Окислювально – відновні властивості елементів. Ступінь окислення

Передача електронів від атома до атома називається окисленням – відновленням. Окислюється той атом, який віддає свої електрони, а приймаючий електрони – відновлюється.

Якщо в результаті реакції виходить іонну сполуку, то позитивно заряджений іон утворився з того елемента, який віддав свої електрони, а негативний іон – з елемента, який електрони прийняв.

Наприклад, натрій активно взаємодіє з хлором (зовні це нагадує горіння з виділенням білого диму – дуже дрібних кристалів NaCl). У утворилася солі Na + Cl – натрій заряджений позитивно, а хлор негативно. Отже, натрій окислився, а хлор – відновився. Трохи пізніше ми пояснимо, як легше запам’ятати нові терміни.

Завдяки передачі електронів від атома до атома багато іони, що утворюються у цих реакціях, мають електронну конфігурацію інертних газів. Придбання стійких ” завершених ” оболонок дає великий виграш в енергії. Такі однакові електронні оболонки іонів називаються ізоелектронними. У першій частині таблиці 3-4 зібрані іони, ізоелектронними атому неону (він поставлений першим), в іншій частині таблиці – іони, ізоелектронними атому аргону. Кількість відданих або прийнятих атомом електронів називається ступенем окислення атома в молекулі.

Можна продовжити це визначення:

При зв’язуванні різних атомів ступінь окислення дорівнює заряду, який придбав би атом в цьому з’єднанні, якби воно могло складатися з іонів.

Досить просто визначати ступінь окислення в іонних сполуках, де відразу видно, звідки і куди перейшли електрони. З таблиці. 3-4 видно, що знак і величина ступеня окислення завжди збігаються зі знаком і зарядом одноатомних іонів.

Горіння магнію в кіслородеНапрімер, при взаємодії магнію з киснем утворюється іонну сполуку Mg2 + O2 – (де 2 + і 2 – заряди іонів магнію і кисню, табл. 3-4). Подивіться відеоопит з “Єдиної колекції цифрових освітніх ресурсів ” – горіння магнію в кисні.

Ступінь окислювання магнію становить +2, а ступінь окислення кисню становить -2. Точно так само в з’єднанні CaCl2 ступінь окислення кальцію +2, а ступінь окислення хлору -1.

Другий заряд “-” не може з’явитися на атомі кисню тому, що кисень не в змозі відтягнути електрони від свого сусіда – точно такого ж атома кисню. Висновок: ступінь окислювання кисню в цьому з’єднанні становить -1 (хоча його валентність і раніше II). Ступінь окислювання водню становить +1.

Ступінь окислення і валентність несуть різну інформацію про атом в його з’єднаннях. Валентність просто характеризує здатність атома утворювати деяку кількість хімічних зв’язків, а ступінь окислення описує зміщення електронів при утворенні хімічних зв’язків.

Отже, уточнимо визначення ступеня окислення з урахуванням всього того, що було сказано про ковалентних сполуках:

СТУПІНЬ ОКИСЛЕННЯ виражають числом частково або повністю зміщених електронів від одного атома до іншого в їх з’єднанні.

Якщо атом віддав електрони, його ступеня окислення приписується знак ” +”, а якщо атом прийняв електрони, то знак “-“. Можлива і нульова ступінь окислення атома в молекулі, якщо електрони нікуди не зміщувалися або число відданих і прийнятих електронів однаково.

Ступінь окислення – дуже важлива величина, що відноситься до основних понять хімії. Фактично, ступінь окислення описує стан атома в з’єднанні.

Є кілька корисних правил, які стосуються ступенів окислення:

1) Ступінь окислювання атома будь-якого елемента у вільному стані дорівнює нулю.

Це пов’язано з тим, що в суто ковалентних двохатомних молекулах електрони що зміщені до жодного з атомів. Якщо речовина знаходиться в атомному стані, то ступінь окислення його атомів також дорівнює нулю. Приклади молекул, де ступеня окислення атомів дорівнюють нулю: H2, Fe, F2, Na, O2, N2, Ar.

2) Ступінь окислювання будь-якого простого одноатомного іона дорівнює його заряду. приклади:

H + (+1),

Fe3 + (+3),

F- (-1),

Na + (+1).

3) Ступінь окислювання водню в його з’єднаннях з іншими елементами дорівнює +1.

Приклади молекул, де водень має ступінь окислення +1: H2O, NH3, CH4, HF, HCl. Виняток становлять досить рідкісні сполуки – гідриди металів (наприклад, LiH), в яких ступінь окислення водню дорівнює -1, тому що електронегативність металів менше, ніж у водню.

4) Ступінь окислювання кисню дорівнює -2 у всіх з’єднаннях, де кисень не утворює простий ковалентного зв’язку О -О.

Приклади молекул, де кисень має ступінь окислення -2 (таких сполук кисню – переважна більшість): H2O, SO2, SO3, NO2. Позитивну ступінь окислення кисень проявляє тільки в з’єднаннях з фтором (наприклад, в з’єднанні OF2, де ступінь окислювання кисню дорівнює +2).

5) Алгебраїчна сума ступенів окислювання всіх атомів у формулі нейтрального з’єднання завжди дорівнює нулю.

6) Якщо в ході хімічної реакції ступінь окислення атома підвищується, то говорять, що він окислюється. Якщо ж ступінь окислення знижується, то говорять, що він ВІДНОВЛЮЄТЬСЯ.

Ці правила корисні в багатьох випадках. Подивіться, наприклад, як c їх допомогою легко визначається ступінь окислення елемента зі змінною (або невідомої) валентністю з молекулярної формулою. Припустимо, є з’єднання H2SO3. Питається, яка ступінь окислення сірки ? Оскільки ступінь окислення водню завжди (+1), а ступінь окислювання кисню (-2), то неважко підрахувати, що позитивні і негативні ступені окислення ” урівноважать ” один одного в молекулі H2SO3 тоді, коли ступінь окислення сірки становитиме (+4).

Посилання на основну публікацію