Kako določiti stopnjo oksidacije atoma kemičnega elementa

Formalni naboj atoma v spojinah je pomožna vrednost, ki se običajno uporablja pri opisih lastnosti elementov v kemiji. To je pogojno električni naboj in je stanje oksidacije. Njegova vrednost se spreminja zaradi mnogih kemijskih procesov. Čeprav je naboj formalni, živo karakterizira lastnosti in obnašanje atomov v redoksne reakcije (OVR).

Oksidacija in redukcija

V preteklosti so kemiki uporabljali izraz "oksidacija" za opisovanje interakcije kisika z drugimi elementi. Ime reakcije izhaja iz latinskega imena za kisik - Oxygenium. Kasneje se je izkazalo, da so tudi drugi elementi oksidirani. V tem primeru se obnovijo - pritrdijo elektrone. Vsak atom pri tvorjenju molekule spremeni strukturo valentne elektronske lupine. V tem primeru se pojavi formalni naboj, katerega vrednost je odvisna od števila pogojno danih ali prejetih elektronov. Za označitev te vrednosti je bila prej uporabljena angleška kemijska izraz "oksidacijska številka", kar v prevodu pomeni "oksidacijsko število". Pri uporabi se predpostavlja, da vezni elektroni v molekulah ali ionih pripadajo atomu z višjo vrednostjo elektronegativnosti (EO). Sposobnost, da zadržijo svoje elektrone in jih privabijo iz drugih atomov, je dobro izražena v močnih nekovinah (halogeni, kisiku). Nasprotne lastnosti imajo močne kovine (natrijev, kalijev, litijev, kalcijev, drugi alkalni in alkalno zemeljski elementi).

Določanje stopnje oksidacije

Stanje oksidacije se nanaša na naboj, ki bi ga atom pridobil, če bi elektroni, ki sodelujejo pri nastanku vezi, popolnoma prešli na bolj elektronegativni element. Obstajajo snovi, ki nimajo molekularne strukture (halidi alkalijske kovine in druge spojine). V teh primerih stopnja oksidacije sovpada z nabojem iona. Pogojno ali realno nakazuje, kateri proces se je zgodil, preden so atomi pridobili svoje sedanje stanje. Pozitivna vrednost stopnje oksidacije je skupno število elektronov, ki so bili odstranjeni iz atomov. Negativna vrednost stopnje oksidacije je število pridobljenih elektronov. S spreminjanjem oksidacijskega stanja kemičnega elementa se presoja, kaj se dogaja z njegovimi atomi med reakcijo (in obratno). Barva snovi določa, katere spremembe so se zgodile v oksidacijskem stanju. Spojine kroma, železa in številni drugi elementi, v katerih imajo različne valence, so različno obarvani.

Negativne, ničelne in pozitivne vrednosti oksidacijskega stanja

Enostavne snovi tvorijo kemični elementi z enako vrednostjo EO. V tem primeru vezni elektroni pripadajo enako vsem strukturnim delcem. Zato je pri enostavnih snoveh oksidacijsko stanje (H ⁰ ₂ , O ⁰ ₂ , C ⁰ ) nenavadno za elemente. Kadar atomi sprejemajo elektrone ali pa se skupni oblak premika v njihovo smer, je običajno, da napitek napišemo z znakom minus. Na primer, F ^–1 , O – ² , C – ⁴ . Z darovanjem elektronov atomi pridobijo realen ali formalni pozitivni naboj. V oksidu OF ₂ atom kisika daje en elektron na dva fluorova atoma in je v oksidacijskem ^stanju O ^{+ 2} . Domneva se, da v molekuli ali poliatomskem ionu več elektronegativnih atomov prejme vse vezavne elektrone.

Žveplo - element, ki kaže različna valenčna in oksidacijska stanja

Kemijski elementi glavnih podskupin pogosto kažejo nižjo valenco, ki je enaka VIII. Na primer, valenca žvepla v vodikovem sulfidu in kovinskih sulfidih - II. Za element je značilna vmesna in višja valenca v vzbujenem stanju, ko atom preda enega, dva, štiri ali vseh šest elektronov in ima valence I, II, IV, VI. Enake vrednosti, samo z znakom "minus" ali "plus", imajo stopnjo oksidacije žvepla:

• en elektron v fluorid sulfidu daje: - 1;
• v vodikovem sulfidu najnižja vrednost: –2;
• Vmesno stanje dioksida: +4;
• v trioksidu, žveplove kisline in sulfati: +6.

V najvišjem oksidacijskem stanju žveplo sprejema samo elektrone, v najmanjši meri pa ima močne redukcijske lastnosti. Atomi S ^{+ 4} lahko manifestirajo funkcije redukcijskih ali oksidacijskih sredstev v spojinah, odvisno od pogojev.

Prehod elektrona v kemijskih reakcijah

Ko se natrijev klorid oblikuje, natrij odda elektrone za bolj elektronagativni klor. Oksidacijska stanja elementov sovpadajo z ionskimi naboji: Na ^{+ 1} Cl – ¹ . Za molekule, ki nastanejo s socializacijo in premestitvijo elektronskih parov v bolj elektronegativni atom, se uporabljajo samo koncepti formalnih nabojev. Vendar se lahko domneva, da so vse spojine sestavljene iz ionov. Potem atomi, ki privabljajo elektrone, pridobijo pogojno negativno naelektrenje in dajejo pozitivno. V reakcijah je prikazano, koliko elektrona je premaknjenih. Na primer, v molekuli ogljikovega dioksida С ^{+ 4} О ^{- 2} ₂ indeks v zgornjem desnem kotu s kemijskim simbolom za ogljik prikazuje število elektronov, odstranjenih od atoma. Za kisik v tej snovi je značilno oksidacijsko stanje –2. Ustrezni indeks pri kemičnem znaku O je število dodanih elektronov v atomu.

Kako izračunati stopnjo oksidacije

Štetje števila elektronov, oddanih in pritrjenih z atomi, je lahko dolgotrajno. Naslednja pravila olajšajo to nalogo:

1. Pri enostavnih snoveh so oksidacijska stanja enaka nič.
2. Vsota oksidacije vseh atomov ali ionov v nevtralni snovi je nič.
3. V kompleksnem ionu mora vsota oksidacijskih stanj vseh elementov ustrezati naboju celotnega delca.
4. Bolj elektronegativni atom pridobi negativno oksidacijsko stanje, ki je zapisano z minus znakom.
5. Manj elektronegativnih elementov dobimo pozitivna oksidacijska stanja, zapišemo jih s plus znakom.
6. Kisik ima na splošno oksidacijsko stanje –2.
7. Za vodik znaćilna vrednost: +1, v kovinskih hidridih se pojavi: H - 1.
8. Fluor je najbolj elektronegativ vseh elementov, njegovo oksidacijsko stanje je vedno –4.
9. Za večino kovin so oksidativne številke in valence enake.

Oksidacijsko stanje in valenca

Večina spojin nastane kot posledica redoks procesov. Prehod ali premik elektronov iz enega elementa v drugega vodi v spremembo njihovega oksidacijskega stanja in valence. Te vrednosti so pogosto enake. Kot sinonim za izraz "stopnja oksidacije" lahko uporabite izraz "elektrokemijska valenca". Vendar obstajajo izjeme, na primer v amonijevem ionu je dušik tetravalenten. Istočasno je atom tega elementa v oksidacijskem stanju –3. V organske snovi ogljik je vedno tetravalenten, toda oksidacijska stanja C atoma v metanu CH4, mravljični alkohol CH3OH in HCOOH kislina imajo različne vrednosti: –4, –2 in +2.

Redoks reakcije

Redox vključuje številne najpomembnejše procese v industriji, tehnologiji, prostoživečih živalih in nežive narave: gorenje, korozijo, fermentacijo, znotrajcelično dihanje, fotosintezo in druge pojave.

Pri pripravi enačb OVR izberemo koeficiente z metodo elektronskega ravnovesja, ki delujejo v naslednjih kategorijah:

• oksidacijska stanja;
• redukcijsko sredstvo podari elektrone in se oksidira;
• oksidant odvzame elektrone in se zmanjša;
• število oddanih elektronov mora biti enako številu pritrjenih.

Pridobitev elektronov z atomom vodi do zmanjšanja njegove stopnje oksidacije (redukcije). Izguba enega ali več elektronov s strani atoma spremlja povečanje oksidacijskega števila elementa zaradi reakcij. Za OVR, ki teče med ioni močnih elektrolitov v vodnih raztopinah, ne elektronsko ravnovesje, ampak se večkrat uporablja pol-reakcijska metoda.