§ 2. Степень окисления и валентность атомов

Степень окисления (С.О.) – это условный заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предложения о чисто ионном характере химической связи. Степень окисления может иметь отрицательное, положительное и нулевое значение, которое обозначают арабскими цифрами со знаком ''+'' или ''-'' и ставят над символом элемента, например:

Cl₂⁰,K⁺₂O^-2, H⁺N⁺⁵O^-2

Нулевую степень окисления имеют нейтральные атомы (например, Mg, H₂, O₂). Для ряда элементов С.О. атомов в соединениях постоянна. К ним относятся:

Элемент С.О.

Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, H (кроме гидридов) +1

Be, Mg, Ca, Sr, Ba +2

Al, Sc +3

Галогены в галлидах (МеГх ^–1) и водород в гидридах (МеНх) -1

О (кроме пероксидов) -2

Пользуясь этими сведениями, можно вычислять С.О. других атомов в соединениях, учитывая, что АЛГЕБРАИЧЕСКАЯ СУММА СТЕПЕНЕЙ ОКИСЛЕНИЯ ВСЕХ АТОМОВ В СОЕДИНЕНИИ ВСЕГДА РАВНА НУЛЮ, А В СЛОЖНОМ ИОНЕ – ЗАРЯДУ ИОНА.

Например, в соединениях FeO, NaFeO₂, K₂FeO₄ С.О. атома железа будет соответственно +2, +3, +6, т.к. С.О. атома кислорода равна -2, натрия и калия - +1, а алгебраическая сумма С.О. всех атомов равна нулю:

Fe⁺²O^-2 Na⁺Fe⁺³O₂^-2 K₂⁺Fe⁺⁶O₄^-2

+2 +(-2)=0 +1+3+2(-2)=0 +1·2+6+4(-2)=0.

Валентность определяется как число химических связей, образуемых данным атомом в соединении.

В простейших случаях валентность атома элемента определяется числом неспаренных электронов в нем, идущих на образование общих электронных пар. Например, в

соединениях НС1, СН₄, Н₂S валентность: С1 - I, C - IV, S - II, т.к. связь в молекулах осуществляется за счет одной, четырёх и двух электронных пар у соответствующего атома (пара электронов при графическом изображении обозначается черточкой).

H―Cl, H―S―H, Н

│

H―C―H

│

H

УПРАЖНЕНИЕ 2. Определите степень окисления атома подчеркнутого элемента в приведенных молекулах или ионах:

KMnO₄, HNO₂, PO₄^3-, Cr₂O₃

-6-

В последнем примере определите так же и валентность подчеркнутого элемента (укажите число химических связей, образуемых данным атомом элемента в соединении).

ОТВЕТ: Для определения С.О. подчеркнутых элементов в приведенных примерах KMnO₄, HNO₂, Cr₂O₃, укажем С.О. всех остальных атомов в соединениях и, подсчитав их алгебраическую сумму, найдем С.О. подчеркнутого элемента как величину равную и противоположную по знаку алгебраической сумме С.О. всех остальных атомов.

В K⁺¹MnO₄^-2 алгебраическая сумма С.О. равна -7, следовательно, С.О. марганца равна +7; в H⁺¹NO₂^-2, рассуждая аналогично, С.О. азота равна +3; в Cr₂O₃^-2 С.О. хрома равна +3.

В ионе РО₄^3- требуется определить С.О. фосфора. Сумма всех степеней окисления атомов в ионе должна быть равна заряду иона. Тогда, обозначив С.О. фосфора через х и умножив степень окисления кислорода (-2) на число его атомов, составим уравнение

х + (-2)·4 = -3, отсюда х= +5.

В молекуле Cr₂O₃ хром трехвалентен, т.е. число химических связей, образуемых хромом равно 3:

В приведенной графической формуле электронная пара ковалентной связи обозначена черточкой.

ЗАДАНИЕ 2 (для самоконтроля) Определите С.О. подчеркнутого элемента в следующих примерах:

а) K₂MnO₄, CrO₂^-, SnCl₄; б) HVO₃, CrO₄^2-, CuI₂;

в) Na₂CO₃, PO₃^3-, Fe₂(SO₄)₃; г) K₂Cr₂O₇, NO₃^-, NH₄OH;

д) NH₄NO₃, CO₃^2-, SnCl₄; е) KNO₂, SO₄^2-, FeCO₃;

ж) NiSO₄, AlO₂^-, Fe(OH)₃; з) K₂SO₃, SnO₃^2-, CaF₂;

и) MnO₂, SnO₂^2-, Fe₂O₃.

В каждом последнем примере задания определите так же и валентность подчеркнутого элемента (укажите число химических связей, образуемых данным атомом элемента в соединении).