Циклопедия скорбит по жертвам террористического акта в Крокус-Сити (Красногорск, МО)

Степень окисления

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Введение в степени окисления // KhanAcademyRussian
Степень окисления

Степень окисления (окислительное число, формальный заряд) — воспомогательное число для записи процессов окисления, восстановления и окислительно-восстановительных реакций, численная величина электрического заряда, приписываемого атому в молекуле в предположении, что электронные пары, осуществляющие связь, полностью смещены в сторону более электроотрицательных атомов.

Принимается, что обычная степень окисления водорода равна +1, а кислорода —2. Физического смысла степень окисления не имеет. Лишь в случае идеального ионного соединения степень окисления элементов соответствует заряду их ионов.

С увеличением степени окисления реальный заряд на атоме в соединении уменьшается. Знак степени окисления зависит от электроотрицательности образующих соединение элементов.

Практические правила пользования степеней окисления:

  • сумма степеней окисления атомов в любой частице равна ее электрическому заряду; степень окисления элемента в его простом веществе равна нулю;
  • в соединении с другими элементами фтор всегда проявляет степень окисления —1;
  • степень окисления кислорода в соединениях обычно равна —2 (кроме OF2(+2), H2O2(-1) и др.);
  • степень окисления водорода чаще +1 и реже —1;
  • максимальная положительная степень окисления элемента обычно численно совпадает с номером его группы в периодической системе, максимальная отрицательная степень окисления элемента равна максимальной положительной степени окисления минус восемь.

Исключение составляют фтор, кислород, гелий, неон, аргон, а также элементы подгруппы кобальта и никеля: их высшая степень окисления выражается числом, значение которого ниже, чем номер группы, к которой они относ ся. У элементов подгруппы меди, наоборот, высшая степень окисления больше единицы, хотя они и относятся к I группе.

Степень окисления может существенно повлиять на свойства элемента. Например, хром с степенью окисления + III является важным микроэлементом для человека, но при степени окисления + VI он токсичен.

Расчет степени окисления[править]

В молекуле воды (H2O) электроны общей связи расположены ближе к атому кислорода, потому что он более электроотрицателен, чем водород. Таким образом, при расчете степени окисления кислород имеет восемь внешних электронов. Таким образом, воображаемый заряд кислорода, то есть степень окисления, равен −II, поскольку нейтральный кислород имеет шесть внешних электронов. Степень окисления обоих атомов водорода без электронов такая же, как заряд протона, то есть + I.

Проблемы при вычислении степеней окисления чаще всего связаны с переходными металлами, которые могут иметь очень разные степени окисления в зависимости от соединения, но их степени окисления чаще всего можно определить по степеням окисления других атомов в соединении. Число окисления не всегда нужно рассчитывать непосредственно на основе определения, но можно использовать следующие правила:

  1. В элементе степень окисления атома равна 0.
  2. Степень окисления одноатомного иона равна заряду иона. Таким образом, степень окисления щелочных металлов в соединениях почти всегда + I, а щелочноземельных металлов + II.
  3. В нейтральной молекуле сумма степеней окисления всех атомов равна нулю. В ионной молекуле сумма степеней окисления атомов равна заряду иона.
  4. Для некоторых атомов степень окисления всегда или почти всегда одинакова, независимо от соединения:
  • Степень окисления фтора в соединениях всегда равна −I (поскольку фтор является наиболее электроотрицательным элементом).
  • Степень окисления кислорода в соединениях обычно составляет −II.
В пероксидах с простой связью кислород-кислород (например, H2O2) степень окисления составляет −I.
В супероксидах с ионом O2 — (например, KO2) степень окисления составляет −1/2.
В озонидах (например, NaO3) степень окисления кислорода составляет −1/3.
Согласно пункту 4, степень окисления кислорода, например, в OF2 составляет + II.
На основании пункта 1 степень окисления для O2 и O3 равна 0.
  • Степень окисления водорода обычно составляет + I в соединениях, но −I в гидридах металлов.
  • Степень окисления щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) в соединениях составляет + I.
  • Степень окисления щелочноземельных металлов (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) в соединениях составляет + II.

Примеры[править]

Карбонат калия (K2CO3) имеет два иона K+ и один ион CO32−. Таким образом, степень окисления калия в карбонате составляет + I. Степень окисления кислорода −II. Чтобы получить заряд −2 для карбонат-иона, степень окисления углерода должна быть + IV, поскольку −2 · 3 + 4 = −2.

В магнетите (Fe3O4) средняя степень окисления железа составляет +8/3, при 8/3 · 3 − 2 · 4 = 0. Эта степень окисления не является целым числом, потому что магнетит имеет один ион Fe2+ и два Fe3+ ионов на формульную единицу.

Поскольку степень окисления цинка всегда + II, можно сделать вывод, что формула хлорида цинка — ZnCl2. Если элемент может иметь несколько степеней окисления, степень окисления указывается римскими цифрами в названии соединения, например, хлорид железа (FeCl2) и хлорид железа (FeCl3).

Показатели окисления можно использовать для просмотра окислительно-восстановительных реакций. Например, метан горит следующим образом: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. В реакции степень окисления водорода не меняется. Четыре атома кислорода формально получают в общей сложности 8 электронов, так как их степень окисления равна нулю в начале и −II в конце. Реакция находится в равновесии по отношению к электронам, потому что углерод теряет 8 электронов (степень окисления в начале −IV и в конце + IV). В результате реакции степень окисления углерода увеличивается, то есть углерод окисляется. Степень окисления кислорода уменьшается, то есть кислород уменьшается.

См. также[править]