РАЗДЕЛ И. ОБЩАЯ ХИМИЯ

3. Химическая связь

3.9. Степень окисления

Для записи окислительно-восстановительных реакций пользуются понятием степени окисления.

Степень окисления - это условная величина заряда атома элемента, которая определяется из предположения, что вещество имеет ионный тип химической связи, то есть общая электронная пара полностью принадлежит атому более электроотрицательного элемента.

1. Степень окисления элемента в простом веществе равна нулю.

2. Степень окисления Фтора как наиболее электроотрицательного элемента во всех соединениях равна-1.

3. Степень окисления Кислорода - -2, кроме соединения с Флуором OF₂ (+2) и пероксидов: Na₂O₂, K₂O₄, Н₂O₂ (-1).

4. Степень окисления Водорода - +1, кроме соединений с активными металлическими элементами: КН, СаН₂ (-1).

5. Степени окисления металлических элементов всегда положительные +n (n - валентность металлического элемента:

6. Степени окисления неметаллических элементов могут быть как положительными, так и отрицательными:

7. Арифметическая сумма степеней окисления всех элементов соединения равна нулю.

8. Степень окисления может не совпадать с валентностью и, в отличие от нее, может иметь положительное, нулевое или отрицательное значение. Например:

Пирит FeS₂ Степень окисления Серы - 1, а валентность - II.

Гидроген пероксид Н₂O₂ Степень окисления Кислорода - -1, а валентность - II.

Ацетилен С₂Н₂ степень окисления Углерода - - 1, а валентность - IV.

Степень окисления элементов в соединениях, как видно из приведенных выше примеров, можно определить и по графической формуле.

9. Самый высокий (положительный) степень окисления элемента, как правило, соответствует номеру группы в периодической системе, где размещен элемент (исключение: Кислород не вступает в степени окисления +6, Фтора - степени окисления +7). Минимальный (отрицательный) степень окисления неметаллического элемента определяют количеством электронов, которых не хватает до завершения внешнего электронного слоя (до октета):

В одной молекуле различные атомы могут приобретать различных степеней окисления. Например, в молекуле глюкозы степени окисления атомов Карбона составляют -1, 0, +1. Арифметическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в состав электронейтральной соединения, равна нулю:

В отличие от заряда иона, при указании степени окисления сначала ставят знак, а затем числовое значение: -3, -1, +2, +5... Степень окисления указывают сверху над символом элемента.

Изменение степеней окисления во время протекания окислительно-восстановительных реакций обусловлена полным или частичным переходом электронов от атомов (или ионов) одного элемента до атомов (или ионов) второго элемента. Закономерность изменения степеней окисления элементов в соединениях можно условно представить с помощью такого фрагмента числовой оси:

Ниже приведена таблица, куда занесешь все известные степени окисления первых 35 химических элементов; наиболее характерные выделено жирным шрифтом. Степень окисления первых инертных элементов равна нулю:

Примеры:

1. При изменении степени окисления Азота от +5 до -3 происходит присоединение 8 электронов, записывают:

(восстановление)

2. При изменении степени окисления Серы от +6 до +4 происходит присоединение 2 электронов:

(восстановление)

3. Азот меняет степень окисления от -3 до +2:

(окисления)

4. Сульфур меняет степень окисления от -2 до +4:

(окисления)

5. Кислород во время окислительно-восстановительной реакции изменяет степень окисления от 0 до-2. При записи процесса восстановления учитывают состав молекулы кислорода, а именно - то, что она состоит из двух атомов Кислорода¹:

(восстановление)

6. Хлор меняет степень окисления от -1 до нуля (образуется газ):

(окисления)

7. Азот меняет степень окисления Азота от нуля до -3:

(восстановление)

Важнейшие окислители и восстановители

Что больше электроотрицательности элемента, тем сильнее окислительные свойства он проявляет.

Неметаллические (S, Cl, N, С) и ряд металлических элементов (Fe, Mn, Cu, Pb, Cr) образуют соединения, выявляя в них различные степени окисления, поэтому в реакциях они могут проявлять различные свойства:

1) окислительные, если степень окисления элемента в соединении высокий (H₂SO₄ (конц.), HNO₃, KMnO₄, FeCl₃);

2) восстановительные, если степень окисления элемента низкий (NH₃, H₂S, НСl);

3) при промежуточных степенях окисления элемента (тех значениях, лежащих между самыми низкими и самыми высокими) он может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства (SO₂; KNO₂).

1. Если в состав вещества входит элемент с наивысшей степенью окисления, то он может только его снижать. Следовательно, такое вещество способно присоединять электроны, а поэтому в окислительно-восстановительных реакциях он проявляет только окислительные свойства, то есть окисником. Например:

• свойства азотной кислоты HNO₃ определяются ітупенем окисления Азота (+5), а это высшая степень окисления элемента;

• концентрированная сульфатная кислота H₂SO₄ содержит Сульфур с самым высоким степенью окисления Серы (+6), а потому может участвовать в процессах восстановления;

• свойства калий перманганата КМnO₄ оговариваются наивысшей степенью окисления Марганца (+7), а поэтому калий перманганат может проявлять только окислительные свойства.

2. Если в состав вещества входит элемент с наименьшей степенью окисления, то он может его только повышать. То есть такое вещество будет отдавать электроны, а потому в реакциях проявлять свойства восстановителя:

• сероводород H₂S содержит Сульфур с самым низким степенью окисления (-2), а потому может только отдавать электроны;

• аммиак NH₃ содержит Азот с его самым низким степенью окисления (-3), а потому он способен лишь к отдаче электронов.

3. Если в состав вещества входит элемент, проявляет промежуточную степень окисления, то он может быть и окисником, и восстановителем:

• сульфур(ИV) оксид SO₂ содержит Сульфур с промежуточной степенью окисления (-2 - низкий, +6 - наивысший), а потому он будет проявлять окислительные или восстановительные свойства в зависимости от реагента, то есть вещества, с которым SO₂ взаимодействует. Если это вещество является типичным окисником, то сульфур(ИV) оксид будет проявлять восстановительные свойства:

(окисления)

Если же вещество-реагент является типичным восстановителем, то сульфур(ИV) оксид будет проявлять окислительные свойства:

Типичные окислители и продукты их восстановления

Типичные восстановители и продукты их окисления

___________________________________________________________________________

¹ Если в процессе окисления или восстановления участвует простое вещество, молекула которого состоит из двух (Сl₂, O₂, N₂, Н₂, Вr₂, I₂) или трех (O₃) атомов, то в электронной схеме записывают формулу этого вещества.