≡×منو

• داخلی
• پنجره
• دیوارها
• پروژه ها
• ساختمان ها

نحوه تعیین بالاترین حالت اکسیداسیون ظرفیت و حالت اکسیداسیون - آمادگی برای امتحان در شیمی

عدد اکسیداسیون بار مشروط یک اتم در یک مولکول است، اتم را در نتیجه پذیرش کامل الکترون ها دریافت می کند، با این فرض محاسبه می شود که همه پیوندها ماهیت یونی دارند. چگونه می توان وضعیت اکسیداسیون را تعیین کرد؟

تعیین حالت اکسیداسیون

ذرات باردار، یون هایی وجود دارند که بار مثبت آنها برابر با تعداد الکترون های دریافتی از یک اتم است. بار منفی یک یون برابر است با تعداد الکترون های پذیرفته شده توسط یک اتم یک عنصر شیمیایی. به عنوان مثال، نوشتن یک عنصر به صورت Ca2+ به این معنی است که اتم های عناصر یک، دو یا سه عنصر را از دست داده اند. برای یافتن ترکیب ترکیبات یونی و ترکیبات مولکولی، باید بدانیم که چگونه حالت اکسیداسیون عناصر را تعیین کنیم. حالت های اکسیداسیون منفی، مثبت و صفر هستند. اگر تعداد اتم ها را در نظر بگیریم، حالت اکسیداسیون جبری در یک مولکول صفر است.

برای تعیین وضعیت اکسیداسیون یک عنصر، باید با دانش خاصی هدایت شوید. به عنوان مثال، در ترکیبات فلزی حالت اکسیداسیون مثبت است. و بالاترین حالت اکسیداسیون مربوط به شماره گروه جدول تناوبی است که عنصر در آن قرار دارد. فلزات می توانند حالت اکسیداسیون مثبت یا منفی داشته باشند. این بستگی به عاملی دارد که اتم فلز به آن متصل شده است. به عنوان مثال، اگر به یک اتم فلز متصل شود، درجه آن منفی است، اما اگر به یک غیر فلز متصل شود، درجه مثبت خواهد بود.

منفی ترین حالت اکسیداسیون یک فلز را می توان با کم کردن تعداد گروهی که در آن قرار دارد از عدد هشت تعیین کرد. عنصر ضروری. به عنوان یک قاعده، برابر است با تعداد الکترون های واقع در لایه بیرونی. تعداد این الکترون ها نیز با عدد گروه مطابقت دارد.

نحوه محاسبه عدد اکسیداسیون

در بیشتر موارد، حالت اکسیداسیون یک اتم یک عنصر خاص با تعداد پیوندهایی که تشکیل می دهد منطبق نیست، یعنی با ظرفیت آن عنصر برابر نیست. این را می توان به وضوح در مثال ترکیبات آلی مشاهده کرد.

به شما یادآوری می کنم که ظرفیت کربن در ترکیبات آلی 4 است (یعنی 4 پیوند تشکیل می دهد) اما حالت اکسیداسیون کربن به عنوان مثال در متانول CH 3 OH - 2 ، در CO 2 + 4 ، در CH4 - است. 4، در اسید فرمیک HCOOH +2. ظرفیت با تعداد پیوندهای شیمیایی کووالانسی، از جمله پیوندهای ایجاد شده توسط مکانیسم دهنده-پذیرنده اندازه گیری می شود.

هنگام تعیین حالت اکسیداسیون اتم ها در مولکول ها، یک اتم الکترونگاتیو، هنگامی که یک جفت الکترون در جهت خود جابه جا می شود، بار 1- را به دست می آورد، اما اگر دو جفت الکترون وجود داشته باشد، بار 2- وجود خواهد داشت. حالت اکسیداسیون تحت تأثیر پیوند بین اتم های مشابه قرار نمی گیرد. مثلا:

• ارتباط اتم های C-Cبرابر با حالت اکسیداسیون صفر آنها است.
• پیوند C-H - در اینجا کربن به عنوان الکترونگاتیوترین اتم دارای بار 1- خواهد بود.
• در پیوند C-O، بار کربن، که الکترونگاتیو کمتری دارد، +1 خواهد بود.

نمونه هایی از تعیین حالت اکسیداسیون

1. در یک مولکول مانند CH 3Cl سه وجود دارد پیوندهای C-Hج). بدین ترتیب حالت اکسیداسیون اتم کربن در این ترکیب برابر با: -3+1=-2 خواهد بود.
2. بیایید حالت اکسیداسیون اتم های کربن را در مولکول استالدهید Cˉ3H3-C1O-H پیدا کنیم. در این ترکیب، سه پیوند C-H یک بار کلی بر روی اتم C ایجاد می کنند که برابر با (Cº+3e→Cˉ³)-3 است. پیوند دوگانه C=O (در اینجا اکسیژن از اتم کربن الکترون می گیرد، زیرا اکسیژن الکترونگاتیوتر است) به اتم C بار می دهد، برابر با 2+ (Cº-2e→C²)، در حالی که پیوند C-H دارای بار است. بار 1-، یعنی مجموع بار اتم C برابر است با: (2-1=1)+1.
3. حال بیایید حالت اکسیداسیون را در مولکول اتانول پیدا کنیم: Cˉ3H-Cˉ1H2-OH. در اینجا سه ​​پیوند C-H یک بار کلی بر روی اتم C ایجاد می کنند، که برابر است با (Cº+3e→Cˉ³)-3. دو پیوند C-H به اتم C بار می دهند که برابر با 2- خواهد بود، در حالی که پیوند C→O بار 1+ می دهد، به این معنی که بار کل اتم C برابر است با (-2+1=) -1)-1.

اکنون می دانید که چگونه حالت اکسیداسیون یک عنصر را تعیین کنید. اگر حداقل دارید دانش عمومیدر شیمی، پس این کار برای شما مشکلی نخواهد داشت.

در فرآیندهای شیمیایی، نقش اصلی را اتم ها و مولکول ها ایفا می کنند که ویژگی های آنها نتیجه واکنش های شیمیایی را تعیین می کند. یکی از ویژگی های مهماتم عدد اکسیداسیون است که روش محاسبه انتقال الکترون در یک ذره را ساده می کند. چگونه می توان حالت اکسیداسیون یا بار رسمی یک ذره را تعیین کرد و برای این کار چه قوانینی را باید بدانید؟

هر واکنش شیمیایی در اثر برهمکنش اتم های مواد مختلف ایجاد می شود. از خصوصیات ذرات ریزبستگی به فرآیند واکنش و نتیجه آن دارد.

اصطلاح اکسیداسیون (اکسیداسیون) در شیمی به معنای واکنشی است که طی آن گروهی از اتم ها یا یکی از آنها الکترون ها را از دست می دهند یا در صورت اکتساب، واکنش را «کاهش» می گویند.

حالت اکسیداسیون کمیتی است که به صورت کمی اندازه گیری می شود و الکترون های توزیع شده را در طی یک واکنش مشخص می کند. آن ها در طی فرآیند اکسیداسیون، الکترون‌های یک اتم کاهش یا افزایش می‌یابند، و بین ذرات برهم کنش دیگر توزیع می‌شوند و سطح اکسیداسیون دقیقاً نحوه سازماندهی مجدد آنها را نشان می‌دهد. این مفهوم ارتباط نزدیکی با الکترونگاتیوی ذرات دارد - توانایی آنها در جذب و دفع یون های آزاد.

تعیین سطح اکسیداسیون به ویژگی ها و خواص یک ماده خاص بستگی دارد، بنابراین روش محاسبه را نمی توان بدون ابهام آسان یا پیچیده نامید، اما نتایج آن به ثبت مشروط فرآیندهای واکنش های ردوکس کمک می کند. باید درک کرد که نتیجه محاسبه حاصل از در نظر گرفتن انتقال الکترون ها است و معنای فیزیکی ندارد و بار واقعی هسته نیست.

مهم دانستن است! شیمی معدنی اغلب از اصطلاح ظرفیت به جای حالت اکسیداسیون عناصر استفاده می کند، این یک اشتباه نیست، اما باید در نظر داشت که مفهوم دوم جهانی تر است.

مفاهیم و قوانین محاسبه حرکت الکترون ها مبنایی برای طبقه بندی مواد شیمیایی (نام گذاری)، توصیف خواص آنها و ترسیم فرمول های ارتباطی است. اما اغلب این مفهوم برای توصیف و کار با واکنش های ردوکس استفاده می شود.

قوانین تعیین درجه اکسیداسیون

چگونه می توان از وضعیت اکسیداسیون مطلع شد؟ هنگام کار با واکنش های ردوکس، مهم است بدانید که بار رسمی یک ذره همیشه برابر با مقدار الکترون خواهد بود که در مقدار عددی. این ویژگی به دلیل این فرض است که جفت های الکترونی تشکیل دهنده یک پیوند همیشه به طور کامل به سمت ذرات منفی تر تغییر مکان داده اند. باید فهمید که ما در مورد پیوندهای یونی صحبت می کنیم و در صورت واکنش، الکترون ها به طور مساوی بین ذرات یکسان تقسیم می شوند.

عدد اکسیداسیون می تواند هم مثبت و هم مثبت باشد مقادیر منفی. مسئله این است که در طی واکنش اتم باید خنثی شود و برای این کار یا باید تعداد معینی الکترون به یون اضافه شود، اگر مثبت است یا اگر منفی است آنها را از بین ببریم. برای نشان دادن این مفهومهنگام نوشتن فرمول ها معمولاً بالای عنوان عنصر نوشته می شوند عدد عربیبا علامت مربوطه مثلا یا غیره

باید بدانید که بار رسمی فلزات همیشه مثبت خواهد بود و در بیشتر موارد می توانید از جدول تناوبی برای تعیین آن استفاده کنید. تعدادی ویژگی وجود دارد که برای تعیین صحیح شاخص ها باید در نظر گرفته شوند.

درجه اکسیداسیون:

با به خاطر سپردن این ویژگی ها، تعیین تعداد اکسیداسیون عناصر، صرف نظر از پیچیدگی و تعداد سطوح اتمی، بسیار ساده خواهد بود.

ویدئوی مفید: تعیین حالت اکسیداسیون

جدول تناوبی مندلیف تقریباً شامل همه موارد است اطلاعات لازمبرای کار با عناصر شیمیایی به عنوان مثال، دانش آموزان مدرسه فقط از آن برای توصیف واکنش های شیمیایی استفاده می کنند. بنابراین، برای تعیین حداکثر مقادیر مثبت و منفی عدد اکسیداسیون، باید تعیین عنصر شیمیایی را در جدول بررسی کنید:

1. حداکثر مثبت تعداد گروهی است که عنصر در آن قرار دارد.
2. حداکثر حالت اکسیداسیون منفی تفاوت بین حداکثر مرز مثبت و عدد 8 است.

بنابراین، کافی است به سادگی مرزهای شدید بار رسمی یک عنصر خاص را دریابیم. این عمل را می توان با استفاده از محاسبات بر اساس جدول تناوبی انجام داد.

مهم دانستن است! یک عنصر می تواند به طور همزمان چندین نرخ اکسیداسیون متفاوت داشته باشد.

دو روش اصلی برای تعیین سطح اکسیداسیون وجود دارد که نمونه هایی از آنها در زیر ارائه شده است. اولین آنها روشی است که به دانش و توانایی بکارگیری قوانین شیمی نیاز دارد. چگونه با استفاده از این روش حالت های اکسیداسیون را ترتیب دهیم؟

قانون تعیین حالت های اکسیداسیون

برای انجام این کار شما نیاز دارید:

1. تعیین کنید که آیا یک ماده معین عنصری است و آیا خارج از پیوند است. اگر چنین است، بدون در نظر گرفتن ترکیب ماده (اتم های منفرد یا ترکیبات اتمی چند سطحی) عدد اکسیداسیون آن 0 خواهد بود.
2. تعیین کنید که آیا ماده مورد نظر از یون تشکیل شده است یا خیر. در این صورت، درجه اکسیداسیون برابر با بار آنها خواهد بود.
3. اگر ماده مورد نظر فلز است، به شاخص های دیگر مواد در فرمول نگاه کنید و قرائت فلز را با استفاده از عملیات حسابی محاسبه کنید.
4. اگر کل ترکیب یک بار داشته باشد (در اصل مجموع تمام ذرات عناصر نشان داده شده است) ، کافی است شاخص های مواد ساده را تعیین کنید ، سپس آنها را از کل کم کنید و داده های فلز را بدست آورید.
5. اگر رابطه خنثی است، مجموع کل باید صفر باشد.

به عنوان مثال، ترکیب با یون آلومینیومی که بار خالص آن صفر است را در نظر بگیرید. قوانین شیمی این واقعیت را تأیید می کند که یون کلر دارای عدد اکسیداسیون -1 است و در این مورد سه مورد از آنها در ترکیب وجود دارد. این بدان معناست که یون Al باید 3+ باشد تا کل ترکیب خنثی شود.

این روش بسیار خوب است، زیرا صحت محلول را همیشه می توان با اضافه کردن تمام سطوح اکسیداسیون با هم بررسی کرد.

روش دوم را می توان بدون آگاهی از قوانین شیمیایی استفاده کرد:

1. داده ذراتی را که با آنها وجود ندارد پیدا کنید قوانین سختگیرانهو مقدار دقیقالکترون های آنها ناشناخته هستند (ممکن است با طرد).
2. نشانگر تمام ذرات دیگر را پیدا کنید و سپس با تفریق ذره مورد نظر را از کل پیدا کنید.

اجازه دهید روش دوم را با استفاده از مثال ماده Na2SO4 در نظر بگیریم که در آن اتم گوگرد S تعیین نشده است، فقط مشخص است که با صفر متفاوت است.

برای پیدا کردن این که همه حالت های اکسیداسیون برابر هستند:

1. عناصر شناخته شده را با در نظر گرفتن قوانین و استثنائات سنتی بیابید.
2. یون Na = +1، و هر اکسیژن = -2.
3. تعداد ذرات هر ماده را در الکترون های آن ضرب کنید تا حالت اکسیداسیون همه اتم ها به جز یک اتم به دست آید.
4. Na2SO4 حاوی 2 سدیم و 4 اکسیژن است، وقتی ضرب شود، معلوم می شود: 2 X +1 = 2 عدد اکسیداسیون تمام ذرات سدیم و 4 X -2 = -8 - اکسیژن است.
5. نتایج به دست آمده را اضافه کنید 2+(-8) =-6 - این بار کل ترکیب بدون ذره گوگرد است.
6. نماد شیمیایی را به عنوان یک معادله نشان دهید: مجموع داده های شناخته شده + عدد مجهول = بار کل.
7. Na2SO4 به صورت زیر نشان داده می شود: -6 + S = 0، S = 0 + 6، S = 6.

بنابراین، برای استفاده از روش دوم، دانستن قوانین ساده حساب کافی است.

جدول اکسیداسیون

برای سهولت کار و محاسبه مقادیر اکسیداسیون برای هر کدام ماده شیمیاییآنها از جداول خاصی استفاده می کنند که تمام داده ها در آنها ثبت می شود.

به نظر می رسد این است:

ویدئوی مفید: آموزش تعیین حالت اکسیداسیون با استفاده از فرمول ها

نتیجه

یافتن عدد اکسیداسیون برای یک ماده شیمیایی کار ساده ای است که فقط به دقت و آگاهی از قوانین اساسی و استثناها نیاز دارد. با دانستن موارد استثنا و استفاده از جداول خاص، این عمل زمان زیادی نخواهد برد.

الکترونگاتیوی، مانند سایر خواص اتم ها عناصر شیمیایی، با افزایش تغییر می کند شماره سریالعنصر به صورت دوره ای:

نمودار بالا تناوب تغییرات در الکترونگاتیوی عناصر زیرگروه های اصلی را بسته به عدد اتمی عنصر نشان می دهد.

هنگام حرکت به سمت پایین یک زیر گروه از جدول تناوبی، الکترونگاتیوی عناصر شیمیایی کاهش می یابد و هنگام حرکت به سمت راست در طول دوره افزایش می یابد.

الکترونگاتیوی غیرفلزی بودن عناصر را منعکس می کند: هر چه مقدار الکترونگاتیوی بالاتر باشد، عنصر دارای خواص غیرفلزی بیشتری است.

حالت اکسیداسیون

چگونه می توان وضعیت اکسیداسیون یک عنصر را در یک ترکیب محاسبه کرد؟

1) حالت اکسیداسیون عناصر شیمیایی در مواد ساده همیشه صفر است.

2) عناصری وجود دارند که حالت اکسیداسیون ثابتی را در مواد پیچیده نشان می دهند:

3) عناصر شیمیایی وجود دارند که در اکثریت قریب به اتفاق ترکیبات حالت اکسیداسیون ثابتی از خود نشان می دهند. این عناصر عبارتند از:

عنصر	حالت اکسیداسیون تقریباً در تمام ترکیبات	استثناها
هیدروژن H	+1	هیدریدهای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی، به عنوان مثال:
اکسیژن O	-2	هیدروژن و پراکسیدهای فلزی: اکسیژن فلوراید -

4) مجموع جبری حالت های اکسیداسیون همه اتم های یک مولکول همیشه صفر است. مجموع جبری حالت های اکسیداسیون همه اتم های یک یون برابر با بار یون است.

5) بالاترین (حداکثر) حالت اکسیداسیون برابر با عدد گروه است. استثناهایی که تحت این قانون قرار نمی گیرند عناصر زیر گروه ثانویه گروه I، عناصر زیر گروه ثانویه گروه هشتم و همچنین اکسیژن و فلوئور هستند.

عناصر شیمیایی که تعداد گروه آنها با بالاترین حالت اکسیداسیون آنها منطبق نیست (به خاطر سپردن الزامی است)

6) کمترین حالت اکسیداسیون فلزات همیشه صفر است و کمترین حالت اکسیداسیون غیر فلزات با فرمول محاسبه می شود:

کمترین حالت اکسیداسیون غیرفلز = عدد گروه - 8

بر اساس قوانین ارائه شده در بالا، می توانید وضعیت اکسیداسیون یک عنصر شیمیایی را در هر ماده ای ایجاد کنید.

یافتن حالت های اکسیداسیون عناصر در ترکیبات مختلف

مثال 1

حالت های اکسیداسیون تمام عناصر موجود در اسید سولفوریک را تعیین کنید.

راه حل:

بیایید فرمول اسید سولفوریک را بنویسیم:

حالت اکسیداسیون هیدروژن در تمام مواد پیچیده +1 است (به جز هیدریدهای فلز).

حالت اکسیداسیون اکسیژن در همه مواد پیچیده -2 است (به جز پراکسیدها و اکسیژن فلوراید OF 2). اجازه دهید حالت های اکسیداسیون شناخته شده را مرتب کنیم:

اجازه دهید حالت اکسیداسیون گوگرد را به صورت مشخص نشان دهیم ایکس:

مولکول اسید سولفوریک، مانند مولکول هر ماده، عموماً از نظر الکتریکی خنثی است، زیرا مجموع حالت های اکسیداسیون تمام اتم های یک مولکول صفر است. به طور شماتیک این را می توان به صورت زیر نشان داد:

آن ها معادله زیر را بدست آوردیم:

حلش کنیم:

بنابراین، حالت اکسیداسیون گوگرد در اسید سولفوریک 6+ است.

مثال 2

وضعیت اکسیداسیون تمام عناصر موجود در دی کرومات آمونیوم را تعیین کنید.

راه حل:

بیایید فرمول دی کرومات آمونیوم را بنویسیم:

مانند مورد قبلی، می توانیم حالت های اکسیداسیون هیدروژن و اکسیژن را ترتیب دهیم:

با این حال، می بینیم که حالت اکسیداسیون دو عنصر شیمیایی در یک زمان ناشناخته است - نیتروژن و کروم. بنابراین، ما نمی توانیم حالت های اکسیداسیون را مشابه مثال قبلی پیدا کنیم (یک معادله با دو متغیر یک راه حل واحد ندارد).

اجازه دهید توجه را به این واقعیت جلب کنیم که این ماده متعلق به کلاس نمک ها است و بر این اساس دارای ساختار یونی است. سپس به درستی می توان گفت که ترکیب دی کرومات آمونیوم شامل کاتیون های NH 4 + است (بار این کاتیون را می توان در جدول حلالیت مشاهده کرد). در نتیجه، از آنجایی که واحد فرمول دی کرومات آمونیوم حاوی دو کاتیون NH 4 + با بار مثبت است، بار یون دی کرومات برابر با 2- است، زیرا ماده به عنوان یک کل از نظر الکتریکی خنثی است. آن ها این ماده توسط کاتیون های NH 4 + و آنیون های Cr 2 O 7 2- تشکیل شده است.

ما از حالات اکسیداسیون هیدروژن و اکسیژن می دانیم. دانستن اینکه مجموع حالت های اکسیداسیون اتم های همه عناصر در یک یون برابر است با بار و نشان دادن حالت های اکسیداسیون نیتروژن و کروم به صورت ایکسو yبر این اساس می توانیم بنویسیم:

آن ها دو معادله مستقل بدست می آوریم:

حل آن را پیدا می کنیم ایکسو y:

بنابراین، در دی کرومات آمونیوم حالت های اکسیداسیون نیتروژن 3-، هیدروژن +1، کروم +6 و اکسیژن -2 است.

نحوه تعیین حالت اکسیداسیون عناصر در مواد آلی را می توانید بخوانید.

ظرفیت

ظرفیت اتم ها با اعداد رومی نشان داده می شود: I، II، III و غیره.

قابلیت های ظرفیت یک اتم به کمیت بستگی دارد:

1) الکترون های جفت نشده

2) جفت الکترون های تنها در اوربیتال های سطوح ظرفیت

3) اوربیتال های الکترونی خالی از سطح ظرفیت

احتمالات ظرفیت اتم هیدروژن

اجازه دهید فرمول گرافیکی الکترونی اتم هیدروژن را به تصویر بکشیم:

گفته شده است که سه عامل می تواند بر احتمالات ظرفیت تأثیر بگذارد - وجود الکترون های جفت نشده، وجود جفت الکترون های تنها در سطح بیرونی و وجود اوربیتال های خالی (خالی) در سطح بیرونی. ما یک الکترون جفت نشده را در سطح انرژی بیرونی (و تنها) می بینیم. بر این اساس، هیدروژن قطعا می تواند ظرفیت I داشته باشد. با این حال، در اولین سطح انرژی تنها یک سطح فرعی وجود دارد - اس،آن ها اتم هیدروژن در سطح بیرونی نه جفت الکترون تنها دارد و نه اوربیتال خالی.

بنابراین، تنها ظرفیتی که یک اتم هیدروژن می تواند نشان دهد I است.

احتمالات ظرفیت اتم کربن

بیایید ساختار الکترونیکی اتم کربن را در نظر بگیریم. در حالت پایه، پیکربندی الکترونیکی سطح بیرونی آن به شرح زیر است:

آن ها در حالت پایه در سطح انرژی بیرونی اتم کربن تحریک نشده 2 الکترون جفت نشده وجود دارد. در این حالت می تواند ظرفیت II را نشان دهد. با این حال، وقتی اتم کربن به آن انرژی داده می شود، به راحتی به حالت برانگیخته می رود و پیکربندی الکترونیکی لایه بیرونی در این مورد به شکل زیر است:

علیرغم این واقعیت که مقدار معینی از انرژی برای فرآیند تحریک اتم کربن صرف می شود، هزینه بیش از آن با تشکیل چهار پیوند کووالانسی جبران می شود. به همین دلیل، ظرفیت IV بسیار بیشتر مشخصه اتم کربن است. بنابراین، برای مثال، ظرفیت IV کربن در مولکول ها دارد دی اکسید کربن، اسید کربنیک و کاملاً تمام مواد آلی.

علاوه بر الکترون‌های جفت نشده و جفت‌های الکترون تک، وجود اوربیتال‌های سطح ظرفیت () خالی نیز بر احتمالات ظرفیت تأثیر می‌گذارد. وجود چنین اوربیتال هایی در سطح پر شده منجر به این واقعیت می شود که اتم می تواند به عنوان یک گیرنده جفت الکترون عمل کند، یعنی. پیوندهای کووالانسی اضافی را از طریق مکانیسم دهنده - گیرنده تشکیل می دهند. به عنوان مثال، بر خلاف انتظار، در مولکول مونوکسید کربنپیوند CO دو برابر نیست، بلکه سه برابر است، همانطور که در تصویر زیر به وضوح نشان داده شده است:

احتمالات ظرفیت اتم نیتروژن

اجازه دهید فرمول گرافیکی الکترونیکی را برای سطح انرژی خارجی اتم نیتروژن بنویسیم:

همانطور که از تصویر بالا مشاهده می شود، اتم نیتروژن در حالت عادی خود دارای 3 الکترون جفت نشده است و بنابراین منطقی است که فرض کنیم می تواند ظرفیت III را نشان دهد. در واقع، ظرفیت سه در مولکول های آمونیاک (NH 3)، اسید نیتروژن (HNO 2)، تری کلرید نیتروژن (NCl 3) و غیره مشاهده می شود.

در بالا گفته شد که ظرفیت یک اتم یک عنصر شیمیایی نه تنها به تعداد الکترون های جفت نشده، بلکه به حضور جفت الکترون های تنها بستگی دارد. این به دلیل این واقعیت است که کووالانسی پیوند شیمیاییمی تواند نه تنها زمانی تشکیل شود که دو اتم یک الکترون را برای یکدیگر فراهم کنند، بلکه همچنین زمانی که یک اتم دارای یک جفت الکترون تنها باشد - دهنده () آن را به اتم دیگری با اوربیتال (پذیرنده) سطح ظرفیت خالی () فراهم می کند. آن ها برای اتم نیتروژن، ظرفیت IV نیز ممکن است به دلیل یک پیوند کووالانسی اضافی که توسط مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل شده است. به عنوان مثال، چهار پیوند کووالانسی، که یکی از آنها توسط یک مکانیسم دهنده - گیرنده تشکیل می شود، در طول تشکیل یک کاتیون آمونیوم مشاهده می شود:

علیرغم اینکه یکی از پیوندهای کووالانسی بر اساس مکانیسم دهنده-پذیرنده تشکیل می شود، همه اتصالات N-Hدر کاتیون های آمونیوم کاملاً یکسان هستند و به هیچ وجه با یکدیگر تفاوت ندارند.

اتم نیتروژن قادر به نشان دادن ظرفیتی برابر با V نیست. این به این دلیل است که انتقال یک اتم نیتروژن به حالت برانگیخته غیرممکن است، که در آن دو الکترون با انتقال یکی از آنها به یک اوربیتال آزاد که از نظر انرژی نزدیکترین است، جفت می شوند. اتم نیتروژن ندارد د-سطح فرعی، و انتقال به مدار 3s از نظر انرژی آنقدر گران است که هزینه های انرژی با تشکیل پیوندهای جدید پوشش داده نمی شود. بسیاری ممکن است تعجب کنند که ظرفیت نیتروژن، به عنوان مثال، در مولکول های اسید نیتریک HNO 3 یا اکسید نیتریک N 2 O 5 چقدر است؟ به اندازه کافی عجیب، ظرفیت در آنجا نیز IV است، همانطور که از فرمول های ساختاری زیر قابل مشاهده است:

خط نقطه چین در تصویر به اصطلاح را نشان می دهد غیر محلی شده π -ارتباط. به همین دلیل، اوراق NO پایانی را می توان «اوراق یک و نیم» نامید. پیوندهای یک و نیم مشابهی نیز در مولکول ازن O 3، بنزن C 6 H 6 و غیره وجود دارد.

احتمالات ظرفیت فسفر

اجازه دهید فرمول گرافیکی الکترونیکی سطح انرژی خارجی اتم فسفر را به تصویر بکشیم:

همانطور که می بینیم، ساختار لایه بیرونی اتم فسفر در حالت پایه و اتم نیتروژن یکسان است و بنابراین منطقی است که برای اتم فسفر و همچنین برای اتم نیتروژن ظرفیت های ممکن برابر با I، II، III و IV همانطور که در عمل مشاهده شد.

با این حال، بر خلاف نیتروژن، اتم فسفر نیز دارد دزیرسطح با 5 اوربیتال خالی.

در این راستا، قادر به انتقال به حالت برانگیخته، بخار دادن الکترون ها 3 است س-اوربیتال ها:

بنابراین، ظرفیت V برای اتم فسفر، که برای نیتروژن غیرقابل دسترسی است، ممکن است. به عنوان مثال، اتم فسفر دارای ظرفیت پنج در مولکول های ترکیباتی مانند اسید فسفریک، هالیدهای فسفر (V)، اکسید فسفر (V) و غیره است.

احتمالات ظرفیت اتم اکسیژن

فرمول گرافیکی الکترونی برای سطح انرژی خارجی یک اتم اکسیژن به شکل زیر است:

ما دو الکترون جفت نشده را در سطح 2 می بینیم و بنابراین ظرفیت II برای اکسیژن امکان پذیر است. لازم به ذکر است که این ظرفیت اتم اکسیژن تقریباً در تمام ترکیبات مشاهده می شود. در بالا، هنگام در نظر گرفتن قابلیت‌های ظرفیت اتم کربن، تشکیل مولکول مونوکسید کربن را مورد بحث قرار دادیم. پیوند در مولکول CO سه گانه است، بنابراین، اکسیژن در آنجا سه ​​ظرفیتی است (اکسیژن دهنده جفت الکترون است).

با توجه به اینکه اتم اکسیژن خارجی ندارد دزیرسطح، جفت شدن الکترون سو پ-اوربیتال ها غیرممکن است، به همین دلیل است که قابلیت های ظرفیت اتم اکسیژن در مقایسه با سایر عناصر زیر گروه آن، به عنوان مثال، گوگرد، محدود است.

احتمالات ظرفیت اتم گوگرد

سطح انرژی خارجی اتم گوگرد در حالت تحریک نشده:

اتم گوگرد، مانند اتم اکسیژن، معمولاً دارای دو الکترون جفت نشده است، بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که ظرفیت دو برای گوگرد امکان‌پذیر است. در واقع، گوگرد دارای ظرفیت II است، به عنوان مثال، در مولکول سولفید هیدروژن H 2 S.

همانطور که می بینیم، اتم گوگرد در سطح خارجی ظاهر می شود د-سطح فرعی با مدارهای خالی به همین دلیل، اتم گوگرد بر خلاف اکسیژن، به دلیل گذار به حالت های برانگیخته، قادر است قابلیت های ظرفیت خود را گسترش دهد. بنابراین، هنگام جفت شدن یک جفت الکترون تنها 3 پ-سطح زیرین که اتم گوگرد به دست می آورد پیکربندی الکترونیکیسطح خارجی به شکل زیر:

در این حالت، اتم گوگرد دارای 4 الکترون جفت نشده است، که به ما می گوید که اتم های گوگرد می توانند ظرفیت IV را نشان دهند. در واقع، گوگرد دارای ظرفیت IV در مولکول های SO 2، SF 4، SOCl 2 و غیره است.

هنگام جفت شدن دومین جفت الکترون تنها واقع در 3 س-sublevel، سطح انرژی خارجی پیکربندی را به دست می آورد:

در این حالت، تجلی ظرفیت VI ممکن می شود. نمونه هایی از ترکیبات با گوگرد VI ظرفیتی عبارتند از SO 3، H 2 SO 4، SO 2 Cl 2 و غیره.

به همین ترتیب، می‌توانیم احتمالات ظرفیت سایر عناصر شیمیایی را در نظر بگیریم.

برای مشخص کردن توانایی ردوکس ذرات، مفهوم درجه اکسیداسیون مهم است. درجه اکسیداسیون باری است که یک اتم در یک مولکول یا یون اگر تمام پیوندهای آن با اتم های دیگر شکسته شود و جفت های الکترون مشترک با عناصر الکترونگاتیو بیشتری همراه شوند، می تواند داشته باشد.

برخلاف بارهای واقعی یون ها، حالت اکسیداسیون فقط بار شرطی یک اتم را در یک مولکول نشان می دهد. می تواند منفی، مثبت یا صفر باشد. به عنوان مثال، حالت اکسیداسیون اتم ها در مواد ساده "0" است (،
,,). که در ترکیبات شیمیاییاتم ها می توانند حالت اکسیداسیون ثابت یا متغیر داشته باشند. برای فلزات زیرگروه های اصلی I، II و III گروه های جدول تناوبی در ترکیبات شیمیایی، حالت اکسیداسیون، به طور معمول، ثابت و برابر با Me +1، Me +2 و Me +3 است (Li + ، Ca +2، Al +3). اتم فلوئور همیشه 1- دارد. کلر در ترکیبات با فلزات همیشه -1 است. در اکثریت قریب به اتفاق ترکیبات، اکسیژن حالت اکسیداسیون 2- (به جز پراکسیدها که حالت اکسیداسیون آن 1- است) و هیدروژن +1 (به جز هیدریدهای فلزی که حالت اکسیداسیون آن 1- است) دارد.

مجموع جبری حالت های اکسیداسیون همه اتم ها در یک مولکول خنثی صفر است و در یک یون بار یون است. این رابطه امکان محاسبه حالت های اکسیداسیون اتم ها در ترکیبات پیچیده را فراهم می کند.

در مولکول اسید سولفوریک H 2 SO 4، اتم هیدروژن حالت اکسیداسیون 1+ و اتم اکسیژن حالت اکسیداسیون 2- دارد. از آنجایی که دو اتم هیدروژن و چهار اتم اکسیژن وجود دارد، دو "+" و هشت "-" داریم. خنثی شش "+" فاصله دارد. این عدد حالت اکسیداسیون گوگرد است -
. مولکول دی کرومات پتاسیم K 2 Cr 2 O 7 از دو اتم پتاسیم، دو اتم کروم و هفت اتم اکسیژن تشکیل شده است. پتاسیم همیشه حالت اکسیداسیون 1+ دارد و اکسیژن حالت اکسیداسیون 2- دارد. این به این معنی است که ما دو "+" و چهارده "-" داریم. دوازده "+" باقی مانده توسط دو اتم کروم به حساب می آیند که هر یک از آنها حالت اکسیداسیون 6+ دارند.
).

عوامل اکسید کننده و کاهنده معمولی

از تعریف فرآیندهای احیا و اکسیداسیون چنین برمی‌آید که اصولاً مواد ساده و پیچیده حاوی اتم‌هایی که در پایین‌ترین حالت اکسیداسیون نیستند و بنابراین می‌توانند حالت اکسیداسیون خود را کاهش دهند، می‌توانند به عنوان عوامل اکسید کننده عمل کنند. به همین ترتیب، مواد ساده و پیچیده حاوی اتم هایی که در بالاترین حالت اکسیداسیون نیستند و بنابراین می توانند حالت اکسیداسیون خود را افزایش دهند، می توانند به عنوان عوامل کاهنده عمل کنند.

قوی ترین عوامل اکسید کننده عبارتند از:

1) مواد ساده ای که توسط اتم های دارای الکترونگاتیوی بالا تشکیل شده اند، به عنوان مثال. غیر فلزات معمولی واقع در زیر گروه های اصلی گروه های ششم و هفتم سیستم تناوبی: F، O، Cl، S (به ترتیب F 2، O 2، Cl 2، S).

2) مواد حاوی عناصر بالاتر و متوسط

حالت های اکسیداسیون مثبت، از جمله به شکل یون، هر دو ساده، عنصری (Fe 3 +)، و اکسونیون های حاوی اکسیژن (یون پرمنگنات - MnO 4 -).

3) ترکیبات پراکسید.

مواد خاصی که در عمل به عنوان عوامل اکسید کننده استفاده می شوند عبارتند از: اکسیژن و ازن، کلر، برم، پرمنگنات ها، دی کرومات ها، اکسی اسیدهای کلر و نمک های آنها (به عنوان مثال،
,
,
)، اسید نیتریک (
اسید سولفوریک غلیظ (
دی اکسید منگنز (
، پراکسید هیدروژن و پراکسیدهای فلزی (
,
).

قوی ترین عوامل کاهش دهنده عبارتند از:

1) مواد ساده ای که اتم های آنها الکترونگاتیوی پایینی دارند ("فلزات فعال").

2) کاتیون های فلزی در حالت اکسیداسیون کم (Fe 2 +).

3) آنیون های ابتدایی ساده، به عنوان مثال، یون سولفید S 2-;

4) آنیون های حاوی اکسیژن (اکسوآنیون ها)، مربوط به پایین ترین حالت اکسیداسیون مثبت عنصر (نیتریت)
، سولفیت
).

مواد خاصی که در عمل به عنوان عوامل کاهنده استفاده می شوند عبارتند از، به عنوان مثال، فلزات قلیایی و قلیایی خاکی، سولفیدها، سولفیت ها، هالیدهای هیدروژن (به جز HF)، مواد آلی - الکل ها، آلدئیدها، فرمالدئید، گلوکز، اسید اگزالیک، و همچنین هیدروژن، کربن. مونوکسید کربن (
) و آلومینیوم در دماهای بالا.

در اصل، اگر یک ماده حاوی عنصری در حالت اکسیداسیون متوسط ​​باشد، این مواد می توانند هم خاصیت اکسید کنندگی و هم خاصیت کاهنده را از خود نشان دهند. این همه بستگی دارد

"شریک" در واکنش: با یک عامل اکسید کننده به اندازه کافی قوی می تواند به عنوان یک عامل کاهنده و با یک عامل کاهنده به اندازه کافی قوی - به عنوان یک عامل اکسید کننده واکنش نشان دهد. به عنوان مثال، یون نیتریت NO 2 - در یک محیط اسیدی به عنوان یک عامل اکسید کننده در رابطه با یون I- عمل می کند:

2
+ 2+ 4HCl→ + 2
+ 4KCl + 2H 2 O

و به عنوان یک عامل کاهنده در رابطه با یون پرمنگنات MnO 4 -

5
+ 2
+ 3H 2 SO 4 → 2
+ 5
+K 2 SO 4 + 3H 2 O

درجه اکسیداسیون یک مقدار متعارف است که برای ثبت واکنش های ردوکس استفاده می شود. برای تعیین درجه اکسیداسیون از جدول اکسیداسیون عناصر شیمیایی استفاده می شود.

معنی

حالت اکسیداسیون عناصر شیمیایی پایه بر اساس الکترونگاتیوی آنها است. مقدار برابر است با تعداد الکترون های جابجا شده در ترکیبات.

اگر الکترون ها از اتم جابجا شوند، حالت اکسیداسیون مثبت در نظر گرفته می شود، یعنی. این عنصر در ترکیب الکترون اهدا می کند و یک عامل کاهنده است. این عناصر شامل فلزات هستند که حالت اکسیداسیون آنها همیشه مثبت است.

هنگامی که یک الکترون به سمت یک اتم جابجا می شود، مقدار آن منفی و عنصر یک عامل اکسید کننده در نظر گرفته می شود. اتم الکترون ها را می پذیرد تا زمانی که سطح انرژی بیرونی کامل شود. اکثر نافلزات عامل اکسید کننده هستند.

مواد ساده ای که واکنش نشان نمی دهند همیشه حالت اکسیداسیون صفر دارند.

برنج. 1. جدول حالت های اکسیداسیون.

در یک ترکیب، اتم غیرفلز با الکترونگاتیوی پایین تر، حالت اکسیداسیون مثبت دارد.

تعریف

با استفاده از جدول تناوبی می توانید حالت های اکسیداسیون حداکثر و حداقل (یک اتم چند الکترون بدهد و بپذیرد) را تعیین کنید.

حداکثر مدرک تحصیلیبرابر با تعداد گروهی که عنصر در آن قرار دارد یا تعداد الکترون های ظرفیت. حداقل مقدار با فرمول تعیین می شود:

شماره (گروه ها) – 8.

برنج. 2. جدول تناوبی.

کربن در گروه چهارم قرار دارد، بنابراین بیشترین حالت اکسیداسیون آن +4 و کمترین آن 4- است. حداکثر درجه اکسیداسیون گوگرد 6+ و حداقل آن 2- است. اغلب نافلزات همیشه حالت اکسیداسیون متغیر - مثبت و منفی - دارند. استثنا فلوراید است. حالت اکسیداسیون آن همیشه -1 است.

لازم به یادآوری است که این قانون به ترتیب برای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی گروه I و II اعمال نمی شود. این فلزات دارای حالت اکسیداسیون مثبت ثابت هستند - لیتیوم Li +1، سدیم Na +1، پتاسیم K +1، بریلیم Be +2، منیزیم Mg +2، کلسیم Ca +2، استرانسیم Sr +2، باریم Ba +2. سایر فلزات ممکن است درجات مختلفی از اکسیداسیون را نشان دهند. استثنا آلومینیوم است. با وجود قرار گرفتن در گروه III، حالت اکسیداسیون آن همیشه +3 است.

برنج. 3. فلزات قلیایی و قلیایی خاکی.

از گروه هشتم، تنها روتنیوم و اسمیم می توانند بالاترین حالت اکسیداسیون 8+ را نشان دهند. طلا و مس که در گروه I قرار دارند به ترتیب حالت اکسیداسیون +3 و +2 را نشان می دهند.

رکورد

برای ثبت صحیح حالت اکسیداسیون، باید چندین قانون را به خاطر بسپارید:

• گازهای بی اثر واکنش نشان نمی دهند، بنابراین حالت اکسیداسیون آنها همیشه صفر است.
• در ترکیبات، حالت اکسیداسیون متغیر به ظرفیت متغیر و برهمکنش با عناصر دیگر بستگی دارد.
• هیدروژن در ترکیبات با فلزات نشان می دهد درجه منفیاکسیداسیون - Ca +2 H2-1، Na +1 H-1.
• اکسیژن همیشه حالت اکسیداسیون 2- دارد، به جز اکسیژن فلوراید و پراکسید - O + 2 F 2 - 1، H 2 + 1 O 2 - 1.

ما چه آموخته ایم؟

حالت اکسیداسیون یک مقدار شرطی است که نشان می دهد یک اتم از یک عنصر در یک ترکیب چند الکترون پذیرفته یا از دست داده است. مقدار به تعداد الکترون های ظرفیت بستگی دارد. فلزات موجود در ترکیبات همیشه حالت اکسیداسیون مثبت دارند، یعنی. عوامل کاهنده هستند برای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی، حالت اکسیداسیون همیشه یکسان است. غیر فلزات، به جز فلوئور، می توانند حالت اکسیداسیون مثبت و منفی داشته باشند.