Jak se určuje oxidační stav? Elektronegativita. Oxidační stav a mocenství chemických prvků
Úkolem stanovení oxidačního stavu může být buď jednoduchá formalita, nebo složitá hádanka. Především to bude záviset na vzorci chemické sloučeniny a také na dostupnosti základních znalostí chemie a matematiky.
Znalost základních pravidel a algoritmu sekvenčně logických akcí, o kterých promluvime si v tomto článku při řešení problémů podobný typ, každý se s tímto úkolem snadno vyrovná. A poté, co se procvičíte a naučíte se určovat oxidační stavy různých chemických sloučenin, můžete se bezpečně ujmout úkolu vyvažovat složité redoxní reakce sestavením elektronické váhy.
Pojem oxidačního stavu
Chcete-li se naučit, jak určit stupeň oxidace, musíte nejprve pochopit, co tento pojem znamená?
- Oxidační číslo se používá při zápisu v redoxních reakcích, kdy jsou elektrony přenášeny z atomu na atom.
- Oxidační stav zaznamenává počet přenesených elektronů, což ukazuje na podmíněný náboj atomu.
- Oxidační stav a mocenství jsou často totožné.
Toto označení je napsáno nad chemickým prvkem v jeho pravém rohu a je to celé číslo se znaménkem „+“ nebo „-“. Nulová hodnota oxidačního stavu nenese znaménko.
Pravidla pro stanovení stupně oxidace
Podívejme se na hlavní kánony pro stanovení oxidačního stavu:
- Jednoduchý elementární látky, to znamená, že ty, které se skládají z jednoho typu atomu, budou mít vždy nulový oxidační stav. Například NaO, H02, P04
- Existuje řada atomů, které mají vždy jeden, konstantní, oxidační stav. Je lepší si zapamatovat hodnoty uvedené v tabulce.
- Jak vidíte, jediná výjimka nastává u vodíku v kombinaci s kovy, kde získává oxidační stav „-1“, který pro něj není charakteristický.
- Kyslík také přebírá oxidační stav „+2“ in chemická sloučenina s fluorem a „-1“ v peroxidových, superoxidových nebo ozonidových kompozicích, kde jsou atomy kyslíku vzájemně spojeny.
- Kovové ionty mají několik oxidačních stavů (a pouze kladných), takže je určován sousedními prvky ve sloučenině. Například v FeCl3 má chlor oxidační stav „-1“, má 3 atomy, takže vynásobíme -1 3, dostaneme „-3“. Aby byl součet oxidačních stavů sloučeniny „0“, železo musí mít oxidační stav „+3“. Ve vzorci FeCl2 železo podle toho změní svůj stupeň na „+2“.
- Matematickým sečtením oxidačních stavů všech atomů ve vzorci (při zohlednění znamének) by měla být vždy získána nulová hodnota. Například v kyselina chlorovodíková H+1Cl-1 (+1 a -1 = 0) a v kyselině sírové H2+1S+4O3-2 (+1 * 2 = +2 pro vodík, +4 pro síru a -2 * 3 = – 6 pro kyslík; součet +6 a -6 dává 0).
- Oxidační stav monoatomického iontu se bude rovnat jeho náboji. Například: Na+, Ca+2.
- Nejvyšší oxidační stav zpravidla koreluje s číslem skupiny v periodickém systému D.I.
Algoritmus pro stanovení stupně oxidace
Pořadí zjištění oxidačního stavu není složité, ale vyžaduje pozornost a určité akce.
Úkol: uspořádat oxidační stavy ve sloučenině KMnO4
- První prvek, draslík, má konstantní oxidační stav „+1“.
Pro kontrolu se můžete podívat na periodickou tabulku, kde je draslík ve skupině 1 prvků. - Ze zbývajících dvou prvků má kyslík oxidační stav -2.
- Dostaneme následující vzorec: K+1MnxO4-2. Zbývá určit oxidační stav manganu.
Takže x je nám neznámý oxidační stav manganu. Nyní je důležité věnovat pozornost počtu atomů ve sloučenině.
Počet atomů draslíku je 1, manganu 1, kyslíku 4.
Vezmeme-li v úvahu elektrickou neutralitu molekuly, když je celkový (celkový) náboj nulový,
1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1х+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(při převodu změníme znaménko)
1x = +7, x = +7
Oxidační stav manganu ve sloučenině je tedy „+7“.
Úkol: uspořádat oxidační stavy ve sloučenině Fe2O3.
- Kyslík, jak známo, má oxidační stav „-2“ a působí jako oxidační činidlo. Vezmeme-li v úvahu počet atomů (3), celková hodnota pro kyslík je „-6“ (-2*3= -6), tzn. vynásobte oxidační číslo počtem atomů.
- Aby se vzorec vyrovnal a dostal na nulu, 2 atomy železa budou mít oxidační stav „+3“ (2*+3=+6).
- Součet je nula (-6 a +6 = 0).
Úkol: uspořádat oxidační stavy ve sloučenině Al(NO3)3.
- Existuje pouze jeden atom hliníku a má konstantní oxidační stav „+3“.
- V molekule je 9 atomů kyslíku (3*3), oxidační stav kyslíku, jak známo, je „-2“, což znamená, že vynásobením těchto hodnot dostaneme „-18“.
- Zbývá vyrovnat negativní a kladné hodnoty, čímž se určuje stupeň oxidace dusíku. Chybí -18 a +3, + 15 A vzhledem k tomu, že existují 3 atomy dusíku, je snadné určit jeho oxidační stav: vydělte 15 3 a dostanete 5.
- Oxidační stav dusíku je „+5“ a vzorec bude vypadat takto: Al+3(N+5O-23)3
- Pokud je obtížné určit požadovanou hodnotu tímto způsobem, můžete sestavit a vyřešit rovnice:
1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5
Oxidační stav je tedy v chemii poměrně důležitý pojem, který symbolizuje stav atomů v molekule.
Bez znalosti určitých ustanovení nebo základů, které vám umožňují správně určit stupeň oxidace, není možné se s tímto úkolem vyrovnat. Existuje tedy jediný závěr: důkladně se seznámit a prostudovat pravidla pro zjištění oxidačního stavu, jasně a stručně prezentovaná v článku, a odvážně pokračovat po obtížné cestě chemických spletitostí.
Chemický prvek ve sloučenině, vypočtený z předpokladu, že všechny vazby jsou iontové.
Oxidační stavy mohou mít kladnou, zápornou nebo nulovou hodnotu, proto je algebraický součet oxidačních stavů prvků v molekule, s přihlédnutím k počtu jejich atomů, roven 0 a v iontu - náboj iontu .
1. Oxidační stavy kovů ve sloučeninách jsou vždy kladné.
2. Nejvyšší oxidační stav odpovídá číslu skupiny periodické tabulky, kde se prvek nachází (výjimky jsou: Au +3(já skupina), Cu +2(II), ze skupiny VIII lze oxidační stav +8 nalézt pouze v osmiu Os a ruthenium Ru.
3. Oxidační stavy nekovů závisí na tom, ke kterému atomu je připojen:
- pokud s atomem kovu, pak je oxidační stav negativní;
- jestliže s nekovovým atomem, pak oxidační stav může být buď kladný, nebo záporný. Záleží na elektronegativitě atomů prvků.
4. Nejvyšší negativní oxidační stav nekovů lze určit odečtením od 8 čísla skupiny, ve které se prvek nachází, tzn. nejvyšší kladný oxidační stav je roven počtu elektronů ve vnější vrstvě, což odpovídá číslu skupiny.
5. Oxidační stavy jednoduchých látek jsou 0 bez ohledu na to, zda se jedná o kov nebo nekov.
Prvky s konstantním oxidačním stavem.
|
Živel |
Charakteristický oxidační stav |
Výjimky |
|
Hydridy kovů: LIH -1 |
||
|
Oxidační stav nazýván podmíněný náboj částice za předpokladu, že vazba je zcela přerušena (má iontový charakter). H- Cl = H + + Cl - , Vazba v kyselině chlorovodíkové je polární kovalentní. Elektronový pár je více posunut směrem k atomu Cl - , protože je to více elektronegativní prvek. Jak zjistit oxidační stav?Elektronegativita je schopnost atomů přitahovat elektrony z jiných prvků. Oxidační číslo je uvedeno nad prvkem: Br 2 0 , Na0, O +2 F2-1,K + Cl - atd. Může být negativní i pozitivní. Oxidační stav jednoduché látky (nevázaný, volný stav) je nulový. Oxidační stav kyslíku pro většinu sloučenin je -2 (výjimkou jsou peroxidy H202, kde se rovná -1 a sloučeniny s fluorem - Ó +2 F 2 -1 , Ó 2 +1 F 2 -1 ). - Oxidační stav jednoduchého monatomického iontu se rovná jeho náboji: Na + , Ca +2 . Vodík ve svých sloučeninách má oxidační stav +1 (výjimkou jsou hydridy - Na + H - a typ připojení C +4 H 4 -1 ). Ve vazbách kov-nekov je negativní oxidační stav atom, který má větší elektronegativitu (údaje o elektronegativitě jsou uvedeny v Paulingově stupnici): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NE 3 ) - atd. Pravidla pro stanovení stupně oxidace v chemických sloučeninách.Vezměme spojení KMnO 4 , je nutné určit oxidační stav atomu manganu. Uvažování:
K+Mn X O 4 -2 Nechat X- u nás neznámý oxidační stav manganu. Počet atomů draslíku je 1, manganu - 1, kyslíku - 4. Bylo prokázáno, že molekula jako celek je elektricky neutrální, takže její celkový náboj musí být nulový. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, X = +7, To znamená, že oxidační stav manganu v manganistanu draselném = +7. Vezměme si další příklad oxidu Fe203. Je nutné určit oxidační stav atomu železa. Uvažování:
2*(X) + 3*(-2) = 0, Závěr: oxidační stav železa v tomto oxidu je +3. Příklady. Určete oxidační stavy všech atomů v molekule. 1. K2Cr2O7. Oxidační stav K +1, kyslík O-2. Dané indexy: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2). Protože algebraický součet oxidačních stavů prvků v molekule s přihlédnutím k počtu jejich atomů je roven 0, pak je počet kladných oxidačních stavů roven počtu záporných. Oxidační stavy K+O=(-14)+(+2)=(-12). Z toho vyplývá, že atom chrómu má 12 kladných mocnin, ale v molekule jsou 2 atomy, což znamená, že na atom připadá (+12): 2 = (+6). Odpovědět: K2+Cr2+607-2. 2.(As04) 3-. V tomto případě již nebude součet oxidačních stavů roven nule, ale náboji iontu, tzn. - 3. Udělejme rovnici: x+4×(- 2)= - 3 . Odpovědět: (As +504-2) 3-. |
Při studiu iontových a kovalentních polárních chemická vazba seznámili jste se se složitými látkami skládajícími se ze dvou chemické prvky. Takové látky se nazývají bi-párové (z latinského bi - „dva“) nebo dvouprvkové.
Připomeňme si typické sloučeniny bpnaru, které jsme uvedli jako příklad pro zvážení mechanismů tvorby iontových a kovalentních polárních chemických vazeb: NaHl - chlorid sodný a HCl - chlorovodík. V prvním případě je vazba iontová: atom sodíku přenesl svůj vnější elektron na atom chloru a změnil se na iont s nábojem -1. a atom chloru přijal elektron a stal se iontem s nábojem -1. Schematicky lze proces přeměny atomů na ionty znázornit následovně:
V molekule HCl vzniká vazba díky párování nepárových vnějších elektronů a vzniku společného elektronového páru atomů vodíku a chloru.
Správnější je představit si vznik kovalentní vazby v molekule chlorovodíku jako překrytí jednoelektronového s-oblaku atomu vodíku s jednoelektronovým p-oblakem atomu chloru:
Během chemické interakce se sdílený elektronový pár posune směrem k elektronegativnějšímu atomu chloru:
Takové podmíněné poplatky se nazývají oxidačním stavu. Při definování tohoto konceptu se běžně předpokládá, že v kovalentních polárních sloučeninách jsou vazebné elektrony zcela přeneseny na více elektronegativní atom, a proto sloučeniny sestávají pouze z kladně a záporně nabitých iontů.
je podmíněný náboj atomů chemického prvku ve sloučenině, vypočtený na základě předpokladu, že všechny sloučeniny (iontové i kovalentně polární) se skládají pouze z iontů.
Oxidační číslo může mít záporné, kladné nebo nulové hodnoty, které jsou obvykle umístěny nad symbolem prvku nahoře, například: 
Ty atomy, které přijaly elektrony od jiných atomů nebo ke kterým jsou přemístěny společné elektronové páry, tedy atomy více elektronegativních prvků, mají negativní oxidační stav. Fluor má ve všech sloučeninách vždy oxidační stav -1. Kyslík, druhý nejvíce elektronegativní prvek po fluoru, má téměř vždy oxidační stav -2, s výjimkou sloučenin s fluorem, například:
Pozitivní oxidační stav je přiřazen těm atomům, které darují své elektrony jiným atomům nebo ze kterých jsou čerpány sdílené elektronové páry, tedy atomy méně elektronegativních prvků. Kovy mají vždy kladný oxidační stav. Kovy hlavních podskupin:
Skupina I ve všech sloučeninách je oxidační stav +1,
Skupina II se rovná +2. Skupina III - +3, například:
Ve sloučeninách je celkový oxidační stav vždy nulový. Znáte-li toto a oxidační stav jednoho z prvků, můžete vždy najít oxidační stav jiného prvku pomocí vzorce binární sloučeniny. Najdeme například oxidační stav chloru ve sloučenině Cl2O2. Označme oxidační stav -2
kyslík: Cl2O2. Proto bude mít sedm atomů kyslíku celkový záporný náboj (-2) 7 =14. Potom bude celkový náboj dvou atomů chloru +14 a jednoho atomu chloru:
(+14):2 = +7.
Podobně, pokud znáte oxidační stavy prvků, můžete vytvořit vzorec pro sloučeninu, například karbid hliníku (sloučenina hliníku a uhlíku). Zapišme si znaky hliníku a karbonu vedle AlC, přičemž nejprve znaménko hliníku, protože se jedná o kov. Pomocí periodické tabulky prvků určíme počet vnějších elektronů: Al má 3 elektrony, C má 4. Atom hliníku odevzdá své 3 vnější elektrony uhlíku a získá oxidační stav +3, který se rovná náboji iont. Atom uhlíku naopak vezme 4 chybějící elektrony do „milovaných osmi“ a získá oxidační stav -4.
Zapišme tyto hodnoty do vzorce: AlC a najdeme pro ně nejmenší společný násobek, je roven 12. Poté indexy vypočítáme:
Znalost oxidačních stavů prvků je také nezbytná k tomu, abychom dokázali chemickou sloučeninu správně pojmenovat.
Názvy binárních sloučenin skládají se ze dvou slov - názvů chemických prvků, které je tvoří. První slovo označuje elektronegativní část sloučeniny - nekov, jeho Latinský název s příponou -id je vždy v nominativním případě. Druhé slovo označuje elektropozitivní část - kovový nebo méně elektronegativní prvek, jeho název je vždy v genitivu; Pokud elektropozitivní prvek vykazuje různé stupně oxidace, pak se to odráží v názvu, který označuje stupeň oxidace římskou číslicí, která je umístěna na konci.
K chemikům rozdílné země vzájemně rozuměli, bylo nutné vytvořit jednotnou terminologii a názvosloví látek. Principy chemického názvosloví poprvé vyvinuli francouzští chemici A. Lavoisier, A. Fourqutois, L. Guiton a C. Berthollet v roce 1785. V současné době Mezinárodní unie čisté a aplikované chemie (IUPAC) koordinuje aktivity vědců z několika zemí a vydává doporučení k názvosloví látek a terminologii používané v chemii.
Pro charakterizaci stavu prvků ve sloučeninách byl zaveden pojem oxidační stav.
DEFINICE
Počet elektronů vytěsněných z atomu daného prvku nebo do atomu daného prvku ve sloučenině se nazývá oxidačním stavu.
Kladný oxidační stav udává počet elektronů, které jsou vytěsněny z daného atomu, a záporný oxidační stav udává počet elektronů, které jsou vytěsněny směrem k danému atomu.
Z této definice vyplývá, že ve sloučeninách s nepolárními vazbami je oxidační stav prvků nulový. Příklady takových sloučenin jsou molekuly sestávající z identických atomů (N2, H2, Cl2).
Oxidační stav kovů v elementárním stavu je nulový, protože rozložení elektronové hustoty v nich je rovnoměrné.
V jednoduchých iontových sloučeninách se oxidační stav prvků v nich obsažených rovná elektrickému náboji, protože během tvorby těchto sloučenin dochází téměř k úplnému přechodu elektronů z jednoho atomu na druhý: Na +1 I -1, Mg +2 Cl-12, Al+3F-13, Zr+4Br-14.
Při určování oxidačního stavu prvků ve sloučeninách s polárními kovalentními vazbami se porovnávají jejich hodnoty elektronegativity. Protože během tvorby chemické vazby jsou elektrony vytlačovány na atomy více elektronegativních prvků, mají tyto prvky ve sloučeninách negativní oxidační stav.
Nejvyšší oxidační stav
Pro prvky, které ve svých sloučeninách vykazují různé oxidační stavy, existují koncepty nejvyšších (maximálně pozitivních) a nejnižších (minimálně negativních) oxidačních stavů. Nejvyšší oxidační stav chemického prvku se obvykle číselně shoduje s číslem skupiny v Mendělejevově periodické tabulce. Výjimkou jsou fluor (oxidační stav je -1 a prvek se nachází ve skupině VIIA), kyslík (oxidační stav je +2 a prvek se nachází ve skupině VIA), helium, neon, argon (oxidační stav je 0 a prvky se nacházejí ve skupině VIII), dále prvky podskupiny kobalt a nikl (oxidační stav je +2 a prvky se nacházejí ve skupině VIII), u nichž je nejvyšší oxidační stav vyjádřen číslem, jehož hodnota je nižší než číslo skupiny, do které patří. Prvky podskupiny mědi mají naopak nejvyšší oxidační stav větší než jedna, přestože patří do skupiny I (maximální kladný oxidační stav mědi a stříbra je +2, zlata +3).
Příklady řešení problémů
PŘÍKLAD 1
- V sirovodíku je oxidační stav síry (-2) a v jednoduché látce - síra - 0:
Změna oxidačního stavu síry: -2 → 0, tzn. šestá odpověď.
- V jednoduché látce - síře - je oxidační stav síry 0 a v SO 3 - (+6):
Změna oxidačního stavu síry: 0 → +6, tzn. čtvrtá možnost odpovědi.
- V kyselině siřičité je oxidační stav síry (+4) a v jednoduché látce - síra - 0:
1×2 +x+ 3×(-2) =0;
Změna oxidačního stavu síry: +4 → 0, tzn. třetí možnost odpovědi.
PŘÍKLAD 2
| Cvičení | Dusík vykazuje valenci III a oxidační stupeň (-3) ve sloučenině: a) N2H4; b) NH3; c) NH4CI; d) N205 |
| Řešení | Abychom správně odpověděli na položenou otázku, budeme střídavě zjišťovat valenční a oxidační stav dusíku v navrhovaných sloučeninách. a) Valence vodíku je vždy rovna I. Celkový počet jednotek vodíkové mocenství je rovno 4 (1×4 = 4). Získanou hodnotu vydělme počtem atomů dusíku v molekule: 4/2 = 2, tedy valence dusíku je II. Tato možnost odpovědi je nesprávná. b) valence vodíku je vždy rovna I. Celkový počet jednotek valence vodíku je roven 3 (1 × 3 = 3). Získanou hodnotu vydělme počtem atomů dusíku v molekule: 3/1 = 2, tedy valence dusíku je III. Stupeň oxidace dusíku v amoniaku je (-3): Toto je správná odpověď. |
| Odpovědět | Možnost (b) |
Videokurz „Získejte A“ obsahuje všechna témata nezbytná k úspěchu složení jednotné státní zkoušky v matematice za 60-65 bodů. Kompletně všechny úkoly 1-13 Profilové jednotné státní zkoušky z matematiky. Vhodné i pro složení Základní jednotné státní zkoušky z matematiky. Pokud chcete složit jednotnou státní zkoušku s 90-100 body, musíte část 1 vyřešit za 30 minut a bezchybně!
Přípravný kurz k jednotné státní zkoušce pro ročníky 10-11 i pro učitele. Vše, co potřebujete k vyřešení 1. části jednotné státní zkoušky z matematiky (prvních 12 úloh) a úlohy 13 (trigonometrie). A to je více než 70 bodů na Jednotnou státní zkoušku a bez nich se neobejde ani stobodový student, ani student humanitních oborů.
Všechny potřebné teorie. Rychlé způsobyřešení, úskalí a tajemství jednotné státní zkoušky. Byly analyzovány všechny aktuální úkoly části 1 z FIPI Task Bank. Kurz plně vyhovuje požadavkům jednotné státní zkoušky 2018.
Kurz obsahuje 5 velkých témat, každé 2,5 hodiny. Každé téma je podáno od začátku, jednoduše a jasně.
Stovky úkolů jednotné státní zkoušky. Slovní úlohy a teorie pravděpodobnosti. Jednoduché a snadno zapamatovatelné algoritmy pro řešení problémů. Geometrie. Teorie, referenční materiál, analýza všech typů úkolů jednotné státní zkoušky. Stereometrie. Záludné trikyřešení, užitečné cheat sheets, rozvoj prostorové představivosti. Trigonometrie od nuly k problému 13. Porozumění místo nacpávání. Jasné vysvětlení složitých pojmů. Algebra. Odmocniny, mocniny a logaritmy, funkce a derivace. Základ řešení složité úkoly 2 části jednotné státní zkoušky.
