Степень окисления углерода
Общие сведения о степени окисления углерода
В свободном состоянии углерод известен в виде алмаза, кристаллизующегося в кубической и гексагональной (лонсдейлит) системе, и графита, принадлежащего к гексагональной системе. Такие формы углерода, как древесный уголь, кокс или сажа имеют неупорядоченную структуру. Также есть аллотропные модификации, полученные синтетическим путем – это карбин и поликумулен – разновидности углерода, построенные из линейных цепных полимеров типа …-C≡ C-C≡C-… или .. = C = C = C = C = ….
Известны также аллотропные модификации углерода, имеющие следующие названия: графен, фуллерен, нанотрубки, нановолокна, астрален, стеклоуглерож, колоссальные нанотрубки; аморфный углерод, углеродные нанопочки и углеродная нанопена.
В природе углерод находится в виде двух стабильных изотопов 12С (98,892%) и 13С (1,108%).
Степень окисления углерода в соединениях
Углерод существует в виде нескольких простых веществ – аллотропных модификаций (см. выше), в которых его степень окисления равна нулю.
С менее электроотрицательными, чем он сам, элементами углерод дает карбиды. Поскольку для углерода характерно образовывать гомоцепи, состав большинства карбидов не отвечает степени окисления углерода (-4): Si+4C-4, B4C-4, CaC-42, Al4C-43. В качестве простейшего карбида можно рассматривать метан C-4H4.
Углерод проявляет степени окисления (+2) и (+4), в соединениях с более электроотрицательными, чем он сам, неметаллическими элементами, например C+2O-2, C+2S-2, H+1C-2N+1, C+4O-22, C+4F-14, C+4O-2S-2, C+4O-2Cl-12, C+4Cl-14 и т.д.
Примеры решения задач
| Задание | Определите степени окисления кислотообразующих элементов в следующих соединениях: HNO2, H2CO3, H4SiO4, HPO3. |
| Решение | В указанных соединениях кислотообразующими элементами являются азот, углерод, кремний и фосфор. Степень окисления кислорода равна (-2), а водорода – (+1). Примем за «х» степень окисления кислотообразующего элемента и при помощи уравнения электронейтральности найдем её значение:
1 + x + 2×(-2) = 0; x -3 = 0; x = +3. Степень окисления азота равна (+3). 2×(+1) + x + 3×(-2) = 0; x -4 = 0; x = +4. Степень окисления углерода равна (+4). 4×(+1) + x + 4×(-2) = 0; x -4 = 0; x = +4. Степень окисления кремния равна (+4). 1 + x + 3×(-2) = 0; x -5 = 0; x = +5. Степень окисления фосфора равна (+5). |
| Ответ | HN+3O2, H2C+4O3, H4Si+4O4, HP+5O3. |
| Задание | Укажите степени окисления водорода в соединениях: NaH, CaH2, H2, HBr, H2SO3. |
| Решение | Степень окисления элемента в простом веществе всегда равна нулю (Ho2).
Укажем значения степеней окисления известных элементов: Na+1H, Ca+2H2, HBr-1. Примем за «х» степень окисления водорода и при помощи уравнения электронейтральности найдем её значение: (+1) +х = 0; x = -1. (+2) +2×х = 0; 2х = -2; x = -1. (-1) +х = 0; x = +1. Кислотный остаток SO32- указывает значение наименьшего общего кратного с водородом. Оно равно 2. Так как в составе молекулы находится 2 атома водорода, то степень окисления этого элемента в сернистой кислоте равна (+1). |
| Ответ | NaH-1, CaH-12, Ho2, H+1Br, H+12SO3. |
