M.A.ACHMETOVAS

Paskaitų konspektai
įjungta bendroji chemija

Tęsinys. Pradžiai žr№ 8, 12, 13, 20, 23, 25-26, 40/2004

5 skyrius
redokso
reakcijos

5.1. Oksidacijos laipsnio nustatymas

Redokso reakcijos yra reakcijos, kurių metu elektronai perkeliami iš vieno atomo į kitą. Apie elektronų perėjimą sprendžiama pagal atomų oksidacijos būsenų pokyčius. Jeigu pasikeičia atomo oksidacijos būsena, tai keičiasi ir jo elektroninė aplinka. Yra du būdai, kaip nustatyti atomų oksidacijos būsenas: Pirmas– pagal bendrąją formulę , antra– pagal struktūrinę formulę .
Pirmuoju būdu nustatant atomų oksidacijos būsenas, naudojama taisyklė: visų atomų, sudarančių dalelę, oksidacijos būsenų suma yra lygi dalelės krūviui . Molekulei ši suma lygi nuliui, o jonui – jo krūviui.
Kaip iliustraciją, pirmuoju metodu nustatykime natrio tiosulfato Na 2 S 2 O 3 atomų oksidacijos būseną. Iš elementų, sudarančių dalelę, deguonis yra elektronegatyviausias – jis priims elektronus. Kadangi deguonis yra pagrindiniame VI grupės pogrupyje, jam trūksta dviejų elektronų, kad užbaigtų elektronų sluoksnį. Todėl deguonies atomas priims du elektronus ir įgis -2 oksidacijos būseną. Elektroteigiamas atomas yra natris, kurio išoriniame elektroniniame lygmenyje yra tik vienas elektronas (natris jį atiduos). Šie svarstymai, atsižvelgiant į natrio tiosulfato formulę, leidžia sudaryti lygtį:

2 (+1) + 2X + 3 (–2) = 0,

kurio tirpalas duos sieros atomo oksidacijos laipsnio reikšmę (+2).
Galima nustatyti kompleksinių jonų atomų oksidacijos būsenas. Paimkime anijoną kaip pavyzdį. Jame labiausiai elektronegatyvus deguonies atomas priima du elektronus ir jo oksidacijos būsena yra -2. Chromo atomo oksidacijos būsena nustatoma pagal lygtį:

2X + 7 (–2) = –2

ir yra lygus +6.
Antrasis būdas rasti atomų oksidacijos būsenas - pagal struktūrinę formulę - yra pagrįstas apibrėžimu: oksidacijos būsena – tai yra sąlyginis sveikasis krūvis, kuris būtų ant atomo, jei visi jo poliniai kovalentiniai ryšiai taptų joniniais. Pavaizduota natrio tiosulfato struktūrinė formulė

nustatyti jo atomų oksidacijos laipsnius.
Natrio atomai, sujungti pavieniais ryšiais su elektronegatyvesniais deguonies atomais, natūraliai suteiks jiems išorinius elektronus, kurių kiekvienas įgis +1 oksidacijos būseną. Deguonies atomai, turintys dvi jungtis su daugiau elektroteigiamų atomų, sąlyginai priims po du elektronus ir jų oksidacijos būsena bus -2. Iš struktūrinės formulės matyti, kad junginyje yra du sieros atomai skirtingose ​​aplinkose. Vienas iš S atomų yra sujungtas tik dviguba jungtimi su kitu S atomu, o jo oksidacijos būsena lygi nuliui. Antrasis sieros atomas turi keturis ryšius su dar trimis elektronneigiamaisiais deguonies atomais, todėl jo oksidacijos būsena yra +4.
Vidutinė sieros atomų oksidacijos būsena, kaip ir ją nustatant pirmuoju metodu, yra +2 ((+4+0)/2).
Deguonies atomo oksidacijos būsena ne visada yra -2. Pavyzdžiui, derinyje su fluoro atomais jis turi teigiamą oksidacijos būseną. Peroksiduose kiekvieno deguonies atomo oksidacijos laipsnis yra , superoksiduose - tik , o ozoniduose - lygus. Be to, sieros atomo oksidacijos būsena gali būti lygi -1, pavyzdžiui, disulfiduose. Kai kuriuose oksiduose, pavyzdžiui, Fe 3 O 4 ir Pb 3 O 4 , atomų oksidacijos būsenos nustatomos atsižvelgiant į tai, kad šie oksidai yra sumaišyti: atitinkamai Fe 2 O 3 FeO ir PbO 2 2PbO.

5.2. Lygčių rašymas
redokso reakcijos

Koeficientų parinkimas redokso reakcijų lygtyse atliekamas sudarant elektroninį balansą. Pasirinkimo metodas, sumažintas iki atomų skaičiaus dešinėje ir kairėje lygties dalyse, ne visada garantuoja teisingą koeficientų nustatymą. Taigi, toliau pateiktose trijose trietilamino oksidacijos azoto rūgštimi lygtyse kairėje ir dešinėje pusėse yra vienodas anglies, vandenilio, deguonies ir azoto atomų skaičius, tačiau realizuotas tik vienas iš jų:

4 (C 2 H 5) 3N + 36HNO 3 \u003d 24CO 2 + 48H 2 O + 6NO 2 + 17N 2,

2 (C 2 H 5) 3N + 78HNO 3 \u003d 12CO 2 + 54H 2 O + 78NO 2 + N 2,

(C 2 H 5) 3 N + 11 HNO 3 \u003d 6CO 2 + 13H 2 O + 4NO 2 + 4N 2.

Redokso proceso teorija apima elektronų perkėlimą iš redukuojančio agento atomų į oksiduojančios medžiagos atomus. Pagal materijos tvermės dėsnį bendras reduktorius atiduotų elektronų skaičius yra lygus bendram oksiduojančiojo agento priimtų elektronų skaičiui. Ši paprasta idėja padeda formuluoti redokso reakcijų lygtis. Užduotis – parinkti proporcingumo koeficientus, kuriais pasiekiamas elektroninis balansas.
Išanalizuokime etilbenzeno molekulės oksidacijos kalio permanganatu rūgštinėje terpėje kaitinant pavyzdį. Rašome reakcijos lygtį ir nurodome ją pakeitusių atomų oksidacijos būsenas bei atitinkamomis struktūrinėmis formulėmis nustatysime jų oksidacijos būsenas etilbenzeno ir benzenkarboksirūgšties molekulėse:

Anglies atomas, tiesiogiai prijungtas prie benzeno žiedo, pakeis jo oksidacijos būseną nuo -2 iki +3 (padovanos 5 elektronus). Metilo grupės anglies atomas pakeis savo oksidacijos būseną nuo -3 iki +4 anglies dvideginyje (padovanos 7 elektronus). Iš viso etilbenzeno molekulė paaukos 12 elektronų. Mangano atomas pakeis savo oksidacijos būseną nuo +7 iki +2 (priims 5 elektronus). Šiuo atveju turime lygtį:

12X = 5y,

kurių minimalūs teigiamų sveikųjų skaičių sprendiniai yra X = 5, adresu = 12.
Koeficientų parinkimas lygtyse disproporcijos reakcija elektroninio balanso metodu turi būti atliktas jų dešinėje pusėje. Pavyzdžiui, išanalizuokime Berthollet druskos disproporciją (be katalizatoriaus):

Iš atomų oksidacijos būsenų pokyčių reakcijos metu išplaukia, kad jis gavo 6 elektronus, o tariamai davė 2 elektronus.
Tada

(KCl) \u003d 3 (KClO 4).

Todėl prieš kalio perchloratą KClO 4 būtina įdėti koeficientą 3:

4KClO 3 \u003d KCl + 3KClO 4.

5.3. Elektrolizė

Elektrolito skilimas (tirpale arba lydaloje), praeinant per jį elektros srovė paskambino elektrolizė .
Elektrolizės proceso instrumentai susiveda į tai, kad du elektrodai, prijungti prie srovės šaltinio, nuleidžiami į indą su elektrolito tirpalu arba lydalu (5.1 pav.).

Vadinamas neigiamo krūvio elektrodas katodas (jis traukia katijonus), o teigiamai įkrautas elektrodas - anodas (jis pritraukia anijonus). Elektros grandinė užsidaro dėl elektroduose vykstančių redokso procesų. Prie katodo katijonai redukuojami, o prie anodo anijonai oksiduojami.
Pradėkime proceso svarstymą nuo paprasčiausio atvejo - lydalo elektrolizė. Lydalų elektrolizėje prie katodo metalo katijonai redukuojami iki gryno metalo ir prie anodo paprasti anijonai oksiduojami į paprastą medžiagą, pavyzdžiui:

2Cl - 2 e\u003d Cl 2,

S 2––2 e= S.

Jei anijonas turi sudėtingą struktūrą, tada šiuo atveju vyksta procesas, kuriam reikia mažiausiai energijos. Jei druska atspari karščiui, o elemento atomas anijone yra aukščiausios oksidacijos būsenos, tai deguonis dažniausiai oksiduojamas į paprastą medžiagą:

– 2e\u003d SO 3 + 1 / 2O 2.

Jei elemento atomas yra tarpinėje oksidacijos būsenoje, tada greičiausiai tokiu atveju oksiduosis ne deguonis, o kito anijono elemento atomas, pavyzdžiui:

– e= NO 2 .

Elektrolizė tirpaluose yra sudėtingesnė produktų nustatymo požiūriu. Taip yra dėl kito komponento - vandens - atsiradimo. Metalai, kurių standartiniai elektrodų potencialai yra nuo –1,67 V (Al) ir mažesni (esantys kairėje nuo mangano metalo įtampų serijoje), paprastai nėra redukuojami iš vandeninių tirpalų. Tokiose sistemose prie katodo išsiskiria vandenilis. Taip yra visų pirma dėl to, kad šie metalai (įskaitant magnį ir aliuminį be apsauginės oksido plėvelės) reaguoja su vandeniu. Bet tai visai nereiškia, kad tokio tipo elektrodiniai procesai

Na ++ e= Na

vandeniniuose tirpaluose neatsiranda. Vienas iš metalinio natrio gavimo būdų yra vandeninio NaCl tirpalo (sūrymo) elektrolizė. Šio proceso paslaptis slypi gyvsidabrio katodo panaudojime. Sumažėjusius natrio atomus sugeria gyvsidabrio sluoksnis, kuris apsaugo juos nuo sąlyčio su vandeniu. Vėlesnis gautos natrio amalgamos atskyrimas į komponentus (amalgama yra lydinys, kurio vienas iš komponentų yra gyvsidabris) pasiekiamas rektifikuojant. Išleistas gyvsidabris grąžinamas į darbo ciklą.
Tai, kad metalų, sąveikaujančių su vandeniu, gauti elektrolizės būdu atitinkamų elektrolitų vandeniniuose tirpaluose, įrodo ir šie argumentai. Tegul kalcis redukuojamas elektrolizės metu prie katodo vandeninio tirpalo:

Ca 2+ + 2 e= Ca.

Atsigavęs metalas reaguos su vandeniu:

Ca + 2H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + H 2.

Vadinasi, vietoj metalo katode išsiskirs vandenilis.
Metalai, kurių standartiniai elektrodų potencialai yra nuo –1,05 V iki 0 V (esantys elektrocheminėje serijoje tarp aliuminio ir vandenilio), yra redukuojami iš vandeninių tirpalų lygiagrečiai su vandeniliu. Produktų (metalo ir vandenilio) santykį lemia tirpalo koncentracija, jo rūgštingumas ir kai kurie kiti veiksniai (kitų, ypač kompleksinių, druskų buvimas tirpale; medžiaga, iš kurios pagamintas elektrodas). Kuo didesnė druskos koncentracija, tuo didesnė išsiskiriančio metalo dalis. Kuo aplinka rūgštesnė, tuo didesnė tikimybė, kad išsiskirs vandenilis.Metalai su teigiamais etaloniniais elektrodais
potencialai (esantys metalų įtampų eilėje į dešinę nuo vandenilio) pirmiausia išsiskiria tirpalų elektrolizės metu. Pavyzdžiui:

Ag + + e= Ag.

Anode, elektrolizės metu vandeniniams tirpalams, oksiduojasi visi paprasti anijonai, išskyrus fluoridą. Pavyzdžiui:

2I - - 2 e= I 2 .

Vandeninių tirpalų elektrolizės būdu fluoro gauti negalima, nes reaguoja su vandeniu:

F 2 + H 2 O \u003d 2HF + 1/2O 2.

Jeigu elektrolizuojama druska turi kompleksinį anijoną, kuriame heteroatomas (ne deguonis) yra aukščiausios oksidacijos būsenos, tai prie anodo susidaro deguonis, t.y. vanduo suyra:

H2O-2 e= 2H + + 1/2O2.

Pats kompleksinis anijonas taip pat gali būti deguonies šaltinis:

– 2e\u003d SO 3 + 1 / 2O 2.

Gautas rūgšties anhidridas iš karto sureaguos su vandeniu:

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.

Kai heteroatomas yra tarpinėje oksidacijos būsenoje, jis oksiduojamas, o ne deguonies atomas. Tokio proceso pavyzdys yra sulfito jonų oksidacija veikiant elektros srovei:

Susidaręs sieros anhidridas SO 3 nedelsiant reaguoja su vandeniu.
Dėl elektrolizės karboksirūgščių anijonai dekarboksilinami ir susidaro angliavandeniliai:

2R-COO – – 2 e= R–R + 2CO 2 .

5.4. Oksidacijos kryptis
atkūrimo procesai
ir aplinkos rūgštingumo įtaka jai

Redokso arba standartiniai elektrodų potencialai yra medžiagų redokso gebėjimo matuoti vandeniniuose tirpaluose. Pavyzdžiui, nustatykime, ar Fe 3+ geležies katijonas gali oksiduoti halogeno anijonus į KCl, KBr ir KI. Žinant standartinius elektrodų potencialus ( 0), galima apskaičiuoti proceso elektrovaros jėgą (EMF). Jis apibrėžiamas kaip skirtumas tarp tokių oksiduojančios medžiagos ir reduktorių potencialų, o reakcija vyksta esant teigiamai EML vertei:

5.1 lentelė

Nutekėjimo galimybės nustatymas
redokso procesai
remiantis standartiniais elektrodų potencialais

Skirtukas. 5.1 rodo, kad galimas tik vienas iš tiriamų procesų. Iš tikrųjų iš visų aukščiau išvardytų kalio halogenidų tik KI reaguoja su geležies trichloridu:

2FeCl 3 + 2KI = 2FeCl 2 + I 2 + 2KCl.

Yra dar vienas paprastas būdas nustatyti proceso kryptį. Jei parašysime dvi proceso pusinių reakcijų lygtis vieną po kita, kad viršutinės pusinės reakcijos standartinis elektrodo potencialas būtų mažesnis už apatinės, tai tarp jų įrašyta raidė Z (5.2 pav.) parodys. su jo galais leistino proceso etapų kryptys (taisyklė Z).

Iš tų pačių medžiagų, keičiant terpės pH, galima gauti skirtingus produktus. Pavyzdžiui, permanganato anijonas redukuojamas rūgštinėje terpėje, kad susidarytų mangano (II) junginys:

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + 3H2O.

Neutralioje aplinkoje susidaro mangano dioksidas MnO 2:

2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O \u003d 2KOH + 2MnO2 + 3Na2SO4.

Šarminėje aplinkoje permanganato anijonas redukuojamas į manganato anijoną:

2KMnO 4 + Na 2 SO 3 + 2 KOH \u003d 2K 2 MnO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O.

5.5. Pratimai

1. Nustatykite šių junginių atomų oksidacijos laipsnius: BaO 2, CsO 2, RbO 3, F 2 O 2, LiH, F 2, C 2 H 5 OH, tolueną, benzaldehidą, acto rūgštį.

Cheminis elementas junginyje, apskaičiuojamas darant prielaidą, kad visos jungtys yra joninės.

Oksidacijos būsenos gali turėti teigiamą, neigiamą arba nulinę reikšmę, todėl elementų oksidacijos būsenų algebrinė suma molekulėje, atsižvelgiant į jų atomų skaičių, yra 0, o jone – jono krūvis.

1. Metalų oksidacijos būsenos junginiuose visada yra teigiamos.

2. Aukščiausia oksidacijos būsena atitinka periodinės sistemos, kurioje yra šis elementas, grupės numerį (išimtis yra: Au+3(I grupė), Cu+2(II), iš VIII grupės, oksidacijos laipsnis +8 gali būti tik osmyje Os ir rutenis Ru.

3. Nemetalų oksidacijos laipsniai priklauso nuo to, su kuriuo atomu jie yra prijungti:

• jei su metalo atomu, tada oksidacijos būsena yra neigiama;
• jei su nemetaliniu atomu, tai oksidacijos būsena gali būti ir teigiama, ir neigiama. Tai priklauso nuo elementų atomų elektronegatyvumo.

4. Didžiausią neigiamą nemetalų oksidacijos laipsnį galima nustatyti iš 8 atėmus grupės, kurioje yra šis elementas, skaičių, t.y. didžiausia teigiama oksidacijos būsena yra lygi elektronų skaičiui ant išorinio sluoksnio, kuris atitinka grupės skaičių.

5. Paprastų medžiagų oksidacijos laipsniai yra 0, nepriklausomai nuo to, ar tai metalas, ar nemetalas.

Elementai su pastovia oksidacijos būsena.

Elementas	Būdinga oksidacijos būsena	Išimtys
		Metalo hidridai: LIH-1
		oksidacijos būsena vadinamas sąlyginiu dalelės krūviu, darant prielaidą, kad ryšys visiškai nutrūkęs (turi joninį pobūdį). H- Cl = H + + Cl - , Bendravimas viduje vandenilio chlorido rūgštis kovalentinis polinis. Elektronų pora yra labiau nukreipta į atomą Cl - , nes tai labiau elektronneigiamas visas elementas. Kaip nustatyti oksidacijos laipsnį? Elektronegatyvumas yra atomų gebėjimas pritraukti elektronus iš kitų elementų. Oksidacijos būsena nurodyta virš elemento: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,K + Cl - ir tt Tai gali būti neigiama ir teigiama. Paprastos medžiagos oksidacijos laipsnis (nesusirišęs, laisva būsena) lygi nuliui. Daugumos junginių deguonies oksidacijos būsena yra -2 (išimtis yra peroksidai H 2 O 2, kur jis yra -1 ir junginiai su fluoru - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ). - Oksidacijos būsena paprastas monatominis jonas yra lygus jo krūviui: Na + , Ca +2 . Vandenilio junginiuose oksidacijos būsena yra +1 (išimtis yra hidridai - Na + H - ir tipo jungtis C +4 H 4 -1 ). Metalo ir nemetalų jungtyse atomas, kurio elektronegatyvumas yra didžiausias, turi neigiamą oksidacijos būseną (elektronegatyvumo duomenys pateikiami pagal Paulingo skalę): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NE 3 ) - ir tt Oksidacijos laipsnio nustatymo cheminiuose junginiuose taisyklės. Paimkime ryšį KMnO 4 , būtina nustatyti mangano atomo oksidacijos laipsnį. Samprotavimas: Kalis yra periodinės lentelės I grupės šarminis metalas, todėl jo oksidacijos būsena yra tik +1. Yra žinoma, kad daugumoje jo junginių deguonies oksidacijos būsena yra -2. Ši medžiaga nėra peroksidas, vadinasi, ne išimtis. Sudaro lygtį: K+MnXO 4 -2 Leisti X- mums nežinomas mangano oksidacijos laipsnis. Kalio atomų skaičius yra 1, mangano - 1, deguonies - 4. Įrodyta, kad molekulė kaip visuma yra elektriškai neutrali, todėl jos bendras krūvis turi būti lygus nuliui. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, X = +7, Vadinasi, mangano oksidacijos būsena kalio permanganate = +7. Paimkime kitą oksido pavyzdį Fe2O3. Būtina nustatyti geležies atomo oksidacijos laipsnį. Samprotavimas: Geležis yra metalas, deguonis yra nemetalas, o tai reiškia, kad būtent deguonis bus oksidatorius ir turės neigiamą krūvį. Mes žinome, kad deguonies oksidacijos būsena yra -2. Mes atsižvelgiame į atomų skaičių: geležis - 2 atomai, deguonis - 3. Sudarome lygtį kur X- geležies atomo oksidacijos būsena: 2*(X) + 3*(-2) = 0, Išvada: geležies oksidacijos laipsnis šiame okside yra +3. Pavyzdžiai. Nustatykite visų molekulėje esančių atomų oksidacijos laipsnius. 1. K2Cr2O7. Oksidacijos būsena K+1, deguonis O -2. Pateikti indeksai: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2). Nes elementų oksidacijos būsenų molekulėje algebrinė suma, atsižvelgiant į jų atomų skaičių, lygi 0, tada teigiamų oksidacijos būsenų skaičius lygus neigiamų. Oksidacijos būsenos K+O=(-14)+(+2)=(-12). Iš to išplaukia, kad chromo atomo teigiamų galių skaičius yra 12, tačiau molekulėje yra 2 atomai, vadinasi, vienam atomui yra (+12):2=(+6). Atsakymas: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3-. Tokiu atveju oksidacijos būsenų suma bus lygi nebe nuliui, o jono krūviui, t.y. - 3. Sudarykite lygtį: x+4×(- 2)= - 3 . Atsakymas: (Kaip +5 O 4 -2) 3-.

Norėdami teisingai įdėti oksidacijos būsenos Reikia atsiminti keturias taisykles.

1) Paprastoje medžiagoje bet kurio elemento oksidacijos laipsnis lygus 0. Pavyzdžiai: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Turėtumėte atsiminti elementus, kuriems būdingi pastovios oksidacijos būsenos. Visi jie yra išvardyti lentelėje.

3) Aukščiausia elemento oksidacijos būsena, kaip taisyklė, sutampa su grupės, kurioje yra šis elementas, skaičiumi (pavyzdžiui, fosforas yra V grupėje, didžiausias fosforo SD yra +5). Svarbios išimtys: F, O.

4) Likusių elementų oksidacijos būsenų paieška pagrįsta paprasta taisykle:

Neutralioje molekulėje visų elementų oksidacijos būsenų suma lygi nuliui, o jone – jono krūviui.

Keli paprasti oksidacijos būsenų nustatymo pavyzdžiai

1 pavyzdys. Būtina rasti amoniako (NH 3) elementų oksidacijos būsenas.

Sprendimas. Jau žinome (žr. 2), kad str. GERAI. vandenilis yra +1. Belieka rasti šią azoto charakteristiką. Tegul x yra norima oksidacijos būsena. Sudarome paprasčiausią lygtį: x + 3 (+1) \u003d 0. Sprendimas akivaizdus: x \u003d -3. Atsakymas: N -3 H 3 +1.

2 pavyzdys. Nurodykite visų H 2 SO 4 molekulėje esančių atomų oksidacijos laipsnius.

Sprendimas. Vandenilio ir deguonies oksidacijos būsenos jau žinomos: H(+1) ir O(-2). Sieros oksidacijos laipsniui nustatyti sudarome lygtį: 2 (+1) + x + 4 (-2) \u003d 0. Išspręsdami šią lygtį randame: x \u003d +6. Atsakymas: H +1 2 S +6 O -2 4 .

3 pavyzdys. Apskaičiuokite visų Al(NO 3) 3 molekulės elementų oksidacijos laipsnius.

Sprendimas. Algoritmas lieka nepakitęs. Aliuminio nitrato „molekulės“ sudėtis apima vieną Al atomą (+3), 9 deguonies atomus (-2) ir 3 azoto atomus, kurių oksidacijos laipsnį turime apskaičiuoti. Atitinkama lygtis: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. Atsakymas: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

4 pavyzdys. Nustatykite visų (AsO 4) 3- jono atomų oksidacijos laipsnius.

Sprendimas. Tokiu atveju oksidacijos būsenų suma bus lygi nebe nuliui, o jono krūviui, t.y., -3. Lygtis: x + 4 (-2) = -3. Atsakymas: As(+5), O(-2).

Ką daryti, jei dviejų elementų oksidacijos būsenos nežinomos

Ar naudojant panašią lygtį galima vienu metu nustatyti kelių elementų oksidacijos būsenas? Jei svarstysime šią problemą matematikos požiūriu, atsakymas bus neigiamas. Tiesinė lygtis su dviem kintamaisiais negali turėti unikalaus sprendimo. Bet mes ne tik sprendžiame lygtį!

5 pavyzdys. Nustatykite visų elementų oksidacijos laipsnius (NH 4) 2 SO 4.

Sprendimas. Vandenilio ir deguonies oksidacijos būsenos žinomos, bet sieros ir azoto – ne. Klasikinis pavyzdys problemos su dviem nežinomaisiais! Amonio sulfatą laikysime ne viena „molekule“, o dviejų jonų deriniu: NH 4 + ir SO 4 2-. Žinome jonų krūvius, kiekviename iš jų yra tik vienas nežinomo oksidacijos laipsnio atomas. Pasitelkę patirtį, įgytą sprendžiant ankstesnes problemas, nesunkiai galime rasti azoto ir sieros oksidacijos būsenas. Atsakymas: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Išvada: jei molekulėje yra keli atomai su nežinomomis oksidacijos būsenomis, pabandykite molekulę „padalyti“ į kelias dalis.

Kaip išdėstyti oksidacijos būsenas organiniuose junginiuose

6 pavyzdys. Nurodykite visų CH 3 CH 2 OH elementų oksidacijos laipsnius.

Sprendimas. Oksidacijos būsenų nustatymas organiniuose junginiuose turi savo specifiką. Visų pirma, būtina atskirai rasti kiekvieno anglies atomo oksidacijos būsenas. Galite samprotauti taip. Apsvarstykite, pavyzdžiui, anglies atomą metilo grupėje. Šis C atomas yra prijungtas prie 3 vandenilio atomų ir gretimo anglies atomo. Autorius S-N jungtys vyksta elektronų tankio poslinkis link anglies atomo (nes C elektronegatyvumas viršija vandenilio EO). Jei šis poslinkis būtų baigtas, anglies atomas įgytų -3 krūvį.

C atomas grupėje -CH2OH yra prijungtas prie dviejų vandenilio atomų (elektronų tankio poslinkis link C), vieno deguonies atomo (elektronų tankio poslinkis link O) ir vieno anglies atomo (galime manyti, kad elektronų tankio poslinkiai šioje atvejis neįvyksta). Anglies oksidacijos laipsnis yra -2 +1 +0 = -1.

Atsakymas: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.

Nepainiokite sąvokų „valentas“ ir „oksidacijos būsena“!

Oksidacijos būsena dažnai painiojama su valentingumas. Nedarykite tos klaidos. Išvardinsiu pagrindinius skirtumus:

• oksidacijos būsena turi ženklą (+ arba -), valentingumas – ne;
• oksidacijos laipsnis gali būti lygus nuliui net sudėtingoje medžiagoje, valentingumo lygybė nuliui paprastai reiškia, kad šio elemento atomas nėra prijungtas prie kitų atomų (nekalbėsime apie jokius inkliuzinius junginius ir kita čia „egzotika“);
• oksidacijos laipsnis yra formali sąvoka, realią prasmę įgyjanti tik junginiuose su joniniais ryšiais, „valencijos“ sąvoka, atvirkščiai, patogiausia taikyti kovalentinių junginių atžvilgiu.

Oksidacijos būsena (tiksliau, jos modulis) dažnai skaitine prasme yra lygi valentingumui, tačiau dar dažniau šios reikšmės NESUTAPA. Pavyzdžiui, anglies oksidacijos laipsnis CO 2 yra +4; valentingumas C taip pat lygus IV. Tačiau metanolyje (CH 3 OH) anglies valentingumas išlieka toks pat, o C oksidacijos būsena yra -1.

Mažas testas tema "Oksidacijos laipsnis"

Skirkite kelias minutes ir patikrinkite, kaip supratote šią temą. Turite atsakyti į penkis paprastus klausimus. Sėkmės!

Chemijoje terminai „oksidacija“ ir „redukcija“ reiškia reakcijas, kurių metu atomas arba atomų grupė praranda arba atitinkamai įgyja elektronų. Oksidacijos būsena yra skaitinė vertė, priskiriama vienam ar keliems atomams, apibūdinanti perskirstytų elektronų skaičių ir parodanti, kaip šie elektronai pasiskirsto tarp atomų reakcijos metu. Šio kiekio nustatymas gali būti paprastas ir gana sudėtingas procesas, priklausomai nuo atomų ir iš jų susidedančių molekulių. Be to, kai kurių elementų atomai gali turėti kelias oksidacijos būsenas. Laimei, yra paprastos nedviprasmiškos oksidacijos laipsnio nustatymo taisyklės, kurių patikimam naudojimui pakanka žinoti chemijos ir algebros pagrindus.

Žingsniai

1 dalis

Oksidacijos laipsnio nustatymas pagal chemijos dėsnius

Nustatykite, ar nagrinėjama medžiaga yra elementinė. Atomų oksidacijos būsena už cheminio junginio ribų yra lygi nuliui. Ši taisyklė galioja ir medžiagoms, susidariusioms iš atskirų laisvųjų atomų, ir toms, kurios susideda iš dviejų ar daugiaatominių vieno elemento molekulių.

• Pavyzdžiui, Al(s) ir Cl2 oksidacijos būsena yra 0, nes abu yra chemiškai nesuderintos elementinės būsenos.
• Atkreipkite dėmesį, kad alotropinei sieros S 8 arba oktasieros formai, nepaisant netipiškos struktūros, taip pat būdinga nulinė oksidacijos būsena.

1. Nustatykite, ar atitinkama medžiaga susideda iš jonų. Jonų oksidacijos būsena yra lygi jų krūviui. Tai galioja ir laisviesiems jonams, ir tiems, kurie yra cheminių junginių dalis.

   • Pavyzdžiui, Cl jono oksidacijos būsena yra -1.
   • Cl jono oksidacijos laipsnis cheminiame junginyje NaCl taip pat yra -1. Kadangi pagal apibrėžimą Na jono krūvis yra +1, darome išvadą, kad Cl jono krūvis yra -1, taigi jo oksidacijos būsena yra -1.

2. Atkreipkite dėmesį, kad metalo jonai gali turėti keletą oksidacijos būsenų. Daugelio metalinių elementų atomai gali būti jonizuojami skirtingais laipsniais. Pavyzdžiui, metalo, pavyzdžiui, geležies (Fe), jonų krūvis yra +2 arba +3. Metalo jonų krūvį (ir jų oksidacijos laipsnį) galima nustatyti pagal kitų elementų, su kuriais šis metalas yra cheminio junginio dalis, jonų krūvius; tekste šis krūvis žymimas romėniškais skaitmenimis: pavyzdžiui, geležies (III) oksidacijos laipsnis yra +3.

   • Kaip pavyzdį apsvarstykite junginį, kuriame yra aliuminio jonų. Bendras AlCl 3 junginio krūvis yra lygus nuliui. Kadangi žinome, kad Cl - jonų krūvis yra -1, o junginyje yra 3 tokie jonai, bendram nagrinėjamos medžiagos neutralumui Al jono krūvis turi būti +3. Taigi šiuo atveju aliuminio oksidacijos laipsnis yra +3.

3. Deguonies oksidacijos būsena yra -2 (su kai kuriomis išimtimis). Beveik visais atvejais deguonies atomų oksidacijos būsena yra -2. Yra keletas šios taisyklės išimčių:

   • Jei deguonis yra elementinės būsenos (O 2 ), jo oksidacijos laipsnis yra 0, kaip ir kitų elementinių medžiagų atveju.
   • Jei įtraukiamas deguonis peroksidai, jo oksidacijos laipsnis yra -1. Peroksidai yra junginių grupė, turinti vieną deguonies ir deguonies ryšį (ty peroksido anijoną O 2 -2). Pavyzdžiui, H 2 O 2 molekulės (vandenilio peroksido) sudėtyje deguonis turi krūvį ir oksidacijos būseną -1.
   • Kartu su fluoru deguonies oksidacijos būsena yra +2, žr. toliau pateiktą fluoro taisyklę.

4. Vandenilio oksidacijos būsena yra +1, išskyrus keletą išimčių. Kaip ir deguonies atveju, taip pat yra išimčių. Paprastai vandenilio oksidacijos būsena yra +1 (nebent jis yra elementinėje būsenoje H 2). Tačiau junginiuose, vadinamuose hidridais, vandenilio oksidacijos būsena yra -1.

   • Pavyzdžiui, H 2 O vandenilio oksidacijos būsena yra +1, nes deguonies atomo krūvis yra -2, o bendram neutralumui reikia dviejų +1 krūvių. Tačiau natrio hidrido sudėtyje vandenilio oksidacijos būsena jau yra -1, nes Na jonas turi +1 krūvį, o visiškam elektroneutralumui vandenilio atomo krūvis (taigi ir jo oksidacijos būsena) turi būti -1.

5. Fluoras visada jo oksidacijos būsena yra -1. Kaip jau minėta, kai kurių elementų (metalo jonų, deguonies atomų peroksiduose ir kt.) oksidacijos laipsnis gali skirtis priklausomai nuo daugelio veiksnių. Tačiau fluoro oksidacijos laipsnis visada yra -1. Tai paaiškinama tuo, kad šis elementas pasižymi didžiausiu elektronegatyvumu – kitaip tariant, fluoro atomai mažiausiai nori išsiskirti su savo elektronais ir aktyviausiai traukia kitų žmonių elektronus. Taigi jų mokestis nesikeičia.

6. Junginio oksidacijos būsenų suma lygi jo krūviui. Visų jame esančių atomų oksidacijos būsenos cheminis junginys, iš viso turėtų duoti šio junginio mokestis. Pavyzdžiui, jei junginys yra neutralus, visų jo atomų oksidacijos būsenų suma turi būti lygi nuliui; jei junginys yra poliatominis jonas, kurio krūvis yra -1, oksidacijos būsenų suma yra -1 ir pan.

   • Tai geras patikrinimo būdas – jei oksidacijos būsenų suma nelygi bendram junginio krūviui, vadinasi, kažkur klystate.

   2 dalis

   Oksidacijos laipsnio nustatymas nenaudojant chemijos dėsnių

   1. Raskite atomus, kuriems nėra griežtų taisyklių dėl oksidacijos būsenos. Kalbant apie kai kuriuos elementus, nėra tvirtai nustatytų taisyklių, kaip nustatyti oksidacijos laipsnį. Jei atomui netaikoma nė viena iš aukščiau išvardytų taisyklių ir jūs nežinote jo krūvio (pavyzdžiui, atomas yra komplekso dalis, o jo krūvis nenurodytas), galite nustatyti tokio atomo oksidacijos būseną. atomas pašalinimo būdu. Pirmiausia nustatykite visų kitų junginio atomų krūvį, o tada pagal žinomą bendrą junginio krūvį apskaičiuokite šio atomo oksidacijos būseną.

      • Pavyzdžiui, Na 2 SO 4 junginyje sieros atomo (S) krūvis nežinomas – žinome tik tai, kad jis nėra nulis, nes siera nėra elementarios būsenos. Šis junginys yra geras pavyzdys, iliustruojantis algebrinį oksidacijos būsenos nustatymo metodą.

   2. Raskite likusių junginio elementų oksidacijos būsenas. Naudodami aukščiau aprašytas taisykles, nustatykite likusių junginio atomų oksidacijos būsenas. Nepamirškite apie taisyklės išimtis, taikomas O, H ir pan.

      • Na 2 SO 4 atveju, naudodamiesi mūsų taisyklėmis, nustatome, kad Na jono krūvis (taigi ir oksidacijos būsena) yra +1, o kiekvienam deguonies atomui jis yra -2.
   3. Junginiuose visų oksidacijos būsenų suma turi būti lygi krūviui. Pavyzdžiui, jei junginys yra dviatominis jonas, atomų oksidacijos būsenų suma turi būti lygi bendram jonų krūviui.
   4. Labai naudinga mokėti naudotis Mendelejevo periodine lentele ir žinoti, kur joje yra metaliniai ir nemetaliniai elementai.
   5. Elementariosios formos atomų oksidacijos būsena visada lygi nuliui. Vieno jono oksidacijos būsena yra lygi jo krūviui. Periodinės lentelės 1A grupės elementų, tokių kaip vandenilis, litis, natris, elementinės formos oksidacijos būsena yra +1; 2A grupės metalų, tokių kaip magnis ir kalcis, oksidacijos būsena elementinėje formoje yra +2. Deguonis ir vandenilis, priklausomai nuo cheminės jungties tipo, gali turėti 2 skirtingas oksidacijos būsenas.