§ 15. Ступінь окиснення

Щоб визначити ступінь окиснення елемента в речовині, пам’ятаймо такі правила:

• 1) металічні елементи мають у сполуках лише позитивні ступені окиснення; лужні елементи — +1, лужноземельні — +2:

• 2) ступінь окиснення Гідрогену в сполуках з неметалічними елементами зазвичай становить +1, а в сполуках з металічними елементами дорівнює -1:

• 4) Флуор як найбільш електронегативний елемент завжди має в сполуках ступінь окиснення -1:

• 5) максимальний (позитивний) ступінь окиснення елемента збігається з номером групи, у якій він розміщений (виняток — О, F, інертні елементи):

• 6) мінімальний (негативний) ступінь окиснення неметалічного елемента дорівнює різниці між номером групи і числом «8»:

Визначимо ступінь окиснення Мангану в сполуках: Мn₂O₇, MnCl₂, MnS, MnSO₄, КМnО₄. Манган, як і більшість металічних елементів, у сполуках завжди виявляє позитивні ступені окиснення, а Оксиген майже в усіх сполуках має ступінь окиснення -2. Користуючись правилом електронейтральності, визначаємо ступені окиснення Мангану в кожній сполуці:

Зауважмо, що в прикладах MnS і МnCl₂ ступені окиснення Сульфуру та Хлору визначають за періодичною системою, за кількістю електронів, яких не вистачає до завершення зовнішнього електронного шару (8e – ).

На прикладі MnSO₄ ступінь окиснення Сульфуру в кислотному залишку (сульфат-іоні SO 2- ₄) такий самий, як у сульфатній кислоті, а саме +6.

Однак можна відразу стверджувати, що сіль MnSO₄ утворена катіоном Мn 2+ , отже, відповідно ступінь окиснення Мn буде +2.

Приклади визначення ступенів окиснення елементів у сполуках

Приклад 1. Визначте ступені окиснення елементів у сполуках з Оксигеном: Р₂О₅, СrО₃, Сl₂О₇. Назвіть ці сполуки.

Позначимо ступені окиснення Р, Сr і Сl як х₁, х₂, х₃ відповідно.

Користуючись правилом електронейтральності, можна записати:

Ступінь окиснення Фосфору — +5, фосфор(V) оксид.

Ступінь окиснення Хрому — +6, хром(VІ) оксид.

Ступінь окиснення Хлору — +7, хлор(VІІ) оксид.

Приклад 2. Визначте ступені окиснення елементів у сполуках: Al₂S₃, АlСl₃, Аl₄С₃.

Алюміній виявляє ступінь окиснення +3. Позначимо ступені окиснення S, Сl і С як х₁, x₂, x₃ відповідно:

Користуючись правилом електронейтральності, можна записати:

Ступінь окиснення Сульфуру — -2.

б) 3х₂ + 3 = 0; х₂ = -1; Ступінь окиснення Хлору — -1.

Ступінь окиснення Карбону — -4.

Приклад 3. Визначте ступінь окиснення всіх елементів у калій дихроматі К₂Сr₂О₇.

Ступені окиснення Калію й Оксигену становлять відповідно +1 і -2.

(+1) · 2 + 2х + (-2) · 7 = 0; х = 6. Отже,

Складання формул бінарних сполук за відомими ступенями окиснення елементів

Приклад 1. Скласти формулу сполуки Кальцію з Нітрогеном.

1. Знайдемо в періодичній системі місце обох елементів: Кальцій — металічний елемент головної підгрупи II групи (IIА). У сполуках виявляє лише ступінь окиснення +2. Нітроген — неметалічний елемент головної підгрупи V групи (VA). У сполуці він виявляє найнижчий ступінь окиснення -3 (номер групи V: 5 – 8 = -3). До цього ж висновку можна дійти, проаналізувавши електронну будову атома Нітрогену. На його зовнішньому енергетичному рівні є 5 електронів, і саме 3 електронів не вистачає до 8 (октету) — стійкої конфігурації, яка притаманна інертним елементам.

2. Записуємо формулу з невідомими індексами і над символами елементів указуємо ступені окиснення:

3. Знаходимо найменше спільне кратне (тобто число, яке ділиться без залишку на 2 і 3). Це число 6. Поділивши його на 2, отримуємо кількість атомів Кальцію у формулі, тобто 6 : 2 = 3, а поділивши на 3, отримуємо кількість атомів Нітрогену — 6 : 3 = 2.

Назва бінарної сполуки складається із двох слів, де назва більш електронегативного елемента стоїть на другому місці й має суфікс -ид (або -ід): кальцій нітрид.

Приклад 2. Складіть формулу бінарної сполуки Фосфору і Сульфуру, у якій менш електронегативний елемент виявляє найвищий позитивний ступінь окиснення. Назвіть його.

1. Порівняємо розміщення Фосфору і Сульфуру в періодичній системі. Обидва — р-елементи 3 періоду: Фосфор — у VA, Сульфур — у VIA групі. Пригадавши, що електронегативність у періоді зростає зліва направо, бачимо, що Сульфур є більш електронегативним, а тому в цій сполуці він виявляє найнижчий ступінь окиснення -2 (до завершення зовнішнього енергетичного рівня не вистачає (8 – 6 =) 2 електронів, які він може прийняти). Найвищий ступінь окиснення Фосфору відповідає номеру групи і становить +5.

2. Записуємо формулу з невідомими індексами і над символами елементів указуємо відповідні ступені окиснення. Пам’ятаємо, що першим зазвичай записують елемент, що має позитивний ступінь окиснення:

3. Знаходимо спільне кратне для 5 і 2. Це 10. Одержуємо відповідні індекси. Формула сполуки: P₂S₅ — фосфор(V) сульфід.

• 1. За хімічними формулами можна визначити ступені окиснення елементів.
• 2. Знаючи ступені окиснення елементів, можна складати формули сполук.

Контрольні запитання

• 1. Дайте визначення ступеня окиснення.
• 2. Які ступені окиснення мають елементи у простих речовинах?
• 3. Наведіть приклади простих речовин, утворених металічними елементами. Чи правильно стверджувати, що ступінь окиснення Феруму в залізі становить 0?
• 4. Який ступінь окиснення в сполуках з іншими елементами виявляє Флуор? Поясніть, чому Флуор не виявляє позитивного ступеня окиснення.

Вправи та задачі

1. Укажіть формулу сполуки, у якій Оксиген виявляє позитивний ступінь окиснення. Укажіть вид хімічного зв’язку в цій молекулі. Запишіть схему утворення цього зв’язку.

2. Визначте ступені окиснення елементів у речовинах, формули яких: Fe(NO₃)₃, FeCl₂, Fe₂O₃, FeBr₃.

3. У якій з наведених речовин — СаСl₂, Са(СlО)₂, КСlО₃, КСlО₄, Сl₂О — ступінь окиснення Хлору становить +7?

5. У якій з речовин — H₂S, НСl, СаН₂, СН₄, Н₂О — ступінь окиснення Гідрогену становить -1?

✅Таблиця окислення всіх хімічних елементів

Щоб визначити умовний заряд атомів в окисно-відновних реакціях, використовують таблицю окислення хімічних елементів. Залежно від властивостей атома елемент може проявляти позитивний або негативний ступінь окислення.

Що таке ступінь окислення

Умовний заряд атомів елементів в складних речовинах називається ступенем окислення. Значення заряду атомів записується в окисно-відновних реакціях, щоб зрозуміти, який елемент є відновником, а який – окислювачем.

Ступінь окислювання взаємопов’язана з електронегативні, яка показує можливість атомів приймати або віддавати електрони. Чим вище значення електронегативності, тим більше здатність атома віднімати електрони в реакціях.

Ступінь окислювання може мати три значення:

• нульове – атом знаходиться в стані спокою (всі прості речовини мають ступінь окислення 0);
• позитивне – атом віддає електрони і є відновником (всі метали, деякі неметали);
• негативне – атом приймає електрони і є окислювачем (більшість неметалів).

Наприклад, ступеня окислення в реакції натрію з хлором виглядають наступним чином:

В реакції металів з неметалами метал завжди є відновником, а неметал – окислювачем.

Як визначити

Існує таблиця, в якій вказані всі можливі ступені окислення елементів.

Крім того, ступеня окислення хімічних елементів можна визначити по періодичній таблиці Менделєєва:

• вищий ступінь (максимально позитивна) збігається з номером групи;
• для визначення мінімального значення ступеня окислення з номера групи віднімається вісім.

Більшість неметалів мають позитивну і негативний ступеня окислення. Наприклад, кремній знаходиться в IV групі, значить, його максимальний ступінь окислення +4, а мінімальна -4. У з’єднаннях неметалів (SO3, CO2, SiC) окислювачем є неметал з негативним ступенем окислення або з великим значенням електронегативності. Наприклад, в поєднанні PCl3 фосфор має ступінь окислення +3, хлор -1.

Електронегативність фосфору – 2,19, хлору – 3,16.

Друге правило не працює для лужних і лужноземельних металів, які завжди мають одну позитивну ступінь окислення, що дорівнює номеру групи. Винятки становлять магній і берилій (+1, +2). Також постійний ступінь окислення мають:

Решта метали мають непостійний ступінь окислення. У більшості реакцій виступають в якості відновника. У рідкісних випадках можуть бути окислювачами з негативним ступенем окислення.

Фтор – самий сильний окислювач. Його ступінь окислення завжди -1.

Що ми дізналися?

З уроку 8 класу дізналися про ступінь окислення. Це умовна величина, що показує, скільки електронів може віддати або прийняти атом в ході хімічної реакції. Значення пов’язано з електронегативні.

Окислювачі приймають електрони і мають негативний ступінь окислення, відновники віддають електрони і виявляють позитивний ступінь окислення. Більшість металів – відновники з постійною або змінною ступенем окислення.

Неметали можуть проявляти властивості окислювача і відновника в залежності від речовини, з яким реагують.