Jak określić stopień utlenienia. Jak określić stopień utlenienia Charakterystyczny stopień utlenienia

W chemii terminy „utlenianie” i „redukcja” odnoszą się do reakcji, w których atom lub grupa atomów odpowiednio traci lub zyskuje elektrony. Stopień utlenienia to wartość liczbowa przypisana do jednego lub większej liczby atomów, która charakteryzuje liczbę redystrybuowanych elektronów i pokazuje, w jaki sposób elektrony te są rozmieszczone pomiędzy atomami podczas reakcji. Określenie tej wartości może być prostą lub dość złożoną procedurą, w zależności od atomów i składających się z nich cząsteczek. Ponadto atomy niektórych pierwiastków mogą mieć kilka stopni utlenienia. Na szczęście istnieją proste, jednoznaczne zasady określania stopnia utlenienia; aby móc je pewnie stosować, wystarczy znajomość podstaw chemii i algebry.

Kroki

Część 1

Oznaczanie stopnia utlenienia zgodnie z prawami chemii

Ustal, czy dana substancja jest pierwiastkowa. Stopień utlenienia atomów poza związkiem chemicznym wynosi zero. Zasada ta dotyczy zarówno substancji utworzonych z pojedynczych wolnych atomów, jak i tych, które składają się z dwóch lub wieloatomowych cząsteczek jednego pierwiastka.

• Na przykład Al(s) i Cl2 mają stopień utlenienia 0, ponieważ oba są w chemicznie niezwiązanym stanie elementarnym.
• Należy pamiętać, że alotropowa forma siarki S8, czyli oktasiarki, pomimo swojej nietypowej budowy, charakteryzuje się również zerowym stopniem utlenienia.

1. Ustal, czy dana substancja składa się z jonów. Stopień utlenienia jonów jest równy ich ładunkowi. Dotyczy to zarówno wolnych jonów, jak i tych, które wchodzą w skład związków chemicznych.

   • Na przykład stopień utlenienia jonu Cl - wynosi -1.
   • Stopień utlenienia jonu Cl w związku chemicznym NaCl wynosi również -1. Ponieważ jon Na z definicji ma ładunek +1, dochodzimy do wniosku, że jon Cl ma ładunek -1, a zatem jego stopień utlenienia wynosi -1.

2. Należy pamiętać, że jony metali mogą mieć kilka stopni utlenienia. Atomy wielu pierwiastków metalicznych mogą być zjonizowane w różnym stopniu. Na przykład ładunek jonów metalu, takiego jak żelazo (Fe), wynosi +2 lub +3. Ładunek jonów metali (i ich stopień utlenienia) można określić na podstawie ładunków jonów innych pierwiastków, z którymi metal jest częścią związku chemicznego; w tekście ładunek ten jest oznaczony cyframi rzymskimi: na przykład żelazo (III) ma stopień utlenienia +3.

   • Jako przykład rozważmy związek zawierający jon glinu. Całkowity ładunek związku AlCl3 wynosi zero. Ponieważ wiemy, że jony Cl - mają ładunek -1, a w związku są 3 takie jony, aby dana substancja była ogólnie obojętna, jon Al musi mieć ładunek +3. Zatem w tym przypadku stopień utlenienia aluminium wynosi +3.

3. Stopień utlenienia tlenu wynosi -2 (z pewnymi wyjątkami). Prawie we wszystkich przypadkach atomy tlenu mają stopień utlenienia -2. Istnieje kilka wyjątków od tej reguły:

   • Jeśli tlen jest w stanie pierwiastkowym (O2), jego stopień utlenienia wynosi 0, podobnie jak w przypadku innych substancji elementarnych.
   • Jeśli tlen jest uwzględniony nadtlenek, jego stopień utlenienia wynosi -1. Nadtlenki to grupa związków zawierających proste wiązanie tlen-tlen (czyli anion nadtlenkowy O 2 -2). Na przykład w składzie cząsteczki H 2 O 2 (nadtlenku wodoru) tlen ma ładunek i stopień utlenienia -1.
   • W połączeniu z fluorem tlen ma stopień utlenienia +2, przeczytaj poniższą zasadę dotyczącą fluoru.

4. Wodór ma stopień utlenienia +1, z pewnymi wyjątkami. Podobnie jak w przypadku tlenu, również i tutaj są wyjątki. Zazwyczaj stopień utlenienia wodoru wynosi +1 (chyba że jest w stanie elementarnym H2). Jednakże w związkach zwanych wodorkami stopień utlenienia wodoru wynosi -1.

   • Na przykład w H2O stopień utlenienia wodoru wynosi +1, ponieważ atom tlenu ma ładunek -2, a do całkowitej neutralności potrzebne są dwa ładunki +1. Jednak w składzie wodorku sodu stopień utlenienia wodoru wynosi już -1, ponieważ jon Na niesie ładunek +1, a dla ogólnej neutralności elektrycznej ładunek atomu wodoru (a tym samym jego stopień utlenienia) musi być równe -1.

5. Fluor Zawsze ma stopień utlenienia -1. Jak już wspomniano, stopień utlenienia niektórych pierwiastków (jonów metali, atomów tlenu w nadtlenkach itp.) może się różnić w zależności od wielu czynników. Jednakże stopień utlenienia fluoru wynosi niezmiennie -1. Wyjaśnia to fakt, że pierwiastek ten ma najwyższą elektroujemność - innymi słowy atomy fluoru najmniej chętnie rozstają się z własnymi elektronami i najaktywniej przyciągają obce elektrony. Zatem ich ładunek pozostaje niezmieniony.

6. Suma stopni utlenienia w związku jest równa jego ładunkowi. Stopień utlenienia wszystkich atomów związku chemicznego musi sumować się do ładunku tego związku. Na przykład, jeśli związek jest obojętny, suma stopni utlenienia wszystkich jego atomów musi wynosić zero; jeśli związek jest jonem wieloatomowym o ładunku -1, suma stopni utlenienia wynosi -1 i tak dalej.

   • Jest to dobry sposób na sprawdzenie - jeśli suma stopni utlenienia nie jest równa całkowitemu ładunkowi związku, to gdzieś popełniłeś błąd.

   Część 2

   Oznaczanie stopnia utlenienia bez wykorzystania praw chemii

   1. Znajdź atomy, dla których nie obowiązują ścisłe zasady dotyczące stopnia utlenienia. Dla niektórych pierwiastków nie ma ustalonych zasad ustalania stopnia utlenienia. Jeśli atom nie podlega żadnej z powyższych zasad i nie znasz jego ładunku (np. atom jest częścią kompleksu i nie jest określony jego ładunek), możesz określić stopień utlenienia takiego atomu poprzez eliminacja. Najpierw określ ładunek wszystkich pozostałych atomów związku, a następnie ze znanego całkowitego ładunku związku oblicz stopień utlenienia danego atomu.

      • Na przykład w związku Na 2 SO 4 ładunek atomu siarki (S) jest nieznany - wiemy tylko, że nie jest on zerowy, ponieważ siarka nie jest w stanie elementarnym. Związek ten służy jako dobry przykład ilustrujący algebraiczną metodę określania stopnia utlenienia.

   2. Znajdź stopnie utlenienia pozostałych pierwiastków w związku. Korzystając z opisanych powyżej zasad, określ stopnie utlenienia pozostałych atomów związku. Nie zapomnij o wyjątkach od reguł w przypadku atomów O, H i tak dalej.

      • Dla Na 2 SO 4, korzystając z naszych reguł, stwierdzamy, że ładunek (a tym samym stopień utlenienia) jonu Na wynosi +1, a dla każdego z atomów tlenu wynosi -2.
   3. W związkach suma wszystkich stopni utlenienia musi być równa ładunkowi. Na przykład, jeśli związek jest jonem dwuatomowym, suma stopni utlenienia atomów musi być równa całkowitemu ładunkowi jonowemu.
   4. Bardzo przydatna jest umiejętność korzystania z układu okresowego i wiedza, gdzie znajdują się w nim pierwiastki metaliczne i niemetaliczne.
   5. Stopień utlenienia atomów w postaci pierwiastkowej jest zawsze zerowy. Stopień utlenienia pojedynczego jonu jest równy jego ładunkowi. Pierwiastki grupy 1A układu okresowego, takie jak wodór, lit, sód, w swojej postaci elementarnej mają stopień utlenienia +1; Metale grupy 2A, takie jak magnez i wapń, w swojej postaci pierwiastkowej mają stopień utlenienia +2. Tlen i wodór, w zależności od rodzaju wiązania chemicznego, mogą mieć 2 różne stopnie utlenienia.

Aby umieścić prawidłowo stany utlenienia, musisz pamiętać o czterech zasadach.

1) W prostej substancji stopień utlenienia dowolnego pierwiastka wynosi 0. Przykłady: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Należy pamiętać o elementach charakterystycznych stałe stany utlenienia. Wszystkie są wymienione w tabeli.

3) Najwyższy stopień utlenienia pierwiastka z reguły pokrywa się z numerem grupy, w której znajduje się pierwiastek (na przykład fosfor znajduje się w grupie V, najwyższe sd fosforu wynosi +5). Ważne wyjątki: F, O.

4) Poszukiwanie stopni utlenienia innych pierwiastków opiera się na prostej zasadzie:

W cząsteczce obojętnej suma stopni utlenienia wszystkich pierwiastków wynosi zero, a w jonie - ładunek jonu.

Kilka prostych przykładów określania stopni utlenienia

Przykład 1. Konieczne jest znalezienie stopni utlenienia pierwiastków w amoniaku (NH 3).

Rozwiązanie. Wiemy już (patrz 2), że art. OK. wodór wynosi +1. Pozostaje znaleźć tę cechę dla azotu. Niech x będzie pożądanym stopniem utlenienia. Tworzymy najprostsze równanie: x + 3 (+1) = 0. Rozwiązanie jest oczywiste: x = -3. Odpowiedź: N -3 H 3 +1.

Przykład 2. Wskaż stopnie utlenienia wszystkich atomów cząsteczki H 2 SO 4.

Rozwiązanie. Znane są już stopnie utlenienia wodoru i tlenu: H(+1) i O(-2). Tworzymy równanie w celu określenia stopnia utlenienia siarki: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0. Rozwiązując to równanie, znajdujemy: x = +6. Odpowiedź: H +1 2 S +6 O -2 4.

Przykład 3. Oblicz stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków w cząsteczce Al(NO 3) 3.

Rozwiązanie. Algorytm pozostaje niezmieniony. Skład „cząsteczki” azotanu glinu obejmuje jeden atom Al (+3), 9 atomów tlenu (-2) i 3 atomy azotu, którego stopień utlenienia musimy obliczyć. Odpowiednie równanie to: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. Odpowiedź: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

Przykład 4. Określ stopień utlenienia wszystkich atomów jonu (AsO 4) 3-.

Rozwiązanie. W tym przypadku suma stopni utlenienia nie będzie już równa zeru, ale ładunkowi jonu, tj. -3. Równanie: x + 4 (-2) = -3. Odpowiedź: As(+5), O(-2).

Co zrobić, jeśli nieznane są stopnie utlenienia dwóch pierwiastków

Czy za pomocą podobnego równania można określić stopnie utlenienia kilku pierwiastków jednocześnie? Jeśli rozważymy ten problem z matematycznego punktu widzenia, odpowiedź będzie negatywna. Równanie liniowe z dwiema zmiennymi nie może mieć jednoznacznego rozwiązania. Ale rozwiązujemy coś więcej niż tylko równanie!

Przykład 5. Określ stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków w (NH 4) 2 SO 4.

Rozwiązanie. Znane są stopnie utlenienia wodoru i tlenu, ale siarki i azotu nie. Klasyczny przykład problemu z dwiema niewiadomymi! Rozważymy siarczan amonu nie jako pojedynczą „cząsteczkę”, ale jako połączenie dwóch jonów: NH 4 + i SO 4 2-. Ładunki jonów są nam znane; każdy z nich zawiera tylko jeden atom o nieznanym stopniu utlenienia. Korzystając z doświadczeń zdobytych przy rozwiązywaniu poprzednich problemów, możemy łatwo znaleźć stopnie utlenienia azotu i siarki. Odpowiedź: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Wniosek: jeśli cząsteczka zawiera kilka atomów o nieznanym stopniu utlenienia, spróbuj „podzielić” cząsteczkę na kilka części.

Jak uporządkować stany utlenienia w związkach organicznych

Przykład 6. Wskaż stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków w CH 3 CH 2 OH.

Rozwiązanie. Znalezienie stopni utlenienia w związkach organicznych ma swoją specyfikę. W szczególności konieczne jest osobne znalezienie stopni utlenienia dla każdego atomu węgla. Możesz rozumować w następujący sposób. Rozważmy na przykład atom węgla w grupie metylowej. Ten atom C jest połączony z 3 atomami wodoru i sąsiednim atomem węgla. Wzdłuż wiązania CH gęstość elektronów przesuwa się w stronę atomu węgla (ponieważ elektroujemność C przekracza EO wodoru). Gdyby to przemieszczenie było całkowite, atom węgla uzyskałby ładunek -3.

Atom C w grupie -CH 2OH jest związany z dwoma atomami wodoru (przesunięcie gęstości elektronowej w stronę C), jednym atomem tlenu (przesunięcie gęstości elektronowej w stronę O) i jednym atomem węgla (można założyć, że przesunięcie w gęstości elektronowej w tym przypadku nie ma miejsca). Stopień utlenienia węgla wynosi -2 +1 +0 = -1.

Odpowiedź: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.

Nie należy mylić pojęć „wartościowość” i „stan utlenienia”!

Stopień utlenienia jest często mylony z wartościowością. Nie popełniaj tego błędu. Wymienię główne różnice:

• stopień utlenienia ma znak (+ lub -), wartościowość nie;
• stopień utlenienia może wynosić zero nawet w substancji złożonej; wartościowość równa zeru oznacza z reguły, że atom danego pierwiastka nie jest połączony z innymi atomami (nie będziemy tu omawiać żadnych związków inkluzyjnych i innych „egzotyków”). Tutaj);
• stopień utlenienia jest pojęciem formalnym, które nabiera prawdziwego znaczenia tylko w związkach z wiązaniami jonowymi, wręcz przeciwnie, pojęcie „wartościowości” jest najwygodniej stosowane w odniesieniu do związków kowalencyjnych.

Stopień utlenienia (dokładniej jego moduł) jest często liczbowo równy wartościowości, ale jeszcze częściej wartości te NIE pokrywają się. Na przykład stopień utlenienia węgla w CO2 wynosi +4; wartościowość C jest również równa IV. Ale w metanolu (CH3OH) wartościowość węgla pozostaje taka sama, a stopień utlenienia C jest równy -1.

Krótki test na temat „Stan utlenienia”

Poświęć kilka minut, aby sprawdzić, czy rozumiesz ten temat. Musisz odpowiedzieć na pięć prostych pytań. Powodzenia!

Kurs wideo „Zdobądź piątkę” obejmuje wszystkie tematy niezbędne do pomyślnego zdania jednolitego egzaminu państwowego z matematyki z wynikiem 60–65 punktów. Całkowicie wszystkie zadania 1-13 z egzaminu państwowego Profile Unified z matematyki. Nadaje się również do zdania podstawowego jednolitego egzaminu państwowego z matematyki. Jeśli chcesz zdać Unified State Exam z 90-100 punktami, musisz rozwiązać część 1 w 30 minut i bez błędów!

Kurs przygotowawczy do Jednolitego Egzaminu Państwowego dla klas 10-11, a także dla nauczycieli. Wszystko, czego potrzebujesz, aby rozwiązać część 1 egzaminu państwowego Unified State Exam z matematyki (pierwsze 12 zadań) i zadanie 13 (trygonometria). A to ponad 70 punktów na egzaminie Unified State Exam i ani 100-punktowy student, ani student nauk humanistycznych nie mogą się bez nich obejść.

Cała niezbędna teoria. Szybkie rozwiązania, pułapki i tajemnice Unified State Exam. Przeanalizowano wszystkie aktualne zadania części 1 z Banku Zadań FIPI. Kurs w pełni odpowiada wymogom Unified State Exam 2018.

Kurs zawiera 5 dużych tematów, każdy po 2,5 godziny. Każdy temat jest podany od podstaw, prosto i przejrzyście.

Setki zadań z egzaminu Unified State Exam. Zadania tekstowe i teoria prawdopodobieństwa. Proste i łatwe do zapamiętania algorytmy rozwiązywania problemów. Geometria. Teoria, materiały referencyjne, analiza wszystkich typów zadań Unified State Examation. Stereometria. Podstępne rozwiązania, przydatne ściągawki, rozwój wyobraźni przestrzennej. Trygonometria od podstaw do zadania 13. Zrozumienie zamiast wkuwania. Jasne wyjaśnienia skomplikowanych pojęć. Algebra. Pierwiastki, potęgi i logarytmy, funkcja i pochodna. Podstawa do rozwiązywania złożonych problemów części 2 jednolitego egzaminu państwowego.

Pierwiastek chemiczny w związku, obliczony przy założeniu, że wszystkie wiązania są jonowe.

Stany utlenienia mogą mieć wartość dodatnią, ujemną lub zerową, dlatego algebraiczna suma stopni utlenienia pierwiastków w cząsteczce, biorąc pod uwagę liczbę ich atomów, jest równa 0, a w jonie - ładunek jonu .

1. Stopnie utlenienia metali w związkach są zawsze dodatnie.

2. Najwyższy stopień utlenienia odpowiada numerowi grupy układu okresowego, w której znajduje się pierwiastek (wyjątkami są: Au +3(grupuję), Cu +2(II), z grupy VIII stopień utlenienia +8 występuje tylko w osmie Os i ruten Ru.

3. Stopnie utlenienia niemetali zależą od atomu, z którym są one połączone:

• jeśli z atomem metalu, wówczas stopień utlenienia jest ujemny;
• jeśli z atomem niemetalu, stopień utlenienia może być dodatni lub ujemny. To zależy od elektroujemność atomy pierwiastków.

4. Najwyższy ujemny stopień utlenienia niemetali można wyznaczyć odejmując od 8 numer grupy, w której znajduje się pierwiastek, tj. najwyższy dodatni stopień utlenienia jest równy liczbie elektronów w warstwie zewnętrznej, co odpowiada numerowi grupy.

5. Stopnie utlenienia prostych substancji wynoszą 0, niezależnie od tego, czy jest to metal, czy niemetal.

Pierwiastki o stałych stopniach utlenienia.

Element	Charakterystyczny stopień utlenienia	Wyjątki
		Wodorki metali: LIH -1
		Stan utlenienia nazywany warunkowym ładunkiem cząstki przy założeniu, że wiązanie jest całkowicie zerwane (ma charakter jonowy). H- kl = H + + kl - , Wiązanie w kwasie solnym jest kowalencyjne polarne. Para elektronów jest bardziej przesunięta w stronę atomu kl - , ponieważ jest to element bardziej elektroujemny. Jak określić stopień utlenienia? Elektroujemność to zdolność atomów do przyciągania elektronów z innych pierwiastków. Stopień utlenienia jest wskazany nad pierwiastkiem: br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,K + kl - itp. Może być negatywny i pozytywny. Stopień utlenienia substancji prostej (stan niezwiązany, wolny) wynosi zero. Stopień utlenienia tlenu dla większości związków wynosi -2 (wyjątkiem są nadtlenki H2O2, gdzie jest równe -1 i związki z fluorem - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ). - Stan utlenienia prostego jonu jednoatomowego jest równy jego ładunkowi: Nie + , Ok +2 . Wodór w swoich związkach ma stopień utlenienia +1 (wyjątkami są wodorki - Nie + H - i wpisz połączenia C +4 H 4 -1 ). W wiązaniach metal-niemetal ujemnym stopniem utlenienia jest ten atom, który ma większą elektroujemność (dane o elektroujemności podano w skali Paulinga): H + F - , Cu + br - , Ok +2 (NIE 3 ) - itp. Zasady określania stopnia utlenienia związków chemicznych. Weźmy połączenie KMnO 4 , konieczne jest określenie stopnia utlenienia atomu manganu. Rozumowanie: Potas jest metalem alkalicznym z grupy I układ okresowy i dlatego ma tylko dodatni stopień utlenienia +1. Tlen jak wiadomo, w większości swoich związków ma stopień utlenienia -2. Substancja ta nie jest nadtlenkiem, co oznacza, że ​​nie jest wyjątkiem. Układa równanie: K+Mn X O 4 -2 Pozwalać X- nieznany nam stopień utlenienia manganu. Liczba atomów potasu wynosi 1, manganu - 1, tlenu - 4. Udowodniono, że cząsteczka jako całość jest elektrycznie obojętna, więc jej całkowity ładunek musi wynosić zero. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, X = +7, Oznacza to, że stopień utlenienia manganu w nadmanganianie potasu = +7. Weźmy inny przykład tlenku Fe2O3. Konieczne jest określenie stopnia utlenienia atomu żelaza. Rozumowanie: Żelazo jest metalem, tlen jest niemetalem, co oznacza, że ​​tlen będzie utleniaczem i będzie miał ładunek ujemny. Wiemy, że tlen ma stopień utlenienia -2. Liczymy liczbę atomów: żelazo - 2 atomy, tlen - 3. Tworzymy równanie gdzie X- stopień utlenienia atomu żelaza: 2*(X) + 3*(-2) = 0, Wniosek: stopień utlenienia żelaza w tym tlenku wynosi +3. Przykłady. Określ stopień utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce. 1. K2Cr2O7. Stan utlenienia K +1, tlen O-2. Dane indeksy: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2). Ponieważ suma algebraiczna stopni utlenienia pierwiastków w cząsteczce, biorąc pod uwagę liczbę ich atomów, jest równa 0, wówczas liczba dodatnich stopni utlenienia jest równa liczbie ujemnych. Stany utlenienia K+O=(-14)+(+2)=(-12). Wynika z tego, że atom chromu ma 12 dodatnich mocy, ale w cząsteczce są 2 atomy, co oznacza, że ​​na atom przypada (+12): 2 = (+6). Odpowiedź: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO4) 3-. W tym przypadku suma stopni utlenienia nie będzie już równa zeru, ale ładunkowi jonu, tj. - 3. Zróbmy równanie: x+4×(- 2)= - 3 . Odpowiedź: (Jako +5O4-2) 3-.