Come disporre e come determinare lo stato di ossidazione degli elementi. Valenza e stato di ossidazione Stato di ossidazione più basso dell'ossigeno

Molti libri di testo e manuali scolastici insegnano come creare formule basate sulle valenze, anche per composti con legami ionici. Per semplificare la procedura di elaborazione delle formule, questo, a nostro avviso, è accettabile. Ma devi capire che questo non è del tutto corretto per i motivi di cui sopra.

Un concetto più universale è il concetto di stato di ossidazione. Utilizzando i valori degli stati di ossidazione degli atomi, nonché i valori di valenza, è possibile comporre formule chimiche e annotare le unità della formula.

Stato di ossidazione- questa è la carica condizionale di un atomo in una particella (molecola, ione, radicale), calcolata nell'approssimazione che tutti i legami nella particella siano ionici.

Prima di determinare gli stati di ossidazione, è necessario confrontare l'elettronegatività degli atomi legati. Un atomo con un valore di elettronegatività più alto ha uno stato di ossidazione negativo, mentre un atomo con un valore di elettronegatività più basso ha uno stato di ossidazione positivo.

Per poter confrontare oggettivamente i valori di elettronegatività degli atomi nel calcolo degli stati di ossidazione, nel 2013 la IUPAC ha consigliato di utilizzare la scala Allen.

* Quindi, ad esempio, secondo la scala Allen, l'elettronegatività dell'azoto è 3,066 e quella del cloro è 2,869.

Illustriamo la definizione di cui sopra con degli esempi. Componiamo la formula strutturale di una molecola d'acqua.

I legami OH polari covalenti sono indicati in blu.

Immaginiamo che entrambi i legami non siano covalenti, ma ionici. Se fossero ionici, un elettrone si trasferirebbe da ciascun atomo di idrogeno all'atomo di ossigeno più elettronegativo. Indichiamo queste transizioni con frecce blu.

*In ciòAd esempio, la freccia serve per illustrare visivamente il trasferimento completo di elettroni e non per illustrare l'effetto induttivo.

È facile notare che il numero delle frecce mostra il numero di elettroni trasferiti e la loro direzione indica la direzione del trasferimento degli elettroni.

Ci sono due frecce dirette verso l'atomo di ossigeno, il che significa che due elettroni vengono trasferiti all'atomo di ossigeno: 0 + (-2) = -2. Sull'atomo di ossigeno si forma una carica pari a -2. Questo è lo stato di ossidazione dell'ossigeno in una molecola d'acqua.

Ogni atomo di idrogeno perde un elettrone: 0 - (-1) = +1. Ciò significa che gli atomi di idrogeno hanno uno stato di ossidazione pari a +1.

La somma degli stati di ossidazione è sempre uguale alla carica totale della particella.

Ad esempio, la somma degli stati di ossidazione in una molecola d'acqua è uguale a: +1(2) + (-2) = 0. La molecola è una particella elettricamente neutra.

Se calcoliamo gli stati di ossidazione in uno ione, la somma degli stati di ossidazione è, di conseguenza, uguale alla sua carica.

Il valore dello stato di ossidazione è solitamente indicato nell'angolo in alto a destra del simbolo dell'elemento. Inoltre, il segno è scritto davanti al numero. Se il segno viene dopo il numero, questa è la carica dello ione.

Ad esempio, S -2 è un atomo di zolfo nello stato di ossidazione -2, S 2- è un anione di zolfo con una carica di -2.

S +6 O -2 4 2- - valori degli stati di ossidazione degli atomi nell'anione solfato (la carica dello ione è evidenziata in verde).

Consideriamo ora il caso in cui il composto ha legami misti: Na 2 SO 4. Il legame tra l'anione solfato e i cationi sodio è ionico, i legami tra l'atomo di zolfo e gli atomi di ossigeno nello ione solfato sono covalenti polari. Scriviamo la formula grafica del solfato di sodio e usiamo le frecce per indicare la direzione della transizione elettronica.

*La formula strutturale mostra l'ordine dei legami covalenti in una particella (molecola, ione, radicale). Le formule strutturali vengono utilizzate solo per particelle con legami covalenti. Per le particelle con legami ionici, il concetto di formula strutturale non ha significato. Se la particella contiene legami ionici, viene utilizzata una formula grafica.

Vediamo che sei elettroni lasciano l'atomo di zolfo centrale, il che significa che lo stato di ossidazione dello zolfo è 0 - (-6) = +6.

Gli atomi terminali di ossigeno prendono ciascuno due elettroni, il che significa che i loro stati di ossidazione sono 0 + (-2) = -2

Gli atomi di ossigeno a ponte accettano ciascuno due elettroni e hanno uno stato di ossidazione pari a -2.

È anche possibile determinare il grado di ossidazione utilizzando una formula grafico-strutturale, in cui i legami covalenti sono indicati da trattini e viene indicata la carica degli ioni.

In questa formula gli atomi di ossigeno a ponte hanno già singole cariche negative e dall'atomo di zolfo arriva loro un elettrone aggiuntivo -1 + (-1) = -2, il che significa che il loro stato di ossidazione è uguale a -2.

Determiniamo gli stati di ossidazione degli elementi nel superossido di potassio (superossido). Per fare ciò, creiamo una formula grafica per il superossido di potassio e mostriamo la ridistribuzione degli elettroni con una freccia. Il legame O-O è un legame covalente non polare, quindi non indica la ridistribuzione degli elettroni.

* L'anione superossido è uno ione radicale. La carica formale di un atomo di ossigeno è -1 e dell'altro, con un elettrone spaiato, è 0.

Vediamo che lo stato di ossidazione del potassio è +1. Lo stato di ossidazione dell'atomo di ossigeno scritto di fronte al potassio nella formula è -1. Lo stato di ossidazione del secondo atomo di ossigeno è 0.

Allo stesso modo è possibile determinare il grado di ossidazione utilizzando la formula grafico-strutturale.

I cerchi indicano le cariche formali dello ione potassio e di uno degli atomi di ossigeno. In questo caso i valori delle cariche formali coincidono con i valori degli stati di ossidazione.

Poiché entrambi gli atomi di ossigeno nell'anione superossido hanno diversi stati di ossidazione, possiamo calcolare media aritmetica dello stato di ossidazione ossigeno.

Sarà uguale a / 2 = - 1/2 = -0,5.

I valori per gli stati di ossidazione medi aritmetici sono solitamente indicati in formule lorde o unità di formula per dimostrare che la somma degli stati di ossidazione è uguale alla carica totale del sistema.

Nel caso del superossido: +1 + 2(-0,5) = 0

È facile determinare gli stati di ossidazione utilizzando le formule dei punti elettronici, in cui le coppie di elettroni solitari e gli elettroni dei legami covalenti sono indicati da punti.

L'ossigeno è un elemento del gruppo VIA, quindi il suo atomo ha 6 elettroni di valenza. Immaginiamo che i legami in una molecola d'acqua siano ionici, in questo caso l'atomo di ossigeno riceverebbe un ottetto di elettroni.

Lo stato di ossidazione dell'ossigeno è corrispondentemente pari a: 6 - 8 = -2.

Atomi di idrogeno: 1 - 0 = +1

La capacità di determinare gli stati di ossidazione mediante formule grafiche è preziosa per comprendere l'essenza di questo concetto; questa capacità sarà richiesta anche in un corso di chimica organica. Se si tratta di sostanze inorganiche, è necessario essere in grado di determinare gli stati di ossidazione utilizzando formule molecolari e unità di formula.

Per fare ciò, prima di tutto è necessario comprendere che gli stati di ossidazione possono essere costanti e variabili. Gli elementi che presentano stati di ossidazione costanti devono essere ricordati.

Qualsiasi elemento chimico è caratterizzato da stati di ossidazione superiori e inferiori.

Stato di ossidazione più basso- questa è la carica che un atomo acquisisce come risultato della ricezione del numero massimo di elettroni sullo strato elettronico esterno.

In vista di questo, lo stato di ossidazione più basso ha un valore negativo, ad eccezione dei metalli, i cui atomi non accettano mai elettroni a causa dei bassi valori di elettronegatività. I metalli hanno uno stato di ossidazione minimo pari a 0.

La maggior parte dei non metalli dei sottogruppi principali cercano di riempire il loro strato elettronico esterno con un massimo di otto elettroni, dopodiché l'atomo acquisisce una configurazione stabile ( regola dell'ottetto). Pertanto, per determinare lo stato di ossidazione più basso, è necessario capire quanti elettroni di valenza mancano ad un atomo per raggiungere l'ottetto.

Ad esempio, l'azoto è un elemento del gruppo VA, il che significa che l'atomo di azoto ha cinque elettroni di valenza. L'atomo di azoto è a tre elettroni dall'ottetto. Ciò significa che lo stato di ossidazione più basso dell'azoto è: 0 + (-3) = -3

Bersaglio: Continua a studiare la valenza. Fornire il concetto di stato di ossidazione. Considera i tipi di stati di ossidazione: positivo, negativo, valore zero. Impara a determinare correttamente lo stato di ossidazione di un atomo in un composto. Insegnare tecniche per confrontare e generalizzare i concetti oggetto di studio; sviluppare competenze nel determinare il grado di ossidazione utilizzando formule chimiche; continuare a sviluppare capacità lavorative indipendenti; promuovere lo sviluppo del pensiero logico. Sviluppare un senso di tolleranza (tolleranza e rispetto per le opinioni degli altri) e di assistenza reciproca; svolgere educazione estetica (attraverso la progettazione di lavagne e quaderni, quando si utilizzano presentazioni).

Durante le lezioni

IO. Organizzare il tempo

Controllo degli studenti per la lezione.

II. Preparazione per la lezione.

Per la lezione avrai bisogno di: tavola periodica di D.I. Mendeleev, libro di testo, quaderni di esercizi, penne, matite.

III. Controllo dei compiti.

Un sondaggio frontale, alcuni lavoreranno alla lavagna utilizzando le carte, un test e la conclusione di questa fase sarà un gioco intellettuale.

1. Lavorare con le carte.

1 carta

Determinare le frazioni di massa (%) di carbonio e ossigeno nell'anidride carbonica (CO 2 ) .

2 carte

Determinare il tipo di legame nella molecola H 2 S. Scrivere le formule strutturali ed elettroniche della molecola.

2. Rilievo frontale

1. Cos'è un legame chimico?
2. Quali tipi di legami chimici conosci?
3. Quale legame è chiamato legame covalente?
4. Quali legami covalenti si distinguono?
5. Cos'è la valenza?
6. Come definiamo la valenza?
7. Quali elementi (metalli e non metalli) hanno valenza variabile?

3. Test

1. In quali molecole esiste un legame covalente apolare?

2 . Quale molecola forma un triplo legame quando si forma un legame covalente non polare?

3 . Come si chiamano gli ioni con carica positiva?

A) cationi

B) molecole

B) anioni

D) cristalli

4. In quale riga si trovano le sostanze di un composto ionico?

A) CH4, NH3, Mg

B) CI2, MgO, NaCI

B) MgF2, NaCI, CaCI2

D) H2S, HCl, H2O

5 . La valenza è determinata da:

A) per numero di gruppo

B) dal numero di elettroni spaiati

B) per tipo di legame chimico

D) per numero di periodo.

4. Gioco intellettuale “Tic-tac-toe” »

Trova sostanze con legami covalentemente polari.

IV. Imparare nuovo materiale

Lo stato di ossidazione è una caratteristica importante dello stato di un atomo in una molecola. La valenza è determinata dal numero di elettroni spaiati in un atomo, orbitali con coppie di elettroni solitari, solo nel processo di eccitazione dell'atomo. La valenza più alta di un elemento è solitamente uguale al numero del gruppo. Il grado di ossidazione nei composti con diversi legami chimici si forma diversamente.

Come si forma lo stato di ossidazione per molecole con diversi legami chimici?

1) Nei composti con legami ionici gli stati di ossidazione degli elementi sono pari alle cariche degli ioni.

2) Nei composti con un legame covalente non polare (in molecole di sostanze semplici), lo stato di ossidazione degli elementi è 0.

N 2 0, cIO 2 0 , F 2 0 , S 0 , A.I. 0

3) Per le molecole con un legame covalentemente polare, lo stato di ossidazione è determinato in modo simile alle molecole con un legame chimico ionico.

Stato di ossidazione degli elementi è la carica condizionale del suo atomo in una molecola, se assumiamo che la molecola sia costituita da ioni.

Lo stato di ossidazione di un atomo, a differenza della sua valenza, ha un segno. Può essere positivo, negativo e zero.

La valenza è indicata da numeri romani sopra il simbolo dell'elemento:

e lo stato di ossidazione è indicato da numeri arabi con la carica sopra i simboli degli elementi ( MG +2 , Ca+2 ,Nun +1,C.I.ˉ¹).

Uno stato di ossidazione positivo è uguale al numero di elettroni ceduti a questi atomi. Un atomo può cedere tutti gli elettroni di valenza (per i gruppi principali si tratta di elettroni del livello esterno) corrispondenti al numero del gruppo in cui si trova l'elemento, pur mostrando lo stato di ossidazione più elevato (ad eccezione di ОF 2). Ad esempio: lo stato di ossidazione più elevato del sottogruppo principale del gruppo II è +2 ( Zn +2) Un grado positivo è mostrato sia dai metalli che dai non metalli, ad eccezione di F, He, Ne. Ad esempio: Do+4,N / a+1 , Al+3

Uno stato di ossidazione negativo è uguale al numero di elettroni accettati da un dato atomo; è esibito solo dai non metalli. Gli atomi non metallici aggiungono tanti elettroni quanti ne mancano per completare il livello esterno, mostrando così un grado negativo.

Per gli elementi dei principali sottogruppi dei gruppi IV-VII, lo stato di ossidazione minimo è numericamente uguale a

Per esempio:

Il valore dello stato di ossidazione compreso tra lo stato di ossidazione massimo e quello minimo è detto intermedio:

Nei composti con legame covalente non polare (nelle molecole di sostanze semplici), lo stato di ossidazione degli elementi è 0: N 2 0 , CONIO 2 0 , F 2 0 , S 0 , A.I. 0

Per determinare lo stato di ossidazione di un atomo in un composto, è necessario tenere conto di alcune disposizioni:

1. Stato di ossidazioneFin tutti i collegamenti è uguale a “-1”.N / a +1 F -1 , H +1 F -1

2. Lo stato di ossidazione dell'ossigeno nella maggior parte dei composti è un'eccezione (-2): OF 2 , dove lo stato di ossidazione è O+2F -1

3. L'idrogeno nella maggior parte dei composti ha uno stato di ossidazione pari a +1, ad eccezione dei composti con metalli attivi, dove lo stato di ossidazione è (-1): N / a +1 H -1

4. Il grado di ossidazione dei metalli dei principali sottogruppiIO, II, IIIgruppi in tutti i composti è +1,+2,+3.

Gli elementi con stati di ossidazione costanti sono:

A) metalli alcalini (Li, Na, K, Pb, Si, Fr) - stato di ossidazione +1

B) elementi del II sottogruppo principale del gruppo eccetto (Hg): Be, Mg, Ca, Sr, Ra, Zn, Cd - stato di ossidazione +2

B) elemento del gruppo III: Al - stato di ossidazione +3

Algoritmo per la composizione di formule in composti:

1 modo

1 . Al primo posto viene scritto l'elemento con elettronegatività minore, al secondo posto con elettronegatività maggiore.

2 . L'elemento scritto al primo posto ha carica positiva “+”, e l'elemento scritto al secondo posto ha carica negativa “-”.

3 . Indicare lo stato di ossidazione di ciascun elemento.

4 . Trovare il multiplo comune degli stati di ossidazione.

5. Dividere il minimo comune multiplo per il valore degli stati di ossidazione e assegnare gli indici risultanti in basso a destra dopo il simbolo dell'elemento corrispondente.

6. Se lo stato di ossidazione è pari - dispari, allora accanto al simbolo in basso a destra compaiono una croce - incrociata senza i segni "+" e "-":

7. Se lo stato di ossidazione ha un valore pari, allora devono prima essere ridotti al valore più basso dello stato di ossidazione e mettere una croce senza i segni “+” e “-”: C +4 O -2

Metodo 2

1 . Denotiamo lo stato di ossidazione di N con X, indichiamo lo stato di ossidazione di O: N 2 XO 3 -2

2 . Determina la somma delle cariche negative; per fare ciò, moltiplica lo stato di ossidazione dell'ossigeno per l'indice di ossigeno: 3· (-2) = -6

3 Affinché una molecola sia elettricamente neutra, è necessario determinare la somma delle cariche positive: X2 = 2X

4 .Costruisci un'equazione algebrica:

N 2 + 3 O 3 –2

V. Consolidamento

1) Rafforzare l'argomento con un gioco chiamato “Snake”.

Regole del gioco: l'insegnante distribuisce le carte. Ogni carta contiene una domanda e una risposta a un'altra domanda.

L'insegnante inizia il gioco. Quando la domanda viene letta, lo studente che ha la risposta alla mia domanda sulla carta alza la mano e dice la risposta. Se la risposta è corretta, legge la sua domanda e lo studente che ha la risposta a questa domanda alza la mano e risponde, ecc. Si forma un serpente di risposte corrette.

1. Come e dove viene indicato lo stato di ossidazione di un atomo di un elemento chimico?
   Risposta: Numero arabo sopra il simbolo dell'elemento con carica "+" e "-".
2. Quali tipi di stati di ossidazione si distinguono negli atomi degli elementi chimici?
   Risposta: intermedio
3. Che grado presenta il metallo?
   Risposta: positivo, negativo, zero.
4. Che grado presentano le sostanze semplici o le molecole con legami covalenti non polari?
   Risposta: positivo
5. Che carica hanno i cationi e gli anioni?
   Risposta: nullo.
6. Qual è il nome dello stato di ossidazione che si trova tra lo stato di ossidazione positivo e quello negativo.
   Risposta: positivo negativo

2) Scrivi le formule per le sostanze costituite dai seguenti elementi

1. N e H
2. R e O
3. Zn e Cl

3) Trova e cancella le sostanze che non hanno uno stato di ossidazione variabile.

Na, Cr, Fe, K, N, Hg, S, Al, C

VI. Riepilogo della lezione.

Valutazione con commenti

VII. Compiti a casa

§23, pp.67-72, completare l'attività dopo §23-pagina 72 n. 1-4.

Argomenti del codificatore dell'Esame di Stato Unificato: Elettronegatività. Stato di ossidazione e valenza degli elementi chimici.

Quando gli atomi interagiscono e si formano, gli elettroni tra loro sono nella maggior parte dei casi distribuiti in modo non uniforme, poiché le proprietà degli atomi differiscono. Di più elettronegativo l'atomo attrae più fortemente a sé la densità elettronica. Un atomo che ha attratto a sé la densità elettronica acquisisce una carica negativa parziale δ — , il suo “partner” è una carica positiva parziale δ+ . Se la differenza di elettronegatività degli atomi che formano un legame non supera 1,7, chiamiamo legame polare covalente . Se la differenza di elettronegatività che forma un legame chimico supera 1,7, allora chiamiamo tale legame ionico .

Stato di ossidazione è la carica condizionale ausiliaria di un atomo di elemento in un composto, calcolata partendo dal presupposto che tutti i composti siano costituiti da ioni (tutti i legami polari sono ionici).

Cosa significa "addebito condizionato"? Siamo semplicemente d'accordo che semplificheremo un po' le cose: considereremo gli eventuali legami polari come completamente ionici, e assumeremo che l'elettrone esca o provenga completamente da un atomo all'altro, anche se in realtà non è così. E un elettrone condizionatamente passa da un atomo meno elettronegativo a uno più elettronegativo.

Per esempio, nel legame H-Cl crediamo che l'idrogeno “ceda” condizionatamente un elettrone e la sua carica diventi +1, e il cloro “accetti” un elettrone e la sua carica diventi -1. In effetti, non ci sono tali cariche totali su questi atomi.

Sicuramente avrai una domanda: perché inventare qualcosa che non esiste? Questo non è un piano astuto dei chimici, tutto è semplice: questo modello è molto conveniente. Le idee sullo stato di ossidazione degli elementi sono utili durante la compilazione classificazioni sostanze chimiche, descrizione delle loro proprietà, compilazione di formule di composti e nomenclatura. Gli stati di ossidazione vengono utilizzati particolarmente spesso quando si lavora con reazioni redox.

Esistono stati di ossidazione più alto, inferiore E intermedio.

Più alto lo stato di ossidazione è uguale al numero del gruppo con un segno più.

Il più bassoè definito come il numero del gruppo meno 8.

E intermedio Un numero di ossidazione è quasi qualsiasi numero intero compreso tra lo stato di ossidazione più basso e quello più alto.

Per esempio, l'azoto è caratterizzato da: lo stato di ossidazione più alto è +5, il più basso 5 - 8 = -3, e stati di ossidazione intermedi da -3 a +5. Ad esempio, nell'idrazina N 2 H 4 lo stato di ossidazione dell'azoto è intermedio, -2.

Molto spesso, lo stato di ossidazione degli atomi nelle sostanze complesse è indicato prima con un segno, quindi con un numero, ad esempio +1, +2, -2 eccetera. Quando si parla della carica di uno ione (assumendo che lo ione esista effettivamente in un composto), indicare prima il numero, poi il segno. Per esempio: Ca2+, CO32-.

Per trovare gli stati di ossidazione, utilizzare quanto segue regole :

1. Stato di ossidazione degli atomi sostanze semplici uguale a zero;
2. IN molecole neutre la somma algebrica degli stati di ossidazione è zero, per gli ioni questa somma è pari alla carica dello ione;
3. Stato di ossidazione metalli alcalini (elementi del gruppo I del sottogruppo principale) nei composti è +1, stato di ossidazione metalli alcalino terrosi (elementi del gruppo II del sottogruppo principale) nei composti è +2; stato di ossidazione alluminio nelle connessioni è pari a +3;
4. Stato di ossidazione idrogeno nei composti con metalli (- NaH, CaH 2, ecc.) è uguale a -1 ; nei composti con non metalli () +1 ;
5. Stato di ossidazione ossigeno uguale a -2 . Eccezione trucco perossidi– composti contenenti il ​​gruppo –O-O-, dove lo stato di ossidazione dell'ossigeno è uguale -1 e alcuni altri composti ( superossidi, ozonidi, fluoruri di ossigeno OF 2 e così via.);
6. Stato di ossidazione fluoruro in tutte le sostanze complesse è uguale -1 .

Sopra sono elencate le situazioni in cui consideriamo lo stato di ossidazione costante . Tutti gli altri elementi chimici hanno uno stato di ossidazione — variabile e dipende dall'ordine e dal tipo di atomi nel composto.

Esempi:

Esercizio: determinare gli stati di ossidazione degli elementi nella molecola del dicromato di potassio: K 2 Cr 2 O 7 .

Soluzione: Lo stato di ossidazione del potassio è +1, lo stato di ossidazione del cromo è indicato come X, lo stato di ossidazione dell'ossigeno è -2. La somma di tutti gli stati di ossidazione di tutti gli atomi in una molecola è uguale a 0. Otteniamo l'equazione: +1*2+2*x-2*7=0. Risolvendolo, otteniamo lo stato di ossidazione del cromo +6.

Nei composti binari, l'elemento più elettronegativo ha uno stato di ossidazione negativo e l'elemento meno elettronegativo ha uno stato di ossidazione positivo.

notare che Il concetto di stato di ossidazione è molto arbitrario! Il numero di ossidazione non indica la carica reale di un atomo e non ha un vero significato fisico. Si tratta di un modello semplificato che funziona efficacemente quando dobbiamo, ad esempio, uguagliare i coefficienti nell'equazione di una reazione chimica o algoritmizzare la classificazione delle sostanze.

Il numero di ossidazione non è la valenza! Lo stato di ossidazione e la valenza in molti casi non coincidono. Ad esempio, la valenza dell'idrogeno nella sostanza semplice H2 è uguale a I e lo stato di ossidazione, secondo la regola 1, è uguale a 0.

Queste sono le regole di base che ti aiuteranno a determinare lo stato di ossidazione degli atomi nei composti nella maggior parte dei casi.

In alcune situazioni, potresti avere difficoltà a determinare lo stato di ossidazione di un atomo. Esaminiamo alcune di queste situazioni e vediamo come risolverle:

1. Negli ossidi doppi (simili al sale), il grado di un atomo è solitamente di due stati di ossidazione. Ad esempio, nella scala del ferro Fe 3 O 4, il ferro ha due stati di ossidazione: +2 e +3. Quale devo indicare? Entrambi. Per semplificare possiamo immaginare questo composto come un sale: Fe(FeO 2) 2. In questo caso il residuo acido forma un atomo con stato di ossidazione +3. Oppure il doppio ossido può essere rappresentato come segue: FeO*Fe 2 O 3.
2. Nei composti perossidi, lo stato di ossidazione degli atomi di ossigeno collegati da legami covalenti non polari, di regola, cambia. Ad esempio, nel perossido di idrogeno H 2 O 2 e nei perossidi di metalli alcalini, lo stato di ossidazione dell'ossigeno è -1, perché uno dei legami è covalente non polare (H-O-O-H). Un altro esempio è l'acido perossomonosolforico (acido caro) H 2 SO 5 (vedi figura) contiene due atomi di ossigeno con uno stato di ossidazione di -1, gli atomi rimanenti con uno stato di ossidazione di -2, quindi la seguente voce sarà più comprensibile: H 2 SO 3 (O2). Sono noti anche composti del perosso di cromo, ad esempio il perossido di cromo (VI) CrO(O 2) 2 o CrO 5 e molti altri.
3. Un altro esempio di composti con stati di ossidazione ambigui sono i superossidi (NaO 2) e gli ozonidi salini KO 3. In questo caso è più appropriato parlare dello ione molecolare O 2 con carica -1 e O 3 con carica -1. La struttura di tali particelle è descritta da alcuni modelli che vengono insegnati nel curriculum russo nei primi anni delle università chimiche: MO LCAO, il metodo di sovrapposizione degli schemi di valenza, ecc.
4. Nei composti organici il concetto di stato di ossidazione non è molto comodo da usare perché Esistono numerosi legami covalenti non polari tra gli atomi di carbonio. Tuttavia, se si disegna la formula strutturale di una molecola, lo stato di ossidazione di ciascun atomo può essere determinato anche dal tipo e dal numero di atomi a cui quell'atomo è direttamente legato. Ad esempio, lo stato di ossidazione degli atomi di carbonio primari negli idrocarburi è -3, per gli atomi secondari -2, per gli atomi terziari -1 e per gli atomi quaternari - 0.

Esercitiamoci a determinare lo stato di ossidazione degli atomi nei composti organici. Per fare ciò, è necessario disegnare la formula strutturale completa dell'atomo ed evidenziare l'atomo di carbonio con il suo ambiente più vicino: gli atomi con cui è direttamente connesso.

• Per semplificare i calcoli, puoi utilizzare la tabella di solubilità: mostra le cariche degli ioni più comuni. Nella maggior parte degli esami di chimica russi (USE, GIA, DVI), è consentito l'uso di una tabella di solubilità. Questo è un cheat sheet già pronto, che in molti casi può far risparmiare notevolmente tempo.
• Quando calcoliamo lo stato di ossidazione degli elementi nelle sostanze complesse, indichiamo prima gli stati di ossidazione degli elementi che conosciamo con certezza (elementi con uno stato di ossidazione costante) e denotiamo lo stato di ossidazione degli elementi con uno stato di ossidazione variabile come x. La somma di tutte le cariche di tutte le particelle è zero in una molecola o uguale alla carica di uno ione in uno ione. Da questi dati è facile creare e risolvere un'equazione.

Lo stato di ossidazione è la carica condizionale degli atomi di un elemento chimico in un composto, calcolata partendo dal presupposto che tutti i legami siano di tipo ionico. Gli stati di ossidazione possono avere un valore positivo, negativo o zero, quindi la somma algebrica degli stati di ossidazione degli elementi in una molecola, tenendo conto del numero dei loro atomi, è uguale a 0, e in uno ione - la carica dello ione .

Questo elenco di stati di ossidazione mostra tutti gli stati di ossidazione conosciuti degli elementi chimici della tavola periodica. L'elenco si basa sulla tabella di Greenwood con tutte le aggiunte. Le linee evidenziate a colori contengono gas inerti il ​​cui stato di ossidazione è zero.

Lo stato di ossidazione più alto di un elemento corrisponde al numero del gruppo del sistema periodico in cui si trova l'elemento (fanno eccezione: Au+3 (gruppo I), Cu+2 (II), dal gruppo VIII lo stato di ossidazione +8 può essere trovato solo nell'osmio Os e nel rutenio Ru.

Stati di ossidazione dei metalli nei composti

Gli stati di ossidazione dei metalli nei composti sono sempre positivi, ma se parliamo di non metalli, il loro stato di ossidazione dipende da quale atomo è collegato l'elemento:

• se con un atomo non metallico, lo stato di ossidazione può essere positivo o negativo. Dipende dall'elettronegatività degli atomi dell'elemento;
• se con un atomo di metallo, lo stato di ossidazione è negativo.

Stato di ossidazione negativo dei non metalli

Lo stato di ossidazione negativo più elevato dei non metalli può essere determinato sottraendo da 8 il numero del gruppo in cui si trova l'elemento chimico, cioè lo stato di ossidazione positivo più alto è pari al numero di elettroni nello strato esterno, che corrisponde al numero del gruppo.

Si tenga presente che gli stati di ossidazione delle sostanze semplici sono 0, indipendentemente dal fatto che si tratti di un metallo o di un non metallo.

Fonti:

• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. Chimica degli Elementi - 2a ed. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997
• Composti di magnesio(I) stabili verdi con legami Mg-Mg / Jones C.; Stasch A.. - Science Magazine, 2007. - Dicembre (numero 318 (n. 5857)
• Rivista scientifica, 1970. - Vol. 3929. - N. 168. - P. 362.
• Giornale della Società Chimica, Chemical Communications, 1975. - pp. 760b-761.
• Irving Langmuir La disposizione degli elettroni negli atomi e nelle molecole. - Rivista J.Am Chimica. Soc., 1919. - Edizione. 41.

DEFINIZIONE

Stato di ossidazioneè una valutazione quantitativa dello stato di un atomo di un elemento chimico in un composto, in base alla sua elettronegatività.

Accetta sia valori positivi che negativi. Per indicare lo stato di ossidazione di un elemento in un composto è necessario posizionare sopra il suo simbolo un numero arabo con il segno corrispondente (“+” o “-”).

Va ricordato che lo stato di ossidazione è una grandezza che non ha alcun significato fisico, poiché non riflette la carica reale dell'atomo. Tuttavia, questo concetto è molto utilizzato in chimica.

Tabella degli stati di ossidazione degli elementi chimici

Lo stato di ossidazione massimo positivo e minimo negativo può essere determinato utilizzando la tavola periodica D.I. Mendeleev. Sono pari rispettivamente al numero del gruppo in cui si trova l'elemento e alla differenza tra il valore dello stato di ossidazione “più alto” e il numero 8.

Se consideriamo i composti chimici in modo più specifico, nelle sostanze con legami non polari lo stato di ossidazione degli elementi è zero (N 2, H 2, Cl 2).

Lo stato di ossidazione dei metalli nello stato elementare è zero, poiché la distribuzione della densità elettronica in essi è uniforme.

Nei composti ionici semplici, lo stato di ossidazione degli elementi in essi contenuti è uguale alla carica elettrica, poiché durante la formazione di questi composti avviene una transizione quasi completa degli elettroni da un atomo all'altro: Na +1 I -1, Mg +2 Cl -1 2, Al +3 F - 1 3 , Zr +4 Br -1 4 .

Quando si determina lo stato di ossidazione degli elementi nei composti con legami covalenti polari, vengono confrontati i loro valori di elettronegatività. Poiché durante la formazione di un legame chimico, gli elettroni vengono spostati negli atomi di elementi più elettronegativi, questi ultimi hanno uno stato di ossidazione negativo nei composti.

Esistono elementi caratterizzati da un solo valore di stato di ossidazione (fluoro, metalli dei gruppi IA e IIA, ecc.). Il fluoro, caratterizzato dal più alto valore di elettronegatività, ha sempre uno stato di ossidazione negativo costante (-1) nei composti.

Gli elementi alcalini e alcalino terrosi, caratterizzati da un valore di elettronegatività relativamente basso, hanno sempre uno stato di ossidazione positivo pari rispettivamente a (+1) e (+2).

Esistono però anche elementi chimici caratterizzati da diversi stati di ossidazione (zolfo - (-2), 0, (+2), (+4), (+6), ecc.).

Per rendere più facile ricordare quanti e quali stati di ossidazione sono caratteristici di un particolare elemento chimico, utilizzare le tabelle degli stati di ossidazione degli elementi chimici, che assomigliano a questa:

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1

• Lo stato di ossidazione del fosforo nella fosfina è (-3) e nell'acido ortofosforico - (+5). Cambiamento nello stato di ossidazione del fosforo: +3 → +5, cioè prima opzione di risposta.
• Lo stato di ossidazione di un elemento chimico in una sostanza semplice è zero. Il grado di ossidazione del fosforo nell'ossido di composizione P 2 O 5 è (+5). Cambiamento nello stato di ossidazione del fosforo: 0 → +5, cioè terza opzione di risposta.
• Il grado di ossidazione del fosforo nella composizione acida HPO 3 è (+5) e H 3 PO 2 è (+1). Cambiamento dello stato di ossidazione del fosforo: +5 → +1, cioè quinta opzione di risposta.

ESEMPIO 2