Степень окисления

Степень окисления - это условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что молекула состоит из ионов и в целом электронейтральна.

Наиболее электроотрицательные элементы в соединении имеют отрицательные степени окисления, а атомы элементов с меньшей электроотрицательностью - положительные.

Степень окисления - формальное понятие; в ряде случаев степень окисления не совпадает с валентностью.

Например:

N₂H₄ (гидразин), степень окисления азота -2; валентность азота 3.

Расчет степени окисления. Для вычисления степени окисления элемента следует учитывать следующие положения:

1. Степени окисления атомов в простых веществах равны нулю (Na⁰; H₂⁰).

2. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в состав молекулы, всегда равна нулю, а в сложном ионе эта сумма равна заряду иона.

3. Постоянную степень окисления имеют атомы: щелочных металлов (+1), щелочноземельных металлов (+2), водорода (+1) (кроме гидридов NaH, CaH₂ и др., где степень окисления водорода -1), кислорода (-2) (кроме ОF₂ (+2) и пероксидов, содержащих группу –O–O–, в которой степень окисления кислорода -1).

4. Для элементов положительная степень окисления не может превышать величину, равную номеру группы периодической системы.

Примеры:

V₂+⁵O₅^-2; Na₂⁺B₄⁺³O₇^-2; K⁺Cl⁺⁷O₄-²; N^-3H₃⁺; K₂⁺H⁺P⁺⁵O₄^-2; Na₂⁺Cr²O₇^-2

Существует два типа химических реакций:

1. Реакции, идущие без изменения степени окисления элементов:

Реакции присоединения SO₂ + Na₂O = Na₂SO₃

Реакции разложения Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Реакции обмена AgNO₃ + KCl = AgCl↓ + KNO₃

NaOH + HNO₃ = NaNO₃ + H₂O

2. Реакции, идущие с изменением степеней окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих соединений:

2Mg⁰ + O₂⁰ = 2Mg⁺²O^-2

2KCl⁺⁵O₃^-2 = 2KCl^-1 + 3O₂⁰

2KI^-1 + Cl₂⁰ = 2KCl^-1 + I₂⁰

Mn⁺⁴O₂ + 4HCl^-1 = Mn⁺²Cl₂ + Cl₂⁰ + 2H₂O

Такие реакции называются окислительно - восстановительными.

В окислительно-восстановительных реакциях электроны от одних атомов, молекул или ионов переходят к другим. Процесс отдачи электронов - окисление. При окислении степень окисления повышается:

H₂⁰ - 2ē → 2H⁺

S^-2 - 2ē → S⁰

Al⁰ – 3ē → Al⁺³

Fe⁺² - ē → Fe⁺³

2Br ^- - 2ē → Br₂⁰

Процесс присоединения электронов - восстановление: При восстановлении степень окисления понижается.

Mn⁺⁴ + 2ē → Mn⁺²

S⁰ + 2ē → S^-2

Cr⁺⁶ +3ē → Cr⁺³

Cl₂⁰ +2ē → 2Cl^-

O₂⁰ + 2ē → 2O^-2

Атомы или ионы, которые в данной реакции присоединяют электроны являются окислителями, а которые отдают электроны восстановителями.

Соединения, содержащие атомы элементов с максимальной степенью окисления, могут быть только окислителями за счет этих атомов, т.к. они уже отдали все свои валентные электроны и способны только принимать электроны.

Максимальная степень окисления атома элемента равна номеру группы в периодической таблице, к которой относится данный элемент. Соединения, содержащие атомы элементов с минимальной степенью окисления могут служить только восстановителями, поскольку они способны лишь отдавать электроны, потому, что внешний энергетический уровень у таких атомов завершен восемью электронами. Минимальная степень окисления у атомов металлов равна 0,

для неметаллов - (n–8) (где n- номер группы в периодической системе). Соединения, содержащие атомы элементов с промежуточной степенью окисления, могут быть и окислителями и восстановителями, в зависимости от партнера, с которым взаимодействуют и от условий реакции.