Як визначити ступінь окислення: 12 кроків

У хімії терміни «окислення» і «відновлення» означає реакції, при яких атом або група атомів втрачають або, відповідно, набувають електрони. Ступінь окислення - це приписувана одному або декільком атомам чисельна величина, що характеризує кількість перерозподілених електронів і показує, яким чином ці електрони розподіляються між атомами при реакції. Визначення цієї величини може бути як простий, так і досить складною процедурою, в залежності від атомів і з них молекул. Більш того, атоми деяких елементів можуть володіти декількома ступенями окислення. На щастя, для визначення ступеня окислення існують нескладні однозначні правила, для впевненого користування якими досить знання основ хімії і алгебри.

кроки

Частина 1 з 2:

Визначення ступеня окислення за законами хімії

1. Визначте, чи є дане речовина елементарним. Ступінь окислювання атомів поза хімічної сполуки дорівнює нулю. Це правило справедливо як для речовин, утворених з окремих вільних атомів, так і для таких, які складаються з двох, або багатоатомних молекул одного елементу.

Наприклад, Al_(S) і Cl₂ мають ступінь окислення 0, оскільки обидва перебувають у хімічно незв`язаному елементарному стані.
Зверніть увагу, що аллотропная форма сірки S₈, або октасера, незважаючи на своє нетипове будова, також характеризується нульовим ступенем окислення.

2. Визначте, чи перебуває розглядається речовина з іонів. Ступінь окислювання іонів дорівнює їх заряду. Це справедливо як для вільних іонів, так і для тих, які входять до складу хімічних сполук.

Наприклад, ступінь окислення іона Cl дорівнює -1.

Ступінь окислювання іона Cl в складі хімічної сполуки NaCl також дорівнює -1. Оскільки іон Na, за визначенням, має заряд +1, ми робимо висновок, що заряд іона Cl -1, і таким чином ступінь його окислення дорівнює -1.

3. Врахуйте, що іони металів можуть мати кілька ступенів окислення. Атоми багатьох металевих елементів можуть іонізуватися на різні величини. Наприклад, заряд іонів такого металу як залізо (Fe) дорівнює 2, або +3. Заряд іонів металу (і їх ступінь окислення) можна визначити по зарядів іонів інших елементів, з якими даний метал входить до складу хімічного сполуки-в тексті цей заряд позначається римськими цифрами: так, залізо (III) має ступінь окислення +3.

Як приклад розглянемо з`єднання, що містить іон алюмінію. Загальний заряд з`єднання AlCl₃ дорівнює нулю. Оскільки нам відомо, що іони Cl мають заряд -1, і в поєднанні міститься 3 таких іона, для загальної нейтральності даної речовини іон Al повинен мати заряд +3. Таким чином, в даному випадку ступінь окислення алюмінію дорівнює +3.

4. Ступінь окислювання кисню дорівнює -2 (за деякими винятками). Майже у всіх випадках атоми кисню мають ступінь окислення -2. Є кілька винятків з цього правила:

Якщо кисень знаходиться в елементарному стані (O₂), Його ступінь окислення дорівнює 0, як і в випадку інших елементарних речовин.

Якщо кисень входить до складу перекису, його ступінь окислення дорівнює -1. Перекису - це група сполук, що містять просту кисень-кисневу зв`язок (тобто аніон перекису O₂). Наприклад, в складі молекули H₂O₂ (Перекис водню) кисень має заряд і ступінь окислення -1.

У поєднанні з фтором кисень має ступінь окислення +2, читайте правило для фтору нижче.

5. Водень характеризується ступенем окислення +1, за деякими винятками. Як і для кисню, тут також існують винятки. Як правило, ступінь окислення водню дорівнює +1 (якщо він не знаходиться в елементарному стані H₂). Однак в з`єднаннях, званих гідридами, ступінь окислення водню становить -1.

Наприклад, в H₂O ступінь окислення водню дорівнює +1, оскільки атом кисню має заряд -2, і для загальної нейтральності необхідні два заряду +1. Проте, в складі гідриду натрію ступінь окислення водню вже -1, так як іон Na несе заряд +1, і для загальної електронейтральності заряд атома водню (а тим самим і його ступінь окислення) повинен дорівнювати -1.

6. фтор завжди має ступінь окислення -1. Як вже було зазначено, ступінь окислення деяких елементів (іони металів, атоми кисню в перекису і так далі) може змінюватися в залежності від ряду факторів. Ступінь окислювання фтору, однак, незмінно становить -1. Це пояснюється тим, що даний елемент має найбільшу електронегативність - інакше кажучи, атоми фтору найменш охоче розлучаються з власними електронами і найбільш активно притягують чужі електрони. Таким чином, їх заряд залишається незмінним.

7. Сума ступенів окислення в з`єднанні дорівнює його заряду. Ступені окислення всіх атомів, що входять в хімічну сполуку, в сумі повинні давати заряд цієї сполуки. Наприклад, якщо з`єднання нейтрально, сума ступенів окислення всіх його атомів повинна дорівнювати нулю- якщо з`єднання є багатоатомним іоном з зарядом -1, сума ступенів окислювання дорівнює -1, і так далі.

Це хороший метод перевірки - якщо сума ступенів окислення не дорівнює загальному заряду з`єднання, значить ви десь помилилися.

Частина 2 з 2:

Визначення ступеня окислення без використання законів хімії

1. Знайдіть атоми, які не мають строгих правил щодо ступеня окислення. По відношенню до деяких елементів немає твердо встановлених правил перебування ступеня окислення. Якщо атом не підпадає ні під одне правило з перерахованих вище, і ви не знаєте його заряду (наприклад, атом входить до складу комплексу, і його заряд не вказано), ви можете встановити ступінь окислення такого атома методом виключення. Спочатку визначте заряд всіх інших атомів сполуки, а потім з відомого загального заряду з`єднання обчисліть ступінь окислення даного атома.

Наприклад, в поєднанні Na₂SO₄ невідомий заряд атома сірки (S) - ми лише знаємо, що він не нульовий, оскільки сірка знаходиться не в елементарному стані. Це з`єднання є гарним прикладом для ілюстрації алгебраїчного методу визначення ступеня окислення.

2. Знайдіть ступеня окислення інших елементів, що входять в з`єднання. За допомогою описаних вище правил визначте ступеня окислення інших атомів сполуки. Не забувайте про винятки з правил в разі атомів O, H і так далі.

для Na₂SO₄, користуючись нашими правилами, ми знаходимо, що заряд (а значить і ступінь окислення) іона Na дорівнює +1, а для кожного з атомів кисню він становить -2.

3. Помножте кількість атомів на їх ступінь окислення. Тепер, коли нам відомі ступеня окислення всіх атомів за винятком одного, необхідно врахувати, що атомів деяких елементів може бути кілька. Помножте число атомів кожного елемента (воно вказане в хімічній формулі сполуки у вигляді підрядкового числа, наступного за символом елемента) на його ступінь окислення.

В Na₂SO₄ ми маємо 2 атома Na і 4 атома O. Таким чином, множачи 2 × +1, отримуємо ступінь окислення всіх атомів Na (2), а примножуючи 4 × -2 - ступінь окислення атомів O (-8).

4. Складіть попередні результати. Підсумовуючи результати множення, отримуємо ступінь окислення сполуки без обліку вкладу шуканого атома.

У нашому прикладі для Na₂SO₄ ми складаємо 2 і -8 і отримуємо -6.

5. Знайдіть невідому ступінь окислення з заряду з`єднання. Тепер у вас є всі дані для простого розрахунку бажаного ступеня окислення. Запишіть рівняння, в лівій частині якого буде сума числа, отриманого на попередньому кроці обчислень, і невідомої ступеня окислення, а в правій - загальний заряд з`єднання. Іншими словами, (Сума відомих ступенів окислення) + (шукана ступінь окислення) = (заряд з`єднання).

У нашому випадку Na₂SO₄ рішення виглядає наступним чином:

(Сума відомих ступенів окислення) + (шукана ступінь окислення) = (заряд з`єднання)

-6 + S = 0

S = 0 + 6

S = 6. В Na₂SO₄ сірка має ступінь окислення 6.

Поради

У з`єднаннях сума всіх ступенів окислення повинна дорівнювати заряду. Наприклад, якщо з`єднання являє собою двоатомний іон, сума ступенів окислення атомів повинна дорівнювати загальному іонного заряду.
Дуже корисно вміти користуватися періодичної таблиці Менделєєва і знати, де в ній розташовуються металеві та неметалеві елементи.
Ступінь окислювання атомів в елементарному вигляді завжди дорівнює нулю. Ступінь окислювання одиничного іона дорівнює його заряду. Елементи групи 1A таблиці Менделєєва, такі як водень, літій, натрій, в елементарному вигляді мають ступінь окислення + 1 ступінь окислення металів групи 2A, таких какмагній і кальцій, в елементарному вигляді дорівнює +2. Кисень і водень, в залежності від виду хімічного зв`язку, можуть мати 2 різних значення ступеня окислення.