Kuinka määrittää alkuaineiden mahdolliset hapetustilat. Kuinka määrittää kemiallisen alkuaineen atomin hapetusaste

USE-koodaajan aiheet: Elektronegatiivisuus. Kemiallisten alkuaineiden hapettumisaste ja valenssi.

Atomien vuorovaikutuksessa ja muodostuessa niiden väliset elektronit jakautuvat useimmiten epätasaisesti, koska atomien ominaisuudet vaihtelevat. Lisää elektronegatiivinen atomi vetää elektronitiheyttä puoleensa voimakkaammin. Atomi, joka on vetänyt puoleensa elektronitiheyden, saa osittaisen negatiivisen varauksen. δ — , sen "kumppani" on osittainen positiivinen varaus δ+ . Jos sidoksen muodostavien atomien elektronegatiivisuuden ero ei ylitä 1,7, kutsutaan sidokseksi kovalenttinen polaarinen . Jos kemiallisen sidoksen muodostavan elektronegatiivisuuden ero ylittää 1,7, niin kutsumme tällaista sidosta ioninen .

Hapetustila on yhdisteen alkuaineen atomin ehdollinen apuvaraus, joka on laskettu olettaen, että kaikki yhdisteet koostuvat ioneista (kaikki polaariset sidokset ovat ionisia).

Mitä "ehdollinen maksu" tarkoittaa? Olemme vain samaa mieltä siitä, että yksinkertaistamme asioita hieman: pidämme kaikkia polaarisia sidoksia täysin ionisina ja katsomme, että elektroni lähtee kokonaan tai tulee atomista toiseen, vaikka se ei itse asiassa olekaan. Ja ehdollisesti elektroni jättää vähemmän elektronegatiivisen atomin elektronegatiivisemmalle.

Esimerkiksi, H-Cl-sidoksessa uskomme, että vety ehdollisesti "antoi" elektronin ja sen varauksesta tuli +1, ja kloori "hyväksyi" elektronin ja sen varauksesta tuli -1. Itse asiassa näissä atomeissa ei ole sellaisia ​​kokonaisvarauksia.

Varmasti sinulla on kysymys - miksi keksiä jotain, jota ei ole olemassa? Tämä ei ole kemistien salakavala suunnitelma, kaikki on yksinkertaista: tällainen malli on erittäin kätevä. Ideat alkuaineiden hapetusasteesta ovat hyödyllisiä kokoamisessa luokitus kemikaalit, niiden ominaisuuksien kuvaus, yhdisteiden formulointi ja nimikkeistö. Erityisen usein hapetustiloja käytetään työskenneltäessä redox-reaktiot.

Hapetustilat ovat korkeampi, alempi ja keskitason.

Korkeampi hapetusaste on yhtä suuri kuin ryhmän numero plusmerkillä.

Huonompi määritellään ryhmänumeroksi miinus 8.

Ja keskitason hapetusaste on melkein mikä tahansa kokonaisluku alueella alimmasta hapetusasteesta korkeimpaan.

Esimerkiksi, typelle on tunnusomaista: korkein hapetusaste on +5, matalin 5 - 8 \u003d -3 ja välihapetustilat ovat -3 - +5. Esimerkiksi hydratsiinissa N 2 H 4 typen hapetusaste on välituote, -2.

Useimmiten monimutkaisten aineiden atomien hapetusaste osoitetaan ensin merkillä, sitten numerolla, esim. +1, +2, -2 jne. Kun kyse on ionin varauksesta (olettaen, että ioni on todella olemassa yhdisteessä), ilmoita ensin numero ja sitten merkki. Esimerkiksi: Ca 2+, CO 3 2-.

Hapetustilojen selvittämiseksi käytä seuraavaa määräyksiä :

  1. Atomien hapetustila sisällä yksinkertaiset aineet on yhtä suuri kuin nolla;
  2. AT neutraaleja molekyylejä hapetustilojen algebrallinen summa on nolla, ioneille tämä summa on yhtä suuri kuin ionin varaus;
  3. Hapetustila alkalimetallit (pääalaryhmän ryhmän I alkuaineet) yhdisteissä on +1, hapetusaste maa-alkalimetallit (pääalaryhmän II ryhmän alkuaineet) yhdisteissä on +2; hapetustila alumiini yhdisteissä se on +3;
  4. Hapetustila vety yhdisteissä metallien kanssa (- NaH, CaH 2 jne.) on yhtä suuri kuin -1 ; yhdisteissä ei-metallien kanssa () +1 ;
  5. Hapetustila happi on yhtä suuri kuin -2 . Poikkeus muodostavat peroksidit- yhdisteet, jotka sisältävät ryhmän -О-О-, jossa hapen hapetusaste on -1 ja joitain muita yhdisteitä ( superoksidit, otsonidit, happifluoridit OF 2 jne.);
  6. Hapetustila fluori kaikissa monimutkaisissa aineissa on yhtä suuri kuin -1 .

Yllä olevat ovat tilanteita, joissa otetaan huomioon hapettumisaste pysyvä . Kaikille muille kemiallisille alkuaineille hapetustila — muuttuja, ja riippuu yhdisteen atomien järjestyksestä ja tyypistä.

Esimerkkejä:

Harjoittele: määritä kaliumdikromaattimolekyylin alkuaineiden hapetusasteet: K 2 Cr 2 O 7.

Ratkaisu: kaliumin hapetusaste on +1, kromin hapetusaste on merkitty X, hapen hapetusaste -2. Molekyylin kaikkien atomien kaikkien hapetustilojen summa on 0. Saamme yhtälön: +1*2+2*x-2*7=0. Ratkaisemme sen, saamme kromin hapetustilan +6.

Binääriyhdisteissä elektronegatiivisemmalle elementille on ominaista negatiivinen hapetusaste, vähemmän elektronegatiiviselle alkuaineelle positiivinen.

ota huomioon, että hapetustilan käsite on hyvin ehdollinen! Hapetustila ei osoita atomin todellista varausta eikä sillä ole todellista fyysistä merkitystä.. Tämä on yksinkertaistettu malli, joka toimii tehokkaasti, kun tarvitsemme esimerkiksi kemiallisen reaktioyhtälön kertoimien tasoittamista tai aineiden luokittelun algoritmisointia.

Hapetustila ei ole valenssi! Hapetusaste ja valenssi eivät monissa tapauksissa täsmää. Esimerkiksi vedyn valenssi yksinkertaisessa aineessa H2 on I ja hapetusaste säännön 1 mukaan on 0.

Nämä ovat perussäännöt, jotka auttavat sinua määrittämään atomien hapetustilan yhdisteissä useimmissa tapauksissa.

Joissakin tilanteissa atomin hapetusasteen määrittäminen voi olla vaikeaa. Katsotaanpa joitain näistä tilanteista ja niiden ratkaisemisesta:

  1. Kaksinkertaisissa (suolan kaltaisissa) oksideissa atomin aste on yleensä kaksi hapetustilaa. Esimerkiksi rautaoksidissa Fe 3 O 4 raudalla on kaksi hapetustilaa: +2 ja +3. Kumpi ilmoittaa? Molemmat. Yksinkertaistamiseksi tämä yhdiste voidaan esittää suolana: Fe (FeO 2) 2. Tässä tapauksessa happojäännös muodostaa atomin, jonka hapetusaste on +3. Tai kaksoisoksidi voidaan esittää seuraavasti: FeO * Fe 2 O 3.
  2. Peroksoyhdisteissä kovalenttisilla ei-polaarisilla sidoksilla yhdistettyjen happiatomien hapettumisaste yleensä muuttuu. Esimerkiksi vetyperoksidissa H 2 O 2 ja alkalimetalliperoksideissa hapen hapetusaste on -1, koska yksi sidoksista on kovalenttinen ei-polaarinen (H-O-O-H). Toinen esimerkki on peroksomonorikkihappo (Caro acid) H 2 SO 5 (katso kuva) sisältää kaksi happiatomia, joiden hapetusaste on -1, loput atomit hapetusasteella -2, joten seuraava merkintä on ymmärrettävämpi: H 2SO 3 (O2). Kromiperoksoyhdisteet tunnetaan myös - esimerkiksi kromi (VI) peroksidi CrO (O 2) 2 tai CrO 5 ja monet muut.
  3. Toinen esimerkki yhdisteistä, joilla on epäselvä hapetusaste, ovat superoksidit (NaO 2) ja suolan kaltaiset otsonidit KO 3 . Tässä tapauksessa on tarkoituksenmukaisempaa puhua molekyyli-ionista O 2, jonka varaus on -1, ja O 3:sta, jonka varaus on -1. Tällaisten hiukkasten rakennetta kuvaavat jotkut mallit, joita opetetaan venäläisessä opetussuunnitelmassa kemian yliopistojen ensimmäisillä kursseilla: MO LCAO, valenssikaavioiden superpositiomenetelmä jne.
  4. Orgaanisissa yhdisteissä hapetustilan käsite ei ole kovin kätevä käyttää, koska hiiliatomien välillä on suuri määrä kovalenttisia ei-polaarisia sidoksia. Jos kuitenkin piirrät molekyylin rakennekaavan, kunkin atomin hapetustila voidaan määrittää myös atomien tyypin ja lukumäärän perusteella, joihin tämä atomi on sitoutunut. Esimerkiksi hiilivetyjen primääristen hiiliatomien hapetusaste on -3, sekundaaristen -2, tertiääristen atomien -1, kvaternääristen -0.

Harjoitellaan orgaanisten yhdisteiden atomien hapetusasteen määrittämistä. Tätä varten sinun on piirrettävä atomin koko rakennekaava ja valittava hiiliatomi sen välittömän ympäristön kanssa - atomit, joihin se on suoraan yhteydessä.

  • Laskelmien yksinkertaistamiseksi voit käyttää liukoisuustaulukkoa - siellä on ilmoitettu yleisimpien ionien varaukset. Useimmissa venäläisissä kemian kokeissa (USE, GIA, DVI) liukoisuustaulukon käyttö on sallittua. Tämä on valmis huijausarkki, joka voi monissa tapauksissa säästää paljon aikaa.
  • Kun lasketaan monimutkaisten aineiden alkuaineiden hapetusastetta, osoitetaan ensin varmasti tiedossa olevien alkuaineiden hapetustilat (vakiohapetusasteiset alkuaineet) ja muuttuvan hapetusasteen omaavien alkuaineiden hapetusaste merkitään x:llä. Kaikkien hiukkasten kaikkien varausten summa on yhtä suuri kuin nolla molekyylissä tai yhtä suuri kuin ionin varaus ionissa. Näistä tiedoista on helppo muodostaa ja ratkaista yhtälö.

Video oppitunti 2: Kemiallisten alkuaineiden hapettumisaste

Videotunti 3: Valenssi. Määritelmä valenssi

Luento: Elektronegatiivisuus. Kemiallisten alkuaineiden hapetusaste ja valenssi

Elektronegatiivisuus


Elektronegatiivisuus- tämä on atomien kyky houkutella muiden atomien elektroneja itseensä muodostaakseen yhteyden niihin.

Kemiallisen alkuaineen elektronegatiivisuus on helppo arvioida taulukosta. Muista, että yhdellä oppitunnillamme sanottiin, että se kasvaa siirryttäessä vasemmalta oikealle jaksollisen taulukon jaksoissa ja ryhmissä alhaalta ylös.

Jos esimerkiksi annetaan tehtävänä määrittää, mikä elementti ehdotetusta sarjasta on elektronegatiivisin: C (hiili), N (typpi), O (happi), S (rikki)? Katsomme taulukkoa ja huomaamme, että tämä on O, koska se on oikealla ja muiden yläpuolella.


Mitkä tekijät vaikuttavat elektronegatiivisuuteen? Se:

  • Mitä pienempi atomin säde on, sitä suurempi elektronegatiivisuus on.
  • Valenssikuoren täyttäminen elektroneilla, mitä enemmän niitä, sitä suurempi elektronegatiivisuus.

Kaikista kemiallisista alkuaineista fluori on elektronegatiivisin, koska sillä on pieni atomisäde ja 7 elektronia valenssikuoressa.


Alkuaineita, joilla on alhainen elektronegatiivisuus, ovat alkali- ja maa-alkalimetallit. Niillä on suuret säteet ja hyvin vähän elektroneja ulkokuoressa.

Atomin elektronegatiivisuuden arvot eivät voi olla vakioita, koska se riippuu monista tekijöistä, mukaan lukien edellä luetellut, sekä hapetusasteesta, joka voi olla erilainen samalle elementille. Siksi on tapana puhua elektronegatiivisuusarvojen suhteellisuudesta. Voit käyttää seuraavia vaakoja:




Tarvitset elektronegatiivisuusarvoja, kun kirjoitat kaavoja kahdesta elementistä koostuville binääriyhdisteille. Esimerkiksi kuparioksidin kaava on Cu 2 O - ensimmäisen alkuaineen tulisi olla se, jonka elektronegatiivisuus on pienempi.


Kemiallisen sidoksen muodostumishetkellä, jos alkuaineiden elektronegatiivisuuden ero on suurempi kuin 2,0, muodostuu kovalenttinen polaarinen sidos, jos vähemmän, ioninen.

Hapetustila

Hapetustila (CO)- tämä on yhdisteen atomin ehdollinen tai todellinen varaus: ehdollinen - jos sidos on kovalenttinen polaarinen, todellinen - jos sidos on ioninen.

Atomi saa positiivisen varauksen luovuttaessaan elektroneja ja negatiivisen, kun se vastaanottaa elektroneja.

Hapetustilat on kirjoitettu etumerkittyjen symbolien yläpuolelle «+»/«-» . On myös välitason CO:ita. Alkuaineen maksimi CO on positiivinen ja yhtä suuri kuin ryhmänumero, ja pienin negatiivinen metallien osalta on nolla, ei-metallien = (ryhmänumero - 8). Elementit, joilla on maksimi CO, hyväksyvät vain elektroneja, ja vähimmäisarvolla ne vain luovuttavat niitä. Elementit, joissa on välitason CO:ja, voivat sekä luovuttaa että vastaanottaa elektroneja.


Harkitse joitain sääntöjä, joita tulisi noudattaa CO:n määrittämisessä:

    Kaikkien yksinkertaisten aineiden CO on nolla.

    Kaikkien molekyylin CO-atomien summa on myös nolla, koska mikä tahansa molekyyli on sähköisesti neutraali.

    Yhdisteissä, joissa on kovalenttinen ei-polaarinen sidos, CO on nolla (O 2 0), ja ionisidoksella se on yhtä suuri kuin ionien varaukset (Na + Cl - CO natrium +1, kloori -1). Kovalenttisen polaarisen sidoksen omaavien yhdisteiden CO-elementtejä pidetään ionisidoksena (H:Cl \u003d H + Cl -, joten H +1 Cl -1).

    Yhdisteen alkuaineilla, joilla on suurin elektronegatiivisuus, on negatiivinen hapetusaste, jos vähiten on positiivisia. Tämän perusteella voimme päätellä, että metalleilla on vain "+" hapetustila.

Jatkuvat hapetustilat:

    Alkalimetallit +1.

    Kaikki toisen ryhmän metallit +2. Poikkeus: Hg +1, +2.

    Alumiini +3.

  • Vety +1. Poikkeus: aktiiviset metallihydridit NaH, CaH 2 jne., joissa vedyn hapetusaste on –1.

    Happi -2. Poikkeus: F 2 -1 O +2 ja peroksidit, jotka sisältävät ryhmän –О–О–, joissa hapen hapetusaste on –1.

Kun muodostuu ionisidos, elektronissa tapahtuu tietty siirtymä vähemmän elektronegatiivisesta atomista suuremman elektronegatiivisuuden atomiin. Myös tässä prosessissa atomit menettävät aina sähköisen neutraaliuutensa ja muuttuvat myöhemmin ioneiksi. Kokonaislukuvaraukset muodostetaan samalla tavalla. Kun muodostuu kovalenttinen polaarinen sidos, elektroni siirtyy vain osittain, joten osittaisia ​​varauksia syntyy.

Valenssi

Valenssi- tämä on atomien kyky muodostaa n - kemiallisten sidosten lukumäärä muiden alkuaineiden atomien kanssa.

Ja valenssi on atomin kyky pitää muut atomit lähellä sitä. Kuten koulun kemian kurssista tiedät, eri atomit ovat yhteydessä toisiinsa ulkoisen energiatason elektroneilla. Pariton elektroni etsii itselleen paria toiselta atomilta. Näitä ulkotason elektroneja kutsutaan valenssielektroneiksi. Tämä tarkoittaa, että valenssi voidaan määritellä myös niiden elektroniparien lukumääräksi, jotka sitovat atomeja toisiinsa. Katso veden rakennekaavaa: H - O - N. Jokainen viiva on elektronipari, mikä tarkoittaa, että se osoittaa valenssia, ts. Tässä hapessa on kaksi viivaa, mikä tarkoittaa, että se on kaksiarvoinen, yksi viiva tulee vetymolekyyleistä, mikä tarkoittaa, että vety on yksiarvoinen. Kirjoitettaessa valenssi ilmoitetaan roomalaisilla numeroilla: O (II), H (I). Se voidaan sijoittaa myös elementin yläpuolelle.


Valenssi on joko vakio tai muuttuva. Esimerkiksi alkalimetalleissa se on vakio ja yhtä suuri kuin I. Mutta kloorilla eri yhdisteissä on valenssit I, III, V, VII.


Kuinka määrittää elementin valenssi?

    Palataan jaksolliseen järjestelmään. Pääalaryhmien metallien valenssi on vakio, joten ensimmäisen ryhmän metallien valenssi on I, toisen II. Ja toissijaisten alaryhmien metallien valenssi on vaihteleva. Se on myös muuttuva ei-metallien osalta. Atomin suurin valenssi on yhtä suuri kuin ryhmänumero, pienin = ryhmäluku - 8. Tuttu sanamuoto. Tarkoittaako tämä, että valenssi on sama kuin hapetustila. Muista, että valenssi voi olla sama kuin hapettumisaste, mutta nämä indikaattorit eivät ole identtisiä toistensa kanssa. Valenssilla ei voi olla =/--merkkiä, eikä se voi myöskään olla nolla.

    Toinen tapa määrittää valenssi kemiallisen kaavan mukaan, jos yhden alkuaineen vakiovalenssi tunnetaan. Otetaan esimerkiksi kuparioksidin kaava: CuO. Hapen valenssi II. Näemme, että tässä kaavassa on yksi kupariatomi per happiatomi, mikä tarkoittaa, että kuparin valenssi on II. Otetaan nyt monimutkaisempi kaava: Fe 2 O 3. Happiatomin valenssi on II. Täällä on kolme tällaista atomia, kerromme 2 * 3 \u003d 6. Huomasimme, että kahdelle rautaatomille on 6 valenssia. Selvitetään yhden rautaatomin valenssi: 6:2=3. Raudan valenssi on siis III.

    Lisäksi, kun on tarpeen arvioida "maksimivalenssi", tulee aina edetä "herätetyssä" tilassa olevasta elektronisesta konfiguraatiosta.

Hapetusaste on yhdisteen kemiallisen alkuaineen atomien ehdollinen varaus, joka lasketaan olettaen, että kaikki sidokset ovat ionityyppisiä. Hapetusasteilla voi olla positiivinen, negatiivinen tai nolla, joten molekyylin alkuaineiden hapetustilojen algebrallinen summa niiden atomien lukumäärä huomioon ottaen on 0 ja ionissa - ionin varaus.

Tämä hapetustilojen luettelo näyttää kaikki Mendelejevin jaksollisen taulukon kemiallisten alkuaineiden tunnetut hapetustilat. Lista perustuu Greenwood-taulukkoon kaikilla lisäyksillä. Värillisesti korostetuille viivoille syötetään inertit kaasut, joiden hapetusaste on nolla.

1 −1 H +1
2 Hän
3 Li +1
4 -3 Olla +1 +2
5 −1 B +1 +2 +3
6 −4 −3 −2 −1 C +1 +2 +3 +4
7 −3 −2 −1 N +1 +2 +3 +4 +5
8 −2 −1 O +1 +2
9 −1 F +1
10 Ne
11 −1 Na +1
12 mg +1 +2
13 Al +3
14 −4 −3 −2 −1 Si +1 +2 +3 +4
15 −3 −2 −1 P +1 +2 +3 +4 +5
16 −2 −1 S +1 +2 +3 +4 +5 +6
17 −1 Cl +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7
18 Ar
19 K +1
20 Ca +2
21 sc +1 +2 +3
22 −1 Ti +2 +3 +4
23 −1 V +1 +2 +3 +4 +5
24 −2 −1 Cr +1 +2 +3 +4 +5 +6
25 −3 −2 −1 Mn +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7
26 −2 −1 Fe +1 +2 +3 +4 +5 +6
27 −1 co +1 +2 +3 +4 +5
28 −1 Ni +1 +2 +3 +4
29 Cu +1 +2 +3 +4
30 Zn +2
31 Ga +1 +2 +3
32 −4 Ge +1 +2 +3 +4
33 −3 Kuten +2 +3 +5
34 −2 Se +2 +4 +6
35 −1 Br +1 +3 +4 +5 +7
36 kr +2
37 Rb +1
38 Sr +2
39 Y +1 +2 +3
40 Zr +1 +2 +3 +4
41 −1 Huom +2 +3 +4 +5
42 −2 −1 Mo +1 +2 +3 +4 +5 +6
43 −3 −1 Tc +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7
44 −2 Ru +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8
45 −1 Rh +1 +2 +3 +4 +5 +6
46 Pd +2 +4
47 Ag +1 +2 +3
48 CD +2
49 Sisään +1 +2 +3
50 −4 sn +2 +4
51 −3 Sb +3 +5
52 −2 Te +2 +4 +5 +6
53 −1 minä +1 +3 +5 +7
54 Xe +2 +4 +6 +8
55 Cs +1
56 Ba +2
57 La +2 +3
58 Ce +2 +3 +4
59 PR +2 +3 +4
60 Nd +2 +3
61 pm +3
62 sm +2 +3
63 Eu +2 +3
64 Gd +1 +2 +3
65 Tb +1 +3 +4
66 Dy +2 +3
67 Ho +3
68 Er +3
69 Tm +2 +3
70 Yb +2 +3
71 Lu +3
72 hf +2 +3 +4
73 −1 Ta +2 +3 +4 +5
74 −2 −1 W +1 +2 +3 +4 +5 +6
75 −3 −1 Re +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7
76 −2 −1 Os +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8
77 −3 −1 Ir +1 +2 +3 +4 +5 +6
78 Pt +2 +4 +5 +6
79 −1 Au +1 +2 +3 +5
80 hg +1 +2 +4
81 Tl +1 +3
82 −4 Pb +2 +4
83 −3 Bi +3 +5
84 −2 Po +2 +4 +6
85 −1 klo +1 +3 +5
86 Rn +2 +4 +6
87 Fr +1
88 Ra +2
89 AC +3
90 Th +2 +3 +4
91 Pa +3 +4 +5
92 U +3 +4 +5 +6
93 Np +3 +4 +5 +6 +7
94 Pu +3 +4 +5 +6 +7
95 Olen +2 +3 +4 +5 +6
96 cm +3 +4
97 bk +3 +4
98 vrt +2 +3 +4
99 Es +2 +3
100 fm +2 +3
101 md +2 +3
102 ei +2 +3
103 lr +3
104 RF +4
105 Db +5
106 Sg +6
107 bh +7
108 hs +8

Alkuaineen korkein hapetusaste vastaa jaksollisen järjestelmän ryhmänumeroa, jossa tämä alkuaine sijaitsee (poikkeuksia ovat: Au + 3 (ryhmä I), Cu + 2 (II), ryhmästä VIII, hapetusaste +8 voi olla vain osmium Os ja ruteeni Ru.

Metallien hapetustilat yhdisteissä

Metallien hapetustilat yhdisteissä ovat aina positiivisia, mutta jos puhumme ei-metalleista, niin niiden hapetusaste riippuu siitä, mihin atomiin se on kytketty alkuaineeseen:

  • jos ei-metalliatomilla, hapetustila voi olla sekä positiivinen että negatiivinen. Se riippuu alkuaineiden atomien elektronegatiivisuudesta;
  • jos metalliatomilla, niin hapetustila on negatiivinen.

Ei-metallien negatiivinen hapetusaste

Epämetallien korkein negatiivinen hapetusaste voidaan määrittää vähentämällä 8:sta sen ryhmän numero, jossa tietty alkuaine sijaitsee, ts. korkein positiivinen hapetusaste on yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä ulkokerroksessa, mikä vastaa ryhmänumeroa.

Huomaa, että yksinkertaisten aineiden hapetusaste on 0 riippumatta siitä, onko kyseessä metalli vai ei-metalli.

Lähteet:

  • Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements - 2nd ed. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997
  • Vihreät stabiilit magnesium(I)-yhdisteet, joissa on Mg-Mg-sidoksia / Jones C.; Stasch A.. – Journal of Science, 2007. – joulukuu (numero 318 (nro 5857)
  • Journal of Science, 1970. - Numero. 3929. - nro 168. - S. 362.
  • Journal of the Chemical Society, Chemical Communications, 1975. - s. 760b-761.
  • Irving Langmuir Elektronien järjestely atomeissa ja molekyyleissä. - Journal of J. Am. Chem. Soc., 1919. - Numero. 41.

MÄÄRITELMÄ

Hapetustila on kvantitatiivinen arvio yhdisteen kemiallisen alkuaineen atomin tilasta sen elektronegatiivisuuden perusteella.

Se vaatii sekä positiivisia että negatiivisia arvoja. Yhdisteen alkuaineen hapetusasteen osoittamiseksi sinun on asetettava arabialainen numero vastaavalla merkillä ("+" tai "-") sen symbolin yläpuolelle.

On muistettava, että hapettumisaste on määrä, jolla ei ole fyysistä merkitystä, koska se ei heijasta atomin todellista varausta. Tätä käsitettä käytetään kuitenkin hyvin laajasti kemiassa.

Taulukko kemiallisten alkuaineiden hapetusasteesta

Suurin positiivinen ja pienin negatiivinen hapetusaste voidaan määrittää käyttämällä D.I.:n jaksollista taulukkoa. Mendelejev. Ne ovat yhtä suuria kuin sen ryhmän numero, jossa elementti sijaitsee, ja vastaavasti "korkeimman" hapetusasteen arvon ja luvun 8 välinen erotus.

Jos tarkastelemme kemiallisia yhdisteitä tarkemmin, niin aineissa, joissa on ei-polaarisia sidoksia, alkuaineiden hapetusaste on nolla (N 2, H 2, Cl 2).

Metallien hapetusaste alkuainetilassa on nolla, koska elektronitiheysjakauma niissä on tasainen.

Yksinkertaisissa ioniyhdisteissä niiden alkuaineiden hapetusaste on yhtä suuri kuin sähkövaraus, koska näiden yhdisteiden muodostumisen aikana tapahtuu lähes täydellinen elektronien siirto atomista toiseen: Na +1 I -1, Mg +2 Cl-12, Al+3F-13, Zr+4Br-14.

Määritettäessä alkuaineiden hapetusastetta yhdisteissä, joissa on polaarisia kovalenttisia sidoksia, niiden elektronegatiivisuuden arvoja verrataan. Koska kemiallisen sidoksen muodostumisen aikana elektronit siirtyvät elektronegatiivisempien alkuaineiden atomeihin, jälkimmäisillä on negatiivinen hapetustila yhdisteissä.

On alkuaineita, joille vain yksi hapetusaste on tyypillinen (fluori, IA- ja IIA-ryhmien metallit jne.). Fluorilla, jolle on tunnusomaista suurin elektronegatiivisuus, yhdisteissä on aina vakio negatiivinen hapetusaste (-1).

Alkali- ja maa-alkalielementeillä, joille on ominaista suhteellisen alhainen elektronegatiivisuusarvo, on aina positiivinen hapetusaste, vastaavasti (+1) ja (+2).

On kuitenkin olemassa myös sellaisia ​​kemiallisia alkuaineita, joille on tunnusomaista useat hapetusasteen arvot (rikki - (-2), 0, (+2), (+4), (+6) jne.) .

Jotta olisi helpompi muistaa, kuinka monta ja mitä hapetusastetta tietylle kemialliselle alkuaineelle on ominaista, käytetään kemiallisten alkuaineiden hapetusastetaulukoita, jotka näyttävät tältä:

Sarjanumero

venäjä / englanti otsikko

kemiallinen symboli

Hapetustila

Vety

Helium / helium

Litium / Litium

Beryllium / Beryllium

(-1), 0, (+1), (+2), (+3)

Hiili / hiili

(-4), (-3), (-2), (-1), 0, (+2), (+4)

Typpi / typpi

(-3), (-2), (-1), 0, (+1), (+2), (+3), (+4), (+5)

Happi / happi

(-2), (-1), 0, (+1), (+2)

Fluori / fluori

Natrium

Magnesium / Magnesium

Alumiini

Silicon / Silicon

(-4), 0, (+2), (+4)

Fosfori / Fosfori

(-3), 0, (+3), (+5)

Rikki

(-2), 0, (+4), (+6)

Kloori / Kloori

(-1), 0, (+1), (+3), (+5), (+7), harvoin (+2) ja (+4)

Argon / Argon

Kalium / kalium

Kalsium / kalsium

Scandium / Scandium

Titaani / Titaani

(+2), (+3), (+4)

Vanadiini / Vanadiini

(+2), (+3), (+4), (+5)

Kromi / kromi

(+2), (+3), (+6)

Mangaani / mangaani

(+2), (+3), (+4), (+6), (+7)

Rauta / rauta

(+2), (+3), harvoin (+4) ja (+6)

Koboltti / koboltti

(+2), (+3), harvoin (+4)

Nikkeli / Nikkeli

(+2), harvoin (+1), (+3) ja (+4)

Kupari

+1, +2, harvinainen (+3)

Gallium / Gallium

(+3), harvinainen (+2)

germanium / germanium

(-4), (+2), (+4)

Arseeni / Arseeni

(-3), (+3), (+5), harvoin (+2)

Seleeni / Seleeni

(-2), (+4), (+6), harvoin (+2)

Bromi / bromi

(-1), (+1), (+5), harvoin (+3), (+4)

Kryptoni / kryptoni

Rubidium / Rubidium

Strontium / Strontium

yttrium / yttrium

Zirkonium / Zirkonium

(+4), harvoin (+2) ja (+3)

Niobium / Niobium

(+3), (+5), harvoin (+2) ja (+4)

Molybdeeni / Molybdeeni

(+3), (+6), harvoin (+2), (+3) ja (+5)

Teknetium / teknetium

Rutenium / ruteeni

(+3), (+4), (+8), harvoin (+2), (+6) ja (+7)

Rodium

(+4), harvoin (+2), (+3) ja (+6)

Palladium / Palladium

(+2), (+4), harvoin (+6)

Hopea / hopea

(+1), harvoin (+2) ja (+3)

Kadmium / kadmium

(+2), harvinainen (+1)

Indium / Indium

(+3), harvoin (+1) ja (+2)

Tina / Tina

(+2), (+4)

Antimoni / Antimoni

(-3), (+3), (+5), harvoin (+4)

Telluuri / Telluuri

(-2), (+4), (+6), harvoin (+2)

(-1), (+1), (+5), (+7), harvoin (+3), (+4)

Xenon / Xenon

Cesium / Cesium

Barium / Barium

Lantaani / Lantaani

Cerium / Cerium

(+3), (+4)

Praseodyymi / Praseodyymi

Neodyymi / Neodyymi

(+3), (+4)

Promethium / Promethium

Samaria / Samarium

(+3), harvinainen (+2)

Europium / Europium

(+3), harvinainen (+2)

Gadolinium / Gadolinium

Terbium / Terbium

(+3), (+4)

Dysprosium / Dysprosium

Holmium / Holmium

Erbium / Erbium

Thulium / Thulium

(+3), harvinainen (+2)

Ytterbium / Ytterbium

(+3), harvinainen (+2)

Lutetium / Lutetium

Hafnium / Hafnium

Tantaali / tantaali

(+5), harvoin (+3), (+4)

Volframi / volframi

(+6), harvinainen (+2), (+3), (+4) ja (+5)

Renium / Renium

(+2), (+4), (+6), (+7), harvoin (-1), (+1), (+3), (+5)

Osmium / Osmium

(+3), (+4), (+6), (+8), harvoin (+2)

Iridium / Iridium

(+3), (+4), (+6), harvoin (+1) ja (+2)

Platina / Platina

(+2), (+4), (+6), harvoin (+1) ja (+3)

Kulta / Kulta

(+1), (+3), harvoin (+2)

Mercury / Mercury

(+1), (+2)

Vyötärö / tallium

(+1), (+3), harvoin (+2)

Johda / lyijy

(+2), (+4)

Vismutti / Vismutti

(+3), harvoin (+3), (+2), (+4) ja (+5)

Polonium / Polonium

(+2), (+4), harvoin (-2) ja (+6)

Astatiini / Astatiini

Radon / Radon

Francium / Francium

Radium / Radium

Actinium / Actinium

Torium / Thorium

Proactinium / Protactinium

Uraani / Uraani

(+3), (+4), (+6), harvoin (+2) ja (+5)

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

Vastaus Määritämme vuorotellen fosforin hapettumisasteen kussakin ehdotetuissa muunnoskaavioissa ja valitsemme sitten oikean vastauksen.
  • Fosforin hapetusaste fosfiinissa on (-3) ja fosforihapossa - (+5). Muutos fosforin hapetustilassa: +3 → +5, ts. ensimmäinen vastaus.
  • Kemiallisen alkuaineen hapetusaste yksinkertaisessa aineessa on nolla. Fosforin hapetusaste oksidikoostumuksessa P 2 O 5 on yhtä suuri kuin (+5). Muutos fosforin hapetustilassa: 0 → +5, ts. kolmas vastaus.
  • Fosforin hapetusaste hapossa, jonka koostumus on HPO 3, on (+5) ja H3PO2 on (+1). Muutos fosforin hapetustilassa: +5 → +1, ts. viides vastaus.

ESIMERKKI 2

Harjoittele Hapetusaste (-3) hiilellä on yhdisteessä: a) CH3Cl; b) C2H2; c) HCOH; d) C2H6.
Ratkaisu Jotta voimme antaa oikean vastauksen esitettyyn kysymykseen, määritämme vuorotellen hiilen hapettumisasteen kussakin ehdotetussa yhdisteessä.

a) vedyn hapetusaste on (+1) ja kloorin - (-1). Otamme "x":ksi hiilen hapetusasteen:

x + 3 × 1 + (-1) = 0;

Vastaus on väärä.

b) vedyn hapetusaste on (+1). Otamme "y":ksi hiilen hapetusasteen:

2×y + 2×1 = 0;

Vastaus on väärä.

c) vedyn hapetusaste on (+1) ja hapen - (-2). Otetaan "z":ksi hiilen hapetusaste:

1 + z + (-2) +1 = 0:

Vastaus on väärä.

d) vedyn hapetusaste on (+1). Otetaan "a":ksi hiilen hapetustila:

2×a + 6×1 = 0;

Oikea vastaus.
Vastaus Vaihtoehto (d)

Aseta oikein hapetustilat Muista neljä sääntöä.

1) Yksinkertaisessa aineessa minkä tahansa alkuaineen hapetusaste on 0. Esimerkkejä: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Sinun tulee muistaa elementit, joille ovat ominaisia jatkuvat hapetustilat. Kaikki ne on lueteltu taulukossa.


3) Alkuaineen korkein hapetusaste on pääsääntöisesti sama kuin sen ryhmän lukumäärä, jossa tämä alkuaine sijaitsee (esim. fosfori on ryhmässä V, fosforin korkein SD on +5). Tärkeitä poikkeuksia: F, O.

4) Jäljellä olevien alkuaineiden hapetustilojen etsintä perustuu yksinkertaiseen sääntöön:

Neutraalissa molekyylissä kaikkien alkuaineiden hapetustilojen summa on nolla, ja ionissa - ionin varaus.

Muutama yksinkertainen esimerkki hapetustilojen määrittämisestä

Esimerkki 1. On tarpeen löytää ammoniakin (NH 3) alkuaineiden hapetusasteet.

Ratkaisu. Tiedämme jo (katso 2), että Art. OK. vety on +1. Tämä ominaisuus on vielä löydettävä typelle. Olkoon x haluttu hapetusaste. Muodostetaan yksinkertaisin yhtälö: x + 3 (+1) \u003d 0. Ratkaisu on ilmeinen: x \u003d -3. Vastaus: N -3 H 3 +1.


Esimerkki 2. Määritä H 2 SO 4 -molekyylin kaikkien atomien hapetustilat.

Ratkaisu. Vedyn ja hapen hapetustilat ovat jo tiedossa: H(+1) ja O(-2). Laadimme yhtälön rikin hapetusasteen määrittämiseksi: 2 (+1) + x + 4 (-2) \u003d 0. Ratkaisemme tämän yhtälön, löydämme: x \u003d +6. Vastaus: H +1 2 S +6 O -2 4 .


Esimerkki 3. Laske Al(NO 3) 3 -molekyylin kaikkien alkuaineiden hapetusasteet.

Ratkaisu. Algoritmi pysyy ennallaan. Alumiininitraatin "molekyylin" koostumus sisältää yhden Al-atomin (+3), 9 happiatomia (-2) ja 3 typpiatomia, joiden hapetusaste meidän on laskettava. Vastaava yhtälö: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. Vastaus: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.


Esimerkki 4. Määritä (AsO 4) 3- ionin kaikkien atomien hapetusaste.

Ratkaisu. Tässä tapauksessa hapetustilojen summa ei ole enää nolla, vaan ionin varaus, eli -3. Yhtälö: x + 4 (-2) = -3. Vastaus: As(+5), O(-2).

Mitä tehdä, jos kahden alkuaineen hapetusaste ei ole tiedossa

Onko mahdollista määrittää useiden alkuaineiden hapetusasteet kerralla samanlaisella yhtälöllä? Jos tarkastelemme tätä ongelmaa matematiikan näkökulmasta, vastaus on kielteinen. Lineaarisella yhtälöllä, jossa on kaksi muuttujaa, ei voi olla ainutlaatuista ratkaisua. Mutta emme ole vain ratkaisemassa yhtälöä!

Esimerkki 5. Määritä (NH 4) 2 SO 4:n kaikkien alkuaineiden hapetusaste.

Ratkaisu. Vedyn ja hapen hapetustilat tunnetaan, mutta rikin ja typen eivät. Klassinen esimerkki ongelmasta kahden tuntemattoman kanssa! Emme pidä ammoniumsulfaattia yhtenä "molekyylinä", vaan kahden ionin yhdistelmänä: NH 4 + ja SO 4 2-. Tiedämme ionien varaukset, jokainen niistä sisältää vain yhden atomin, jonka hapetusaste on tuntematon. Aiempien ongelmien ratkaisemisesta saatujen kokemusten avulla löydämme helposti typen ja rikin hapetusasteet. Vastaus: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Johtopäätös: jos molekyyli sisältää useita atomeja, joiden hapetusaste on tuntematon, yritä "jakaa" molekyyli useisiin osiin.

Kuinka järjestää hapetustilat orgaanisissa yhdisteissä

Esimerkki 6. Ilmoita kaikkien CH 3 CH 2 OH:n alkuaineiden hapetusasteet.

Ratkaisu. Orgaanisten yhdisteiden hapetustilojen löytämisellä on omat erityispiirteensä. Erityisesti on tarpeen löytää kunkin hiiliatomin hapetusasteet erikseen. Voit perustella seuraavasti. Tarkastellaan esimerkiksi metyyliryhmän hiiliatomia. Tämä C-atomi on kytketty 3 vetyatomiin ja viereiseen hiiliatomiin. C-H-sidoksessa elektronitiheys siirtyy kohti hiiliatomia (koska C:n elektronegatiivisuus ylittää vedyn EO:n). Jos tämä siirtymä olisi täydellinen, hiiliatomi saisi varauksen -3.

-CH2OH-ryhmän C-atomi on sitoutunut kahteen vetyatomiin (elektronitiheys siirtyy kohti C), yhteen happiatomiin (elektronitiheyssiirtymä kohti O) ja yhteen hiiliatomiin (voimme olettaa, että elektronitiheyden siirtymät tässä tapausta ei tapahdu). Hiilen hapetusaste on -2 +1 +0 = -1.

Vastaus: C-3H+13C-1H+12O-2H+1.

Älä sekoita käsitteitä "valenssi" ja "hapetustila"!

Hapetustila sekoitetaan usein valenssiin. Älä tee sitä virhettä. Listaan ​​tärkeimmät erot:

  • hapetusasteella on merkki (+ tai -), valenssi - ei;
  • hapettumisaste voi olla nolla jopa monimutkaisessa aineessa, valenssin yhtäläisyys nollaan tarkoittaa pääsääntöisesti sitä, että tämän alkuaineen atomi ei ole yhteydessä muihin atomeihin (emme käsittele minkäänlaisia ​​inkluusioyhdisteitä ja muuta "eksotiikkaa" täällä);
  • hapetusaste on muodollinen käsite, joka saa todellisen merkityksen vain yhdisteissä, joissa on ionisia sidoksia, käsitettä "valenssi", päinvastoin, käytetään sopivimmin suhteessa kovalenttisiin yhdisteisiin.

Hapetusaste (tarkemmin sanottuna sen moduuli) on usein numeerisesti yhtä suuri kuin valenssi, mutta vielä useammin nämä arvot EIVÄT ole samat. Esimerkiksi hiilen hapetusaste CO 2:ssa on +4; valenssi C on myös yhtä suuri kuin IV. Mutta metanolissa (CH 3 OH) hiilen valenssi pysyy samana ja C:n hapetusaste on -1.

Pieni testi aiheesta "Hapettumisaste"

Käytä muutama minuutti tarkistaaksesi, kuinka olet ymmärtänyt tämän aiheen. Sinun on vastattava viiteen yksinkertaiseen kysymykseen. Onnea!

AIHEESEEN LIITTYVÄT ARTIKKELIT