Zadanie określenia stopnia utlenienia może być albo prostą formalnością, albo złożoną zagadką. Przede wszystkim będzie to zależeć od wzoru związku chemicznego, a także od dostępności podstawowej wiedzy z chemii i matematyki.
Znając podstawowe zasady i algorytm sekwencyjnie logicznych działań, które zostaną omówione w tym artykule przy rozwiązywaniu problemów tego typu, każdy może z łatwością poradzić sobie z tym zadaniem. A po przećwiczeniu i nauczeniu się określania stopni utlenienia różnych związków chemicznych, możesz bezpiecznie podjąć się zadania równoważenia złożonych reakcji redoks, sporządzając wagę elektroniczną.
Pojęcie stopnia utlenienia
Aby dowiedzieć się, jak określić stopień utlenienia, musisz najpierw zrozumieć, co oznacza ta koncepcja?
- Stopień utlenienia jest używany podczas zapisywania reakcji redoks, gdy elektrony są przenoszone z atomu na atom.
- Stopień utlenienia rejestruje liczbę przeniesionych elektronów, wskazując warunkowy ładunek atomu.
- Stopień utlenienia i wartościowość są często identyczne.
Oznaczenie to jest zapisane na górze pierwiastka chemicznego, w jego prawym rogu i jest liczbą całkowitą ze znakiem „+” lub „-”. Zerowa wartość stopnia utlenienia nie jest oznaczona.
Zasady określania stopnia utlenienia
Rozważmy główne kanony określania stopnia utlenienia:
- Proste substancje elementarne, czyli takie, które składają się z jednego rodzaju atomu, zawsze będą miały zerowy stopień utlenienia. Na przykład Na0, H02, P04
- Istnieje wiele atomów, które zawsze mają jeden, stały stopień utlenienia. Lepiej zapamiętać wartości podane w tabeli.
- Jak widać, jedyny wyjątek występuje w przypadku wodoru w połączeniu z metalami, gdzie uzyskuje on niecharakterystyczny dla niego stopień utlenienia „-1”.
- Tlen przyjmuje również stopień utlenienia „+2” w związek chemiczny z fluorem i „-1” w kompozycjach nadtlenków, ponadtlenków lub ozonków, gdzie atomy tlenu są ze sobą połączone.
- Jony metali mają kilka stopni utlenienia (i tylko dodatnie), więc decydują o tym sąsiednie pierwiastki w związku. Na przykład w FeCl3 chlor ma stopień utlenienia „-1”, ma 3 atomy, więc mnożymy -1 przez 3, otrzymujemy „-3”. Aby suma stopni utlenienia związku wynosiła „0”, żelazo musi mieć stopień utlenienia „+3”. We wzorze FeCl2 żelazo odpowiednio zmieni swój stopień na „+2”.
- Matematycznie sumując stopnie utlenienia wszystkich atomów we wzorze (biorąc pod uwagę znaki), należy zawsze otrzymać wartość zerowa. Na przykład w kwas chlorowodorowy H+1Cl-1 (+1 i -1 = 0), oraz w kwasie siarkawym H2+1S+4O3-2 (+1 * 2 = +2 dla wodoru, +4 dla siarki i -2 * 3 = – 6 dla tlen; +6 i -6 sumują się do 0).
- Stopień utlenienia jonu jednoatomowego będzie równy jego ładunkowi. Na przykład: Na+, Ca+2.
- Najwyższy stopień utlenienia z reguły koreluje z numerem grupy w układzie okresowym D.I. Mendelejewa.
Algorytm wyznaczania stopnia utlenienia
Kolejność ustalania stopnia utlenienia nie jest skomplikowana, ale wymaga uwagi i pewnych działań.
Zadanie: uporządkuj stopnie utlenienia związku KMnO4
- Pierwszy pierwiastek, potas, ma stały stopień utlenienia „+1”.
Aby to sprawdzić, możesz spojrzeć na układ okresowy, gdzie potas należy do 1. grupy pierwiastków. - Z pozostałych dwóch pierwiastków tlen ma stopień utlenienia -2.
- Otrzymujemy następujący wzór: K+1MnxO4-2. Pozostaje określić stopień utlenienia manganu.
Zatem x jest nieznanym nam stopniem utlenienia manganu. Teraz ważne jest, aby zwrócić uwagę na liczbę atomów w związku.
Liczba atomów potasu wynosi 1, manganu 1, tlenu 4.
Biorąc pod uwagę elektryczną neutralność cząsteczki, gdy całkowity (całkowity) ładunek wynosi zero,
1*(+1) + 1*(x) + 4(-2) = 0,
+1+1х+(-8) = 0,
-7+1x = 0,
(przy przekazywaniu zmieniamy znak)
1x = +7, x = +7
Zatem stopień utlenienia manganu w związku wynosi „+7”.
Zadanie: uporządkuj stopnie utlenienia w związku Fe2O3.
- Jak wiadomo, tlen ma stopień utlenienia „-2” i działa jako środek utleniający. Biorąc pod uwagę liczbę atomów (3), całkowita wartość dla tlenu wynosi „-6” (-2*3= -6), tj. pomnóż stopień utlenienia przez liczbę atomów.
- Aby zrównoważyć formułę i doprowadzić ją do zera, 2 atomy żelaza będą miały stopień utlenienia „+3” (2*+3=+6).
- Suma wynosi zero (-6 i +6 = 0).
Zadanie: uporządkuj stopnie utlenienia związku Al(NO3)3.
- Jest tylko jeden atom glinu i ma stały stopień utlenienia „+3”.
- W cząsteczce znajduje się 9 atomów tlenu (3*3), stopień utlenienia tlenu, jak wiadomo, wynosi „-2”, co oznacza, że mnożąc te wartości otrzymamy „-18”.
- Pozostaje wyrównać wartości ujemne i dodatnie, określając w ten sposób stopień utlenienia azotu. Brakuje -18 i +3, + 15. A biorąc pod uwagę, że są 3 atomy azotu, łatwo jest określić jego stopień utlenienia: podziel 15 przez 3 i uzyskaj 5.
- Stopień utlenienia azotu wynosi „+5”, a wzór będzie wyglądał następująco: Al+3(N+5O-23)3
- Jeśli trudno jest określić w ten sposób pożądaną wartość, możesz ułożyć i rozwiązać równania:
1*(+3) + 3x + 9*(-2) = 0.
+3+3x-18=0
3x=15
x=5
Zatem stopień utlenienia jest dość ważnym pojęciem w chemii, symbolizującym stan atomów w cząsteczce.
Bez znajomości pewnych przepisów lub podstaw, które pozwalają poprawnie określić stopień utlenienia, nie da się podołać temu zadaniu. Dlatego wniosek nasuwa się tylko jeden: dokładnie zapoznaj się i przestudiuj zasady znajdowania stopnia utlenienia, jasno i zwięźle przedstawione w artykule, i odważnie podążaj trudną ścieżką zawiłości chemicznych.
Preparat chemiczny na raka i DPA
Wydanie kompleksowe
CZĘŚĆ I
CHEMIA OGÓLNA
WIĄZANIA CHEMICZNE I STRUKTURA SUBSTANCJI
Stan utlenienia
Stopień utlenienia to ładunek warunkowy atomu w cząsteczce lub krysztale, który powstałby na nim, gdy wszystkie utworzone przez niego wiązania polarne miały charakter jonowy.
W przeciwieństwie do wartościowości, stany utlenienia mogą być dodatnie, ujemne lub zerowe. W prostych związkach jonowych stopień utlenienia pokrywa się z ładunkami jonów. Na przykład w chlorku sodu
NaCl (Na + Cl - ) Sód ma stopień utlenienia +1, a chlor -1, w tlenku wapnia CaO (Ca +2 O -2).Wapń wykazuje stopień utlenienia +2, a tlen - -2. Zasada ta dotyczy wszystkich tlenków zasadowych: stopień utlenienia metalowy element jest równy ładunkowi jonu metalu (sód +1, bar +2, aluminium +3), a stopień utlenienia tlenu wynosi -2. Stopień utlenienia jest oznaczony cyframi arabskimi, które są umieszczone nad symbolem pierwiastka, podobnie jak wartościowość, i najpierw wskazany jest znak ładunku, a następnie jego wartość liczbowa:Jeżeli moduł stopnia utlenienia jest równy jeden, wówczas cyfrę „1” można pominąć i zapisać jedynie znak:
Na + Cl-.Liczba utlenienia i wartościowość są pojęciami pokrewnymi. W wielu związkach wartość bezwzględna stopnia utlenienia pierwiastków pokrywa się z ich wartościowością. Istnieje jednak wiele przypadków, w których wartościowość różni się od stopnia utlenienia.
W proste substancje- w niemetalach występuje kowalencyjne wiązanie niepolarne, wspólna para elektronów jest przesunięta do jednego z atomów, dlatego stopień utlenienia pierwiastków w substancjach prostych jest zawsze zerowy. Ale atomy są ze sobą połączone, to znaczy wykazują pewną wartościowość, ponieważ na przykład w tlenie wartościowość tlenu wynosi II, a w azocie wartościowość azotu wynosi III:
W cząsteczce nadtlenku wodoru wartościowość tlenu również wynosi II, a wodoru I:
Definicja możliwych stopni utlenianie pierwiastków
Stopień utlenienia, jaki mogą wykazywać pierwiastki w różnych związkach, można w większości przypadków określić na podstawie struktury zewnętrznego poziomu elektronowego lub miejsca pierwiastka w układzie okresowym.
Atomy pierwiastków metalicznych mogą oddawać jedynie elektrony, więc w związkach wykazują stopnie pozytywne utlenianie. Jego wartość bezwzględna w wielu przypadkach (z wyjątkiem D -elementy) jest równa liczbie elektronów na poziomie zewnętrznym, czyli numerowi grupy w układzie okresowym. Atomy D -elementy mogą także oddawać elektrony z wyższego poziomu, czyli z niewypełnionych D -orbitale. Dlatego dla D -pierwiastków, określenie wszystkich możliwych stopni utlenienia jest znacznie trudniejsze niż w przypadku S- i elementy p. Można śmiało powiedzieć, że większość D -pierwiastki wykazują stopień utlenienia +2 ze względu na elektrony na zewnętrznym poziomie elektronowym, a maksymalny stopień utlenienia w większości przypadków jest równy numerowi grupy.
Atomy pierwiastków niemetalicznych mogą wykazywać zarówno dodatni, jak i ujemny stopień utlenienia, w zależności od tego, z którym atomem pierwiastka tworzą wiązanie. Jeśli pierwiastek jest bardziej elektroujemny, to wykazuje ujemny stopień utlenienia, a jeśli jest mniej elektroujemny, wykazuje dodatni stopień utlenienia.
Wartość bezwzględną stopnia utlenienia pierwiastków niemetalicznych można określić na podstawie struktury zewnętrznej warstwy elektronicznej. Atom jest w stanie przyjąć tak wiele elektronów, że na jego zewnętrznym poziomie znajduje się osiem elektronów: pierwiastki niemetaliczne z grupy VII przyjmują jeden elektron i wykazują stopień utlenienia -1, grupa VI - dwa elektrony i wykazują stopień utlenienia - 2 itd.
Elementy niemetaliczne mogą oddawać różną liczbę elektronów: maksymalnie tyle, ile znajduje się na zewnętrznym poziomie energii. Innymi słowy, maksymalny stopień utlenienia pierwiastków niemetalicznych jest równy numerowi grupy. Ze względu na cyrkulację elektronów na zewnętrznym poziomie atomów liczba niesparowanych elektronów, które atom może oddać reakcje chemiczne, mogą być różne, więc pierwiastki niemetaliczne są w stanie wykryć różne pośrednie wartości stopnia utlenienia.
Możliwe stany utlenienia elementy s i p
|
Grupa PS |
|||||||
|
Najwyższy stopień utlenienia |
|||||||
|
Pośredni stopień utlenienia |
|||||||
|
Niższy stopień utlenienia |
Oznaczanie stopni utlenienia związków
Każda cząsteczka obojętna elektrycznie, dlatego suma stopni utlenienia atomów wszystkich pierwiastków musi być równa zeru. Wyznaczmy stopień utlenienia siarki(I) V) tlenek SO 2 taufosfor (V) siarczek P 2 S 5.
Tlenek siarki(I) SO 2 utworzone przez atomy dwóch pierwiastków. Spośród nich tlen ma największą elektroujemność, więc atomy tlenu będą miały ujemny stopień utlenienia. Dla tlenu wynosi -2. W tym przypadku siarka ma dodatni stopień utlenienia. Siarka może wykazywać różne stopnie utlenienia w różnych związkach, dlatego w tym przypadku należy ją obliczyć. W cząsteczce TAK 2 dwa atomy tlenu o stopniu utlenienia -2, więc całkowity ładunek atomów tlenu wynosi -4. Aby cząsteczka była elektrycznie obojętna, atom siarki musi całkowicie zneutralizować ładunek obu atomów tlenu, dlatego stopień utlenienia siarki wynosi +4:
W cząsteczce znajduje się fosfor ( V) siarczek P 2 S 5 Bardziej elektroujemnym pierwiastkiem jest siarka, to znaczy wykazuje ujemny stopień utlenienia, a fosfor ma dodatni stopień utlenienia. W przypadku siarki ujemny stopień utlenienia wynosi tylko 2. Razem pięć atomów siarki ma ładunek ujemny -10. Dlatego dwa atomy fosforu muszą zneutralizować ten ładunek, uzyskując całkowity ładunek +10. Ponieważ w cząsteczce znajdują się dwa atomy fosforu, każdy musi mieć stopień utlenienia +5:
Trudniej jest obliczyć stopień utlenienia w związkach niebinarnych - solach, zasadach i kwasach. Ale w tym celu należy również zastosować zasadę neutralności elektrycznej i pamiętać, że w większości związków stopień utlenienia tlenu wynosi -2, wodór +1.
Spójrzmy na to na przykładzie siarczanu potasu. K2SO4. Stopień utlenienia potasu w związkach może wynosić tylko +1, a tlen -2:
Korzystając z zasady neutralności elektrycznej, obliczamy stopień utlenienia siarki:
2(+1) + 1 (x) + 4 (-2) = 0, skąd x = +6.
Przy określaniu stopni utlenienia pierwiastków w związkach należy kierować się następującymi zasadami:
1. Stopień utlenienia pierwiastka w prostej substancji wynosi zero.
2. Fluor jest najbardziej elektroujemnym pierwiastkiem chemicznym, dlatego stopień utlenienia fluoru we wszystkich związkach wynosi -1.
3. Tlen jest pierwiastkiem najbardziej elektroujemnym po fluorze, dlatego stopień utlenienia tlenu we wszystkich związkach z wyjątkiem fluorków jest ujemny: w większości przypadków wynosi -2, a w nadtlenkach -1.
4. Stopień utlenienia wodoru w większości związków wynosi +1, a w związkach z pierwiastkami metali (wodorkami) - -1.
5. Stopień utlenienia metali w związkach jest zawsze dodatni.
6. Pierwiastek bardziej elektroujemny zawsze ma ujemny stopień utlenienia.
7. Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce wynosi zero.
Samouczek wideo 2: Stan utlenienia pierwiastki chemiczne
Samouczek wideo 3: Wartościowość. Oznaczanie wartościowości
Wykład: Elektroujemność. Stan utlenienia i wartościowość pierwiastków chemicznych
Elektroujemność
Elektroujemność to zdolność atomów do przyciągania elektronów z innych atomów w celu łączenia się z nimi.
Korzystając z tabeli, łatwo jest ocenić elektroujemność konkretnego pierwiastka chemicznego. Pamiętajcie, na jednej z naszych lekcji powiedziano, że wzrasta przy przechodzeniu od lewej do prawej przez okresy w układzie okresowym i przy przechodzeniu od dołu do góry przez grupy.
Przykładowo postawiono zadanie określenia, który pierwiastek z proponowanej serii jest najbardziej elektroujemny: C (węgiel), N (azot), O (tlen), S (siarka)? Patrzymy na stół i stwierdzamy, że to jest O, ponieważ jest po prawej stronie i wyżej od pozostałych.
Jakie czynniki wpływają na elektroujemność? Ten:
- Promień atomu, im jest mniejszy, tym wyższa elektroujemność.
- Powłoka walencyjna jest wypełniona elektronami; im więcej elektronów, tym wyższa elektroujemność.
Ze wszystkich pierwiastków chemicznych fluor jest najbardziej elektroujemny, ponieważ ma mały promień atomowy i 7 elektronów na powłoce walencyjnej.
Do pierwiastków o niskiej elektroujemności zaliczają się metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych. Mają duże promienie i bardzo mało elektronów na zewnętrznej powłoce.
Wartości elektroujemności atomu nie mogą być stałe, ponieważ zależy to od wielu czynników, m.in. tych wymienionych powyżej, a także stopnia utlenienia, który dla tego samego pierwiastka może być różny. Dlatego zwyczajowo mówi się o względności wartości elektroujemności. Możesz skorzystać z następujących skal:
Wartości elektroujemności będziesz potrzebować podczas pisania wzorów związków binarnych składających się z dwóch elementów. Np. wzór na tlenek miedzi Cu 2 O - jako pierwszy należy zapisać ten pierwiastek, którego elektroujemność jest mniejsza.
W momencie powstania wiązania chemicznego, jeśli różnica elektroujemności pomiędzy pierwiastkami jest większa niż 2,0, powstaje kowalencyjne wiązanie polarne, a jeśli jest mniejsze, powstaje wiązanie jonowe.
Stan utlenienia
Stan utlenienia (WSPÓŁ)- jest to warunkowy lub rzeczywisty ładunek atomu w związku: warunkowy - jeśli wiązanie jest polarne kowalencyjne, rzeczywisty - jeśli wiązanie jest jonowe.
Atom uzyskuje ładunek dodatni, gdy oddaje elektrony, i ładunek ujemny, gdy je przyjmuje.
Stany utlenienia są zapisane nad symbolami ze znakiem «+»/«-» . Istnieją również pośrednie CO. Maksymalny CO pierwiastka jest dodatni i równy numerowi grupy, a minimalny ujemny dla metali wynosi zero, dla niemetali = (Grupa nr – 8). Pierwiastki o maksymalnej zawartości CO przyjmują tylko elektrony, a elementy o minimalnej zawartości CO oddadzą tylko elektrony. Pierwiastki posiadające pośrednie CO mogą zarówno dawać, jak i odbierać elektrony.
Przyjrzyjmy się kilku zasadom, których należy przestrzegać, aby określić CO:
CO wszystkich prostych substancji wynosi zero.
Suma wszystkich atomów CO w cząsteczce jest również równa zeru, ponieważ każda cząsteczka jest elektrycznie obojętna.
W związkach z kowalencją wiązanie niepolarne CO jest równe zero (O 2 0), a przy wiązaniu jonowym jest równe ładunkom jonów (Na + Cl - sód CO +1, chlor -1). Pierwiastki CO związków z kowalencyjnym wiązaniem polarnym uważa się za pierwiastki z wiązaniem jonowym (H:Cl = H + Cl -, co oznacza H +1 Cl -1).
Pierwiastki w związku, które mają największą elektroujemność, mają ujemne stopnie utlenienia, podczas gdy te o najmniejszej elektroujemności mają dodatnie stopnie utlenienia. Na tej podstawie możemy stwierdzić, że metale mają tylko stopień utlenienia „+”.
Stałe stany utlenienia:
Wodór +1. Wyjątek: wodorki metale aktywne NaH, CaH2 itp., gdzie stopień utlenienia wodoru wynosi –1.
Tlen –2. Wyjątek: F 2 -1 O +2 i nadtlenki zawierające grupę –O–O–, w których stopień utlenienia tlenu wynosi –1.
Metale alkaliczne +1.
Wszystkie metale drugiej grupy +2. Wyjątek: Hg +1, +2.
Aluminium +3.
Kiedy powstaje wiązanie jonowe następuje pewne przejście elektronu z atomu mniej elektroujemnego do atomu o większej elektroujemności. Także w ten proces, atomy zawsze tracą obojętność elektryczną, a następnie zamieniają się w jony. Tworzą się także ładunki całkowite. Kiedy tworzy się polarne wiązanie kowalencyjne, elektron jest przenoszony tylko częściowo, w związku z czym powstają częściowe ładunki.
WartościowośćWartościowośćto zdolność atomów do tworzenia n - liczba wiązań chemicznych z atomami innych pierwiastków.
Wartościowość to także zdolność atomu do utrzymywania innych atomów blisko siebie. Jak wiadomo z kurs szkolny chemia, różne atomy są ze sobą połączone elektronami z zewnętrznego poziomu energii. Niesparowany elektron szuka pary z innego atomu. Te elektrony poziomu zewnętrznego nazywane są elektronami walencyjnymi. Oznacza to, że wartościowość można również zdefiniować jako liczbę par elektronów łączących ze sobą atomy. Patrzeć formuła strukturalna woda: H – O – N. Każda kreska to para elektronów, czyli pokazuje wartościowość, tj. tlen ma tutaj dwie linie, co oznacza, że jest dwuwartościowy, cząsteczki wodoru pochodzą z jednej linii, co oznacza, że wodór jest jednowartościowy. Podczas pisania wartościowość jest oznaczona cyframi rzymskimi: O (II), H (I). Można również wskazać nad elementem.
Wartościowość może być stała lub zmienna. Na przykład w metalach alkalicznych jest stały i równy I. Ale chlor w różnych związkach wykazuje wartościowości I, III, V, VII.
Jak określić wartościowość pierwiastka?
Spójrzmy jeszcze raz na układ okresowy. Metale głównych podgrup mają stałą wartościowość, więc metale pierwszej grupy mają wartościowość I, druga - II. A metale podgrup bocznych mają zmienną wartościowość. Jest również zmienny w przypadku niemetali. Najwyższa wartościowość atomu jest równa numerowi grupy, najniższa = = numer grupy - 8. Znane sformułowanie. Czy to nie oznacza, że wartościowość pokrywa się ze stopniem utlenienia? Pamiętaj, że wartościowość może pokrywać się ze stopniem utlenienia, ale wskaźniki te nie są ze sobą identyczne. Wartościowość nie może mieć znaku =/- ani nie może wynosić zero.
Drugi sposób określania wartościowości według wzór chemiczny, jeśli znana jest stała wartościowość jednego z pierwiastków. Weźmy na przykład wzór tlenku miedzi: CuO. Wartościowość tlenu II. Widzimy, że na jeden atom tlenu w tym wzorze przypada jeden atom miedzi, co oznacza, że wartościowość miedzi jest równa II. Weźmy teraz bardziej skomplikowany wzór: Fe 2 O 3. Wartościowość atomu tlenu wynosi II. Są tu trzy takie atomy, pomnóż 2*3 = 6. Odkryliśmy, że na dwa atomy żelaza przypada 6 wartościowości. Sprawdźmy wartościowość jednego atomu żelaza: 6:2=3. Oznacza to, że wartościowość żelaza wynosi III.
Ponadto, gdy konieczne jest oszacowanie „maksymalnej wartościowości”, należy zawsze zacząć od konfiguracji elektronicznej występującej w stanie „wzbudzonym”.
| | |
Część I
1. Stan utlenienia (s.o.) to konwencjonalny ładunek atomów pierwiastka chemicznego w substancji złożonej, obliczony na podstawie założenia, że składa się ona z prostych jonów.
Powinieneś wiedzieć!
1) W związku z. O. wodór = +1, z wyjątkiem wodorków.
2) W związku z. O. tlen = -2, z wyjątkiem nadtlenków 
i fluorki
3) Stopień utlenienia metali jest zawsze dodatni.
Dla metali głównych podgrup pierwszych trzech grup Z. O. stały:
Metale grupy IA – p. O. = +1,
Metale grupy IIA – str. 25 O. = +2,
Metale grupy IIIA – cz. O. = +3.
4) W wolnych atomach i prostych substancjach p. O. = 0.
5) Razem s. O. wszystkie elementy połączenia = 0.
2. Sposób tworzenia nazw związki dwuelementowe (binarne).
4. Uzupełnij tabelę „Nazwy i wzory związków binarnych”.
5. Określ stopień utlenienia pierwiastka związku złożonego zaznaczonego czcionką.
część druga
1. Wyznaczać stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych w związkach, korzystając z ich wzorów. Zapisz nazwy tych substancji.
2. Oddzielić substancje FeO, Fe2O3, CaCl2, AlBr3, CuO, K2O, BaCl2, SO3na dwie grupy. Zapisz nazwy substancji, wskazując ich stopień utlenienia.
3. Ustal zgodność nazwy i stopnia utlenienia atomu pierwiastka chemicznego ze wzorem związku.
4. Utwórz wzory substancji według nazwy.
5. Ile cząsteczek znajduje się w 48 g tlenku siarki(IV)?
6. Korzystając z Internetu i innych źródeł informacji, przygotuj wiadomość o zastosowaniu dowolnego związku binarnego według następującego planu:
1) formuła;
2) imię i nazwisko;
3) właściwości;
4) wniosek.
Woda H2O, tlenek wodoru.
Woda w normalnych warunkach jest cieczą, bezbarwną, bezwonną i niebieską w grubej warstwie. Temperatura wrzenia wynosi około 100⁰С. Jest dobrym rozpuszczalnikiem. Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu, jest to jej skład jakościowy i ilościowy. Jest to substancja złożona, charakteryzuje się następującymi cechami Właściwości chemiczne: interakcja z metale alkaliczne, metale ziem alkalicznych. Reakcje wymiany z wodą nazywane są hydrolizą. Te reakcje mają bardzo ważne w chemii.
7. Stopień utlenienia manganu w związku K2MnO4 jest równy:
3) +6
8. Chrom ma najniższy stopień utlenienia w związku o wzorze:
1) Cr2O3
9. Chlor wykazuje maksymalny stopień utlenienia w związku o wzorze:
3) Cl2O7
Elektroujemność, podobnie jak inne właściwości atomów pierwiastków chemicznych, zmienia się wraz ze wzrostem numer seryjny element okresowo:
Powyższy wykres przedstawia okresowość zmian elektroujemności pierwiastków głównych podgrup w zależności od liczby atomowej pierwiastka.
Podczas przesuwania się w dół podgrupy układu okresowego elektroujemność pierwiastków chemicznych maleje, a podczas przesuwania się w prawo wzdłuż okresu wzrasta.
Elektroujemność odzwierciedla niemetaliczność pierwiastków: im wyższa wartość elektroujemności, tym więcej właściwości niemetalicznych ma pierwiastek.
Stan utlenienia
Jak obliczyć stopień utlenienia pierwiastka w związku?
1) Stopień utlenienia pierwiastków chemicznych w prostych substancjach jest zawsze zerowy.
2) Istnieją elementy, które się manifestują substancje złożone stały stopień utlenienia:
3) W zdecydowanej większości związków istnieją pierwiastki chemiczne, które wykazują stały stopień utlenienia. Elementy te obejmują:
Element |
Stan utlenienia prawie wszystkich związków |
Wyjątki |
| wodór H | +1 | Wodorki metali alkalicznych i ziem alkalicznych, na przykład: |
| tlen O | -2 | Nadtlenki wodoru i metali: Fluorek tlenu - |
4) Suma algebraiczna stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce zawsze wynosi zero. Suma algebraiczna stopni utlenienia wszystkich atomów jonu jest równa ładunkowi jonu.
5) Najwyższy (maksymalny) stopień utlenienia jest równy numerowi grupy. Wyjątkami nieobjętymi tą regułą są pierwiastki wtórnej podgrupy grupy I, elementy wtórnej podgrupy grupy VIII, a także tlen i fluor.
Pierwiastki chemiczne, których numer grupy nie pokrywa się z najwyższym stopniem utlenienia (obowiązkowo zapamiętać)
6) Najniższy stopień utlenienia metali wynosi zawsze zero, a najniższy stopień utlenienia niemetali oblicza się ze wzoru:
najniższy stopień utlenienia niemetalu = numer grupy - 8
Na podstawie przedstawionych powyżej zasad można ustalić stopień utlenienia pierwiastka chemicznego w dowolnej substancji.
Wyznaczanie stopni utlenienia pierwiastków w różnych związkach
Przykład 1
Określ stopień utlenienia wszystkich pierwiastków kwasu siarkowego.
Rozwiązanie:
Zapiszmy wzór kwasu siarkowego:
Stopień utlenienia wodoru we wszystkich substancjach złożonych wynosi +1 (z wyjątkiem wodorków metali).
Stopień utlenienia tlenu we wszystkich substancjach złożonych wynosi -2 (z wyjątkiem nadtlenków i fluorku tlenu OF 2). Uporządkujmy znane stopnie utlenienia:
Oznaczmy stopień utlenienia siarki jako X:
Cząsteczka kwasu siarkowego, podobnie jak cząsteczka dowolnej substancji, jest ogólnie obojętna elektrycznie, ponieważ suma stopni utlenienia wszystkich atomów w cząsteczce wynosi zero. Schematycznie można to przedstawić w następujący sposób:
Te. otrzymaliśmy następujące równanie:
Rozwiążmy to:
Zatem stopień utlenienia siarki w kwasie siarkowym wynosi +6.
Przykład 2
Określ stopień utlenienia wszystkich pierwiastków w dwuchromianie amonu.
Rozwiązanie:
Zapiszmy wzór na dwuchromian amonu:
Podobnie jak w poprzednim przypadku możemy uporządkować stopnie utlenienia wodoru i tlenu:
Widzimy jednak, że nieznane są stopnie utlenienia dwóch pierwiastków chemicznych naraz - azotu i chromu. Dlatego nie możemy znaleźć stopni utlenienia podobnie jak w poprzednim przykładzie (jedno równanie z dwiema zmiennymi nie ma jednego rozwiązania).
Zwróćmy uwagę na fakt, że substancja ta należy do klasy soli i dlatego ma strukturę jonową. Wtedy słusznie możemy powiedzieć, że w składzie dwuchromianu amonu znajdują się kationy NH 4 + (ładunek tego kationu widać w tabeli rozpuszczalności). W konsekwencji, ponieważ jednostka wzoru dichromianu amonu zawiera dwa dodatnio, pojedynczo naładowane kationy NH 4 +, ładunek jonu dichromianu jest równy -2, ponieważ substancja jako całość jest elektrycznie obojętna. Te. substancję tworzą kationy NH 4 + i aniony Cr 2 O 7 2-.
Znamy stopnie utlenienia wodoru i tlenu. Wiedząc, że suma stopni utlenienia atomów wszystkich pierwiastków w jonie jest równa ładunkowi i oznaczając stopnie utlenienia azotu i chromu jako X I y odpowiednio możemy napisać:
Te. otrzymujemy dwa niezależne równania:
Rozwiązujemy które, znajdujemy X I y:
Zatem w dwuchromianie amonu stopnie utlenienia azotu wynoszą -3, wodór +1, chrom +6 i tlen -2.
Jak określić stopnie utlenienia pierwiastków w materia organiczna możesz to przeczytać.
Wartościowość
Wartościowość atomów jest oznaczona cyframi rzymskimi: I, II, III itd.
Zdolności wartościowe atomu zależą od ilości:
1) niesparowane elektrony
2) samotne pary elektronów na orbitali poziomów walencyjnych
3) puste orbitale elektronowe poziomu walencyjnego
Możliwości walencyjne atomu wodoru
Przedstawmy elektronowy wzór graficzny atomu wodoru:
Mówi się, że na możliwości walencyjne mogą wpływać trzy czynniki: obecność niesparowanych elektronów, obecność wolnych par elektronów na poziomie zewnętrznym oraz obecność wolnych (pustych) orbitali na poziomie zewnętrznym. Widzimy jeden niesparowany elektron na zewnętrznym (i jedynym) poziomie energii. Na tej podstawie wodór z pewnością może mieć wartościowość I. Jednakże na pierwszym poziomie energii istnieje tylko jeden podpoziom – S, te. Atom wodoru na poziomie zewnętrznym nie ma ani samotnych par elektronów, ani pustych orbitali.
Zatem jedyną wartościowością, jaką może wykazywać atom wodoru, jest I.
Możliwości wartościowości atomu węgla
Rozważmy struktura elektroniczna atom węgla. W stanie podstawowym konfiguracja elektroniczna jego poziomu zewnętrznego jest następująca:
Te. w stanie podstawowym na zewnętrznym poziomie energii niewzbudzonego atomu węgla znajdują się 2 niesparowane elektrony. W tym stanie może wykazywać wartościowość II. Jednak atom węgla bardzo łatwo przechodzi w stan wzbudzony, gdy zostanie mu przekazana energia, a konfiguracja elektronowa warstwy zewnętrznej w tym przypadku przyjmuje postać:
Pomimo tego, że na proces wzbudzenia atomu węgla zużywa się pewną ilość energii, wydatek ten jest z nawiązką kompensowany przez utworzenie czterech wiązania kowalencyjne. Z tego powodu wartościowość IV jest znacznie bardziej charakterystyczna dla atomu węgla. Na przykład węgiel ma wartościowość IV w cząsteczkach dwutlenku węgla, kwas węglowy i absolutnie wszystkie substancje organiczne.
Oprócz niesparowanych elektronów i samotnych par elektronów, obecność wolnych orbitali () poziomu walencyjnego wpływa również na możliwości walencyjne. Obecność takich orbitali na poziomie zapełnionym powoduje, że atom może pełnić funkcję akceptora pary elektronowej, tj. tworzą dodatkowe wiązania kowalencyjne poprzez mechanizm donor-akceptor. Przykładowo, wbrew oczekiwaniom, w cząsteczce tlenku węgla CO wiązanie nie jest podwójne, lecz potrójne, co wyraźnie widać na poniższej ilustracji:
Możliwości walencyjne atomu azotu
Napiszmy elektroniczny wzór graficzny na poziom energii zewnętrznej atomu azotu:
Jak widać z powyższej ilustracji, atom azotu w stanie normalnym ma 3 niesparowane elektrony, dlatego logiczne jest założenie, że może on wykazywać wartościowość III. Rzeczywiście, w cząsteczkach amoniaku (NH 3) obserwuje się wartościowość wynoszącą trzy, kwas azotowy(HNO 2), trójchlorek azotu (NCl 3) itp.
Powyżej powiedziano, że wartościowość atomu pierwiastka chemicznego zależy nie tylko od liczby niesparowanych elektronów, ale także od obecności wolnych par elektronów. Wynika to z faktu, że kowalencyjne wiązanie chemiczne może powstać nie tylko wtedy, gdy dwa atomy dostarczają sobie jeden elektron, ale także wtedy, gdy jeden atom ma wolną parę elektronów - donor () dostarcza go innemu atomowi z wolnym ( ) poziom walencyjny orbity (akceptor). Te. Dla atomu azotu możliwa jest również wartościowość IV dzięki dodatkowemu wiązaniu kowalencyjnemu utworzonemu przez mechanizm donor-akceptor. Na przykład podczas tworzenia kationu amonowego obserwuje się cztery wiązania kowalencyjne, z których jedno jest utworzone przez mechanizm donor-akceptor:
Pomimo tego, że jedno z wiązań kowalencyjnych powstaje zgodnie z mechanizmem donor-akceptor, wszystko Połączenia N-H w kationie amonowym są absolutnie identyczne i niczym się od siebie nie różnią.
Atom azotu nie może wykazywać wartościowości równej V. Wynika to z faktu, że atom azotu nie może przejść do stanu wzbudzonego, w którym dwa elektrony są sparowane wraz z przejściem jednego z nich na orbital swobodny najbliższy poziomowi energetycznemu. Atom azotu nie ma D-podpoziom, a przejście na orbital 3s jest energetycznie tak kosztowne, że koszty energii nie są pokrywane przez tworzenie nowych wiązań. Wiele osób może się zastanawiać, jaka jest wartościowość np. azotu w cząsteczkach kwas azotowy HNO 3 czy tlenek azotu N 2 O 5? Co dziwne, wartościowość wynosi również IV, jak widać z następujących wzorów strukturalnych:
Linia przerywana na ilustracji przedstawia tzw zdelokalizowane π -połączenie. Z tego powodu końcowe wiązania NO można nazwać „półtora wiązaniami”. Podobne półtora wiązania występują również w cząsteczce ozonu O 3, benzenu C 6 H 6 itp.
Możliwości wartościowości fosforu
Przedstawmy elektroniczny wzór graficzny poziomu energii zewnętrznej atomu fosforu:
Jak widzimy, struktura zewnętrznej warstwy atomu fosforu w stanie podstawowym i atomu azotu jest taka sama, dlatego logiczne jest oczekiwanie dla atomu fosforu, a także dla atomu azotu możliwych wartościowości równych I, II, III i IV, jak zaobserwowano w praktyce.
Jednak w przeciwieństwie do azotu, atom fosforu również ma D-podpoziom z 5 wolnymi orbitalami.
Pod tym względem jest w stanie przejść do stanu wzbudzonego, parując elektrony 3 S-orbitale:
Zatem możliwa jest wartościowość V dla atomu fosforu, która jest niedostępna dla azotu. Na przykład atom fosforu ma wartościowość pięć w cząsteczkach takich związków jak Kwas fosforowy, halogenki fosforu (V), tlenek fosforu (V) itp.
Możliwości wartościowości atomu tlenu
Elektronowy wzór graficzny na poziom energii zewnętrznej atomu tlenu ma postać:
Na drugim poziomie widzimy dwa niesparowane elektrony, dlatego dla tlenu możliwa jest wartościowość II. Należy zauważyć, że tę wartościowość atomu tlenu obserwuje się w prawie wszystkich związkach. Powyżej, rozważając możliwości wartościowości atomu węgla, omówiliśmy powstawanie cząsteczki tlenku węgla. Wiązanie w cząsteczce CO jest potrójne, dlatego zawarty w nim tlen jest trójwartościowy (tlen jest donorem pary elektronów).
Ze względu na to, że atom tlenu nie ma zewnętrznego D-podpoziom, parowanie elektronów S I P- orbitale jest niemożliwe, dlatego możliwości wartościowości atomu tlenu są ograniczone w porównaniu z innymi pierwiastkami jego podgrupy, na przykład siarką.
Możliwości wartościowości atomu siarki
Zewnętrzny poziom energii atom siarki w stanie niewzbudzonym:
Atom siarki, podobnie jak atom tlenu, zwykle ma dwa niesparowane elektrony, zatem możemy stwierdzić, że w przypadku siarki możliwa jest wartościowość wynosząca dwa. Rzeczywiście siarka ma wartościowość II, na przykład w cząsteczce siarkowodoru H2S.
Jak widzimy, atom siarki pojawia się na poziomie zewnętrznym D-podpoziom z pustymi orbitalami. Z tego powodu atom siarki, w przeciwieństwie do tlenu, może rozszerzać swoje możliwości wartościowości w wyniku przejścia do stanów wzbudzonych. Zatem podczas parowania samotnej pary elektronów 3 P-podpoziom, na który nabywa atom siarki elektroniczna Konfiguracja poziom zewnętrzny w postaci:
W tym stanie atom siarki ma 4 niesparowane elektrony, co mówi nam, że atomy siarki mogą wykazywać wartościowość IV. Rzeczywiście siarka ma wartościowość IV w cząsteczkach SO 2, SF 4, SOCl 2 itp.
Podczas parowania drugiej wolnej pary elektronów znajdującej się w pozycji 3 S-podpoziom, zewnętrzny poziom energii przyjmuje konfigurację:
W tym stanie możliwa staje się manifestacja wartościowości VI. Przykładami związków z VI-wartościową siarką są SO 3, H 2 SO 4, SO 2 Cl 2 itp.
Podobnie możemy rozważyć możliwości wartościowości innych pierwiastków chemicznych.
