3.7. Валентність та ступінь окиснення елементів

• ВАЛЕНТНІСТЬ (W) – це здатність атомів елементу приєдну­ва­ти інші атоми. Валентність дорівнює числу зв'язків, які утворив атом. Валентність може бути постійною і змінною.

Постійну валентність мають наступні елементи:

W = I	F - фтор і елементи 1 А групи (Н, Li, Na, К, Rb, Cs, Fr)
W = ІІ	О - оксиген і елементи 2 А групи (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra)
W = ІІІ	елементи 3 А групи (В, AI, Ga, In)
Решта елементів проявляє змінну валентність

Вища валентність елементу, зазвичай, дорівнює номеру групи періодичної системи, в якій знаходиться даний елемент.

Винятки:

Валентність меншу за номер групи мають	нітроген (N, W = IV), оксиген (O, W = II), фтор (F, W = I), елементи VIІІ групи
Валентність більшу за номер групи мають	мідь (Cu, W = ІІ), золото (Au, W = III), срібло (Ag, W = ІІІ).

Як складати формули сполук за валентністю?

III I IV ІІ

N × Н  NН₃, S × O  S₂O₄  SO₂

V I VII II VI II IV II

Наприклад: PCl₅ Mn₂O₇ SO₃ СO₂

ЯК ЗНАЙТИ ВАЛЕНТНІСТЬ?

x II

SO₃  1x = 2 • 3 = 6  x = 6

• СТУПІНЬ ОКИСНЕННЯ – це умовний заряд, якого набув би атом, якщо б всі зв’язки у його сполуці були би йонними. СТУПІ­НЬ ОКИСНЕННЯ виражають числом частково або повністю зміщених електронів від одного атома до інших в сполуці.

При утворенні зв'язку відбувається перехід електронів від одних, до інших атомів. В результаті такого переходу на атомах утворюються умовні заряди (Са⁺²О^-2, Н⁺N⁺⁵О₃^-2).

Ступінь окиснення дорівнює числу електронів, зміщених "ВІД" або "ДО" атома в молекулі. Ступінь окиснення може бути нульовим « 0 », позитивним « + » негативним « – ».

Ступінь окиснення складається з двох частин:

1) із знаку якщо атом віддав електрон – то знак позитивний (+) якщо атом приєднав електрон – то знак негативний (–)

2) з числа позначає кількість електронів, зміщених від даного атома до інших атомів

 ПРАВИЛА ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ СТУПЕНЯ ОКИСНЕННЯ:

1. Ступінь окиснення = «0» в молекулах простих речовин: Са⁰, С⁰, О₂⁰, Сl₂⁰, H₂⁰.

2. Ступінь окиснення негативний «–» у атомів, що приєднали елект­рони: Сl⁰ + е^– = Cl^–; S⁰ + 2е^– = S^–2; S⁺⁶ + 8е^– = S^–2

3. Ступінь окиснення позитивний «+» у атомів, що віддали електрони:

Na – е^– = Na⁺; Са – 2е^– = Са⁺²; Al – 3е^– = А1⁺³; N^-3 – 8е^– = Na⁺⁵

4. Якщо в ході хімічної реакції ступінь окиснення атома підвищуєть­ся () то атом ОКИСНЮЄТЬСЯ. Якщо ж ступінь окиснення атома понижується () то атом ВІДНОВЛЮЄТЬСЯ.

Ступінь окиснення може бути ПОСТІЙНИМ або ЗМІННИМ.

 ПОСТІЙНИЙ СТУПІНЬ окиснення проявляють такі елементи:

+1	елементи 1 А групи (Li, Na, До, Rb, Cs, Fr) і гідроген (крім гідридів металів (наприклад КН, СаН2,) де гідроген ­­–1)
+2	всі елементи IIА групи: (наприклад Be, Mg, Са)
+3	всі елементи III А групи (крім В, В–3Н3)
–1	фтор F
–2	оксиген О (крім O+2F2 – фторид оксигену, Н2О2–1 – пероксид гідрогену)

Решта елементів проявляє ЗМІННИЙ СТУПІНЬ окиснення, наприклад:

Р (-3, 0, +3, +5)	S (–2, 0 +2 +4 +6)
Cl (–1, 0, +1, +3, +5, +7)	N (–3, –2, 0, +2, +3, +4, +5)

Вищий ступінь окиснення елементу дорівнює номеру його групи в періодичній системі.

Винятки

1) у VIII групі ступінь окиснення +8 проявляють тільки Осмій і Ксенон: ОsС4, ХеО4

2) максимальний ступінь окиснення кисню +2 (OF2), фтору = –1, тобто нижче за номер групи

3) максимальний ступінь окиснення міді +2 (СuО), золота +3 (Аu2О3), тобто вище за номер групи

ЯК ЗНАЙТИ СТУПІНЬ ОКИСНЕННЯ АТОМІВ?

а) в молекулі:

HNO₃ 1(+1) + х + 3(–2) = 0 => х = + 5

A1₂(SО₄)₃ 2(+3) + 3х+12(-2) = 0 => х =+ 6

б) в йоні: CrO₄^2– х + 4(–2) = –2 х = + 6

ЯК СКЛАСТИ ФОРМУЛУ?

Аl⁺³O^–2  А1₂0₃, С⁺⁴O^–2  С₂O₄  СО₂

Суми позитивних і негативних ступенів окиснення в молекулах РІВНІ між собою, тому молекули є ЕЛЕКТРОНЕЙТРАЛЬНими.

Ступінь окиснення і валентність несуть різну інформацію про атом та його сполуки. Валентність показує здатність атома утворювати пев­ну кількість хімічних звязків, а ступінь окиснення харак­те­ризує зміщення електронів при утворенні хімічних звязків.

 ХІМІЧНА КАЗКА

Іноді важко запам'ятати, який процес - віддачі або прийман­ня електронів - називається окисненням, а який - відновленням. Який атом приймає негативний, а який - позитивний ступінь окиснення.

Комусь з вас допоможе рис.3.8, який розказує про реакцію між натрієм і хлором так, ніби це трапилося в "хімічному дитячому садку". В цьому “дитячому садку” порядки такі ж, як і в звичайному. Хлор прийшов в дитячий садок раніше і забрав аж 7 іграшок (електронів). Натрій прийшов трохи пізніше і йому дісталася тільки 1 іграшка - машинка. Тут Хлор побачив у Натрія машинку і вирішив, що саме цієї іграшки йому і не вистачає! Хлор більший і сильніший, тому машинка зразу ж опинилася у нього. А щоб Натрій не ображався (у нього вигляд дуже "кислий"!) Хлор запропонував погратися разом. Але, звичайно ж, всі 8 іграшок Хлор підсунув ближче до себе, а Натрію тільки і залишається, що стояти поряд з “окисненим” виглядом.

Отже, Хлор, звичайно, негативний. Він відібрав чужу іграшку-елект­­рон. Тепер у нього негативний ступінь окиснення. Натрій, безумовно, окиснився - он який у нього “кислий” вигляд. Але і від Хлору він не відходить - іграшок-то більше немає! От і картина утворення хімічного зв'язку в типовій окислювально-відновній реакції.

Залишається тільки додати, щовідно­влюється в таких реакціях окисник, а окислюється - відновник. В нашій історії Хлор - ОКИСНИК, а Натрій – ВІДНОВ-НИК.

Рис. 3.8. Не зовсім звичний запис рів­нян­ня хімічної реакції: Na + Cl = NaCl (див. текст). Хлор - "негативний", він від­би­рає чужі електрони. Натрій "окиснив­ся" - це по­­міт­но по його кислому обличчі.