Находим неизвестную степень окисления
Выбирай формулу. Полосы вкладов покажут, какое значение уравновешивает сумму с учётом индексов.
Учебная схема: размеры, цвета и расстояния условны. Переключатели показывают объяснённые примеры, оценка здесь не выставляется.
Валентность считает связи, степень окисления — условный заряд
В ковалентных соединениях валентность связывают с числом образованных атомом связей с учётом кратности. В H₂O кислород образует две одинарные связи и имеет валентность II. В O₂ двойная связь также соответствует валентности II каждого O, но степень окисления кислорода здесь равна нулю.
| Атом в частице | Валентность | Степень окисления |
|---|---|---|
| O в H₂O | II | −2 |
| O в O₂ | II | 0 |
| O в H₂O₂ | II | −1 |
| N в NH₄⁺ | IV | −3 |
Степень окисления получают при условном отнесении связывающих электронов к более электроотрицательному атому. Она имеет знак и не обязана совпадать с валентностью. В H₂O₂ кислород двухвалентен, а его степень окисления −1; в NH₄⁺ азот четырёхвалентен и имеет степень окисления −3.
Валентность и степень окисления описывают разные характеристики атома. Совпадение их численных значений возможно, но не обязательно.
Правила, с которых начинают
В простом веществе степень окисления элемента равна нулю: Fe, O₂, O₃. У одноатомного иона она равна заряду иона. В большинстве соединений O имеет −2, H +1, а F −1.
| Случай | Степень окисления |
|---|---|
| Простое вещество | 0 |
| Одноатомный ион | Равна заряду |
| O обычно | −2; в пероксидах −1 |
| H обычно | +1; в гидридах металлов −1 |
| F в соединениях | −1 |
Есть исключения: в пероксидах O имеет −1, в гидридах металлов H имеет −1. Поэтому сначала читают тип вещества, а затем применяют обычное правило. Исключения не отменяют общий принцип суммы зарядов.
Для определения степени окисления используют опорные правила. Перед расчётом проверяют известные исключения.
Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Ржавчина на поверхности железа
Коррозия железа показывает превращение вещества; ржавчина имеет сложный состав и не является одним чистым оксидом.
Titus Tscharntke · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Сумма в нейтральном соединении равна нулю
В H₂SO₄ два H дают +2, четыре O дают −8. Для нейтральности S должен дать +6: 2 · (+1) + x + 4 · (−2) = 0. Поэтому степень окисления серы +6.
- Назначить известные
H +1, O −2.
- Умножить на индексы
2 · (+1) и 4 · (−2).
- Найти неизвестное
x = +6 для S.
Учитывают индексы всех атомов. Для Fe₂O₃ уравнение 2x + 3 · (−2) = 0 даёт x = +3. Нельзя приписать каждому Fe значение +6, забыв, что железа два атома. В конце полезно проверить: 2 · (+3) + 3 · (−2) = 0, поэтому заряд всей формульной единицы скомпенсирован.
Алгебраическая сумма степеней окисления нейтрального соединения равна нулю. Индексы учитывают как множители вкладов.
У сложного иона сумма равна его заряду
В SO₄²⁻ сумма должна быть −2: x + 4 · (−2) = −2, откуда S +6. Правило отличается от нейтральной молекулы правой частью уравнения.
Сумма степеней окисления равна заряду частицы
SO₄²⁻
Для нейтрального соединения справа был бы ноль. Для сложного иона справа ставят его полный заряд.
После расчёта подставляют результат обратно. Для NH₄⁺: x + 4 = +1, поэтому N −3. Знак внешнего заряда относится ко всему иону, а не только к последнему атому формулы. Для иона нельзя молча заменить правую часть нулём: это привело бы к другому значению степени окисления. Для Mn в KMnO₄: (+1) + x + 4(−2) = 0, поэтому x = +7. Для S в SO₄²⁻: x + 4(−2) = −2, откуда x = +6. Правая часть зависит от заряда всей частицы. Исключения учитывают до вычисления: в пероксидах O имеет −1, в OF₂ кислород +2, потому что F имеет −1. Условная степень окисления не описывает точный реальный заряд атома в молекуле.
Подробности: понятия и примеры
- SO₄²⁻
- x − 8 = −2 → S +6
- NH₄⁺
- x + 4 = +1 → N −3
- Проверка
- Сумма должна совпасть с зарядом частицы
Сумма степеней окисления сложного иона равна его заряду. Проверка подстановкой подтверждает найденное значение.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 15. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 15. Валентность и степень окисления.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e