Валентність і ступінь окиснення

Валентністю називають число одинарних зв’язків, які атом утворює з іншими атомами в молекулі. Під числом хімічних зв’язків розуміють число спільних електронних пар. Спільні електронні пари утворюються тільки у випадку ковалентного зв’язку, тому валентність атомів можна визначити тільки в ковалентних сполуках.

У йонних сполуках немає спільних пар електронів, тому для цих речовин поняття про валентність не можна використовувати. Для всіх сполук, незалежно від виду хімічних зв’язків, застосовується більш універсальне поняття — ступінь окиснення.

Ступінь окиснення елемента — це умовний заряд атома в речовині, обчислений із припущенням, що вона складається з іонів. Ступінь окиснення характеризує число умовно прийнятих або умовно відданих електронів. Ступінь окиснення може бути позитивним (якщо атом віддав електрони), негативним (якщо атом прийняв електрони) або дорівнювати нулю. Він позначається арабською цифрою зі знаком «плюс» або «мінус» над символом елемента. Для визначення ступеня окислення елементів необхідно запам’ятати певні правила:

1. При визначенні ступенів окиснення виходять з електронегативності речовини: сума ступенів окиснення всіх атомів у сполуці дорівнює нулю.

2. Ступінь окиснення атомів в простій речовині дорівнює нулю.

3. Атомам деяких хімічних елементів звичайно приписують сталі ступені окиснення. Наприклад, ступінь окиснення Флуору в сполуках завжди дорівнює –1; Літію, Натрію, Калію, Рубідію і Цезію +1; Магнію, Кальцію, Стронцію, Барію і Цинку +2, Алюмінію +3.

4. Ступінь окиснення Гідрогену в більшості сполук +1, і лише в сполуках з деякими металами він дорівнює –1 ( , ).

5. Ступінь окиснення Оксигену в більшості сполук –2, і лише в деяких сполуках йому приписують ступінь окиснення –1 ( , або +2 ( ).

6. Атоми багатьох хімічних елементів виявляють змінні ступені окиснення.

7. Ступінь окиснення атома металу в сполуках позитивний і чисельно дорівнює його валентності.

8. Максимальний позитивний ступінь окиснення елемента, як правило, дорівнює номеру групи в періодичній системі, в якій знаходиться елемент.

9. Мінімальний ступінь окиснення для металів дорівнює нулю. Для неметалів у більшості випадків нижчий негативний ступінь окиснення дорівнює різниці між номером групи та цифрою вісім.

10. Ступінь окиснення атома, що утворює простий йон (складається з одного атома), дорівнює заряду цього йона.

Користуючись наведеними правилами, визначимо ступені окиснення хімічних елементів у сполуці . Це складна речовина, яка складається з трьох хімічних елементів – Гідрогену Н, Сульфуру S та Оксигену О. Зазначимо ступені окиснення тих елементів, для яких вони є сталими. У нашому випадку це Гідроген Н та Оксиген О:

Визначимо невідомий ступінь окиснення Сульфуру. Нехай ступінь окиснення Сульфуру в цій сполуці дорівнює х:

Складемо рівняння, помноживши індекс кожного елемента на ступінь окиснення та отриману суму прирівняємо до нуля:

Отже, ступінь окислення Сульфуру дорівнює плюс шість:

У наступному прикладі з’ясуємо, як можна скласти формулу сполуки за відомими ступенями окиснення атомів елементів. Складемо формулу ферум(III) оксиду. Слово «оксид» означає, що справа від символу Феруму треба записати символ Оксигену: Зазначимо ступені окиснення хімічних елементів над їх символами. Ступінь окиснення Феруму вказаний в назві в дужках (III), отже, дорівнює +3, ступінь окиснення Оксигену в оксидах –2:

Знайдемо найменше спільне кратне для чисел 3 та 2, це 6. Розділимо число 6 на 3, одержимо число 2 ― це індекс для Феруму. Розділимо число 6 на 2, одержимо число 3 – це індекс для Оксигену:

Вправа. Визнач ступені окиснення атомів елементів у сполуках, формули яких:
(a) N₂, NO₂, NO, N₂O₅, N₂O, N₂O₃;
(б) MnSO₄, MnO₂, Mn₂O₇, Mn₂O₃;
(в) As₂O₃, AsH₃, H₂, H₂O;
(г) Cl₂O₇, Cl₂, Cl₂O, O₂, Cl₂O₅, Cl₂O₃.

Вправа. Визнач ступені окиснення атомів елементів у сполуках, формули яких:
(а) H₂SO₄, SO₂, SO₃, H₂SO₃, MgSO₄;
(б) HClO₄, HPO₃, Ba(NO₃)₂, Al₂(SO₄)₃, P₂O₅;
(в) Ca₃(PO₄)₂, AI(NO₃)₃, K₂SO₃, Na₂SO₄.
Вправа. У молекулі білого фосфору Р⁴ валентність і ступінь окиснення атома Фосфору дорівнюють відповідно
(а)1 і +3; (б)3 і +3; (в) 3 і 0; (г) 2 і 0.
Вправа. Атоми Нітрогену мають однаковий ступінь окиснення в сполуках, формули яких
(a) HNO₃; (б) Ca₃N₂; (в) NH₄Cl; (г) N₂O₃.

Вправа. Найменший ступінь окиснення атомів Сульфуру має речовина, формула якої
(a) H₂SO₄; (б) Na₂SO₃; (в) SO₃; (г) Al₂(SO₄)₃.

Вправа. Визнач ступені окиснення атомів елементів у таких сполуках: O₂, Н₂O, Н₂O₂, OF₂, Н₂, ВаН₂, NaH, H₂S.