11. Теоретические основы в химии
Читать 0 мин.
11.290. Степень окисления и валентность
Степень окисления ― это условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что молекула состоит из ионов и в целом электронейтральна.
Существуют следующие правила для определения степеней окисления (СО):
- CO любого элемента в простом веществе (Н2, Al, S) равна 0.
- Сумма всех CO атомов в молекуле равна 0.
- Наиболее электроотрицательные элементы в соединении имеют отрицательные CO, а атомы элементов с меньшей электроотрицательностью ― положительные.
Например, азот более электроотрицательный, чем водород, поэтому он имеет заряд –3, а водород +1. В молекуле три атома водорода, каждый дает заряд +1, а в сумме +3, молекула сама нейтральна, заряд = 0.
4. Максимальная CO любого элемента равна номеру группы (исключения: медь, серебро, золото, фтор, кислород), а минимальная отрицательная равна N – 8, где N ― номер группы.
Некоторые элементы имеют постоянные CO, их нужно знать, они помогут вычислить СО других элементов, имеющих несколько значений СО.
- щелочных металлов +1;
- Mg, Be и щелочноземельных металлов +2;
- алюминия +3;
- фтора –1;
- водорода +1 (кроме гидридов NaH, CaH2 и др., где степень окисления водорода ―1);
- кислорода –2 (кроме OF2 и пероксидов, содержащих группу –O–O–, в которой степень окисления кислорода ―1).
Пример расчета степеней окисления в сложной молекуле (серная кислота):
Изображаем структурную формулу молекулы, черточка ― это связь, пара электронов.
Из черточки рисуем стрелку, направленную к более ЭО атому. Эта стрелка символизирует переход электрона к атому. Если связаны два одинаковых атома, оставляем черту как есть ― нет перехода электронов.
У кислрода и водорода известные степени окисления: у кислорода -2, у водорода +1. Степень окисления серы принимаем за X.
Составляем уравнение (складываем все степени окисления и приравниваем к 0, так как молекула является нейтральной)
+1 + (+1) + (-2) + (-2) + (-2) + (-2) + Х = 0
X = +6
Валентность ― способность атомов образовывать определенное количество связей с другими атомами.
Валентные возможности атомов определяются:
- числом неспаренных электронов (одноэлектронных орбиталей);
- наличием свободных орбиталей;
- наличием неподеленных пар электронов.
Если нарисовать структурную формулу и посчитать количество черточек (связей) мы узнаем валентность.
Для примера разберем молекулу серной кислоты:
Взаимосвязь между высшей валентностью элемента и числом неспаренных электронов.
|
№ группы |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
|
Элементы |
Li |
Be |
B |
C |
N |
O |
F |
Na |
Mg |
Al |
Si |
P |
S |
Cl |
|
Число неспаренных электронов в основном состоянии |
1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
2 |
1 |
1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
2 |
1 |
|
Число неспаренных электронов в возбужденном состоянии |
- |
2 |
3 |
4 |
- |
- |
- |
- |
2 |
3 |
4 |
5 |
4 6 |
3 5 7 |
|
Высшая валентность |
I |
II |
III |
IV |
III |
II |
I |
I |
II |
III |
IV |
V |
IV |
VII |
Рассмотрим атом серы, какие валентности он может иметь.
Для атома серы переход в возбужденное состояние возможен. В процессе возбуждения электроны атома серы переходят с 3s- и 3p-подуровней на свободные орбитали 3d-подуровня:
В возбужденных состояниях (обозначаются символом элемента со звездочкой) валентность серы равна IV и VI.
