Чему равна высшая степень окисления металлов


Таблица степеней окисления химических элементов. Максимальная и минимальная степень окисления. Возможные степени окисления химических элементов.





Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Химический справочник / / Таблица Менделеева. Названия. Электронные формулы. Молярные массы. Структурные формулы. Таблицы степеней окисления и валентности. Изотопы.  / / Таблица степеней окисления химических элементов. Максимальная и минимальная степень окисления. Возможные степени окисления химических элементов.

Поделиться:   

Таблица степеней окисления химических элементов. Возможные степени окисления химических элементов. Стандартные, высшие, низшие, редкие степени окисления, исключения. Максимальная степень окисления и минимальная степень окисления.

Степень окисления – это условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный из предположения, что все связи имеют ионный тип. Степени окисления могут иметь положительное, отрицательное или нулевое значение, поэтому алгебраическая сумма степеней окисления элементов в молекуле с учётом числа их атомов равна 0, а в ионе – заряду иона.
  1. Степени окисления металлов в соединениях всегда положительные.
  2. Высшая степень окисления соответствует номеру группы периодической системы, где находится данный элемент (исключение составляют: Au+3 (I группа), Cu+2 (II), из VIII группы степень окисления +8 может быть только у осмия Os и рутения Ru.
  3. Степени окисления неметаллов зависят от того, с каким атомом он соединён:
    • если с атомом металла, то степень окисления отрицательная;
    • если с атомом неметалла то степень окисления может быть и положительная, и отрицательная. Это зависит от электроотрицательности атомов элементов.
  4. Высшую отрицательную степень окисления неметаллов можно определить вычитанием из 8 номера группы, в которой находится данный элемент, т.е. высшая положительная степень окисления равна числу электронов на внешнем слое, которое соответствует номеру группы.
  5. Степени окисления простых веществ равны 0, независимо от того металл это или неметалл.
  6. В неорганической химии обычно применяется понятие степень окисления, а в органической химии — валентность, так как многие из неорганических веществ имеют немолекулярное строение, а органических — молекулярное.
Таблица: Элементы с неизменными степенями окисления.
Элемент Характерная степень окисления

Степени окисления переходных металлов

Степень окисления элемента связана с количеством электронов, которые атом теряет, получает или использует при соединении с другим атомом в соединениях. Он также определяет способность атома окислять (терять электроны) или восстанавливать (приобретать электроны) другие атомы или частицы. Почти все переходные металлы имеют несколько потенциальных степеней окисления.

Введение

Окисление приводит к увеличению степени окисления.Восстановление приводит к снижению степени окисления. Если атом восстановлен, он имеет большее количество электронов валентной оболочки и, следовательно, более высокую степень окисления и является сильным окислителем. Например, кислород (O) и фтор (F) - очень сильные окислители. С другой стороны, литий (Li) и натрий (Na) - невероятно сильные восстановители (любят окисляться), а это означает, что они легко теряют электроны. В этом модуле мы подробно рассмотрим степени окисления переходных металлов.

неспаренные электроны d-орбиталей

Чтобы полностью понять явления состояний окисления переходных металлов, мы должны понять, как связаны неспаренные d-орбитальные электроны.В многообразии d подоболочки пять орбиталей. По мере увеличения числа неспаренных валентных электронов d-орбиталь увеличивается, наивысшая степень окисления увеличивается. Это связано с тем, что неспаренные валентные электроны нестабильны и стремятся связываться с другими химическими соединениями. Это означает, что степени окисления будут наивысшими в самой середине периодов переходных металлов из-за наличия наибольшего количества неспаренных валентных электронов. Чтобы определить степень окисления, неспаренные d-орбитальные электроны добавляются к 2s-орбитальным электронам, поскольку 3d-орбиталь расположена перед 4s-орбиталью в периодической таблице.

Например: у скандия один неспаренный электрон на d-орбитали. Он добавлен к 2 электронам s-орбитали и, следовательно, степень окисления +3. Математически это будет выглядеть так: 1 электрон + 1 электрон + 1 электрон = 3 всего электрона = степень окисления +3. Формула для определения степеней окисления будет ( за исключением меди и хрома ):

Наивысшее состояние окисления переходного металла = количество неспаренных d-электронов + два s-орбитальных электрона

Число d-электронов варьируется от 1 (в Sc) до 10 (в Cu и Zn).См. Периодическую таблицу ниже:

На изображении выше область в синей рамке - это блок d, также известный как переходные металлы.

Скандий - один из двух элементов в первом периоде переходного металла, который имеет только одну степень окисления (цинк - другую, со степенью окисления +2). Все остальные элементы имеют по крайней мере две разные степени окисления. Марганец, который находится в середине периода, имеет наибольшее количество степеней окисления и, действительно, самую высокую степень окисления за весь период, поскольку он имеет пять неспаренных электронов (см. Таблицу ниже).

Ранее упоминалось, что и медь, и хром не подчиняются общей формуле для степеней окисления переходных металлов. Это связано с тем, что медь имеет 9 d-электронов, которые производят 4 парных d-электрона и 1 неспаренный d-электрон. Поскольку у меди всего на 1 электрон меньше полной d-орбитали, она крадет электрон с s-орбитали, позволяя иметь 10 d-электронов. Точно так же хром имеет 4 d-электрона, и только 1 не имеет полузаполненной d-орбитали, поэтому он крадет электрон с s-орбитали, позволяя хрому иметь 5 d-электронов.

Правила о переходных металлах

  1. Свободные элементы (элементы, которые не объединены с другими элементами) имеют нулевую степень окисления, например, степень окисления Cr (хрома) равна 0.
  2. Для ионов степень окисления равна заряду иона, например, ион Fe 3 + (ион трехвалентного железа) имеет степень окисления +3.
  3. Степень окисления нейтрального соединения равна нулю, например, какова степень окисления Fe в FeCl 3 ?
  4. Ответ: Cl имеет степень окисления -1.Поскольку имеется 3 атома Cl, отрицательный заряд равен -3. Поскольку у FeCl3 нет общего заряда, соединение имеет нейтральный заряд, и, следовательно, степень окисления Fe +3.

Другими словами, это: Fe 3 + и 3Cl - , что составляет FeCl 3 с нейтральным зарядом.

Состояния множественного окисления

Как указано выше, большинство переходных металлов имеют несколько степеней окисления, так как переходные металлы относительно легко теряют электрон (ы) по сравнению с щелочными металлами и щелочноземельными металлами.Щелочные металлы имеют один электрон на своей валентной s-орбитали, и поэтому их степень окисления почти всегда равна +1 (из-за его потери), а у щелочно-земельных металлов есть два электрона на своей валентной орбитали, в результате чего степень окисления +2 (из-за потери и то и другое). Это не относится к переходным металлам, поскольку переходные металлы имеют 5 d-орбиталей. D-орбиталь имеет множество степеней окисления. S-орбиталь также способствует определению степени окисления.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Железо имеет 4 неспаренных электрона и 2 спаренных электрона.Чтобы найти одну из его степеней окисления, мы можем использовать формулу:

Степень окисления Fe = 4 + 2 = +6

Действительно, +6 - одна из степеней окисления железа, но встречается очень редко. Другие возможные степени окисления железа включают: +5, +4, +3 и +2.

Поскольку есть много исключений из формулы, было бы лучше просто запомнить степени окисления для переходных металлов четвертого периода, поскольку они используются чаще. Вот диаграмма, которая показывает наиболее распространенные степени окисления переходных металлов первого ряда.См. Таблицу в этом модуле для получения дополнительной информации о наиболее распространенных степенях окисления.

Исключения для хрома и меди

Хром и медь имеют 4s 1 вместо 4s 2 . Это связано с тем, что у хрома на 1 d-электрон меньше, чем у полузаполненной d-орбитали, поэтому он берет единицу с s-орбитали, поэтому электронная конфигурация хрома будет просто такой: [Ar] 4s 1 3d 5 . Точно так же для меди это 1 d-электрон, сокращенный для наличия полностью заполненной d-орбитали, и берет один из s-орбитали, поэтому электронная конфигурация для меди будет просто: [Ar] 4s 1 3d 10 .

Чтобы помнить о стабильности более высоких степеней окисления переходных металлов, важно знать тенденцию: стабильность более высоких степеней окисления постепенно увеличивается вниз по группе. Например, в группе 6 (хром) Cr наиболее стабилен в степени окисления +3, а это означает, что вы не найдете много стабильных форм Cr в степенях окисления +4 и +5. Напротив, существует много стабильных форм молибдена (Mo) и вольфрама (W) в степенях окисления +4 и +5.

Состояние окисления переходных металлов в соединениях

Когда дано ионное соединение, такое как AgCl, вы можете легко определить степень окисления переходного металла.В этом случае вас попросят определить степень окисления серебра (Ag). Поскольку мы знаем, что хлор (Cl) находится в группе галогенов периодической таблицы, мы знаем, что он имеет заряд -1, или просто Cl -. Кроме того, увидев, что отсутствует общий заряд AgCl (который определяется, глядя в верхний правый угол соединения, т. Е. AgCl # , где # представляет общий заряд соединения), мы можем заключить, что серебро (Ag) имеет степень окисления +1.Это дает нам Ag + и Cl -, в которых положительный и отрицательный заряд компенсируют друг друга, в результате чего получается общий нейтральный заряд; поэтому +1 подтверждается как степень окисления серебра (Ag).

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Определите степень окисления кобальта (Co) в CoBr 2 .

Решение

Подобно хлору, бром (Br) также входит в группу галогенов, поэтому мы знаем, что он имеет заряд -1 (Br - ).Поскольку есть два брома, анион (бром) дает нам заряд -2. Кроме того, мы знаем, что CoBr 2 имеет общий нейтральный заряд, поэтому мы можем сделать вывод, что катион (кобальт) Co должен иметь степень окисления +2, чтобы нейтрализовать заряд -2 от двух бромов. С учетом сказанного мы получаем Co 2 + и 2Br -, в результате чего получаем CoBr 2 .

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Какова степень окисления цинка (Zn) в ZnCO 3 .(Примечание: CO 3 в этом примере имеет степень окисления -2, CO 3 2 - )

Решение

Зная, что CO 3 имеет степень окисления -2, и зная, что общий заряд этого соединения нейтрален, мы можем заключить, что цинк (Zn) имеет степень окисления +2. Это дает нам Zn 2 + и CO 3 2 - , в которых положительные и отрицательные заряды цинка и карбоната нейтрализуются друг с другом, что приводит к общему нейтральному заряду, давая нам ZnCO 3 .- \)) ион. Поскольку кислород имеет степень окисления -2, и мы знаем, что существует четыре атома кислорода. Кроме того, это соединение имеет общий заряд -1; поэтому в этом примере общий заряд не является нейтральным. Таким образом, поскольку атомы кислорода в ионе вносят вклад в общее состояние оксидайтона -8 и поскольку общий заряд иона равен -1, единственный атом марганца (Mn) должен иметь степень окисления +7. Это дает нам Mn 7 + и 4 O 2 -, что в результате будет \ (MnO_4 ^ - \).

Этот пример также показывает, что атомы марганца могут иметь степень окисления +7, которая является наивысшей возможной степенью окисления для переходных металлов четвертого периода.

Примеры из реального мира

Магниты используются в электродвигателях и генераторах, которые позволяют нам иметь компьютеры, свет, телефоны, телевизоры и электрическое отопление. Магнетизм - это химическая функция, относящаяся к степени окисления. Степень окисления определяет, является ли элемент или соединение диамагнитным или парамагнитным.Диамагнитные вещества имеют только парные электроны и слабо отталкивают магнитные поля. Эти вещества немагнитны, например дерево, вода и некоторые пластмассы. Однако парамагнитные вещества становятся магнитными в присутствии магнитного поля. Парамагнитные вещества имеют как минимум один неспаренный электрон. Другая более сильная магнитная сила - это постоянный магнит, называемый ферромагнетиком. Они намного прочнее и не требуют наличия магнитного поля для отображения магнитных свойств. Такие магниты можно найти в вашем холодильнике.

Внешние ссылки

  1. Периодическая таблица: commons.wikimedia.org/wiki/File:Periodic_table.svg
  2. Ионные соединения: lac.smccme.edu/New%20PDF%20No.../Ionrules2.pdf (полезна страница 6)
  3. Список неорганических соединений: en.Wikipedia.org/wiki/List_of_inorganic_compounds
  4. ru.Wikipedia.org/wiki/Manganate
  5. http://www.chemicalelements.com/groups/transition.html
  6. http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch22/trans.php
  7. ru.Wikipedia.org/wiki/Metal_Oxidation_States#Variable_oxidation_states
  8. Муньос-Паес, Адела. «Оксиды переходных металлов: геометрические и электронные структуры: введение в темы твердого тела в курсах неорганической химии». J. Chem. Образование.1994, 71, 381.

Список литературы

  1. Петруччи, Ральф Х., Уильям С. Харвуд и Ф. Г. Херринг. Общая химия: принципы и современные приложения. 8-е изд. Нью-Джерси: Пирсон / Прентис Холл, 2002. Печать.
  2. Петруччи, Ральф Х., Уильям С. Харвуд, Ф. Г. Херринг и Джеффри Д. Мадура. Общие принципы химии и современные приложения. 9 изд. Верхняя Сэдл Ривер, Нью-Джерси: Пирсон / Прентис Холл, 2007. Печать.
  3. Clentsmith, G. K., F. G. Cloke, et al. (2003). «Стабилизация комплексов ранних переходных металлов с низкой степенью окисления, несущих 1,2,4-трифосфациклопентадиенильные лиганды: структура [Sc (P3C2tBu2) 2] 2; Sc (II) или смешанная степень окисления?» Angew Chem Int Ed Engl 42 (9): 1038-41

Проблемы

Определите степень окисления переходных металлов в этих нейтральных соединениях.Примечание: переходный металл подчеркнут в следующих соединениях.

(A) Медь (I) Хлорид: Cu Cl (B) Медь (II) Нитрат: Cu (NO 3 ) 2 (C) Золото (V) Фторид: Au F 5
(D) Железо (II) Оксид: Fe O (E) Железо (III) Оксид: Fe 2 O 3 (F) Свинец (II) Хлорид: Pb Cl 2
(G) Свинец (II) Нитрат: Pb (NO 3 ) 2 (H) Марганец (II) Хлорид: Mn Cl 2 (I) Триоксид молибдена : Mo O 3
(J) Никель (II) Гидроксид: Ni (OH) 2 (K) Платина (IV) Хлорид: Pt Cl 4 (L) Серебро Сульфид: Ag 2 S
(M) Вольфрам (VI) Фторид: W F 6 (N) Ванадий (III) Нитрид: V N (O) Цирконий Гидроксид: Zr (OH) 4
  1. Определите степень окисления переходного металла для общего ненейтрального соединения: манганат ( Mn O 4 2 - )
  2. Почему переходные металлы имеют большее количество степеней окисления, чем металлы основной группы (т.е.е. щелочные металлы и щелочноземельные металлы)?
  3. Какой переходный металл имеет наибольшее количество степеней окисления?
  4. Почему количество степеней окисления переходных металлов увеличивается в середине группы?
  5. Какие два переходных металла имеют только одну степень окисления?

Решения

См. Вложение файла для решений. (Для открытия файла PDF вам, вероятно, понадобится Adobe Reader.)

Авторы и авторство

  • Джослин Вуд, Лиза Чу (UCD)
.

Степени окисления (степени окисления)

 

Использование степеней окисления для определения того, что было окислено, а что восстановлено

Это наиболее распространенное использование степеней окисления.

Помните:

Окисление связано с увеличением степени окисления

Восстановление включает снижение степени окисления

В каждом из следующих примеров мы должны решить, включает ли реакция окислительно-восстановительный потенциал, и если да, то что было окислено, а что восстановлено.

Пример 1:

Это реакция между магнием и соляной кислотой или газообразным хлористым водородом:

Изменилась ли степень окисления чего-либо? Да, они есть - у вас есть два элемента, которые находятся в соединениях с одной стороны уравнения и как несоединенные элементы с другой. Чтобы быть уверенным, проверьте все степени окисления :.

Степень окисления магния увеличилась - он окислился. Степень окисления водорода упала - она ​​уменьшилась.Хлор находится в одной и той же степени окисления по обе стороны уравнения - он не был окислен или восстановлен.

Пример 2:

Реакция между гидроксидом натрия и соляной кислотой:

Проверка всех степеней окисления:

Ничего не изменилось. Это не окислительно-восстановительная реакция.

Пример 3:

Это подлый! Реакция между хлором и разбавленным холодным раствором гидроксида натрия:

Очевидно, что хлор изменил степень окисления, потому что он попал в соединения, начиная с исходного элемента.Проверка всех степеней окисления показывает:

Хлор только вещь, чтобы изменить степень окисления. Он был окислен или восстановлен? Да! И то и другое! Один атом был восстановлен, потому что его степень окисления упала. Другой был окислен.

Это хороший пример реакции диспропорционирования . Реакция диспропорционирования - это реакция, в которой одно вещество одновременно окисляется и восстанавливается.

 

Использование степеней окисления для определения окислителя и восстановителя

Это лишь незначительное дополнение к последнему разделу.Если вы знаете, что было окислено, а что восстановлено, вы можете легко определить, что такое окислитель и восстановитель.

Пример 1

Это реакция между ионами хрома (III) и металлическим цинком:

Степень окисления хрома изменилась с +3 до +2, и поэтому он был восстановлен. Цинк перешел от нулевой степени окисления в элементе до +2. Он окислился.

Так что же происходит с уменьшением? Это цинк - цинк отдает электроны ионам хрома (III).Итак, цинк - это восстановитель.

Точно так же вы можете вычислить, что окислителем должны быть ионы хрома (III), потому что они отбирают электроны у цинка.

Пример 2

Это уравнение реакции между ионами манганата (VII) и ионами железа (II) в кислых условиях. Это прорабатывается далее на странице.

Если взглянуть быстро, становится очевидным, что ионы железа (II) окислены до ионов железа (III).Каждый из них потерял электрон, а их степень окисления увеличилась с +2 до +3.

Водород все еще находится в степени окисления +1 до и после реакции, но ионы манганата (VII) явно изменились. Если определить степень окисления марганца, то она упала с +7 до +2 - снижение.

Итак, ионы железа (II) окислены, а ионы манганата (VII) восстановлены.

Что восстановило ионы манганата (VII) - ясно, что это ионы железа (II).Железо - единственное, что имеет измененную степень окисления. Итак, ионы железа (II) являются восстановителем.

Точно так же ионы манганата (VII) должны быть окислителем.

 

Использование степеней окисления для определения реакционных соотношений

Это иногда полезно, когда вам нужно разработать реакционные пропорции для использования в реакциях титрования, где у вас недостаточно информации, чтобы разработать полное ионное уравнение.

Помните, что каждый раз, когда степень окисления изменяется на одну единицу, переносится один электрон. Если степень окисления одного вещества в реакции падает на 2, это означает, что оно приобрело 2 электрона.

Что-то еще в реакции должно терять эти электроны. Любое снижение степени окисления одним веществом должно сопровождаться повышением такой же степени окисления другим веществом.

 

Этот пример основан на информации из старого вопроса AQA уровня A.

Ионы, содержащие церий в степени окисления +4, являются окислителями. (Они сложнее, чем просто Ce 4+ .) Они могут окислять ионы, содержащие молибден, от степени окисления +2 до +6 (от Mo 2+ до MoO 4 2- ). При этом церий восстанавливается до степени окисления +3 (Ce 3+ ). Какие пропорции реагирования?

Степень окисления молибдена увеличивается на 4. Это означает, что степень окисления церия должна снизиться на 4 для компенсации.

Но степень окисления церия в каждом из его ионов падает только с +4 до +3, то есть на 1. Таким образом, очевидно, что на каждый ион молибдена должно приходиться 4 иона церия.

Реакционные пропорции: 4 церийсодержащих иона на 1 ион молибдена.

 

Или, если взять более общий пример, включающий ионы железа (II) и ионы манганата (VII). . .

Раствор манганата калия (VII), KMnO 4 , подкисленный разбавленной серной кислотой, окисляет ионы железа (II) до ионов железа (III).При этом ионы манганата (VII) восстанавливаются до ионов марганца (II). Используйте степени окисления, чтобы составить уравнение реакции.

Степень окисления марганца в ионе манганата (VII) +7. Название говорит вам об этом, но попробуйте еще раз для практики!

При переходе к ионам марганца (II) степень окисления марганца снизилась на 5. Каждый ион железа (II), который вступает в реакцию, увеличивает степень окисления на 1. Это означает, что должно быть пять ионов железа (II), реагирующих на каждый ион манганата (VII).

Следовательно, левая часть уравнения будет иметь вид: MnO 4 - + 5Fe 2+ +?

Правая часть будет: Mn 2+ + 5Fe 3+ +?

После этого вам придется гадать, как уравновесить оставшиеся атомы и заряды. В этом случае, например, весьма вероятно, что кислород попадет в воду. Это означает, что вам откуда-то нужен водород.

Это не проблема, потому что реакция протекает в растворе кислоты, поэтому водород вполне может происходить из ионов водорода.

В конечном итоге вы получите это:

Лично я предпочел бы выводить эти уравнения из электронных полууравнений!

.

Как определить степень окисления элементов в соединении

[Депонировать фотографии]

В увлекательной химии есть понятие степени окисления, которое представляет собой число для формулировки окислительно-восстановительных реакций.

Чтобы быть кратким, в этой науке степень окисления означает условный заряд в атоме, который теряет или приобретает электроны, и эта цифра представляет собой метод расчета переноса электронов.Это число присваивается одному атому или группе атомов, и характеризует количество перераспределенных электронов, а также показывает принцип переноса электронов в результате определенной химической реакции.

[Депонировать фотографии]

Определить степень окисления одновременно легко и сложно - она ​​зависит от атомов и молекул, которые их составляют.Часто бывает, что атомы некоторых химических элементов могут иметь совершенно разную степень окисления.

Чтобы упростить процесс определения степени окисления, используются специальные простые правила, и любой, кто знает основы химии и математики, сможет без труда использовать их для определения определенной степени окисления. Мы всегда должны помнить, что часто степень окисления и валентность элемента равны друг другу.

Эта научная тема широко изучается в школе, поэтому, чтобы понять, как определить степень окисления, мы предлагаем вам прочитать эту статью.

Первый этап: определяем, является ли химическое вещество элементарным.

Степень окисления атомов, которые никак не взаимодействуют с другими атомами в результате химических процессов, равна нулю.

Этот принцип применяется к группе веществ, состоящей из отдельных свободных атомов.Это правило также применяется к химическим элементам, которые состоят из двухатомных или многоатомных молекул только одного элемента.

[Депонировать фотографии]

Например, железо Fe и кальций Ca имеют степень окисления ноль, потому что они состоят из одного элемента, который не связан химически с другими, как и многоатомные молекулы с одним и тем же типом атома, например, для озона O ₃ степень окисления также будет 0.

Расчет степени окисления в ионных соединениях

Степень окисления идентична заряду атомов или группы атомов. Этот принцип применим как к свободным ионам, так и к тем, которые входят в структуру химических соединений.

Например, степень окисления иона хлора равна -1, и если мы исследуем хлор в химическом соединении, например в соляной кислоте HCl, степень окисления этого элемента также будет -1.Так как ион водорода имеет степень окисления +1, заряд иона хлора равен -1, что означает, что его степень окисления равна -1.

[Депонировать фотографии]

Ионы металлов могут иметь много степеней окисления

Мы рассмотрим это на примере железа (Fe), потому что его ион может иметь заряд +2 и +3. Заряд ионов металлических элементов можно определить по заряду других ионов в химическом соединении, и в формулах записи этот заряд обозначается римскими цифрами, например, железо (II) имеет степень окисления +2.Здесь вы найдете потрясающие безопасные эксперименты с железом.

Как определить степень окисления соединения?

Как мы уже установили, соединение должно быть нейтральным. Рассмотрим AlCl₃.

[Викимедиа]

Как мы уже говорили выше, заряд ионов в хлоре равен -1, а в этом соединении есть три атома хлора.Соответственно для компенсации минусов заряд алюминия должен быть +3.

Как определить степень окисления O₂?

Когда кислород находится в свободном состоянии (не вступая в реакцию с какими-либо элементами), степень окисления равна нулю (фактически, как и другие элементарные элементы).

Если кислород входит в состав любого гидроксида, например гидроксида водорода h3O2, он будет иметь степень окисления -1.

Если кислород взаимодействует с фтором (F), он будет иметь степень окисления +2.

Рассмотрим степень окисления водорода H

Этот химический элемент имеет степень окисления +1 (кроме молекулярного состояния водорода), но в исключительных случаях.

via GIPHY

Например, в воде HO степень окисления водорода будет +1, потому что степень окисления кислорода равна -2, и поэтому все соединение, согласно правилам, имеет нейтральный заряд.

Но если мы возьмем NaH, степень окисления H будет -1, так как у натрия заряд +1.

Как определить степень окисления фтора (F)

Хотя степень окисления химических элементов зависит в большинстве случаев от множества факторов, фтор всегда будет иметь степень окисления -1. Это связано с тем, что фтор имеет низкую электрическую отрицательность, то есть атомы F неохотно вырываются из собственных электронов, но интенсивно притягивают электроны других элементов.

Правило: сумма степеней окисления равна заряду химического элемента.

Сумма степеней окисления всех атомов соединения должна быть нейтральной. С помощью этого правила мы можем проверить, ошиблись ли мы при решении химической задачи.

Как определить степень окисления? Вот несколько полезных советов, которые помогут в решении проблем:

Таблица Менделеева пригодится, чтобы сделать расчет точным. Вы должны научиться правильно пользоваться им и различать, где находятся металлы и неметаллы.

Чтобы найти степень окисления металлов, которая часто имеет несколько соответствующих значений, вы должны определить их по степени окисления других атомов в соединении.

Если вы сложите все величины окисления атомов в химической связи, вы всегда получите нулевую степень окисления.

Наивысшая степень окисления элемента определяется с помощью таблицы Менделеева по группе, в которой он находится.

Металлы во всех соединениях имеют положительную степень окисления.

В соединениях с неметаллами водород имеет степень окисления +1, а степень окисления металлов - -1.

В соединениях кислород имеет степень окисления -2, за исключением H₂O₂, OF₂, K₂O₂.

[Депонировать фотографии]

Степени окисления неметаллов при соединении с атомами металлов всегда будут отрицательными, но при взаимодействии с атомами неметаллов они могут иметь положительную или отрицательную степень окисления.

Чтобы найти наивысшую степень окисления неметаллов, из числа 8 вычтите номер группы, в которой находится элемент, и наивысшая степень окисления со знаком плюс будет равна количеству электронов на внешнем слое. . Чтобы узнать количество электронов во внешнем слое, посмотрите на номер группы в периодической таблице.

.

Тенденции состояния окисления в группе 4

На этой странице исследуются степени окисления (степени окисления), принятые элементами группы 4 (углерод (C), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn) и свинец (Pb)). ). Он исследует возрастающую тенденцию элементов образовывать соединения со степенью окисления +2, особенно для олова и свинца.

Некоторые примеры трендов степеней окисления

Типичная степень окисления элементов в группе 4 составляет +4, как в CCl 4 , SiCl 4 и SnO 2 .

CH 4 , однако, не является примером углерода со степенью окисления +4. Поскольку углерод более электроотрицателен, чем водород, его степень окисления -4.

Однако ниже по группе есть больше примеров со степенью окисления +2, например SnCl 2 , PbO и Pb 2 + . Состояние +4 олова все еще более стабильно, чем его состояние +2, но для свинца и более тяжелых элементов состояние +2 является более стабильным; он доминирует в химии свинца.

Пример из химии углерода

Единственным распространенным примером углерода в степени окисления +2 является окись углерода CO. Окись углерода является сильным восстанавливающим агентом, потому что он легко окисляется до двуокиси углерода, которая имеет более термодинамически стабильную степень окисления +4. Например, окись углерода восстанавливает многие оксиды горячих металлов до элементарных металлов; Эта реакция имеет много полезных применений, одним из которых является извлечение железа в доменной печи.

Примеры из химии олова

Для олова и ниже состояние +2 становится все более распространенным, и существует множество соединений олова (II) и олова (IV).Однако олово (IV) является более стабильной степенью окисления; поэтому довольно легко превратить соединения олова (II) в соединения олова (IV). Лучше всего это иллюстрируется тем, что ионы Sn 2 + в растворе являются сильными восстановителями.

Раствор, содержащий ионы олова (II) (например, сольватированный хлорид олова (II)), восстанавливает йод до иодид-ионов. При этом ионы олова (II) окисляются до ионов олова (IV).

Ионы олова (II) также восстанавливают ионы железа (III) до ионов железа (II): хлорид олова (II) восстанавливает хлорид железа (III) до хлорида железа (II) в растворе.При этом ионы олова (II) окисляются до более стабильных ионов олова (IV).

Кроме того, ионы олова (II) легко окисляются мощными окислителями, такими как подкисленный манганат калия (VII) (перманганат калия). Эта реакция используется для определения концентрации ионов олова (II) в растворе титрованием.

В качестве последнего примера, в органической химии олово и концентрированная соляная кислота традиционно используются для восстановления нитробензола до фениламина (анилина).Олово сначала окисляется до ионов олова (II), а затем до предпочтительных ионов олова (IV).

Примеры из химии свинца

Со свинцом ситуация обратная. Степень окисления свинца (II) более стабильна; Соединения свинца (IV) вступают в реакцию с образованием соединений свинца (II). Хлорид свинца (IV), например, разлагается при комнатной температуре с образованием хлорида свинца (II) и газообразного хлора:

Оксид свинца (IV) разлагается при нагревании с образованием оксида свинца (II) и кислорода:

Оксид свинца (IV) также реагирует с концентрированной соляной кислотой, окисляя хлорид-ионы в кислоте до газообразного хлора.Опять же, отрыв снижается с +4 до более стабильного +2 состояния.

Объяснение тенденций в степенях окисления

Нет ничего необычного в стабильности степени окисления +4 в группе 4. Каждый из элементов в группе имеет внешнюю электронную структуру ns 2 np x 1 np y 1 , где n - номер периода, варьирующийся от 2 (для углерода) до 6 (для свинца). В степени окисления +4 все валентные электроны непосредственно участвуют в связывании.

Ближе к концу группы наблюдается возрастающая тенденция для пары s 2 не участвовать в связывании. Это явление часто называют эффектом инертной пары и является доминирующим в химии свинца. Этому есть два разных объяснения, в зависимости от того, идет ли речь об образовании ионных или ковалентных связей.

Эффект инертной пары при образовании ионных связей

Если элементы в группе 4 образуют ионы 2+, они теряют свои p-электроны, оставляя пару s 2 неиспользованной.Например, чтобы сформировать ион свинца (II), свинец теряет два своих 6p-электрона, но 6s-электроны остаются неизменными, представляя собой «инертную пару».

Энергии ионизации обычно уменьшаются в группе по мере удаления электронов от ядра. В группе 4 дело обстоит иначе. На этой первой диаграмме показано, как полная энергия ионизации, необходимая для образования иона 2+, изменяется по группе. Значения даны в кДж / моль -1 .

Обратите внимание на небольшое увеличение между оловом и свинцом. Это указывает на то, что удалить p-электроны из свинца сложнее, чем из олова.

Однако, если посмотреть на схему потери всех четырех электронов на диаграмме ниже, это несоответствие между оловом и свинцом становится гораздо более очевидным. Относительно большое увеличение между оловом и свинцом связано с большей трудностью удаления пары 6s 2 в свинце, чем соответствующей пары 5s 2 из олова.

(Опять же, все значения в кДж / моль -1 , и две диаграммы имеют примерно одинаковый масштаб.)

Эти эффекты связаны с теорией относительности.Более тяжелые элементы, такие как свинец, испытывают релятивистское сжатие электронов, которое притягивает электроны к ядру ближе, чем ожидалось. Поскольку они ближе, их сложнее удалить. Чем тяжелее элемент, тем сильнее становится этот эффект. Это влияет на s-электроны в большей степени, чем на p-электроны.

В свинце релятивистское сжатие делает удаление 6s-электронов энергетически более трудным, чем ожидалось. Условия выделения энергии при образовании ионов (например, энтальпия решетки или энтальпия гидратации) не могут компенсировать эту дополнительную энергию.Следовательно, образование ионов 4+ в свинце не имеет энергетического смысла.

Эффект инертной пары в образовании ковалентных связей

Углерод обычно образует четыре ковалентные связи, а не две. Используя обозначение электронов в ящиках, внешняя электронная структура углерода выглядит так:

Есть только два неспаренных электрона. Однако, прежде чем углерод образует связи, он обычно продвигает s-электрон на пустую p-орбиталь.

Остается 4 неспаренных электрона, которые (после гибридизации) могут образовывать 4 ковалентные связи.

Стоит предоставить энергию для продвижения s-электрона, потому что тогда углерод может образовывать в два раза больше ковалентных связей. Каждая образованная ковалентная связь высвобождает энергию, и этого более чем достаточно, чтобы обеспечить энергию, необходимую для продвижения.

Одно из возможных объяснений нежелания свинца делать то же самое заключается в уменьшении энергии связи в группе. Энергия связи уменьшается по мере того, как атомы становятся больше, а связующая пара находится дальше от двух ядер и лучше экранируется от них.

Например, энергии, высвобождаемой при образовании двух дополнительных связей Pb-X (где X представляет собой H или Cl или что-то еще), может больше не хватить для компенсации дополнительной энергии, необходимой для продвижения электрона 6s на пустую орбиталь 6p. Этот эффект усиливается, если энергетический зазор между 6s и 6p-орбиталями увеличивается из-за релятивистского сжатия 6s-орбиталей.

.

Смотрите также