Справочники / Врублевский А.И. Химия. Теоретический курс для подготовки к ЕГЭ
.pdf150 Общая химия
пользует для образования ковалентных связей (эти АО назы ваются валентными). Число валентных АО не всегда равно числу валентных (участвующих в образовании химической связи) электронов. В случае элементов 2-го периода число валентных АО равно четырем и для атомов Li—В число ва лентных электронов меньше числа валентных АО, для элемен тов N—F число валентных электронов больше числа валентных орбиталей. В случае атома С число валентных электронов и число валентных АО одинаково и равно четырем. Валентность атома В равна IV, например, в соединении H3N • BF3. В атоме азота число валентных АО равно 4 (одна 2s и три 2р), а чис ло валентных электронов равно 5 (2,$’22р3). Напомним, что для
элементов A-групп валентными являются только 5- и ^-элект роны внешнего электронного слоя, а для элементов В-групп — 5-электроны внешнего и электроны предвнешнего электрон ных слоев (в случае ^-элементов).
Ковалентность целочисленна и не имеет знака, ее указы вают римской цифрой.
С учетом того что ковалентные связи могут образовывать ся по обменному или донорно-акцепторному механизму, мож но утверждать, что ковалентность атомов зависит от числа неспаренных электронов и неподеленных пар, а также вакант ных орбиталей на валентных энергетических уровнях и под уровнях.
Высшая ковалентность всех атомов элементов 2-го пе риода равна четырем, т. е. указанные атомы макси мально могут образовать только 4 ковалентные связи.
Например, ковалентность атома бора становится такой, когда он, находясь в возбужденном состоянии, образует три ковалентные связи по обменному механизму (за счет неспа ренных электронов) и одну — по донорно-акцепторному (за счет вакантной АО):
2s
5*в |Т
Глава 5. Ионная и металлическая связь... |
151 |
Высшая ковалентность атома азота также равна четырем (на валентном — втором энергетическом уровне — имеются четыре АО: одна 5 и три р), которая достигается образовани ем трех связей по обменному механизму (за счет неспаренных 2р-электронов) и одной — по донорно-акцепторному (за счет неподелейной пары 2s1 электронов):
2s
7N п т I ? I т
Ковалентность атома N равна IV в молекулах HNO3, N,O5, ионе NH+
Объясняют такую высшую ковалентность атомов элементов 2-го периода не отсутствием у них вакантных АО, а тем, что вакантные орбитали более высоколежащих энергетических уровней недоступны для вовлечения в химическую связь (име ют слишком высокую энергию). Однако в атомах элементов 3-го периода имеются Зс/-орбитали, энергия которых не силь но отличается от энергии 35- и 3/э-орбиталей. Поэтому валент
ные возможности атомов элементов этого периода увеличива ются за счет распаривания спаренных электронов внешнего
слоя и перехода их на вакантные 3<7-АО, как, например, у атома серы:
|
35 |
Зр |
3d |
Ковалентность S = II |
U |
U т т |
'1 |
(И t |
|||
|
2 неспаренных электрона |
||
|
35 |
Зр |
3d |
Ковалентность S = IV |
|
|
т |
|
4 неспаренных электрона |
||
|
35 |
Зр |
3d |
Ковалентность S = VI
т т т
6 неспаренных электронов
Глава 5. Ионная и металлическая связь... |
153 |
||
+2 |
+1 |
—1 |
—1/2 |
(OF2, O,F9), пероксиды (Н9О2), надпероксиды (КО2) и озониды
-1/3
(CsO2).
6. Степень окисления атома водорода в большинстве соеди-
-1
нений равна +1, за исключением гидридов металлов (КН),
-1 |
-1 |
силана SiH4, соединений с бором (ВН,) и комплексных гидри-
-1 -1
дов NaBH4, LiAlH4.
7.В электронейтральных частицах алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов равна нулю, а в сложных ионах — заряду иона.
8.Высшая положительная степень окисления атома, как правило, равна номеру группы в периодической системе (ис ключения: медь, серебро, золото, фтор, кислород); например, высшая степень окисления атома азота равна +5 (не путайте
свалентностью!).
9.Для атомов неметаллов групп IVA—VIIA низшая отри
цательная степень окисления равна разности номера группы
ичисла 8; например, для атомов азота и хлора низшие значе ния степени окисления соответственно равны -3 (5 - 8 = -3)
и-1 (7 - 8 = -1). Низшая степень окисления атома бора рав на -3. Для атомов металлов низшая степень окисления равна нулю.
Низшую степень окисления неметаллы проявляют в соеди-
-2 |
-1 |
-4 |
-4 |
нениях с металлами (CuS, NaCl, Ca2Si, А14С?) и другими неме-
+3 -2 +2 -1
таллами, электроотрицательность которых меньше (P2S3, SC12,
-3+1 -4+1 +4-1
РН3, сн4, SiH4).
Напомним, что во всех солях данной неорганической кис лоты степень окисления атома кислотообразующего элемента
+6 |
+6 |
+6 |
такая же, как и в кислоте: H2SO4, K2SO4, Fe2(SO4)3.
Рассмотрим примеры расчета степени окисления атомов для электронейтральных и заряженных частиц.
154 |
Общая химия |
Определим степень окисления атома Мп в К2МпО4. Со гласно правилам 3 и 4, степень окисления атома калия +1 и -2 у атома кислорода, поэтому в соответствии с правилом 7 имеем (х — степень окисления атома марганца):
+1 х -2
К,МпО4
2(+1) + х + 4(—2) — 0;
х — +6.
Определим степень окисления атома Сг в ионе Сг2О2-. Согласно правилу 5, степень окисления атома кислорода рав на -2, поэтому с учетом заряда иона, равного -2, и числа атомов хрома (2) имеем (х — степень окисления атома хрома):
х-2
[Сг2О7]2-
2х + 7(-2) = -2;
х = +6.
Определим степень окисления атома железа в составе Fe2(SO4)3. Заряд группировки атомов SO4 равен -2. Тогда имеем:
Fe2(SO4)-2: 2х + 3(-2) = 0; х = +3.
Определим степень окисления атома хрома в составе комп лексной соли [Cr(NH3)3(H2O)3]Cl3. Молекулы NH3 и Н2О электронейтральны, а заряд хлорид-иона равен -1. Имеем:
хО 0 -1
[Cr(NH3)3(H2O)3]Cl3: х + 3(0) + 3(0) - 3 = 0; х = +3.
Для одного и того же атома в одном и том же соединении или ионе численные значения степени окисления и ковалент
ности могут как совпадать (NH3, СН4, Н2О), так и не совпадать
(Н2О2, NH4, HNO3). Несовпадение наблюдается для простых
веществ молекулярного строения (N2, Н2, О2), в случае которых степень окисления атомов всегда равна нулю, а также если:
