У хімічних процесах головну роль відіграють атоми і молекули, властивості яких визначають результат хімічних реакцій. Однією з важливих характеристик атома є окислювальне число, яке спрощує метод обліку переносу електронів у частці. Як визначити ступінь окислення або формальний заряд частинки і які правила необхідно знати для цього?

Визначення

Будь-яка хімічна реакція обумовлена взаємодією атомів різних речовин. Від характеристик найдрібніших частинок залежить процес реакції і її результат.

Термін окислення (оксидування) в хімії означає реакцію, в ході якої група атомів або один з них втрачають електрони або набувають, у разі придбання реакцію називають «відновленням».

Ступінь окиснення – це величина, яка вимірюється кількісно і характеризує перераспределяемые електрони в ході реакції. Тобто в процесі оксидації електрони в атомі зменшуються або збільшуються, перераспределяясь між іншими взаємодіючими частинками, і рівень оксидації показує, як саме вони реорганізуються. Це поняття тісно пов’язане з электроотрицательностью частинок – їх умінням притягувати і відштовхувати від себе вільні іони.

Визначення рівня оксидації залежить від характеристик і властивостей конкретної речовини, тому не можна однозначно назвати процедуру обчислення легкої або складною, але її результати допомагають умовно записати процеси окислювально-відновних реакцій. Слід розуміти, що отриманий результат обчислень є результатом урахування перенесення електронів і не має фізичного сенсу, а також не є істинним зарядом ядра.

Важливо знати! Неорганічна хімія часто використовує термін валентності замість ступені окиснення елементів, це не є помилкою, але слід враховувати, що друге поняття більш універсальне.

Поняття і правила обчислення руху електронів є основою для класифікації хімічних речовин (номенклатура), опису їх властивостей і складання формул зв’язку. Але найбільш часто це поняття використовується для опису та роботи з окисно-відновними реакціями.

Правила визначення ступеня окиснення

Як дізнатися ступінь окиснення? При роботі з окисно-відновними реакціями важливо знати, що формальний заряд частинки завжди дорівнюватиме величині електрона, вираженого в числовому значенні. Ця особливість пов’язана з тим припущенням, що електронні пари, що утворюють зв’язок, завжди повністю зміщуються в бік більш негативних часток. Слід розуміти, що мова йде про іонних зв’язках, а в разі реакції при ковалентного зв’язку електрони будуть ділитися порівну між однаковими частками.

Окислювальне число може мати як позитивні, так і негативні значення. Вся справа в тому, що у процесі реакції атом повинен стати нейтральним, а для цього потрібно або приєднати до іону певна кількість електронів, якщо він позитивний, або забрати їх, якщо він негативний. Для позначення цього поняття при записі формули зазвичай прописують над позначенням елемента арабську цифру з відповідним знаком. Наприклад,

або

і т. д.

Слід знати, що формальний заряд металів завжди буде позитивним, а в більшості

випадків, щоб визначити його, можна скористатися таблицею Менделєєва. Існує ряд особливостей, які необхідно враховувати, щоб правильно визначати показники.

Як визначити ступінь окислення

Ступінь оксидації:

1. У простих елементів завжди дорівнює нулю:

   

   або

   

   .

2. У фтору завжди буде дорівнює -1.
3. Як і у металів, у елементів з груп IA, IIA і IIIA груп завжди однакова – це номер групи, в якій вони розташовані.
4. У кисню у будь зв’язку дорівнює -2, крім зв’язків з пероксидами (Н2О2), коли значення дорівнює -1, і оксидом фтору (O+2F2-1, O2+1F2-1), коли вона дорівнює +2.
5. У водню завжди +1, крім його взаємодії з гідридами (Na+H – і зв’язками типу C+4H4-1).
6. У простого речовини без зв’язків з іншими елементами завжди дорівнює нулю.
7. У простого йона з одним атомом дорівнює числу його електрона (Na+, Ca+2).
8. Якщо розглядається зв’язок двох речовин різної природи (метал і металоїд), то негативне окислювальне число буде спостерігатися у речовини, яка володіє більшою электроотрицательностью (H+F-, Cu+Br-), а позитивне, відповідно, елемента з электроотрицательностью більше нуля.
9. У лужних металів, таких як літій, натрій, калій та інших, завжди +1.
10. У металів з головної підгрупи II (магній, барій, кальцій і стронцій) дорівнює +2.
11. У алюмінію завжди однакове значення — +3.

Запам’ятавши ці особливості, достатньо просто буде визначати окислювальне число у елементів, незалежно від складності і кількості рівнів атомів.

Корисне відео: визначення ступеня окиснення

Як визначити ступінь окислення

Періодична таблиця Менделєєва містить майже всю необхідну інформацію для роботи з хімічними елементами. Наприклад, школярі використовують тільки її для опису хімічних реакцій. Так, щоб визначити максимальні позитивні і негативні значення окисного числа необхідно звіритися з позначенням хімічного елемента в таблиці:

1. Максимально позитивне – це номер групи, в якій знаходиться елемент.
2. Максимально негативна ступінь окислення – це різниця між максимально позитивної кордоном і числом 8.

Таким чином, досить просто дізнатися крайні межі формального заряду того чи іншого елемента. Таку дію можна здійснити за допомогою обчислень на основі таблиці Менделєєва.

Важливо знати! В одного елемента можуть бути одночасно кілька різних показників оксидації.

Розрізняють два основних способи визначення рівня оксидації, приклади яких подано нижче. Перший з них – це спосіб, який вимагає знань і умінь застосовувати закони хімії. Як розставляти ступеня окислення з допомогою цього способу?

Правило визначення ступенів окислення

Для цього необхідно:

1. Визначити, чи є дана речовина елементарним і знаходиться воно поза зв’язку. Якщо так, то його окислювальне число буде дорівнює 0, незалежно від складу речовини (окремі атоми або багаторівневі атомні з’єднання).
2. Визначити, чи є аналізоване речовина з іонів. Якщо так, то ступінь оксидації буде дорівнює їх заряду.
3. Якщо ця речовина метал, то подивитися на показники інших речовин формули та обчислити показання металу шляхом арифметичних дій.
4. Якщо всі з’єднання має один заряд (по суті це сума всіх часток представлених елементів), то достатньо визначити показники простих речовин, потім відняти їх від загальної суми та отримати дані металу.
5. Якщо зв’язок нейтральна, то загальна сума повинна бути дорівнює нулю.

Для прикладу можна розглянути об’єднання

з іоном алюмінію, чий загальний заряд дорівнює нулю. Правила хімії підтверджують той факт, що іон Cl має окислювальне число -1, а в даному випадку їх три в з’єднанні. Значить іон Al повинен бути дорівнює +3, щоб всі з’єднання було нейтральним.

Цей спосіб дуже хороший, оскільки правильність рішення завжди можна перевірити, якщо скласти всі рівні оксидації разом.

Другий метод можна застосовувати без знання хімічних законів:

1. Знайти дані частинок, по відношенню до яких немає строгих правил і точне їх кількість електронів невідомо (можна шляхом виключення).
2. З’ясувати показники всіх інших частинок і після із загальної суми шляхом вирахування знайти потрібну частку.

Розглянемо другий метод на прикладі речовини Na2SO4, в якому не визначено атом сірки S, відомо лише, що він відмінний від нуля.

Щоб знайти, чому дорівнюють всі ступені окислення необхідно:

1. Знайти відомі елементи, пам’ятаючи про традиційні правила і винятки.
2. Іон Na = +1, а кожен кисень = -2.
3. Помножити кількість часток кожного речовини на їх електрони і отримати ступеня оксидації всіх атомів, крім одного.
4. У Na2SO4 складаються 2 натрію і 4 кисню, при множенні виходить: 2 X +1 = 2 – це окислювальне число всіх частинок натрію і 4 X -2 = -8 – кислородов.
5. Скласти отримані результати 2+(-8) =-6 – це загальний заряд з’єднання без частки сірки.
6. Уявити хімічну запис у вигляді рівняння: сума відомих даних + невідоме число = загальний заряд.
7. Na2SO4 представлено наступним чином: -6 + S = 0, S = 0 + 6, S = 6.

Таким чином, щоб використовувати другий метод, досить знати прості закони арифметики.

Таблиця оксидації

Для простоти роботи та обчислення показників оксидації для кожного хімічного речовини використовують спеціальні таблиці, де прописані всі дані.

Вона виглядає наступним чином:

Корисне відео: вчимося визначати ступінь окиснення за формулами

Висновок

Знаходження ступеня окислення для хімічної речовини – це проста дія, яка вимагає лише уважності і знання основних правил і винятків. Знаючи виключення і користуючись спеціальними таблицями, це дія не буде займати багато часу.