Степень окисления

Понятие «степень окисления»

Для характеристики состояния элементов в соединениях введено понятие степени окисления.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Число электронов, смещенных от атома данного элемента или к атому данного элемента в соединении называют степенью окисления. Положительная степень окисления обозначает число электронов, которые смещаются от данного атома, а отрицательная – число электронов, которые смещаются к данному атому.

Из этого определения следует, что в соединениях с неполярными связями степень окисления элементов равна нулю. Примерами таких соединений могут служить молекулы, состоящие из одинаковых атомов (N₂, H₂, Cl₂).

Степень окисления металлов

Степень окисления металлов в элементарном состоянии равна нулю, так как распределение электронной плотности в них равномерно.

В простых ионных соединениях степень окисления входящих в них элементов равна электрическому заряду, поскольку при образовании этих соединений происходит практически полный переход электронов от одного атома к другому: Na⁺¹I^-1, Mg⁺²Cl^-1₂, Al⁺³F^-1₃, Zr⁺⁴Br^-1₄.

При определении степени окисления элементов в соединениях с полярными ковалентными связями сравнивают значениях их электроотрицательностей. Поскольку при образовании химической связи электроны смещаются к атомам более электроотрицательных элементов, то последние имеют в соединениях отрицательную степень окисления.

Фтор, характеризующийся наибольшим значением электроотрицательности, в соединениях всегда имеет постоянную отрицательную степень окисления (-1).

Для кислорода, также имеющего высокое значение электроотрицательности, характерна отрицательная степень окисления обычно (-2), в пероксидах (-1). Исключение составляет соединение состава OF₂, в котором степень окисления кислорода равна (+2).

Степень окисления щелочных и щелочноземельных элементов

Щелочные и щелочноземельные элементы, для которых свойственно относительно невысокое значение электроотрицательности, всегда имеют положительную степень окисления, равную соответственно (+1) и (+2).

Постоянную степень окисления (+1) в большинстве соединений проявляет водород, например H⁺¹Cl^-1, H⁺¹₂O^-2, P^-3H⁺¹₃. Однако в гидридах степень окисления водорода – (-1), например Li⁺¹H^-1, Ca⁺²H^-1₂.

Понятие степени окисления для большинства соединений имеет условных характер, так как не отражает реальный заряд атома. Однако это понятие весьма широко используется в химии.

Большинство элементов могут проявлять разную степень окисления в соединениях. При определении их степени окисления пользуются правилом, согласно которому сумма степеней окисления элементов в электронейтральных молекулах равна нулю, а в сложных ионах – заряду этих ионов. В качестве примера рассчитаем степень окисления азота в соединениях состава KNO₂ и HNO₃. Степень окисления водорода и щелочных металлов в соединениях равна (+), а степень окисления кислорода – (-2). Соответственно степень окисления азота равна:

KNO₂ 1+ x +2×(-2) = 0, x=+3.

HNO₃ 1+x+ x +3×(-2) = 0, x=+5.

Аналогичным образом можно определить степень окисления элементов в любых соединениях. Для примера приведем соединения азота с разными степенями окисления: N^-3H⁺¹₃, N^-2₂H⁺¹₂, N^-1H⁺¹₂O^-2H⁺¹, N^o₂, N⁺¹₂O^-2, N⁺²O^-2, Na⁺¹N⁺³O^-2₂, N⁺⁴O^-2₂, K⁺N⁺⁵O^-2₃.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Такую же степень окисления, как и в N₂O₅, азот имеет в соединении: а) NO₂; б) KNO₃; в) KNO₂; г) NH₃.

Решение

Определим степень окисления азота в исходном соединении N₂O₅. Для этого составим уравнение электронейтральности. Известно, что кислород проявляет в оксидах степень окисления (-2). Примем значение степени окисления азота за «x». Тогда, получим выражение:

x×2 + 5×(-2) = 0;

2x -10 = 0;

2x = 10;

x = 5.

Т.е. степень окисления азота равна (+5).

Чтобы найти верный ответ на поставленный вопрос будем поочередно определять степень окисления азота в каждом из предложенных вариантов.

а)

x + 2×(-2) = 0;

x -4 = 0;

x = 4.

Степень окисления азота в равна (+4). Следовательно, ответ неверный.

б)

1 + x + 3×(-2) = 0;

1 + x -6 = 0;

x-5 = 0;

x = 5.

Степень окисления азота в равна (+5). Следовательно, ответ верный.

Ответ

Вариант б.

ПРИМЕР 2

Задание

Установите соответствие между схемами превращения веществ и изменение степени окисления серы:

Схемы превращений	Изменение степени окисления серы
H₂S + NO → H₂O + S + N₂	-2 → +6
H₂S + NO → H₂O + S + N₂	+2 → +4
S + NO₂→ SO₃ + NO	0 → +4
S + NO₂→ SO₃ + NO	0 → +6
H₂SO₃ + N₂H₂→ S + N₂ + H₂O	+4 → 0
H₂SO₃ + N₂H₂→ S + N₂ + H₂O	-2 → 0

Ответ

Будем поочередно определять степень окисления серы в каждой из предложенных схем превращений, а затем выберем верный вариант ответа.

В сероводороде степень окисления серы равна (-2), а в простом веществе – сере – 0:

1×2 + x =0;

x = -2.

Изменение степени окисления серы: -2 → 0, т.е. шестой вариант ответа.

В простом веществе – сере — степень окисления серы равна 0, а в SO₃ – (+6):

x+ 3×(-2) =0;

x- 6 =0;

x = 6.

Изменение степени окисления серы: 0 → +6, т.е. четвертый вариант ответа.

В сернистой кислоте степень окисления серы равна (+4), а в простом веществе – сере – 0:

1×2 +x+ 3×(-2) =0;

2 +x- 6 =0;

x- 4 =0;