Czym różni się wartościowość od stopnia utlenienia? Chemia nieorganiczna Jakie są stopnie utlenienia i wartościowość pierwiastków

Wśród reakcji chemicznych, w tym w przyrodzie, reakcje redoks są najczęstsze. Należą do nich np. fotosynteza, metabolizm, procesy biologiczne, a także spalanie paliw, produkcja metali i wiele innych reakcji. Reakcje redoks są od dawna z powodzeniem wykorzystywane przez ludzkość do różnych celów, ale sama elektroniczna teoria procesów redoks pojawiła się całkiem niedawno – na początku XX wieku.

Aby przejść do współczesnej teorii utleniania-redukcji, konieczne jest wprowadzenie kilku pojęć - są to wartościowość, stopień utlenienia i budowa powłok elektronowych atomów. Studiując sekcje takie jak , elementy i , zetknęliśmy się już z tymi pojęciami. Następnie przyjrzyjmy się im bardziej szczegółowo.

Wartościowość i stopień utlenienia

Wartościowość- złożone pojęcie, które powstało wraz z pojęciem wiązania chemicznego i jest definiowane jako właściwość atomów do przyłączania lub zastępowania określonej liczby atomów innego pierwiastka, tj. to zdolność atomów do tworzenia wiązań chemicznych w związkach. Początkowo wartościowość określano za pomocą wodoru (przyjmowano, że wartościowość wynosi 1) lub tlenu (przyjmowano, że wartościowość wynosi 2). Później zaczęto rozróżniać wartościowość dodatnią i ujemną. Ilościowo wartościowość dodatnia charakteryzuje się liczbą elektronów oddanych przez atom, a wartościowość ujemna charakteryzuje się liczbą elektronów, które należy dodać do atomu, aby zastosować regułę oktetu (tj. Ukończenie zewnętrznego poziomu energii). Później koncepcja wartościowości zaczęła również łączyć naturę wiązań chemicznych, które powstają między atomami w ich połączeniu.

Z reguły najwyższa wartościowość pierwiastków odpowiada numerowi grupy w układzie okresowym. Ale, jak we wszystkich regułach, są wyjątki: na przykład miedź i złoto znajdują się w pierwszej grupie układu okresowego i ich wartościowość musi być równa numerowi grupy, tj. 1, ale w rzeczywistości najwyższa wartościowość miedzi wynosi 2, a złota 3.

Stan utlenienia czasami nazywany stopniem utlenienia, wartościowością elektrochemiczną lub stopniem utlenienia i jest pojęciem względnym. Zatem przy obliczaniu stopnia utlenienia zakłada się, że cząsteczka składa się wyłącznie z jonów, chociaż większość związków w ogóle nie jest jonowa. Ilościowo stopień utlenienia atomów pierwiastka w związku zależy od liczby elektronów przyłączonych do atomu lub wypartych z atomu. Zatem w przypadku braku przemieszczenia elektronów stopień utlenienia będzie wynosił zero, przy przemieszczaniu elektronów w stronę danego atomu będzie to stopień ujemny, a przy przemieszczaniu elektronów od danego atomu będzie dodatni.

Definiowanie stopień utlenienia atomów należy przestrzegać następujących zasad:

W cząsteczkach prostych substancji i metali stopień utlenienia atomów wynosi 0.
Wodór w prawie wszystkich związkach ma stopień utlenienia równy +1 (i tylko w wodorkach metali aktywnych równy -1).
Dla atomów tlenu w jego związkach typowy stopień utlenienia wynosi -2 (wyjątki: OF 2 i nadtlenki metali, stopień utlenienia tlenu wynosi odpowiednio +2 i -1).
Atomy metali alkalicznych (+1) i metali ziem alkalicznych (+2), a także fluoru (-1) również mają stały stopień utlenienia
W prostych związkach jonowych stopień utlenienia jest równy co do wielkości i znakowi ładunku elektrycznego.
W przypadku związku kowalencyjnego atom bardziej elektroujemny ma stopień utlenienia ze znakiem „-”, a atom mniej elektroujemny ma znak „+”.
W przypadku związków złożonych wskazany jest stopień utlenienia atomu centralnego.
Suma stopni utlenienia atomów w cząsteczce wynosi zero.

Na przykład określmy stopień utlenienia Se w związku H 2 SeO 3

Zatem stopień utlenienia wodoru wynosi +1, tlenu -2, a suma wszystkich stopni utlenienia wynosi 0, utwórzmy wyrażenie biorąc pod uwagę liczbę atomów w związku H 2 + Se x O 3 -2:

(+1)2+x+(-2)3=0, skąd

te. H 2 + Se +4 O 3 -2

Znając stopień utlenienia pierwiastka w związku, można przewidzieć jego właściwości chemiczne i reaktywność w stosunku do innych związków, a także czy związek ten jest Środek redukujący Lub Środek utleniający. Pojęcia te są w pełni ujawnione w teorie utleniania i redukcji:

Utlenianie to proces utraty elektronów przez atom, jon lub cząsteczkę, co prowadzi do wzrostu stopnia utlenienia.

Al 0-3e - = Al +3;

2O-2-4e - = O2;

2Cl - -2e - = Cl2

Powrót do zdrowia - Jest to proces, w wyniku którego atom, jon lub cząsteczka zyskuje elektrony, co powoduje zmniejszenie stopnia utlenienia.

Ca +2 +2e - = Ca 0 ;

2H + +2e - =H2

Utleniacze– związki, które podczas reakcji chemicznej przyjmują elektrony, oraz środki redukujące– związki będące donorami elektronów. Podczas reakcji środki redukujące ulegają utlenieniu, a środki utleniające ulegają redukcji.
Istota reakcji redoks– ruch elektronów (lub przemieszczenie par elektronów) z jednej substancji do drugiej, któremu towarzyszy zmiana stopnia utlenienia atomów lub jonów. W takich reakcjach jeden pierwiastek nie może zostać utleniony bez redukcji drugiego, ponieważ Przeniesienie elektronów zawsze powoduje zarówno utlenianie, jak i redukcję. Zatem całkowita liczba elektronów odebranych jednemu pierwiastkowi podczas utleniania jest taka sama, jak liczba elektronów odebranych przez inny pierwiastek podczas redukcji.

Zatem jeśli pierwiastki w związkach znajdują się na najwyższym stopniu utlenienia, wówczas będą wykazywały jedynie właściwości utleniające, ponieważ nie mogą już oddawać elektronów. Wręcz przeciwnie, jeśli pierwiastki w związkach znajdują się na najniższym stopniu utlenienia, wówczas wykazują jedynie właściwości redukujące, ponieważ nie mogą już dodawać elektronów. Atomy pierwiastków na pośrednim stopniu utlenienia, w zależności od warunków reakcji, mogą być zarówno utleniaczami, jak i reduktorami. Podajmy przykład: siarka na najwyższym stopniu utlenienia +6 w związku H 2 SO 4 może wykazywać jedynie właściwości utleniające, w związku H 2 S - siarka jest na najniższym stopniu utlenienia -2 i będzie wykazywała jedynie właściwości redukujące, oraz w związku H2SO3 znajdującym się na pośrednim stopniu utlenienia +4 siarka może być zarówno środkiem utleniającym, jak i środkiem redukującym.

Na podstawie stopni utlenienia pierwiastków można przewidzieć prawdopodobieństwo reakcji między substancjami. Oczywiste jest, że jeśli oba pierwiastki w swoich związkach znajdują się na wyższym lub niższym stopniu utlenienia, wówczas reakcja między nimi jest niemożliwa. Reakcja jest możliwa, jeśli jeden ze związków może wykazywać właściwości utleniające, a drugi – redukujące. Na przykład w HI i H2S zarówno jod, jak i siarka znajdują się na najniższych stopniach utlenienia (-1 i -2) i mogą być jedynie środkami redukującymi, dlatego nie będą ze sobą reagować. Ale będą dobrze oddziaływać z H 2 SO 4, który charakteryzuje się właściwościami redukującymi, ponieważ siarka jest tutaj w najwyższym stopniu utlenienia.

Najważniejsze środki redukujące i utleniające przedstawiono w poniższej tabeli.

Konserwatorzy
Neutralne atomy	Schemat ogólny M-nie →Mn+ Wszystkie metale, a także wodór i węgiel.Najsilniejszymi środkami redukującymi są metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych, a także lantanowce i aktynowce. Słabymi środkami redukującymi są metale szlachetne - Au, Ag, Pt, Ir, Os, Pd, Ru, Rh.W głównych podgrupach układu okresowego zdolność redukcyjna atomów obojętnych wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej.
ujemnie naładowane jony niemetali	Schemat ogólny E +nie - → EN- Jony naładowane ujemnie są silnymi środkami redukującymi, ponieważ mogą oddawać zarówno nadmiarowe elektrony, jak i swoje zewnętrzne elektrony. Siła redukująca przy tym samym ładunku rośnie wraz ze wzrostem promienia atomowego. Na przykład I jest silniejszym środkiem redukującym niż Br - i Cl -.Środkami redukującymi mogą być również S 2-, Se 2-, Te 2- i inne.
dodatnio naładowane jony metali o najniższym stopniu utlenienia	Jony metali o niższych stopniach utlenienia mogą wykazywać właściwości redukujące, jeśli charakteryzują się stanami o wyższym stopniu utlenienia. Na przykład, Sn 2+ -2e — → Sn 4+ Cr 2+ -e — → Cr 3+ Cu + -e — → Cu 2+
Jony złożone i cząsteczki zawierające atomy na pośrednich stopniach utlenienia	Jony złożone lub złożone, a także cząsteczki mogą wykazywać właściwości redukujące, jeśli ich atomy składowe znajdują się na pośrednim stopniu utlenienia. Na przykład, SO 3 2-, NO 2 -, AsO 3 3-, 4-, SO 2, CO, NO i inne.
	Węgiel, tlenek węgla (II), żelazo, cynk, aluminium, cyna, kwas siarkawy, siarczyn i wodorosiarczyn sodu, siarczek sodu, tiosiarczan sodu, wodór, prąd elektryczny
Utleniacze
Neutralne atomy	Schemat ogólny mi + ne- → E n- Utleniacze to atomy pierwiastków p. Typowymi niemetalami są fluor, tlen, chlor. Najsilniejszymi utleniaczami są halogeny i tlen. W głównych podgrupach grup 7, 6, 5 i 4 aktywność oksydacyjna atomów maleje od góry do dołu
dodatnio naładowane jony metali	Wszystkie dodatnio naładowane jony metali wykazują w różnym stopniu właściwości utleniające. Spośród nich najsilniejszymi utleniaczami są jony o wysokim stopniu utlenienia, na przykład Sn 4+, Fe 3+, Cu 2+. Jony metali szlachetnych, nawet na niskim stopniu utlenienia, są silnymi utleniaczami.
Jony złożone i cząsteczki zawierające atomy metali na najwyższym stopniu utlenienia	Typowymi utleniaczami są substancje zawierające atomy metali w stanie najwyższego stopnia utlenienia. Na przykład KMnO4, K2Cr2O7, K2CrO4, HAuCl4.
Jony złożone i cząsteczki zawierające atomy niemetali na dodatnim stopniu utlenienia	Są to głównie kwasy zawierające tlen, a także odpowiadające im tlenki i sole. Na przykład SO 3, H 2 SO 4, HClO, HClO 3, NaOBr i inne. Z rzędu H 2SO4 →H 2SeO4 →H 6TeO6 aktywność utleniająca wzrasta od kwasu siarkowego do kwasu tellurowego. Z rzędu HClO -HClO 2 -HClO 3 -HClO4 HBrO - HBrO 3 - HIO – HIO 3 – HIO 4, H5IO 6 aktywność utleniająca wzrasta od prawej do lewej, a właściwości kwasowe rosną od lewej do prawej.
Najważniejsze środki redukujące w technologii i praktyce laboratoryjnej	Tlen, Ozon, Nadmanganian potasu, Kwas chromowy i dichromowy, Kwas azotowy, Kwas azotawy, Kwas siarkowy (stężony), Nadtlenek wodoru, Prąd elektryczny, Kwas podchlorawy, Dwutlenek manganu, Dwutlenek ołowiu, Wybielacz, Roztwory podchlorynów potasu i sodu, Potas podbromek, heksacyjanożelazian (III) potasu.

Kategorie ,

Elektroujemność (EO) to zdolność atomów do przyciągania elektronów podczas łączenia się z innymi atomami .

Elektroujemność zależy od odległości między jądrem a elektronami walencyjnymi oraz od tego, jak blisko jest ukończenie powłoki walencyjnej. Im mniejszy promień atomu i im więcej elektronów walencyjnych, tym wyższy jest jego EO.

Fluor jest pierwiastkiem najbardziej elektroujemnym. Po pierwsze, ma 7 elektronów na powłoce walencyjnej (w oktecie brakuje tylko 1 elektronu), a po drugie, ta powłoka walencyjna (...2s 2 2p 5) jest położona blisko jądra.

Atomy metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych są najmniej elektroujemne. Mają duże promienie, a ich zewnętrzne powłoki elektronowe są dalekie od ukończenia. Dużo łatwiej jest im oddać swoje elektrony walencyjne innemu atomowi (wtedy zewnętrzna powłoka będzie kompletna) niż „zyskać” elektrony.

Elektroujemność można wyrazić ilościowo, a pierwiastki można uszeregować w kolejności rosnącej. Najczęściej stosowana jest skala elektroujemności zaproponowana przez amerykańskiego chemika L. Paulinga.

Różnica elektroujemności pierwiastków w związku ( ΔX) pozwoli Ci ocenić rodzaj wiązania chemicznego. Jeśli wartość ΔX= 0 – połączenie kowalencyjne niepolarne.

Kiedy różnica elektroujemności wynosi do 2,0, wiązanie nazywa się kowalencyjny polarny, na przykład: wiązanie H-F w cząsteczce fluorowodoru HF: Δ X = (3,98 - 2,20) = 1,78

Rozważane są wiązania o różnicy elektroujemności większej niż 2,0 joński. Na przykład: wiązanie Na-Cl w związku NaCl: Δ X = (3,16 - 0,93) = 2,23.

Stan utlenienia

Stan utlenienia (CO) jest ładunkiem warunkowym atomu w cząsteczce, obliczonym przy założeniu, że cząsteczka składa się z jonów i jest ogólnie elektrycznie obojętna.

Kiedy powstaje wiązanie jonowe, elektron przechodzi z atomu mniej elektroujemnego do atomu bardziej elektroujemnego, atomy tracą swoją obojętność elektryczną i zamieniają się w jony. powstają opłaty całkowite. Kiedy tworzy się kowalencyjne wiązanie polarne, elektron nie jest przenoszony całkowicie, ale częściowo, w związku z czym powstają ładunki cząstkowe (HCl na rysunku poniżej). Wyobraźmy sobie, że elektron całkowicie przeszedł z atomu wodoru do chloru i na wodorze pojawił się cały ładunek dodatni +1, a na chlorze -1. Takie konwencjonalne ładunki nazywane są stopniem utlenienia.

Rysunek ten pokazuje stopnie utlenienia charakterystyczne dla pierwszych 20 pierwiastków.
Notatka. Najwyższy CO jest zwykle równy numerowi grupy w układzie okresowym. Metale głównych podgrup mają jeden charakterystyczny CO, podczas gdy niemetale z reguły mają rozproszenie CO. Dlatego niemetale tworzą dużą liczbę związków i mają bardziej „różnorodne” właściwości w porównaniu z metalami.

Przykłady oznaczania stopnia utlenienia

Określmy stopnie utlenienia chloru w związkach:

Reguły, które rozważyliśmy, nie zawsze pozwalają nam obliczyć CO wszystkich pierwiastków, np. w danej cząsteczce aminopropanu.

Tutaj wygodnie jest zastosować następującą technikę:

1) Przedstawiamy wzór strukturalny cząsteczki, kreska to wiązanie, para elektronów.

2) Zamieniamy kreskę w strzałkę skierowaną w stronę większego atomu EO. Ta strzałka symbolizuje przejście elektronu do atomu. Jeśli połączymy dwa identyczne atomy, linię pozostawiamy bez zmian - nie ma przeniesienia elektronów.

3) Liczymy, ile elektronów „przyszło” i „odeszło”.

Na przykład obliczmy ładunek pierwszego atomu węgla. Trzy strzałki skierowane są w stronę atomu, co oznacza, że przybyły 3 elektrony, ładunek -3.

Drugi atom węgla: wodór dał mu elektron, a azot wziął jeden elektron. Opłata się nie zmieniła, wynosi zero. Itp.

Wartościowość

Wartościowość(z łac. valēns „posiadający siłę”) - zdolność atomów do tworzenia określonej liczby wiązań chemicznych z atomami innych pierwiastków.

Zasadniczo oznacza wartościowość zdolność atomów do tworzenia określonej liczby wiązań kowalencyjnych. Jeśli atom ma N niesparowane elektrony i M samotnych par elektronów, wtedy ten atom może się uformować n+m wiązania kowalencyjne z innymi atomami, tj. jego wartościowość będzie równa n+m. Przy szacowaniu maksymalnej wartościowości należy wyjść od konfiguracji elektronicznej stanu „wzbudzonego”. Na przykład maksymalna wartościowość atomu berylu, boru i azotu wynosi 4 (na przykład w Be(OH) 4 2-, BF 4 - i NH 4 +), fosfor - 5 (PCl 5), siarka - 6 ( H 2 SO 4), chlor - 7 (Cl 2 O 7).

W niektórych przypadkach wartościowość może liczbowo pokrywać się ze stopniem utlenienia, ale w żadnym wypadku nie są one ze sobą identyczne. Na przykład w cząsteczkach N2 i CO realizowane jest wiązanie potrójne (to znaczy wartościowość każdego atomu wynosi 3), ale stopień utlenienia azotu wynosi 0, węgiel +2, tlen -2.

W kwasie azotowym stopień utlenienia azotu wynosi +5, natomiast azot nie może mieć wartościowości większej niż 4, ponieważ ma tylko 4 orbitale na poziomie zewnętrznym (a wiązanie można uznać za nakładające się orbitale). Ogólnie rzecz biorąc, żaden element drugiego okresu z tego samego powodu nie może mieć wartościowości większej niż 4.

Jeszcze kilka „podchwytliwych” pytań, w których często popełniane są błędy.

Atomy różnych pierwiastków chemicznych mogą przyłączać różną liczbę innych atomów, tj. wykazywać różną wartościowość.

Wartościowość charakteryzuje zdolność atomów do łączenia się z innymi atomami. Teraz, po przestudiowaniu struktury atomu i rodzajów wiązań chemicznych, możemy rozważyć tę koncepcję bardziej szczegółowo.

Wartościowość to liczba pojedynczych wiązań chemicznych, które tworzy atom z innymi atomami w cząsteczce. Liczba wiązań chemicznych odnosi się do liczby wspólnych par elektronów. Ponieważ wspólne pary elektronów powstają tylko w przypadku wiązania kowalencyjnego, wartościowość atomów można określić tylko w związkach kowalencyjnych.

We wzorze strukturalnym cząsteczki wiązania chemiczne są oznaczone myślnikami. Liczba linii wychodzących od symbolu danego elementu to jego wartościowość. Wartościowość zawsze ma dodatnią wartość całkowitą od I do VIII.

Jak pamiętacie, najwyższa wartościowość pierwiastka chemicznego w tlenku jest zwykle równa numerowi grupy, w której się on znajduje. Aby określić wartościowość niemetalu w związku wodoru, należy odjąć numer grupy od 8.

W najprostszych przypadkach wartościowość jest równa liczbie niesparowanych elektronów w atomie, więc na przykład tlen (zawiera dwa niesparowane elektrony) ma wartościowość II, a wodór (zawiera jeden niesparowany elektron) ma wartościowość I.

Kryształy jonowe i metaliczne nie mają wspólnych par elektronów, dlatego w przypadku tych substancji koncepcja wartościowości jako liczby wiązań chemicznych nie ma sensu. Dla wszystkich klas związków, niezależnie od rodzaju wiązań chemicznych, obowiązuje bardziej uniwersalna koncepcja, którą nazywamy stopniem utlenienia.

Stan utlenienia

Jest to konwencjonalny ładunek atomu w cząsteczce lub krysztale. Oblicza się go zakładając, że wszystkie kowalencyjne wiązania polarne mają charakter jonowy.

W przeciwieństwie do wartościowości stopień utlenienia może być dodatni, ujemny lub zerowy. W najprostszych związkach jonowych stopnie utlenienia pokrywają się z ładunkami jonów.

Na przykład w chlorku potasu KCl (K + Cl - ) potas ma stopień utlenienia +1, a chlor -1, w tlenku wapnia CaO (Ca +2 O -2) wapń wykazuje stopień utlenienia +2 i tlen -2. Zasada ta dotyczy wszystkich tlenków zasadowych: w nich stopień utlenienia metalu jest równy ładunkowi jonu metalu (sód +1, bar +2, glin +3), a stopień utlenienia tlenu wynosi -2. Stopień utlenienia jest oznaczony cyfrą arabską, która jest umieszczona nad symbolem pierwiastka, podobnie jak wartościowość:

Cu +2Cl 2-1; Fe +2 S -2

Stopień utlenienia pierwiastka w prostej substancji przyjmuje się jako równy zeru:

Na 0 , O 2 0 , S 8 0 , Cu 0

Zastanówmy się, jak określa się stopnie utlenienia w związkach kowalencyjnych.

Chlorek wodoru HCl jest substancją posiadającą polarne wiązanie kowalencyjne. Wspólna para elektronów w cząsteczce HCl jest przesunięta do atomu chloru, który ma wyższą elektroujemność. W myślach przekształcamy wiązanie H-Cl w jonowe (tak faktycznie dzieje się w roztworze wodnym), całkowicie przenosząc parę elektronów na atom chloru. Otrzyma ładunek -1 i wodór +1. Dlatego chlor w tej substancji ma stopień utlenienia -1, a wodór +1:

Rzeczywiste ładunki i stany utlenienia atomów w cząsteczce chlorowodoru

Liczba utlenienia i wartościowość są pojęciami pokrewnymi. W wielu związkach kowalencyjnych wartość bezwzględna stopnia utlenienia pierwiastków jest równa ich wartościowości. Istnieje jednak kilka przypadków, w których wartościowość różni się od stopnia utlenienia. Jest to typowe na przykład dla prostych substancji, gdzie stopień utlenienia atomów wynosi zero, a wartościowość jest równa liczbie wspólnych par elektronów:

O=O.

Wartościowość tlenu wynosi II, a stopień utlenienia wynosi 0.

W cząsteczce nadtlenku wodoru

H-O-O-H

tlen jest dwuwartościowy, a wodór jednowartościowy. Jednocześnie stany utlenienia obu pierwiastków są równe 1 w wartości bezwzględnej:

H2+1O2-1

Ten sam pierwiastek w różnych związkach może mieć zarówno dodatni, jak i ujemny stopień utlenienia, w zależności od elektroujemności związanych z nim atomów. Rozważmy na przykład dwa związki węgla - metan CH 4 i fluorek węgla (IV) CF 4.

Węgiel jest bardziej elektroujemny niż wodór, więc w metanie gęstość elektronów wiązań C – H jest przesunięta z wodoru na węgiel, a każdy z czterech atomów wodoru ma stopień utlenienia +1, a atom węgla -4. Natomiast w cząsteczce CF4 elektrony wszystkich wiązań są przesunięte z atomu węgla na atomy fluoru, których stopień utlenienia wynosi -1, zatem węgiel jest na stopniu utlenienia +4. Pamiętaj, że stopień utlenienia najbardziej elektroujemnego atomu w związku jest zawsze ujemny.

Modele cząsteczek metanu CH 4 i fluorku węgla(IV) CF 4. Polaryzacja wiązań jest zaznaczona strzałkami

Każda cząsteczka jest elektrycznie obojętna, więc suma stopni utlenienia wszystkich atomów wynosi zero. Korzystając z tej reguły, na podstawie znanego stopnia utlenienia jednego pierwiastka w związku można określić stopień utlenienia innego pierwiastka bez uciekania się do wnioskowania o przemieszczeniu elektronów.

Jako przykład weźmy tlenek chloru(I) Cl 2 O. Wychodzimy z neutralności elektrycznej cząstki. Atom tlenu w tlenkach ma stopień utlenienia –2, co oznacza, że oba atomy chloru mają całkowity ładunek +2. Wynika z tego, że każdy z nich ma ładunek +1, tj. chlor ma stopień utlenienia +1:

Cl2+1O-2

Aby poprawnie umieścić znaki stopnia utlenienia różnych atomów, wystarczy porównać ich elektroujemność. Atom o wyższej elektroujemności będzie miał ujemny stopień utlenienia, a atom o niższej elektroujemności będzie miał dodatni stopień utlenienia. Zgodnie z ustalonymi zasadami symbol najbardziej elektroujemnego pierwiastka zapisuje się na ostatnim miejscu we wzorze złożonym:

I +1 Cl -1 , O +2 F 2 -1 , P +5 Cl 5 -1

Rzeczywiste ładunki i stany utlenienia atomów w cząsteczce wody

Przy określaniu stopni utlenienia pierwiastków w związkach przestrzegane są następujące zasady.

Stopień utlenienia pierwiastka w substancji prostej wynosi zero.

Fluor jest najbardziej elektroujemnym pierwiastkiem chemicznym, dlatego stopień utlenienia fluoru we wszystkich substancjach z wyjątkiem F2 wynosi -1.

Tlen jest pierwiastkiem najbardziej elektroujemnym po fluorze, dlatego stopień utlenienia tlenu we wszystkich związkach z wyjątkiem fluorków jest ujemny: w większości przypadków wynosi -2, a w nadtlenku wodoru H 2 O 2 -1.

Stopień utlenienia wodoru wynosi +1 w związkach z niemetalami, -1 w związkach z metalami (wodorkami); zero w prostej substancji H2.

Stopnie utlenienia metali w związkach są zawsze dodatnie. Stopień utlenienia metali głównych podgrup jest zwykle równy numerowi grupy. Metale podgrup drugorzędnych często mają kilka stopni utlenienia.

Maksymalny możliwy dodatni stopień utlenienia pierwiastka chemicznego jest równy numerowi grupy (wyjątek – Cu +2).

Minimalny stopień utlenienia metali wynosi zero, a niemetali to grupa numer minus osiem.

Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce wynosi zero.

Nawigacja

Rozwiązywanie problemów łączonych w oparciu o ilościowe cechy substancji
Rozwiązywanie problemów. Prawo stałości składu substancji. Obliczenia z wykorzystaniem pojęć „masa molowa” i „ilość chemiczna” substancji
Rozwiązywanie problemów obliczeniowych w oparciu o ilościowe charakterystyki materii i prawa stechiometryczne
Rozwiązywanie problemów obliczeniowych w oparciu o prawa stanu skupienia gazu
Konfiguracja elektronowa atomów. Budowa powłok elektronowych atomów pierwszych trzech okresów

Samouczek wideo 2: Stan utlenienia pierwiastków chemicznych

Samouczek wideo 3: Wartościowość. Oznaczanie wartościowości

Wykład: Elektroujemność. Stan utlenienia i wartościowość pierwiastków chemicznych

Elektroujemność

Elektroujemność to zdolność atomów do przyciągania elektronów z innych atomów w celu łączenia się z nimi.

Korzystając z tabeli, łatwo jest ocenić elektroujemność konkretnego pierwiastka chemicznego. Pamiętajcie, na jednej z naszych lekcji powiedziano, że wzrasta przy przechodzeniu od lewej do prawej przez okresy w układzie okresowym i przy przechodzeniu od dołu do góry przez grupy.

Przykładowo postawiono zadanie określenia, który pierwiastek z proponowanej serii jest najbardziej elektroujemny: C (węgiel), N (azot), O (tlen), S (siarka)? Patrzymy na stół i stwierdzamy, że to jest O, ponieważ jest po prawej stronie i wyżej od pozostałych.

Jakie czynniki wpływają na elektroujemność? Ten:

Promień atomu, im jest mniejszy, tym wyższa elektroujemność.
Powłoka walencyjna jest wypełniona elektronami; im więcej elektronów, tym wyższa elektroujemność.

Ze wszystkich pierwiastków chemicznych fluor jest najbardziej elektroujemny, ponieważ ma mały promień atomowy i 7 elektronów na powłoce walencyjnej.

Do pierwiastków o niskiej elektroujemności zaliczają się metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych. Mają duże promienie i bardzo mało elektronów na zewnętrznej powłoce.

Wartości elektroujemności atomu nie mogą być stałe, ponieważ zależy to od wielu czynników, m.in. tych wymienionych powyżej, a także stopnia utlenienia, który dla tego samego pierwiastka może być różny. Dlatego zwyczajowo mówi się o względności wartości elektroujemności. Możesz skorzystać z następujących skal:

Wartości elektroujemności będziesz potrzebować podczas pisania wzorów związków binarnych składających się z dwóch elementów. Np. wzór na tlenek miedzi Cu 2 O - jako pierwszy należy zapisać ten pierwiastek, którego elektroujemność jest mniejsza.

W momencie powstania wiązania chemicznego, jeśli różnica elektroujemności pomiędzy pierwiastkami jest większa niż 2,0, powstaje kowalencyjne wiązanie polarne, a jeśli jest mniejsze, powstaje wiązanie jonowe.

Stan utlenienia

Stan utlenienia (WSPÓŁ)- jest to warunkowy lub rzeczywisty ładunek atomu w związku: warunkowy - jeśli wiązanie jest polarne kowalencyjne, rzeczywisty - jeśli wiązanie jest jonowe.

Atom uzyskuje ładunek dodatni, gdy oddaje elektrony, i ładunek ujemny, gdy je przyjmuje.

Stany utlenienia są zapisane nad symbolami ze znakiem «+»/«-» . Istnieją również pośrednie CO. Maksymalny CO pierwiastka jest dodatni i równy numerowi grupy, a minimalny ujemny dla metali wynosi zero, dla niemetali = (Grupa nr – 8). Pierwiastki o maksymalnej zawartości CO przyjmują tylko elektrony, a elementy o minimalnej zawartości CO oddadzą tylko elektrony. Pierwiastki posiadające pośrednie CO mogą zarówno dawać, jak i odbierać elektrony.

Przyjrzyjmy się kilku zasadom, których należy przestrzegać, aby określić CO:

CO wszystkich prostych substancji wynosi zero.

Suma wszystkich atomów CO w cząsteczce jest również równa zeru, ponieważ każda cząsteczka jest elektrycznie obojętna.

W związkach z kowalencyjnym wiązaniem niepolarnym CO jest równe zero (O 2 0), a przy wiązaniu jonowym jest równe ładunkom jonów (Na + Cl - sód CO +1, chlor -1). Pierwiastki CO związków z kowalencyjnym wiązaniem polarnym uważa się za pierwiastki z wiązaniem jonowym (H:Cl = H + Cl -, co oznacza H +1 Cl -1).

Pierwiastki w związku, które mają największą elektroujemność, mają ujemne stopnie utlenienia, podczas gdy te o najmniejszej elektroujemności mają dodatnie stopnie utlenienia. Na tej podstawie możemy stwierdzić, że metale mają tylko stopień utlenienia „+”.

Stałe stany utlenienia:

Metale alkaliczne +1.

Wszystkie metale drugiej grupy +2. Wyjątek: Hg +1, +2.

Aluminium +3.

Wodór +1. Wyjątek: wodorki metali aktywnych NaH, CaH2 itp., gdzie stopień utlenienia wodoru wynosi –1.
Tlen –2. Wyjątek: F 2 -1 O +2 i nadtlenki zawierające grupę –O–O–, w których stopień utlenienia tlenu wynosi –1.

Kiedy tworzy się wiązanie jonowe, następuje pewne przeniesienie elektronu z atomu mniej elektroujemnego do atomu o większej elektroujemności. Ponadto w tym procesie atomy zawsze tracą obojętność elektryczną, a następnie zamieniają się w jony. Tworzą się także ładunki całkowite. Kiedy tworzy się polarne wiązanie kowalencyjne, elektron jest przenoszony tylko częściowo, w związku z czym powstają częściowe ładunki.

Wartościowość

Wartościowośćto zdolność atomów do tworzenia n - liczba wiązań chemicznych z atomami innych pierwiastków.

Wartościowość to także zdolność atomu do utrzymywania innych atomów blisko siebie. Jak wiecie ze szkolnych zajęć z chemii, różne atomy są połączone ze sobą elektronami z zewnętrznego poziomu energii. Niesparowany elektron szuka pary z innego atomu. Te elektrony poziomu zewnętrznego nazywane są elektronami walencyjnymi. Oznacza to, że wartościowość można również zdefiniować jako liczbę par elektronów łączących ze sobą atomy. Spójrz na wzór strukturalny wody: H – O – H. Każda kreska to para elektronów, czyli pokazuje wartościowość, tj. tlen ma tutaj dwie linie, co oznacza, że jest dwuwartościowy, cząsteczki wodoru pochodzą z jednej linii, co oznacza, że wodór jest jednowartościowy. Podczas pisania wartościowość jest oznaczona cyframi rzymskimi: O (II), H (I). Można również wskazać nad elementem.

Wartościowość może być stała lub zmienna. Na przykład w metalach alkalicznych jest stały i równy I. Ale chlor w różnych związkach wykazuje wartościowości I, III, V, VII.

Jak określić wartościowość pierwiastka?

Spójrzmy jeszcze raz na układ okresowy. Metale głównych podgrup mają stałą wartościowość, więc metale pierwszej grupy mają wartościowość I, druga - II. A metale podgrup bocznych mają zmienną wartościowość. Jest również zmienny w przypadku niemetali. Najwyższa wartościowość atomu jest równa numerowi grupy, najniższa jest równa = numer grupy - 8. Znane sformułowanie. Czy to nie oznacza, że wartościowość pokrywa się ze stopniem utlenienia? Pamiętaj, że wartościowość może pokrywać się ze stopniem utlenienia, ale wskaźniki te nie są ze sobą identyczne. Wartościowość nie może mieć znaku =/- ani nie może wynosić zero.

Druga metoda polega na określeniu wartościowości za pomocą wzoru chemicznego, jeśli znana jest stała wartościowość jednego z pierwiastków. Weźmy na przykład wzór tlenku miedzi: CuO. Wartościowość tlenu II. Widzimy, że na jeden atom tlenu w tym wzorze przypada jeden atom miedzi, co oznacza, że wartościowość miedzi jest równa II. Weźmy teraz bardziej skomplikowany wzór: Fe 2 O 3. Wartościowość atomu tlenu wynosi II. Są tu trzy takie atomy, pomnóż 2*3 = 6. Odkryliśmy, że na dwa atomy żelaza przypada 6 wartościowości. Sprawdźmy wartościowość jednego atomu żelaza: 6:2=3. Oznacza to, że wartościowość żelaza wynosi III.

Ponadto, gdy konieczne jest oszacowanie „maksymalnej wartościowości”, należy zawsze zacząć od konfiguracji elektronicznej występującej w stanie „wzbudzonym”.

Wartościowość i stopień utlenienia to pojęcia często stosowane w chemii nieorganicznej. W wielu związkach chemicznych wartość wartościowości i stopień utlenienia pierwiastka są takie same, dlatego uczniowie i studenci często się mylą. Pojęcia te mają pewne cechy wspólne, jednak różnice są bardziej znaczące. Aby zrozumieć, czym różnią się te dwa pojęcia, warto dowiedzieć się o nich więcej.

Informacje o stanie utlenienia

Stopień utlenienia to wielkość pomocnicza przypisana atomowi pierwiastka chemicznego lub grupie atomów, która pokazuje, jak rozmieszczone są wspólne pary elektronów pomiędzy oddziałującymi pierwiastkami.

Jest to wielkość pomocnicza, która jako taka nie ma fizycznego znaczenia. Jego istotę można łatwo wyjaśnić na przykładach:

Cząsteczka soli kuchennej NaCl składa się z dwóch atomów - atomu chloru i atomu sodu. Wiązanie pomiędzy tymi atomami jest jonowe. Sód ma 1 elektron na poziomie walencyjnym, co oznacza, że dzieli jedną parę elektronową z atomem chloru. Z tych dwóch pierwiastków chlor jest bardziej elektroujemny (ma właściwość mieszania par elektronów ku sobie), wówczas jedyna wspólna para elektronów przesunie się w jego stronę. W związku pierwiastek o wyższej elektroujemności ma ujemny stopień utlenienia, natomiast pierwiastek mniej elektroujemny ma dodatni stopień utlenienia, a jego wartość jest równa liczbie wspólnych par elektronów. W przypadku danej cząsteczki NaCl stany utlenienia sodu i chloru będą wyglądać następująco:

Chlor z przesuniętą do niego parą elektronów jest obecnie uważany za anion, to znaczy atom, który dodał dodatkowy elektron, a sód jest uważany za kation, to znaczy atom, który przekazał elektron. Ale przy zapisywaniu stopnia utlenienia znak jest na pierwszym miejscu, na drugim miejscu jest wartość liczbowa, a przy zapisywaniu ładunku jonowego jest odwrotnie.

Stopień utlenienia można zdefiniować jako liczbę elektronów, których brakuje jonowi dodatniemu, aby dotrzeć do elektrycznie obojętnego atomu, lub które muszą zostać pobrane z jonu ujemnego, aby utlenić się do atomu. W tym przykładzie oczywiste jest, że dodatniemu jonowi sodu brakuje elektronu z powodu przemieszczenia pary elektronów, a jon chloru ma jeden dodatkowy elektron.

Stopień utlenienia prostej (czystej) substancji, niezależnie od jej właściwości fizycznych i chemicznych, wynosi zero. Na przykład cząsteczka O2 składa się z dwóch atomów tlenu. Mają te same wartości elektroujemności, więc wspólne elektrony nie przesuwają się do żadnego z nich. Oznacza to, że para elektronów znajduje się ściśle pomiędzy atomami, więc stopień utlenienia będzie wynosić zero.

W przypadku niektórych cząsteczek określenie, dokąd zmierzają elektrony, może być trudne, zwłaszcza jeśli składają się z trzech lub więcej pierwiastków. Aby obliczyć stopnie utlenienia w takich cząsteczkach, należy zastosować kilka prostych zasad:

Atom wodoru prawie zawsze ma stały stopień utlenienia +1..
Dla tlenu liczba ta wynosi -2. Jedynym wyjątkiem od tej reguły są tlenki fluoru

ОF 2 i О 2 F 2,

Ponieważ fluor jest pierwiastkiem o największej elektroujemności, zawsze wypiera oddziałujące ze sobą elektrony. Zgodnie z międzynarodowymi przepisami jako pierwszy zapisywany jest pierwiastek o niższej wartości elektroujemności, dlatego w tych tlenkach na pierwszym miejscu znajduje się tlen.

Jeśli dodasz wszystkie stopnie utlenienia w cząsteczce, otrzymasz zero.
Atomy metali charakteryzują się dodatnim stopniem utlenienia.

Obliczając stopnie utlenienia należy pamiętać, że najwyższy stopień utlenienia pierwiastka jest równy numerowi jego grupy, a minimalny to numer grupy minus 8. Dla chloru maksymalna możliwa wartość stopnia utlenienia wynosi +7 , bo jest w 7 grupie, a minimum to 7-8 = -1.

Ogólne informacje o wartościowości

Wartościowość to liczba wiązań kowalencyjnych, które pierwiastek może utworzyć w różnych związkach.

W przeciwieństwie do stopnia utlenienia pojęcie wartościowości ma prawdziwe znaczenie fizyczne.

Najwyższy indeks wartościowości jest równy numerowi grupy w układzie okresowym. Siarka S znajduje się w 6. grupie, to znaczy jej maksymalna wartościowość wynosi 6. Ale może również wynosić 2 (H 2 S) lub 4 (SO 2).

Prawie wszystkie pierwiastki charakteryzują się zmienną wartościowością. Istnieją jednak atomy, dla których wartość ta jest stała. Należą do nich metale alkaliczne, srebro, wodór (ich wartościowość zawsze wynosi 1), cynk (wartościowość zawsze wynosi 2), lantan (wartościowość zawsze wynosi 3).

Co mają wspólnego wartościowość i stopień utlenienia?

Aby oznaczyć obie wielkości, stosuje się dodatnie liczby całkowite, które są zapisane nad łacińskim oznaczeniem elementu.
Najwyższa wartościowość, a także najwyższy stopień utlenienia pokrywają się z numerem grupy pierwiastka.
Stopień utlenienia dowolnego pierwiastka w złożonym związku pokrywa się z wartością liczbową jednego ze wskaźników wartościowości. Na przykład chlor, należący do 7. grupy, może mieć wartościowość 1, 3, 4, 5, 6 lub 7, co oznacza, że możliwe stopnie utlenienia wynoszą ±1, +3, +4, +5, +6 , +7.

Główne różnice między tymi pojęciami

Pojęcie „wartościowości” ma znaczenie fizyczne, ale stopień utlenienia jest terminem pomocniczym, który nie ma prawdziwego znaczenia fizycznego.
Stopień utlenienia może wynosić zero, większy lub mniejszy od zera. Wartościowość jest ściśle większa od zera.
Wartościowość reprezentuje liczbę wiązań kowalencyjnych, a stopień utlenienia oznacza rozkład elektronów w związku.