την υψηλότερη.

Για να σας βοηθήσουμε να πλοηγηθείτε στην ποικιλία των καταστάσεων οξείδωσης των χημικών στοιχείων, εφιστούμε την προσοχή σας στον παρακάτω βοηθητικό πίνακα. Επιλέξτε το στοιχείο που σας ενδιαφέρει και θα λάβετε τις τιμές των πιθανών καταστάσεων οξείδωσής του. Οι τιμές που εμφανίζονται σπάνια θα υποδεικνύονται σε παρενθέσεις.

Σύγχρονη διατύπωση του Περιοδικού Νόμου, που ανακαλύφθηκε από τον D. I. Mendeleev το 1869:

Οι ιδιότητες των στοιχείων εξαρτώνται περιοδικά από τον τακτικό αριθμό.

Η περιοδικά επαναλαμβανόμενη φύση των αλλαγών στη σύνθεση του ηλεκτρονικού κελύφους των ατόμων στοιχείων εξηγεί την περιοδική αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων όταν κινούνται στις περιόδους και τις ομάδες του Περιοδικού Συστήματος.

Ας εντοπίσουμε, για παράδειγμα, τη μεταβολή σε υψηλότερες και χαμηλότερες καταστάσεις οξείδωσης στοιχείων των ομάδων IA – VIIA στη δεύτερη – τέταρτη περίοδο σύμφωνα με τον Πίνακα. 3.

ΘετικόςΌλα τα στοιχεία παρουσιάζουν καταστάσεις οξείδωσης εκτός από το φθόριο. Οι τιμές τους αυξάνονται με την αύξηση του πυρηνικού φορτίου και συμπίπτουν με τον αριθμό των ηλεκτρονίων στο τελευταίο ενεργειακό επίπεδο (με εξαίρεση το οξυγόνο). Αυτές οι καταστάσεις οξείδωσης ονομάζονται ύψιστοςκαταστάσεις οξείδωσης. Για παράδειγμα, η υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης του φωσφόρου P είναι +V.

ΑρνητικόςΟι καταστάσεις οξείδωσης παρουσιάζονται από στοιχεία που ξεκινούν από άνθρακα C, πυρίτιο Si και γερμάνιο Ge. Οι τιμές τους είναι ίσες με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που λείπουν έως και οκτώ. Αυτές οι καταστάσεις οξείδωσης ονομάζονται κατώτεροςκαταστάσεις οξείδωσης. Για παράδειγμα, στο άτομο φωσφόρου P στο τελευταίο ενεργειακό επίπεδο λείπουν τρία ηλεκτρόνια έως οκτώ, πράγμα που σημαίνει ότι η χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης του φωσφόρου P είναι – III.

Οι τιμές των υψηλότερων και χαμηλότερων καταστάσεων οξείδωσης επαναλαμβάνονται περιοδικά, συμπίπτουν σε ομάδες. για παράδειγμα, στην ομάδα IVA, ο άνθρακας C, το πυρίτιο Si και το γερμάνιο Ge έχουν την υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης +IV και τη χαμηλότερη κατάσταση οξείδωσης - IV.

Αυτή η περιοδικότητα των αλλαγών στις καταστάσεις οξείδωσης αντανακλάται στις περιοδικές αλλαγές στη σύνθεση και τις ιδιότητες των χημικών ενώσεων των στοιχείων.

Μια περιοδική αλλαγή στην ηλεκτραρνητικότητα των στοιχείων στην 1η-6η περίοδο των ομάδων IA-VIA μπορεί να ανιχνευθεί παρόμοια (Πίνακας 4).

Σε κάθε περίοδο του Περιοδικού Πίνακα, η ηλεκτραρνητικότητα των στοιχείων αυξάνεται με την αύξηση του ατομικού αριθμού (από αριστερά προς τα δεξιά).

Σε κάθε ομάδαΣτον περιοδικό πίνακα, η ηλεκτραρνητικότητα μειώνεται όσο αυξάνεται ο ατομικός αριθμός (από πάνω προς τα κάτω). Το φθόριο F έχει την υψηλότερη, και το Cs καισίου έχει τη χαμηλότερη ηλεκτραρνητικότητα μεταξύ των στοιχείων της 1ης-6ης περιόδου.

Τα τυπικά αμέταλλα έχουν υψηλή ηλεκτραρνητικότητα, ενώ τα τυπικά μέταλλα έχουν χαμηλή ηλεκτραρνητικότητα.

Παραδείγματα εργασιών για τα μέρη Α, Β

1. Στην 4η περίοδο ο αριθμός των στοιχείων είναι ίσος με

2. Μεταλλικές ιδιότητες στοιχείων της 3ης περιόδου από Na έως Cl

1) γίνε πιο δυνατός

2) εξασθενούν

3) Μην αλλάζεις

4) Δεν ξέρω

3. Μη μεταλλικές ιδιότητες αλογόνων με αυξανόμενο ατομικό αριθμό

1) αύξηση

2) μείωση

3) παραμένουν αμετάβλητα

4) Δεν ξέρω

4. Στη σειρά των στοιχείων Zn – Hg – Co – Cd, ένα στοιχείο που δεν περιλαμβάνεται στην ομάδα είναι

5. Οι μεταλλικές ιδιότητες των στοιχείων αυξάνονται με διάφορους τρόπους

1) Σε – Γα – Αλ

2) K – Rb – Sr

3) Ge – Ga – Tl

4) Li – Be – Mg

6. Μη μεταλλικές ιδιότητες στη σειρά στοιχείων Al – Si – C – N

1) αύξηση

2) μείωση

3) Μην αλλάζεις

4) Δεν ξέρω

7. Στη σειρά των στοιχείων O – S – Se – Αυτά τα μεγέθη (ακτίνες) ενός ατόμου

1) μείωση

2) αύξηση

3) Μην αλλάζεις

4) Δεν ξέρω

8. Στη σειρά των στοιχείων P – Si – Al – Mg, οι διαστάσεις (ακτίνες) ενός ατόμου είναι

1) μείωση

2) αύξηση

3) Μην αλλάζεις

4) Δεν ξέρω

9. Για τον φώσφορο το στοιχείο με πιο λιγοηλεκτραρνητικότητα είναι

10. Ένα μόριο στο οποίο η πυκνότητα των ηλεκτρονίων μετατοπίζεται προς το άτομο του φωσφόρου είναι

11. ΑνώτεροΗ κατάσταση οξείδωσης των στοιχείων εκδηλώνεται σε ένα σύνολο οξειδίων και φθοριδίων

1) ClO 2, PCl 5, SeCl 4, SO 3

2) PCl, Al 2 O 3, KCl, CO

3) SeO 3, BCl 3, N 2 O 5, CaCl 2

4) AsCl 5, SeO 2, SCl 2, Cl 2 O 7

12. Χαμηλότεροκατάσταση οξείδωσης των στοιχείων - στις ενώσεις υδρογόνου τους και τα φθοριούχα

1) ClF 3, NH 3, NaH, OF 2

2) H3S+, NH+, SiH4, H2Se

3) CH 4, BF 4, H 3 O +, PF 3

4) PH 3, NF+, HF 2, CF 4

13. Σθένος για ένα πολυσθενές άτομο είναι το ίδιοσε μια σειρά ενώσεων

1) SiH 4 – AsH 3 – CF 4

2) PH 3 – BF 3 – ClF 3

3) AsF 3 – SiCl 4 – IF 7

4) H 2 O – BClg – NF 3

14. Υποδείξτε την αντιστοιχία μεταξύ του τύπου μιας ουσίας ή ιόντος και της κατάστασης οξείδωσης του άνθρακα σε αυτό

ΟΡΙΣΜΟΣ

Κατάσταση οξείδωσηςείναι μια ποσοτική εκτίμηση της κατάστασης ενός ατόμου ενός χημικού στοιχείου σε μια ένωση, με βάση την ηλεκτραρνητικότητα του.

Παίρνει και θετικές και αρνητικές τιμές. Για να υποδείξετε την κατάσταση οξείδωσης ενός στοιχείου σε μια ένωση, πρέπει να τοποθετήσετε έναν αραβικό αριθμό με το αντίστοιχο πρόσημο ("+" ή "-") πάνω από το σύμβολό του.

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι ο αριθμός οξείδωσης είναι μια ποσότητα που δεν έχει φυσική σημασία, καθώς δεν αντικατοπτρίζει το πραγματικό φορτίο του ατόμου. Ωστόσο, αυτή η έννοια χρησιμοποιείται πολύ ευρέως στη χημεία.

Πίνακας καταστάσεων οξείδωσης χημικών στοιχείων

Η μέγιστη θετική και η ελάχιστη αρνητική κατάσταση οξείδωσης μπορούν να προσδιοριστούν χρησιμοποιώντας τον Περιοδικό Πίνακα D.I. Μεντελέεφ. Είναι ίσα με τον αριθμό της ομάδας στην οποία βρίσκεται το στοιχείο και τη διαφορά μεταξύ της τιμής της «υψηλότερης» κατάστασης οξείδωσης και του αριθμού 8, αντίστοιχα.

Αν εξετάσουμε πιο συγκεκριμένα τις χημικές ενώσεις, τότε σε ουσίες με μη πολικούς δεσμούς η κατάσταση οξείδωσης των στοιχείων είναι μηδέν (N 2, H 2, Cl 2).

Η κατάσταση οξείδωσης των μετάλλων στη στοιχειακή κατάσταση είναι μηδέν, αφού η κατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων σε αυτά είναι ομοιόμορφη.

Σε απλές ιοντικές ενώσεις, η κατάσταση οξείδωσης των στοιχείων που περιλαμβάνονται σε αυτές είναι ίση με το ηλεκτρικό φορτίο, καθώς κατά τον σχηματισμό αυτών των ενώσεων υπάρχει σχεδόν πλήρης μετάβαση ηλεκτρονίων από το ένα άτομο στο άλλο: Na +1 I -1, Mg +2 Cl -1 2, Al +3 F - 1 3, Zr +4 Br -1 4 .

Κατά τον προσδιορισμό της κατάστασης οξείδωσης των στοιχείων σε ενώσεις με πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς, συγκρίνονται οι τιμές ηλεκτραρνητικότητας τους. Δεδομένου ότι κατά το σχηματισμό ενός χημικού δεσμού, τα ηλεκτρόνια μετατοπίζονται στα άτομα περισσότερων ηλεκτραρνητικών στοιχείων, τα τελευταία έχουν αρνητική κατάσταση οξείδωσης στις ενώσεις.

Υπάρχουν στοιχεία που χαρακτηρίζονται από μία μόνο τιμή κατάστασης οξείδωσης (φθόριο, μέταλλα των ομάδων ΙΑ και ΙΙΑ κ.λπ.). Το φθόριο, που χαρακτηρίζεται από την υψηλότερη τιμή ηλεκτραρνητικότητας, έχει πάντα σταθερή αρνητική κατάσταση οξείδωσης (-1) στις ενώσεις.

Τα στοιχεία αλκαλικής και αλκαλικής γαίας, τα οποία χαρακτηρίζονται από σχετικά χαμηλή τιμή ηλεκτραρνητικότητας, έχουν πάντα θετική κατάσταση οξείδωσης ίση με (+1) και (+2), αντίστοιχα.

Ωστόσο, υπάρχουν και χημικά στοιχεία που χαρακτηρίζονται από αρκετές καταστάσεις οξείδωσης (θείο - (-2), 0, (+2), (+4), (+6), κ.λπ.).

Για να είναι πιο εύκολο να θυμάστε πόσες και ποιες καταστάσεις οξείδωσης είναι χαρακτηριστικές ενός συγκεκριμένου χημικού στοιχείου, χρησιμοποιήστε πίνακες καταστάσεων οξείδωσης χημικών στοιχείων, οι οποίοι μοιάζουν με αυτό:

Σειριακός αριθμός	Ρωσικά / Αγγλικά Ονομα	Χημικό σύμβολο	Κατάσταση οξείδωσης
	Υδρογόνο
	Ήλιο
	Λίθιο
	Βηρύλλιο
			(-1), 0, (+1), (+2), (+3)
	Ανθρακας		(-4), (-3), (-2), (-1), 0, (+2), (+4)
	Άζωτο / Άζωτο		(-3), (-2), (-1), 0, (+1), (+2), (+3), (+4), (+5)
	Οξυγόνο		(-2), (-1), 0, (+1), (+2)
	Φθόριο
	Νάτριο/Νάτριο
	Μαγνήσιο / Μαγνήσιο
	Αλουμίνιο
	Πυρίτιο		(-4), 0, (+2), (+4)
	Φωσφόρος / Phosphorus		(-3), 0, (+3), (+5)
	Θείο/Θείο		(-2), 0, (+4), (+6)
	Χλώριο		(-1), 0, (+1), (+3), (+5), (+7), σπάνια (+2) και (+4)
	Argon / Argon
	Κάλιο/Κάλιο
	Ασβέστιο
	Scandium / Scandium
	Τιτάνιο		(+2), (+3), (+4)
	Βανάδιο		(+2), (+3), (+4), (+5)
	Chrome / Chromium		(+2), (+3), (+6)
	Μαγγάνιο / Μαγγάνιο		(+2), (+3), (+4), (+6), (+7)
	Σίδερο		(+2), (+3), σπάνια (+4) και (+6)
	Κοβάλτιο		(+2), (+3), σπάνια (+4)
	Νικέλιο		(+2), σπάνια (+1), (+3) και (+4)
	Χαλκός		+1, +2, σπάνια (+3)
	Γάλλιο		(+3), σπάνιο (+2)
	Germanium / Germanium		(-4), (+2), (+4)
	Αρσενικό/Αρσενικό		(-3), (+3), (+5), σπάνια (+2)
	Σελήνιο		(-2), (+4), (+6), σπάνια (+2)
	Βρώμιο		(-1), (+1), (+5), σπάνια (+3), (+4)
	Κρύπτον / Κρύπτον
	Ρουβίδιο / Ρουβίδιο
	Στρόντιο / Στρόντιο
	Ύττριο / Ύττριο
	Ζιρκόνιο / Ζιρκόνιο		(+4), σπάνια (+2) και (+3)
	Νιόβιο / Νιόβιο		(+3), (+5), σπάνια (+2) και (+4)
	Μολυβδαίνιο		(+3), (+6), σπάνια (+2), (+3) και (+5)
	Τεχνήτιο / Technetium
	Ρουθήνιο / Ρουθήνιο		(+3), (+4), (+8), σπάνια (+2), (+6) και (+7)
	Ρόδιο		(+4), σπάνια (+2), (+3) και (+6)
	Παλλάδιο		(+2), (+4), σπάνια (+6)
	Ασήμι		(+1), σπάνια (+2) και (+3)
	Κάδμιο		(+2), σπάνιο (+1)
	Ινδίο		(+3), σπάνια (+1) και (+2)
	Tin/Tin		(+2), (+4)
	Αντιμόνιο / Αντιμόνιο		(-3), (+3), (+5), σπάνια (+4)
	Τελλούριο / Τελλούριο		(-2), (+4), (+6), σπάνια (+2)
			(-1), (+1), (+5), (+7), σπάνια (+3), (+4)
	Xenon / Xenon
	καίσιο
	Βάριο / Βάριο
	Λανθάνιο / Lanthanum
	Δημήτριο		(+3), (+4)
	Praseodymium / Praseodymium
	Νεοδύμιο / Νεοδύμιο		(+3), (+4)
	Προμήθιο / Promethium
	Σαμάριο / Samarium		(+3), σπάνιο (+2)
	Ευρώπιο		(+3), σπάνιο (+2)
	Γαδολίνιο / Gadolinium
	Terbium / Terbium		(+3), (+4)
	Δυσπρόσιο / Dysprosium
	Χόλμιο
	Ερβιο
	Θούλιο		(+3), σπάνιο (+2)
	Υτέρβιο / Υτέρβιο		(+3), σπάνιο (+2)
	Lutetium / Lutetium
	Χάφνιο / Hafnium
	Ταντάλιο / Tantalum		(+5), σπάνια (+3), (+4)
	Βολφράμιο/Βολφράμιο		(+6), σπάνια (+2), (+3), (+4) και (+5)
	Ρήνιο / Ρήνιο		(+2), (+4), (+6), (+7), σπάνια (-1), (+1), (+3), (+5)
	Όσμιο / Όσμιο		(+3), (+4), (+6), (+8), σπάνια (+2)
	Iridium / Iridium		(+3), (+4), (+6), σπάνια (+1) και (+2)
	Πλατίνα		(+2), (+4), (+6), σπάνια (+1) και (+3)
	Χρυσός		(+1), (+3), σπάνια (+2)
	Ερμής		(+1), (+2)
	Θάλλιο / Θάλλιο		(+1), (+3), σπάνια (+2)
	Μόλυβδος/Μόλυβδος		(+2), (+4)
	Βισμούθιο		(+3), σπάνια (+3), (+2), (+4) και (+5)
	Πολώνιο		(+2), (+4), σπάνια (-2) και (+6)
	Αστατίνη
	Ραδόνιο / Ραδόνιο
	Φράγκιο
	Ράδιο
	Ακτίνιο
	Θόριο
	Προακτίνιο / Protactinium
	Ουράνιο / Ουράνιο		(+3), (+4), (+6), σπάνια (+2) και (+5)

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Απάντηση Θα προσδιορίσουμε εναλλάξ την κατάσταση οξείδωσης του φωσφόρου σε καθένα από τα προτεινόμενα σχήματα μετασχηματισμού και, στη συνέχεια, θα επιλέξουμε τη σωστή απάντηση.

• Η κατάσταση οξείδωσης του φωσφόρου στη φωσφίνη είναι (-3), και στο ορθοφωσφορικό οξύ - (+5). Αλλαγή στην κατάσταση οξείδωσης του φωσφόρου: +3 → +5, δηλ. πρώτη επιλογή απάντησης.
• Η κατάσταση οξείδωσης ενός χημικού στοιχείου σε μια απλή ουσία είναι μηδέν. Ο βαθμός οξείδωσης του φωσφόρου στο οξείδιο της σύνθεσης P 2 O 5 είναι (+5). Αλλαγή στην κατάσταση οξείδωσης του φωσφόρου: 0 → +5, δηλ. τρίτη επιλογή απάντησης.
• Ο βαθμός οξείδωσης του φωσφόρου στην όξινη σύνθεση HPO 3 είναι (+5), και H 3 PO 2 είναι (+1). Αλλαγή στην κατάσταση οξείδωσης του φωσφόρου: +5 → +1, δηλ. πέμπτη επιλογή απάντησης.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

Ασκηση	Η κατάσταση οξείδωσης (-3) του άνθρακα στην ένωση είναι: α) CH3Cl; β) C2H2; γ) HCOH; δ) C 2 H 6.
Λύση	Για να δώσουμε τη σωστή απάντηση στο ερώτημα που τέθηκε, θα προσδιορίσουμε εναλλάξ τον βαθμό οξείδωσης του άνθρακα σε καθεμία από τις προτεινόμενες ενώσεις. α) η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου είναι (+1), και αυτή του χλωρίου είναι (-1). Ας πάρουμε την κατάσταση οξείδωσης του άνθρακα ως «x»: x + 3×1 + (-1) =0; Η απάντηση είναι λανθασμένη. β) η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου είναι (+1). Ας πάρουμε την κατάσταση οξείδωσης του άνθρακα ως «y»: 2×y + 2×1 = 0; Η απάντηση είναι λανθασμένη. γ) η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου είναι (+1), και αυτή του οξυγόνου είναι (-2). Ας πάρουμε την κατάσταση οξείδωσης του άνθρακα ως "z": 1 + z + (-2) +1 = 0: Η απάντηση είναι λανθασμένη. δ) η κατάσταση οξείδωσης του υδρογόνου είναι (+1). Ας πάρουμε την κατάσταση οξείδωσης του άνθρακα ως "a": 2×a + 6×1 = 0; Σωστή απάντηση.
Απάντηση	Επιλογή (δ)