Mi az elem legmagasabb oxidációs állapota? Elektronegativitás
A kémiai folyamatokban a főszerepet az atomok és molekulák játsszák, amelyek tulajdonságai határozzák meg a kémiai reakciók kimenetelét. Az atomok egyik fontos jellemzője az oxidációs szám, amely leegyszerűsíti a részecskében történő elektrontranszfer elszámolásának módszerét. Hogyan határozható meg egy részecske oxidációs állapota vagy alaki töltése és milyen szabályokat kell ehhez tudni?
Minden kémiai reakciót különböző anyagok atomjainak kölcsönhatása okoz. A reakció folyamata és eredménye a legkisebb részecskék jellemzőitől függ.
Az oxidáció (oxidáció) kifejezés a kémiában olyan reakciót jelent, amelynek során az atomok egy csoportja vagy egyike elektronokat veszít, vagy felveszi, akvizíció esetén a reakciót „redukciónak” nevezzük.
Az oxidációs állapot egy mennyiségileg mért mennyiség, amely a reakció során az újraeloszló elektronokat jellemzi. Azok. Az oxidációs folyamat során az atomban lévő elektronok mennyisége csökken vagy nő, újra eloszlanak más kölcsönhatásban lévő részecskék között, és az oxidáció mértéke pontosan mutatja, hogyan szerveződnek újra. Ez a fogalom szorosan összefügg a részecskék elektronegativitásával – a szabad ionok vonzására és taszítására való képességével.
Az oxidáció mértékének meghatározása az adott anyag jellemzőitől, tulajdonságaitól függ, így a számítási eljárás nem nevezhető egyértelműen könnyűnek vagy bonyolultnak, de eredményei segítenek a redoxreakciók folyamatainak feltételes rögzítésében. Meg kell érteni, hogy a kapott számítási eredmény az elektronok átvitelének az eredménye, és nincs fizikai jelentése, és nem az atommag valódi töltése.
Fontos tudni! A szervetlen kémia gyakran használja a vegyérték kifejezést az elemek oxidációs állapota helyett, ez nem hiba, de figyelembe kell venni, hogy a második fogalom univerzálisabb.
Az elektronok mozgásának számítási fogalmai és szabályai képezik a vegyi anyagok osztályozásának (nómenklatúra), tulajdonságaik leírásának és kommunikációs képletek összeállításának alapját. De leggyakrabban ezt a fogalmat használják a redox reakciók leírására és kezelésére.
Az oxidáció mértékének meghatározására vonatkozó szabályok
Hogyan lehet megtudni az oxidációs állapotot? A redoxreakciókkal végzett munka során fontos tudni, hogy egy részecske formális töltése mindig egyenlő lesz az elektron számértékben kifejezett értékével. Ez a tulajdonság annak a feltevésnek köszönhető, hogy a kötést alkotó elektronpárok mindig teljesen eltolódnak a negatívabb részecskék felé. Meg kell érteni, hogy ionos kötésekről beszélünk, és egy reakció esetén az elektronok egyenlő arányban oszlanak meg az azonos részecskék között.
Az oxidációs számnak lehetnek pozitív és negatív értékei is. A helyzet az, hogy a reakció során az atomnak semlegessé kell válnia, és ehhez vagy hozzáadni kell bizonyos számú elektront az ionhoz, ha az pozitív, vagy el kell venni, ha negatív. Ennek a fogalomnak a jelölésére képlet írásakor általában egy arab számot írnak a megfelelő jellel az elem megjelölése fölé. Például, vagy stb.
Tudnia kell, hogy a fémek formális töltése mindig pozitív lesz, és a legtöbb esetben a periódusos rendszer segítségével határozhatja meg. A mutatók helyes meghatározásához számos jellemzőt kell figyelembe venni.
Oxidációs fok:
Ezekre a jellemzőkre emlékezve meglehetősen egyszerű lesz meghatározni az elemek oxidációs számát, függetlenül az atomi szintek összetettségétől és számától.
Hasznos videó: az oxidációs állapot meghatározása
Mengyelejev periódusos táblázata szinte minden szükséges információt tartalmaz a kémiai elemekkel való munkához. Például az iskolások csak a kémiai reakciók leírására használják. Tehát az oxidációs szám maximális pozitív és negatív értékének meghatározásához ellenőriznie kell a kémiai elem jelölését a táblázatban:
- A maximális pozitív annak a csoportnak a száma, amelyben az elem található.
- A maximális negatív oxidációs állapot a maximális pozitív határ és a 8-as szám különbsége.
Így elég egyszerűen kideríteni egy adott elem formai töltésének szélső határait. Ezt a műveletet a periódusos rendszeren alapuló számításokkal lehet végrehajtani.
Fontos tudni! Egy elem egyidejűleg többféle oxidációs sebességgel rendelkezhet.
Az oxidáció szintjének meghatározására két fő módszer létezik, amelyekre az alábbiakban példákat mutatunk be. Közülük az első egy olyan módszer, amely a kémia törvényeinek ismeretét és alkalmazási képességét igényli. Hogyan rendezhetjük el az oxidációs állapotokat ezzel a módszerrel?
Oxidációs állapot meghatározására vonatkozó szabály
Ehhez szüksége van:
- Határozza meg, hogy egy adott anyag elemi-e, és kívül esik-e a kötésen. Ha igen, akkor az oxidációs száma 0 lesz, függetlenül az anyag összetételétől (egyedi atomok vagy többszintű atomi vegyületek).
- Határozza meg, hogy a kérdéses anyag ionokból áll-e. Ha igen, akkor az oxidáció mértéke megegyezik a töltésükkel.
- Ha a kérdéses anyag fém, akkor nézze meg a képletben szereplő más anyagok mutatóit, és számítsa ki a fémleolvasásokat aritmetikai műveletekkel.
- Ha a teljes vegyületnek egy töltete van (lényegében ez a reprezentált elemek összes részecskéjének összege), akkor elég meghatározni az egyszerű anyagok mutatóit, majd kivonni őket az összesből, és megkapni a fémadatokat.
- Ha a kapcsolat semleges, akkor a teljes összegnek nullának kell lennie.
Példaként vegyük fontolóra a kombinációt olyan alumíniumionnal, amelynek nettó töltése nulla. A kémia szabályai megerősítik azt a tényt, hogy a Cl-ion oxidációs száma -1, és ebben az esetben három ilyen van a vegyületben. Ez azt jelenti, hogy az Al-ionnak +3-nak kell lennie ahhoz, hogy a teljes vegyület semleges legyen.
Ez a módszer nagyon jó, hiszen az oxidációs szintek összeadásával mindig ellenőrizhető az oldat helyessége.
A második módszer a kémiai törvények ismerete nélkül is használható:
- Keressen adatokat azokról a részecskékről, amelyekre nincsenek szigorú szabályok, és elektronjaik pontos száma nem ismert (ezt kizárással lehet megtenni).
- Keresse meg az összes többi részecske mutatóját, majd kivonással keresse meg a kívánt részecskét az összesből.
Tekintsük a második módszert a Na2SO4 anyag példáján, amelyben az S kénatom nincs meghatározva, csak azt tudjuk, hogy különbözik a nullától.
Az összes oxidációs állapot meghatározásához:
- Találja meg az ismert elemeket, szem előtt tartva a hagyományos szabályokat és kivételeket.
- Na-ion = +1, és mindegyik oxigén = -2.
- Szorozzuk meg az egyes anyagok részecskéinek számát az elektronjaikkal, hogy megkapjuk egy kivételével az összes atom oxidációs állapotát.
- A Na2SO4 2 nátriumot és 4 oxigént tartalmaz, megszorozva kiderül: 2 X +1 = 2 az összes nátriumrészecske oxidációs száma és 4 X -2 = -8 - oxigén.
- Adjuk hozzá a kapott eredményeket 2+(-8) =-6 - ez a vegyület teljes töltése kénrészecske nélkül.
- A kémiai jelölést egyenletként ábrázolja: ismert adatok összege + ismeretlen szám = teljes töltés.
- A Na2SO4 a következőképpen van ábrázolva: -6 + S = 0, S = 0 + 6, S = 6.
Így a második módszer használatához elegendő ismerni az aritmetika egyszerű törvényeit.
Oxidációs táblázat
A munka egyszerűsítése és az egyes vegyi anyagok oxidációs mutatóinak kiszámítása érdekében speciális táblázatokat használnak, ahol az összes adatot rögzítik.
Ez így néz ki:
Hasznos videó: megtanulják meghatározni az oxidációs állapotot képletek segítségével
Következtetés
Egy vegyi anyag oxidációs számának meghatározása egyszerű feladat, amely csak körültekintést és az alapvető szabályok és kivételek ismeretét igényel. A kivételek ismeretében és speciális táblák használatával ez a művelet nem fog sok időt igénybe venni.
Kémiai előkészítés rák és DPA kezelésére
Átfogó kiadás
RÉSZ ÉS
ÁLTALÁNOS KÉMIA
KÉMIAI KÖTÉS ÉS AZ ANYAG SZERKEZETE
Oxidációs állapot
Az oxidációs állapot egy molekulában vagy kristályban lévő atom feltételes töltése, amely akkor keletkezne, ha az általa létrehozott összes poláris kötés ionos jellegű lenne.
A vegyértékkel ellentétben az oxidációs állapot pozitív, negatív vagy nulla lehet. Az egyszerű ionos vegyületekben az oxidációs állapot egybeesik az ionok töltéseivel. Például nátrium-kloridban
NaCl (Na + Cl - ) A nátrium oxidációs állapota +1, a klór -1 kalcium-oxidban CaO (Ca +2 O -2), a kalcium +2, az oxizolé pedig -2. Ez a szabály minden bázikus oxidra vonatkozik: a fémelem oxidációs állapota megegyezik a fémion töltésével (nátrium +1, bárium +2, alumínium +3), az oxigén oxidációs állapota pedig -2. Az oxidációs állapotot arab számok jelzik, amelyeket az elem szimbóluma fölé helyeznek, például vegyértéket, és először a töltés jelét, majd annak számértékét jelzik:Ha az oxidációs állapot modulusa eggyel egyenlő, akkor az „1” szám elhagyható, és csak az előjel írható:
Na + Cl - .Az oxidációs szám és a vegyérték összefüggő fogalmak. Sok vegyületben az elemek oxidációs állapotának abszolút értéke egybeesik vegyértékükkel. Azonban sok olyan eset van, amikor a vegyérték eltér az oxidációs állapottól.
Az egyszerű anyagokban - nemfémekben kovalens nem poláris kötés van, a megosztott elektronpár az egyik atomhoz tolódik, ezért az egyszerű anyagokban az elemek oxidációs állapota mindig nulla. De az atomok kapcsolódnak egymáshoz, vagyis bizonyos vegyértéket mutatnak, mivel például oxigénben az oxigén vegyértéke II, a nitrogénben pedig a nitrogén vegyértéke III:
A hidrogén-peroxid molekulában az oxigén vegyértéke is II, a hidrogéné pedig I:
A lehetséges fokozatok meghatározása elemek oxidációja
Az oxidációs állapotok, amelyekben az elemek különféle vegyületekben megjelenhetnek, a legtöbb esetben a külső elektronszint szerkezete vagy az elem periódusos rendszerben elfoglalt helye alapján határozhatók meg.
A fémes elemek atomjai csak elektronokat tudnak adni, így a vegyületekben pozitív oxidációs állapotot mutatnak. Abszolút értéke sok esetben (kivéve d -elemek) egyenlő a külső szinten lévő elektronok számával, vagyis a periódusos rendszer csoportszámával. Atomok d -az elemek magasabb szintről is tudnak elektronokat adni, mégpedig a kitöltetlenről d -pályák. Ezért azért d -elemek, az összes lehetséges oxidációs állapot meghatározása sokkal nehezebb, mint a s- és p-elemek. Nyugodtan állíthatjuk, hogy a többség d -elemek +2 oxidációs állapotot mutatnak a külső elektronszinten lévő elektronok miatt, és a maximális oxidációs állapot a legtöbb esetben megegyezik a csoportszámmal.
A nemfémes elemek atomjai pozitív és negatív oxidációs állapotot is mutathatnak, attól függően, hogy az elem melyik atomjával alkotnak kötést. Ha egy elem elektronegatívabb, akkor negatív oxidációs állapotot mutat, ha pedig kevésbé elektronegatív, akkor pozitív oxidációs állapotot mutat.
A nemfémes elemek oxidációs állapotának abszolút értéke a külső elektronréteg szerkezetével határozható meg. Egy atom annyi elektront képes befogadni, hogy nyolc elektron helyezkedik el a külső szintjén: a VII. csoport nemfémes elemei egy elektront fogadnak el és -1, a VI. csoport - két elektron oxidációs állapotot mutatnak, és 2 stb.
A nemfémes elemek eltérő számú elektront képesek leadni: maximum annyit, amennyi a külső energiaszinten található. Más szóval, a nemfémes elemek maximális oxidációs állapota megegyezik a csoportszámmal. Az atomok külső szintjén az elektronok keringése miatt változó a párosítatlan elektronok száma, amelyet az atom a kémiai reakciók során fel tud adni, így a nemfémes elemek különböző köztes oxidációs állapotot képesek felmutatni.
Lehetséges oxidációs állapotok s- és p-elemek
|
PS csoport |
|||||||
|
Legmagasabb oxidációs állapot |
|||||||
|
Köztes oxidációs állapot |
|||||||
|
Alacsonyabb oxidációs állapot |
Oxidációs állapotok meghatározása vegyületekben
Bármilyen elektromosan semleges molekula, ezért az összes elem atomjainak oxidációs állapotának összegének nullával kell egyenlőnek lennie. Határozzuk meg az oxidáció mértékét kénben (I) V) oxid SO 2 tauphosphorus (V) szulfid P 2 S 5.
Kén(I V)-oxid SO 2 két elem atomjai alkotják. Ezek közül az oxigénnek van a legnagyobb elektronegativitása, így az oxigénatomok negatív oxidációs állapotúak lesznek. Oxigén esetén ez egyenlő -2. Ebben az esetben a kén pozitív oxidációs állapotú. A kén különböző vegyületekben eltérő oxidációs állapotot mutathat, ezért ebben az esetben ki kell számítani. Egy molekulában SO 2 két -2 oxidációs állapotú oxigénatom, így az oxigénatomok össztöltése -4. Ahhoz, hogy a molekula elektromosan semleges legyen, a kénatomnak teljesen semlegesítenie kell mindkét oxigénatom töltését, ezért a kén oxidációs állapota +4:
A molekulában van foszfor ( V) szulfid P 2 S 5 Az elektronegatívabb elem a kén, azaz negatív oxidációs állapotú, a foszfor pedig pozitív oxidációs állapotú. A kén esetében a negatív oxidációs állapot csak 2. A kén öt atomja együtt -10 negatív töltést hordoz. Ezért két foszforatomnak kell semlegesítenie ezt a töltést +10 össztöltéssel. Mivel a molekulában két foszforatom van, mindegyiknek +5 oxidációs állapotúnak kell lennie:
Nehezebb kiszámítani az oxidációs állapotot nem bináris vegyületekben - sókban, bázisokban és savakban. Ehhez azonban az elektromos semlegesség elvét is alkalmazni kell, és ne feledje, hogy a legtöbb vegyületben az oxigén oxidációs állapota -2, a hidrogén +1.
Nézzük meg ezt példaként kálium-szulfát segítségével. K2SO4. A vegyületekben a kálium oxidációs állapota csak +1, az oxigéné pedig -2 lehet:
Az elektromos semlegesség elve alapján kiszámítjuk a kén oxidációs állapotát:
2 (+1) + 1 (x) + 4 (-2) = 0, innen x = +6.
A vegyületekben lévő elemek oxidációs állapotának meghatározásakor a következő szabályokat kell követni:
1. Egy egyszerű anyagban lévő elem oxidációs foka nulla.
2. A fluor a legelektronegatívabb kémiai elem, ezért a fluor oxidációs foka minden vegyületben -1.
3. Az oxigén a fluor után a legelektronegatívabb elem, ezért a fluoridok kivételével minden vegyületben az oxigén oxidációs állapota negatív: a legtöbb esetben -2, a peroxidokban pedig -1.
4. A hidrogén oxidációs állapota a legtöbb vegyületben +1, a fémelemeket tartalmazó vegyületekben (hidridekben) -1.
5. A vegyületekben lévő fémek oxidációs állapota mindig pozitív.
6. Az elektronegatívabb elem mindig negatív oxidációs állapotú.
7. A molekulában lévő összes atom oxidációs állapotának összege nulla.
Vegyértékösszetett fogalom. Ez a kifejezés a kémiai kötés elméletének fejlődésével egy időben jelentős átalakuláson ment keresztül. Kezdetben a vegyérték egy atom azon képessége volt, hogy bizonyos számú más atomot vagy atomcsoportot kapcsolódjon vagy helyettesítsen kémiai kötés kialakítása érdekében.
Egy elem atomjának vegyértékének mennyiségi mértéke azon hidrogén- vagy oxigénatomok száma volt (ezeket az elemeket egy-, illetve kétértékűnek tekintették), amelyekhez az elem EH x képletű hidridet vagy E képletű oxidot képez. n O m.
Így az NH 3 ammónia molekulában a nitrogénatom vegyértéke három, a H 2 S molekulában a kénatom pedig kettővel, mivel a hidrogénatom vegyértéke egy.
A Na 2 O, BaO, Al 2 O 3, SiO 2 vegyületekben a nátrium, bárium és szilícium vegyértéke 1, 2, 3 és 4.
A vegyérték fogalmát Frankland angol kémikus 1853-ban vezette be a kémiába, mielőtt az atom szerkezete ismertté vált volna. Mára megállapították, hogy egy elem vegyértéke szorosan összefügg az atomok külső elektronjainak számával, mivel az atomok belső héjának elektronjai nem vesznek részt a kémiai kötések kialakításában.
A kovalens kötések elektronikus elméletében úgy gondolják, hogy egy atom vegyértéke az alap vagy gerjesztett állapotban lévő párosítatlan elektronjainak száma határozza meg, amelyek részt vesznek más atomok elektronjaival közös elektronpárok kialakításában.
Egyes elemeknél a vegyérték állandó érték. Így a nátrium vagy a kálium minden vegyületben egyértékű, a kalcium, a magnézium és a cink kétértékű, az alumínium három vegyértékű stb. A legtöbb kémiai elem azonban változó vegyértékű, ami a partnerelem természetétől és a folyamat körülményeitől függ. Így a vas két vegyületet képezhet a klórral - FeCl 2 és FeCl 3, amelyekben a vas vegyértéke 2, illetve 3.
Oxidációs állapot- egy fogalom, amely egy kémiai vegyületben lévő elem állapotát és redox reakciókban való viselkedését jellemzi; számszerűen az oxidációs állapot megegyezik az elemhez rendelhető formális töltéssel, abból a feltételezésből kiindulva, hogy az egyes kötéseiben lévő összes elektron átkerült egy elektronegatívabb atomhoz.
Elektronegativitás- az atom azon képességének mértéke, hogy negatív töltést szerezzen kémiai kötés kialakítása során, vagy egy molekulában lévő atom azon képességét, hogy vonzza a vegyértékelektronokat, amelyek részt vesznek a kémiai kötés kialakításában. Az elektronegativitás nem abszolút érték, és különféle módszerekkel számítják ki. Ezért a különböző tankönyvekben és referenciakönyvekben megadott elektronegativitási értékek eltérhetnek.
A 2. táblázat néhány kémiai elem elektronegativitását mutatja a Sanderson-skálán, a 3. táblázat pedig a Pauling-skála elemeinek elektronegativitását.
Az elektronegativitás értéke a megfelelő elem szimbóluma alatt található. Minél nagyobb egy atom elektronegativitásának számértéke, annál elektronegatívabb az elem. A legelektronegatívabb a fluoratom, a legkevésbé elektronegatív a rubídiumatom. A két különböző kémiai elem atomjai által alkotott molekulában a formális negatív töltés azon az atomon lesz, amelynek elektronegativitásának számértéke nagyobb. Így a kén-dioxid SO2 molekulájában a kénatom elektronegativitása 2,5, az oxigénatom elektronegativitása pedig nagyobb - 3,5. Ezért a negatív töltés az oxigénatomon, a pozitív töltés a kénatomon lesz.
Az NH 3 ammónia molekulában a nitrogénatom elektronegativitási értéke 3,0, a hidrogénatomé 2,1. Ezért a nitrogénatom negatív, a hidrogénatom pedig pozitív töltésű lesz.
Tisztán ismernie kell az elektronegativitás változásának általános tendenciáit. Mivel bármely kémiai elem atomja hajlamos a külső elektronréteg - egy inert gáz oktetthéjának - stabil konfigurációjára, az elemek elektronegativitása egy periódusban növekszik, és egy csoportban az elektronegativitás általában csökken az atomszám növekedésével. elem. Ezért például a kén elektronegatívabb, mint a foszfor és a szilícium, a szén pedig elektronegatívabb a szilíciumhoz képest.
Amikor két nemfémből álló vegyületek képleteit állítjuk össze, ezek közül mindig az elektronegatívabb kerül jobbra: PCl 3, NO 2. Ez alól a szabály alól van néhány történelmi kivétel, például NH 3, PH 3 stb.
Az oxidációs számot általában egy arab szám jelzi (a szám előtt egy jellel), amely az elem szimbóluma felett helyezkedik el, például:
A kémiai vegyületekben lévő atomok oxidációs fokának meghatározásához a következő szabályokat kell követni:
- Az egyszerű anyagokban lévő elemek oxidációs állapota nulla.
- A molekulában lévő atomok oxidációs állapotának algebrai összege nulla.
- A vegyületekben lévő oxigén főként –2 oxidációs állapotot mutat (oxigén-fluoridban OF 2 + 2, fém-peroxidokban, például M 2 O 2 –1).
- A vegyületekben lévő hidrogén oxidációs foka + 1, kivéve az aktív fémek hidridjeit, például az alkáli- vagy alkáliföldfémeket, amelyekben a hidrogén oxidációs foka –1.
- Egyatomos ionok esetén az oxidációs állapot megegyezik az ion töltésével, például: K + - +1, Ba 2+ - +2, Br – - –1, S 2– - –2 stb.
- A kovalens poláris kötéssel rendelkező vegyületekben az elektronegatívabb atom oxidációs állapota mínusz, a kevésbé elektronegatív atom pedig plusz előjelű.
- Szerves vegyületekben a hidrogén oxidációs állapota +1.
Illusztráljuk a fenti szabályokat néhány példával.
1. példa Határozza meg az elemek oxidációs fokát a kálium K 2 O, a szelén SeO 3 és a vas Fe 3 O 4 oxidjaiban.
Kálium-oxid K 2 O. A molekulában lévő atomok oxidációs állapotának algebrai összege nulla. Az oxidokban lévő oxigén oxidációs állapota –2. Jelöljük a kálium oxidációs állapotát oxidjában n-nel, akkor 2n + (–2) = 0 vagy 2n = 2, tehát n = +1, azaz a kálium oxidációs foka +1.
Szelén-oxid SeO 3. A SeO 3 molekula elektromosan semleges. A három oxigénatom teljes negatív töltése –2 × 3 = –6. Ezért ahhoz, hogy ezt a negatív töltést nullára csökkentsük, a szelén oxidációs állapotának +6-nak kell lennie.
Fe3O4 molekula elektromosan semleges. A négy oxigénatom teljes negatív töltése –2 × 4 = –8. A negatív töltés kiegyenlítéséhez a három vasatom teljes pozitív töltése +8 legyen. Ezért egy vasatomnak 8/3 = +8/3 töltéssel kell rendelkeznie.
Hangsúlyozni kell, hogy egy vegyületben egy elem oxidációs foka lehet törtszám. Az ilyen frakcionált oxidációs állapotok nem értelmesek a kémiai vegyület kötéseinek magyarázatakor, de felhasználhatók redox-reakciók egyenleteinek megalkotására.
2. példa Határozza meg az elemek oxidációs fokát a NaClO 3, K 2 Cr 2 O 7 vegyületekben!
A NaClO 3 molekula elektromosan semleges. A nátrium oxidációs foka +1, az oxigéné –2. Jelöljük a klór oxidációs állapotát n-nel, akkor +1 + n + 3 × (–2) = 0, vagy +1 + n – 6 = 0, vagy n – 5 = 0, tehát n = +5. Így a klór oxidációs foka +5.
A K 2 Cr 2 O 7 molekula elektromosan semleges. A kálium oxidációs foka +1, az oxigéné –2. Jelöljük a króm oxidációs állapotát n-nel, akkor 2 × 1 + 2n + 7 × (–2) = 0, vagy +2 + 2n – 14 = 0, vagy 2n – 12 = 0, 2n = 12, tehát n = +6. Így a króm oxidációs állapota +6.
3. példa Határozzuk meg a kén oxidációs fokát az SO 4 2– szulfátionban. Az SO 4 2– ion töltése –2. Az oxigén oxidációs állapota –2. Jelöljük a kén oxidációs állapotát n-nel, akkor n + 4 × (–2) = –2, vagy n – 8 = –2, vagy n = –2 – (–8), tehát n = +6. Így a kén oxidációs állapota +6.
Emlékeztetni kell arra, hogy az oxidációs állapot néha nem egyenlő egy adott elem vegyértékével.
Például az NH 3 ammónia molekulában vagy az N 2 H 4 hidrazin molekulában a nitrogénatom oxidációs foka –3, illetve –2, míg a nitrogén vegyértéke ezekben a vegyületekben három.
A fő alcsoportok elemeinek maximális pozitív oxidációs állapota általában megegyezik a csoportszámmal (kivétel: oxigén, fluor és néhány más elem).
A maximális negatív oxidációs állapot 8 - a csoportszám.
Képzési feladatok
1. Melyik vegyületben a foszfor oxidációs foka +5?
1) HPO 3
2) H3PO3
3) Li 3 P
4) AlP
2. Melyik vegyületben a foszfor oxidációs foka –3?
1) HPO 3
2) H3PO3
3) Li 3 PO 4
4) AlP
3. Melyik vegyületben a nitrogén oxidációs állapota +4?
1) HNO2
2) N 2 O 4
3) N 2 O
4) HNO3
4. Melyik vegyületben a nitrogén oxidációs foka –2?
1) NH3
2) N 2 H 4
3) N 2 O 5
4) HNO2
5. Melyik vegyületben a kén oxidációs foka +2?
1) Na 2SO 3
2) SO2
3) SCl 2
4) H2SO4
6. Melyik vegyületben a kén oxidációs foka +6?
1) Na 2SO 3
2) SO 3
3) SCl 2
4) H2SO3
7. Azokban az anyagokban, amelyek képlete CrBr 2, K 2 Cr 2 O 7, Na 2 CrO 4, a króm oxidációs állapota rendre megegyezik
1) +2, +3, +6
2) +3, +6, +6
3) +2, +6, +5
4) +2, +6, +6
8. Egy kémiai elem minimális negatív oxidációs állapota általában egyenlő
1) időszakszám
3) a külső elektronréteg befejezéséhez hiányzó elektronok száma
9. A fő alcsoportokban található kémiai elemek maximális pozitív oxidációs állapota általában egyenlő
1) időszakszám
2) a kémiai elem sorozatszáma
3) csoportszám
4) az elemben lévő elektronok teljes száma
10. A foszfor a vegyületben a maximális pozitív oxidációs állapotot mutatja
1) HPO 3
2) H3PO3
3) Na3P
4) Ca 3 P 2
11. A foszfor minimális oxidációs állapotot mutat a vegyületben
1) HPO 3
2) H3PO3
3) Na 3 PO 4
4) Ca 3 P 2
12. Az ammónium-nitritben a kationban és anionban található nitrogénatomok oxidációs állapotot mutatnak, ill.
1) –3, +3
2) –3, +5
3) +3, –3
4) +3, +5
13. A hidrogén-peroxidban lévő oxigén vegyértéke és oxidációs állapota egyenlő
1) II, –2
2) II, –1
3) I, +4
4) III, –2
14. A pirit FeS2 kén vegyértéke és oxidációs foka egyenlő
1) IV, +5
2) II, –1
3) II, +6
4) III, +4
15. A nitrogénatom vegyértéke és oxidációs állapota az ammónium-bromidban rendre egyenlő
1) IV, –3
2) III, +3
3) IV, –2
4) III, +4
16. A szénatom negatív oxidációs állapotot mutat, ha kombinálódik
1) oxigén
2) nátrium
3) fluor
4) klór
17. vegyületeiben állandó oxidációs állapotot mutat
1) stroncium
2) vas
3) kén
4) klór
18. Vegyületeik oxidációs állapota +3 lehet
1) klór és fluor
2) foszfor és klór
3) szén és kén
4) oxigén és hidrogén
19. Vegyületeik oxidációs állapota +4 lehet
1) szén és hidrogén
2) szén és foszfor
3) szén és kalcium
4) nitrogén és kén
20. A vegyületeinek csoportszámával megegyező oxidációs állapot mutatkozik
1) klór
2) vas
3) oxigén
4) fluor
A vegyületekben lévő elemek állapotának jellemzésére bevezettük az oxidációs állapot fogalmát.
MEGHATÁROZÁS
Egy adott elem atomjáról vagy egy adott elem atomjára kiszorított elektronok számát ún. oxidációs állapot.
A pozitív oxidációs állapot az adott atomról kiszorított elektronok számát, a negatív oxidációs állapot pedig az adott atom felé elmozduló elektronok számát jelzi.
Ebből a meghatározásból az következik, hogy a nem poláris kötésekkel rendelkező vegyületekben az elemek oxidációs állapota nulla. Ilyen vegyületek például az azonos atomokból (N 2, H 2, Cl 2) álló molekulák.
A fémek oxidációs állapota elemi állapotban nulla, mivel az elektronsűrűség eloszlása bennük egyenletes.
Az egyszerű ionos vegyületekben a bennük lévő elemek oxidációs állapota megegyezik az elektromos töltéssel, mivel ezeknek a vegyületeknek a képződése során az elektronok szinte teljes átmenete történik egyik atomról a másikra: Na +1 I -1, Mg +2 Cl-1 2, Al +3 F-1 3, Zr +4 Br-1 4.
A poláris kovalens kötésekkel rendelkező vegyületek elemeinek oxidációs állapotának meghatározásakor összehasonlítják elektronegativitási értékeiket. Mivel a kémiai kötés kialakulása során az elektronok az elektronegatívabb elemek atomjaira szorulnak, az utóbbiak a vegyületekben negatív oxidációs állapotúak.
Legmagasabb oxidációs állapot
Azon elemek esetében, amelyek vegyületeikben eltérő oxidációs állapotot mutatnak, létezik a legmagasabb (maximum pozitív) és a legalacsonyabb (minimum negatív) oxidációs állapot fogalma. Egy kémiai elem legmagasabb oxidációs foka általában számszerűen egybeesik D. I. Mengyelejev periódusos rendszerének csoportszámával. Ez alól kivétel a fluor (oxidációs állapota -1, és az elem a VIIA csoportban található), az oxigén (oxidációs állapota +2, és az elem a VIA csoportban található), hélium, neon, argon (oxidációs állapota 0, ill. az elemek a VIII csoportban találhatók), valamint a kobalt és nikkel alcsoport elemei (oxidációs állapota +2, az elemek pedig a VIII. csoportban találhatók), amelyeknél a legmagasabb oxidációs állapotot egy számmal fejezzük ki, amelynek értéke: alacsonyabb, mint annak a csoportnak a száma, amelyhez tartoznak. Ezzel szemben a réz alcsoport elemeinek oxidációs foka egynél nagyobb, bár az I. csoportba tartoznak (a réz és az ezüst maximális pozitív oxidációs állapota +2, arany +3).
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
- A kénhidrogénben a kén oxidációs állapota (-2), és egy egyszerű anyagban - kén - 0:
A kén oxidációs állapotának változása: -2 → 0, i.e. hatodik válasz.
- Egy egyszerű anyagban - kénben - a kén oxidációs állapota 0, SO 3 -ban pedig (+6):
A kén oxidációs állapotának változása: 0 → +6, i.e. negyedik válaszlehetőség.
- A kénsavban a kén oxidációs állapota (+4), egy egyszerű anyagban - kén - 0:
1×2 +x+ 3×(-2) =0;
A kén oxidációs állapotának változása: +4 → 0, i.e. harmadik válaszlehetőség.
2. PÉLDA
| Gyakorlat | A nitrogén III vegyértéket és (-3) oxidációs állapotot mutat a következő vegyületekben: a) N 2 H 4; b) NH3; c) NH4CI; d) N 2 O 5 |
| Megoldás | A feltett kérdésre adott helyes válasz érdekében felváltva meghatározzuk a nitrogén vegyértékét és oxidációs állapotát a javasolt vegyületekben. a) a hidrogén vegyértéke mindig egyenlő I-vel. A hidrogén vegyértékegységeinek száma összesen 4 (1 × 4 = 4). A kapott értéket osszuk el a molekulában lévő nitrogénatomok számával: 4/2 = 2, ezért a nitrogén vegyértéke II. Ez a válaszlehetőség helytelen. b) a hidrogén vegyértéke mindig egyenlő I-vel. A hidrogén vegyértékegységeinek száma összesen 3 (1 × 3 = 3). A kapott értéket osszuk el a molekulában lévő nitrogénatomok számával: 3/1 = 2, ezért a nitrogén vegyértéke III. A nitrogén oxidációs foka az ammóniában (-3): Ez a helyes válasz. |
| Válasz | (b) lehetőség |
Oxidációs állapot. Egy elem atomjának oxidációs állapotának meghatározása a vegyület kémiai képletével. Egy vegyület képletének elkészítése az elemi atomok ismert oxidációs állapotai alapján
Egy elem oxidációs állapota egy anyagban lévő atom feltételes töltése, amelyet abból a feltételezésből számítunk ki, hogy az ionokból áll. Az elemek oxidációs állapotának meghatározásához emlékeznie kell bizonyos szabályokra:
1. Az oxidációs állapot lehet pozitív, negatív vagy nulla. Ezt egy arab szám jelzi, plusz vagy mínusz jellel az elem szimbólum felett.
2. Az oxidációs állapotok meghatározásakor az anyag elektronegativitása alapján indulunk ki: a vegyületben lévő összes atom oxidációs állapotának összege nulla.
3. Ha egy vegyületet egy elem atomjai képeznek (egy egyszerű anyagban), akkor ezen atomok oxidációs állapota nulla.
4. Egyes kémiai elemek atomjaihoz általában acél oxidációs állapotokat rendelnek. Például a vegyületekben a fluor oxidációs foka mindig -1; lítium, nátrium, kálium, rubídium és cézium +1; magnézium, kalcium, stroncium, bárium és cink +2, alumínium +3.
5. A hidrogén oxidációs állapota a legtöbb vegyületben +1, és csak egyes fémekkel rendelkező vegyületekben egyenlő -1-gyel (KH, BaH2).
6. Az oxigén oxidációs foka a legtöbb vegyületben -2, és csak néhány vegyületnél van hozzárendelve -1 oxidációs állapot (H2O2, Na2O2 vagy +2 (OF2).
7. Számos kémiai elem atomja változó oxidációs állapotú.
8. A vegyületekben a fématom oxidációs állapota pozitív, és számszerűen megegyezik vegyértékével.
9. Egy elem maximális pozitív oxidációs állapota általában megegyezik azon csoport számával a periódusos rendszerben, amelyben az elem megtalálható.
10. A fémek minimális oxidációs foka nulla. A nemfémek esetében a legtöbb esetben a negatív oxidációs állapot alatti szint egyenlő a csoportszám és a nyolcas szám különbségével.
11. Egy atom oxidációs állapota egyszerű iont képez (egy atomból áll), és megegyezik ennek az ionnak a töltésével.
A fenti szabályokat alkalmazva meghatározzuk a kémiai elemek oxidációs állapotát a H2SO4 összetételében. Ez egy összetett anyag, amely három kémiai elemből áll - hidrogén-hidrogénből, kén-S-ből és oxigén-O-ból. Jegyezzük meg azoknak az elemeknek az oxidációs állapotát, amelyeknél állandóak. Esetünkben ezek a hidrogén H és az oxigén O.
Határozzuk meg a kén ismeretlen oxidációs állapotát. Legyen ebben a vegyületben a kén oxidációs állapota x.
Hozzunk létre egyenleteket úgy, hogy minden elem indexét megszorozzuk az oxidációs állapottal, és a kivont mennyiséget nullával egyenlővé tesszük: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0
2 + X – 8 = 0
x = +8 – 2 = +6
Ezért a kén oxidációs száma plusz hat.
A következő példában megtudjuk, hogyan lehet képletet létrehozni az elemi atomok ismert oxidációs állapotú vegyületére. Készítsük el a ferrum(III)-oxid képletét. Az „oxid” szó azt jelenti, hogy a vas szimbólumtól jobbra az oxigén szimbólumot kell írni: FeO.
Jegyezzük fel a kémiai elemek oxidációs állapotát a szimbólumok fölé. A vas oxidációs állapota a névben zárójelben (III) van feltüntetve, ezért egyenlő +3-mal, az oxigén oxidációs foka az oxidokban -2.
Keressük meg a 3 és 2 számok legkisebb közös többszörösét, ez a 6. Osszuk el a 6-ot 3-mal, megkapjuk a 2-es számot - ez a vas indexe. Osszuk el a 6-ot 2-vel, megkapjuk a 3-as számot - ez az oxigén indexe.
A következő példában megtudjuk, hogyan lehet képletet létrehozni egy ismert oxidációs állapotú elem atomjaival és iontöltéseivel. Készítsük el a kalcium-ortofoszfát képletét. Az „ortofoszfát” szó azt jelenti, hogy a kalcium szimbólumtól jobbra az ortofoszfátsav savas maradékát kell írni: CaPO4.
Jegyezzük fel a kalcium oxidációs állapotát (négyes számú szabály) és a savmaradék töltését (az oldhatósági táblázat szerint).
Keressük meg a 2 és 3 számok legkisebb közös többszörösét, ez a 6. Osszuk el a 6-ot 2-vel, megkapjuk a 3-at – ez a kalcium indexe. Osszuk el a 6-os számot 3-mal, megkapjuk a 2-es számot - ez a savmaradék indexe.