Степень окисления водорода
Общие сведения о степени окисления водорода
При температуре ниже -240oС (критическая температура водорода) он под давлением сжижается. Если испарять полученную жидкость, то образуется твердый водород в виде прозрачных кристаллов, плавящихся при -259,2oС.
Водород – самый легкий из всех газов, он в 14,5 раз легче воздуха; масса 1 л водорода при нормальных условиях равна 0,09 г. В воде водород растворим очень мало, но в некоторых металлах, например в никеле, паладии, платине, растворяется в значительных количествах.
Водород имеет три изотопа: протий 1H, дейтерий 2H или D и тритий 3H или T. Их массовые числа равны 1, 2 и 3. Протий и дейтерий стабильны, тритий – радиоактивен. Ядро атома водорода 1H содержит один протон. Ядра дейтерия и трития включают кроме одного протона соответственно один и два нейтрона.
Молекула водорода состоит из двух атомов – H2.
Степень окисления водорода в соединениях
Имея один электрон, водород образует лишь двухатомные молекулы с электронной конфигурацией невозбужденного состояния σ2s. При этом возможны молекулы легкого водорода – протия H2, тяжелого водорода – дейтерия D2, трития T2, протодейтерия HD, прототрития HT и дейтеротрития DT. Все эти молекулы образуются за счет ковалентных неполярных связей, следовательно, степень водорода в простых веществах равна нулю.
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.
Поскольку для водорода возможны положительная и отрицательная степени окисления, водород может проявлять и восстановительные и окислительные свойства.
В качестве окислителя водород взаимодействует с активными металлами:
2Na0 + Ho2 = 2Na+1H-1.
Восстановительные свойства водород проявляет по отношению ко многим оксидам и галогенидам:
Cu+2O + Ho2 = Cu0 + H+12O;
V+2Cl2 + Ho2 = V0 + H+1Cl.
Примеры решения задач
| Задание | Какую степень окисления имеют азот, фосфор, хлор, углерод и сера в соединениях, формулы которых NH3, PH3, HCl, CH4, H2S? |
| Ответ | Для того, чтобы определить степень окисления конкретного элемента в соединении, нужно указать степени окисления известных элементов, а затем записать уравнения электронейтральности.
Рассмотрим на примере молекулы аммиака. Известно, что водород во всех соединения за исключением гидридов проявляет степень окисления (+1): NH+13. Примем за «х» значение степени окисления азота. Уравнение электронейтральности будет выглядеть следующим образом: x + 3×1 = 0; x = -3. Степень окисления азота в аммиаке равна (-3). Аналогичным образом определяем степени окисления фосфора, хлора, углерода и серы в фосфине, хлороводороде, метане и сероводороде. Они будут равны (-3), (-1), (-4) и (-2), соответственно. |
| Задание | Какую степень окисления имеют элементы в оксидах, формулы которых Li2O, CaO, Al2O3, SiO2, N2O5, SO3, Cl2O7? |
| Ответ | Для того, чтобы определить степень окисления конкретного элемента в соединении, нужно указать степени окисления известных элементов, а затем записать уравнения электронейтральности. Известно, что кислород проявляет в оксидах степень окисления (-2).
Рассмотрим на примере молекулы оксида лития. Примем значение степени окисления лития за «x». Уравнение электронейтральности будет выглядеть следующим образом: x×2 + (-2) = 0; 2х — 2= 0; 2х =2; x = 1. Степень окисления лития равна (-3). Аналогичным образом определяем степени окисления других элементов, входящих в состав оксидов. Они будут равны (+2) для кальция, (+3) для алюминия, (+4) для кремния, (+5) для азота, (+6) для серы и (+7) для хлора. |
