M.A.AKHMETOVS

Lekciju piezīmes
ieslēgts vispārējā ķīmija

Turpinājums. Sākumam sk№ 8, 12, 13, 20, 23, 25-26, 40/2004

5. nodaļa
redokss
reakcijas

5.1. Oksidācijas pakāpes noteikšana

Redoksreakcijas ir reakcijas, kas ietver elektronu pārnešanu no viena atoma uz otru. Elektronu pāreju vērtē pēc atomu oksidācijas pakāpju izmaiņām. Ja mainās atoma oksidācijas pakāpe, mainās arī tā elektroniskā vide. Ir divi veidi, kā noteikt atomu oksidācijas pakāpi: pirmais– pēc bruto formulas , otrais– saskaņā ar strukturālo formulu .
Nosakot atomu oksidācijas pakāpi pirmajā veidā, tiek izmantots noteikums: visu daļiņu veidojošo atomu oksidācijas pakāpju summa ir vienāda ar daļiņas lādiņu . Molekulai šī summa ir vienāda ar nulli, bet jonam - tā lādiņu.
Kā ilustrāciju noteiksim atomu oksidācijas pakāpi nātrija tiosulfātā Na 2 S 2 O 3 ar pirmo metodi. Starp elementiem, kas veido daļiņu, skābeklis ir elektronnegatīvākais – tas pieņems elektronus. Tā kā skābeklis atrodas VI grupas galvenajā apakšgrupā, tam trūkst divu elektronu, lai pabeigtu elektronu slāni. Tāpēc skābekļa atoms pieņems divus elektronus un iegūs oksidācijas stāvokli -2. Elektropozitīvākais atoms ir nātrijs, kuram ārējā elektroniskajā līmenī ir tikai viens elektrons (nātrijs to atdos). Šie apsvērumi, ņemot vērā nātrija tiosulfāta formulu, ļauj mums izveidot vienādojumu:

2 (+1) + 2X + 3 (–2) = 0,

kura šķīdums dos sēra atoma oksidācijas pakāpes vērtību (+2).
Ir iespējams noteikt atomu oksidācijas pakāpi kompleksos jonos. Kā piemēru ņemsim anjonu. Tajā viselektronegatīvākais skābekļa atoms pieņem divus elektronus, un tā oksidācijas pakāpe ir -2. Hroma atoma oksidācijas stāvokli nosaka pēc vienādojuma:

2X + 7 (–2) = –2

un ir vienāds ar +6.
Otrs veids, kā atrast atomu oksidācijas stāvokļus - saskaņā ar strukturālo formulu - ir balstīts uz definīciju: oksidācijas stāvoklis – tas ir nosacīta vesela skaitļa lādiņš, kas būtu uz atoma, ja visas tā polārās kovalentās saites kļūtu par jonu. Nātrija tiosulfāta strukturālās formulas attēlojums

noteikt tā atomu oksidācijas pakāpi.
Nātrija atomi, kas savienoti ar atsevišķām saitēm ar elektronnegatīvākiem skābekļa atomiem, dabiski piešķirs tiem savus ārējos elektronus, katrs iegūstot oksidācijas pakāpi +1. Skābekļa atomi, kuriem ir divas saites ar vairāk elektropozitīviem atomiem, nosacīti pieņems divus elektronus un tiem būs -2 oksidācijas pakāpe. No strukturālās formulas var redzēt, ka savienojums satur divus sēra atomus dažādās vidēs. Viens no S atomiem ir savienots tikai ar dubultsaiti ar otru S atomu, un tā oksidācijas pakāpe ir nulle. Otrajam sēra atomam ir četras saites ar vēl trim elektronnegatīviem skābekļa atomiem, un tāpēc tā oksidācijas pakāpe ir +4.
Sēra atomu vidējais oksidācijas pakāpe, kā to nosakot ar pirmo metodi, ir +2 ((+4+0)/2).
Skābekļa atomam ne vienmēr ir oksidācijas pakāpe -2. Piemēram, kombinācijā ar fluora atomiem tam ir pozitīvs oksidācijas stāvoklis. Peroksīdos katra skābekļa atoma oksidācijas pakāpe ir , superoksīdos tas ir tikai , bet ozonīdos tas ir vienmērīgs. Arī sēra atomā oksidācijas pakāpe var būt vienāda ar -1, piemēram, disulfīdos. Dažos oksīdos, piemēram, Fe 3 O 4 un Pb 3 O 4, atomu oksidācijas pakāpes nosaka, pamatojoties uz to, ka šie oksīdi ir sajaukti: attiecīgi Fe 2 O 3 FeO un PbO 2 2PbO.

5.2. Vienādojumu rakstīšana
redoksreakcijas

Koeficientu atlase redoksreakciju vienādojumos tiek veikta, sastādot elektronisko svaru. Atlases metode, kas tiek samazināta līdz atomu skaita skaitīšanai vienādojuma labajā un kreisajā daļā, ne vienmēr garantē pareizu koeficientu noteikšanu. Tādējādi trīs vienādojumos trietilamīna oksidēšanai ar slāpekļskābi kreisajā un labajā pusē ir vienāds oglekļa, ūdeņraža, skābekļa un slāpekļa atomu skaits, taču tiek realizēts tikai viens no tiem:

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.

Redoksprocesa teorija ietver elektronu pārnešanu no reducētāja atomiem uz oksidētāja atomiem. Saskaņā ar matērijas nezūdamības likumu kopējais reducētāja ziedoto elektronu skaits ir vienāds ar kopējo oksidētāja saņemto elektronu skaitu. Šī vienkāršā ideja palīdz formulēt vienādojumus redoksreakcijām. Uzdevums ir izvēlēties proporcionalitātes koeficientus, pie kuriem tiek sasniegts elektroniskais līdzsvars.
Analizēsim piemēru etilbenzola molekulas oksidēšanai ar kālija permanganātu skābā vidē, karsējot. Mēs uzrakstām reakcijas vienādojumu un norādām to atomu oksidācijas pakāpi, kas to mainīja, un mēs noteiksim to oksidācijas pakāpi etilbenzola un benzoskābes molekulās, izmantojot atbilstošās strukturālās formulas:

Oglekļa atoms, kas tieši saistīts ar benzola gredzenu, mainīs tā oksidācijas pakāpi no -2 uz +3 (nodod 5 elektronus). Metilgrupas oglekļa atoms mainīs savu oksidācijas pakāpi no -3 uz +4 oglekļa dioksīdā (ziedot 7 elektronus). Kopumā etilbenzola molekula ziedos 12 elektronus. Mangāna atoms mainīs savu oksidācijas pakāpi no +7 uz +2 (pieņem 5 elektronus). Šajā gadījumā mums ir vienādojums:

12X = 5y,

kuru minimālie pozitīvi veseli skaitļi ir X = 5, plkst = 12.
Koeficientu izvēle vienādojumos ar disproporcijas reakciju ar elektroniskā līdzsvara metodi jāveic to labajā pusē. Piemēram, analizēsim Berthollet sāls (bez katalizatora) disproporciju:

No atomu oksidācijas pakāpju izmaiņām reakcijas laikā izriet, ka viņš saņēma 6 elektronus un it kā devis 2 elektronus.
Tad

(KCl) \u003d 3 (KClO 4).

Tāpēc kālija perhlorāta KClO 4 priekšā ir jāievieto koeficients 3:

4KClO 3 \u003d KCl + 3KClO 4.

5.3. Elektrolīze

Elektrolīta sadalīšanās (šķīdumā vai kausējumā), ejot cauri tam elektriskā strāva sauca elektrolīze .
Elektrolīzes procesa instrumentācija ir saistīta ar to, ka divi elektrodi, kas savienoti ar strāvas avotu, tiek nolaisti traukā ar elektrolīta šķīdumu vai kausējumu (5.1. att.).

Tiek saukts par negatīvi lādētu elektrodu katods (tas piesaista katjonus), un pozitīvi lādēts elektrods - anods (tas piesaista anjonus). Elektriskā ķēde aizveras uz elektrodiem notiekošo redoksprocesu dēļ. Katodā tiek reducēti katjoni, bet pie anoda anjoni tiek oksidēti.
Sāksim procesa izskatīšanu ar vienkāršāko gadījumu - kausējuma elektrolīze. Kausējumu elektrolīzē pie katoda metāla katjoni tiek reducēti līdz tīram metālam, un pie anoda vienkārši anjoni tiek oksidēti par vienkāršu vielu, piemēram:

2Cl - - 2 e\u003d Cl 2,

S 2––2 e= S.

Ja anjonam ir sarežģīta struktūra, tad šajā gadījumā notiek process, kas prasa vismazāko enerģijas daudzumu. Ja sāls ir izturīgs pret karstumu un elementa atoms anjonā ir visaugstākajā oksidācijas stāvoklī, tad skābeklis parasti tiek oksidēts līdz vienkāršai vielai:

– 2e\u003d SO 3 + 1 / 2O 2.

Ja elementa atoms atrodas vidējā oksidācijas stāvoklī, tad visticamāk, ka šajā gadījumā oksidēsies nevis skābeklis, bet gan cita anjona elementa atoms, piemēram:

– e= NO 2 .

Elektrolīze šķīdumos ir sarežģītāka produktu noteikšanas ziņā. Tas ir saistīts ar citas sastāvdaļas - ūdens - izskatu. Metāli ar standarta elektrodu potenciālu no –1,67 V (Al) un zemāku (atrodas pa kreisi no mangāna metāla spriegumu virknē) parasti netiek reducēti no ūdens šķīdumiem. Šādās sistēmās ūdeņradis tiek atbrīvots pie katoda. Tas galvenokārt ir saistīts ar faktu, ka šie metāli (tostarp magnijs un alumīnijs bez aizsargājošas oksīda plēves) reaģē ar ūdeni. Bet tas vispār nenozīmē, ka šāda veida elektrodu procesi

Na++ e= Na

ūdens šķīdumos nenotiek. Viens no veidiem, kā iegūt metālisku nātriju, ir NaCl (sālījuma) ūdens šķīduma elektrolīze. Šī procesa noslēpums slēpjas dzīvsudraba katoda izmantošanā. Reducētos nātrija atomus absorbē dzīvsudraba slānis, kas pasargā tos no saskares ar ūdeni. Iegūtās nātrija amalgamas (amalgama ir sakausējums, kura viena no sastāvdaļām ir dzīvsudrabs) turpmāko sadalīšanu komponentos panāk ar rektifikāciju. Pēc tam atbrīvotais dzīvsudrabs tiek atgriezts darba ciklā.
Par neiespējamību iegūt metālus, kas mijiedarbojas ar ūdeni, elektrolīzes ceļā atbilstošo elektrolītu ūdens šķīdumiem, liecina arī šāds pamatojums. Ļaujiet kalcijam samazināties ūdens šķīduma elektrolīzes laikā pie katoda:

Ca 2+ + 2 e= Ca.

Metāls pēc reģenerācijas reaģēs ar ūdeni:

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

Līdz ar to pie katoda metāla vietā izdalīsies ūdeņradis.
Metāli ar standarta elektrodu potenciālu diapazonā no –1,05 V līdz 0 V (kas atrodas elektroķīmiskajā virknē starp alumīniju un ūdeņradi) tiek reducēti no ūdens šķīdumiem paralēli ūdeņradim. Produktu (metāla un ūdeņraža) attiecību nosaka šķīduma koncentrācija, tā skābums un daži citi faktori (citu, īpaši sarežģītu sāļu klātbūtne šķīdumā; materiāls, no kura izgatavots elektrods). Jo augstāka ir sāls koncentrācija, jo lielāks ir atbrīvotā metāla īpatsvars. Jo skābāka vide, jo lielāka iespēja, ka izdalīsies ūdeņradis.Metāli ar pozitīviem standarta elektrodiem
potenciāli (atrodas metālu spriegumu virknē pa labi no ūdeņraža) vispirms tiek atbrīvoti šķīdumu elektrolīzes laikā. Piemēram:

Ag + + e= Ag.

Pie anoda ūdens šķīdumu elektrolīzes laikā tiek oksidēti visi vienkāršie anjoni, izņemot fluoru. Piemēram:

2I - - 2 e= I 2 .

Fluoru nevar iegūt ar ūdens šķīdumu elektrolīzi, jo reaģē ar ūdeni:

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

Ja elektrolīzē notiekošais sāls satur kompleksu anjonu, kurā heteroatoms (nevis skābeklis) atrodas visaugstākajā oksidācijas pakāpē, tad pie anoda veidojas skābeklis, t.i. ūdens sadalās:

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

Pats kompleksais anjons var kalpot arī kā skābekļa avots:

– 2e\u003d SO 3 + 1 / 2O 2.

Iegūtais skābes anhidrīds nekavējoties reaģēs ar ūdeni:

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

Ja heteroatoms ir vidējā oksidācijas stāvoklī, tas tiek oksidēts, nevis skābekļa atoms. Šāda procesa piemērs ir sulfīta jonu oksidēšana elektriskās strāvas iedarbībā:

Iegūtais sērskābes anhidrīds SO 3 nekavējoties reaģē ar ūdeni.
Karbonskābju anjoni tiek dekarboksilēti elektrolīzes rezultātā, veidojot ogļūdeņražus:

2R-COO - - 2 e= R–R + 2CO 2 .

5.4. Oksidācijas virziens
atveseļošanās procesi
un vides skābuma ietekme uz to

Redoks vai standarta elektrodu potenciāls kalpo kā ūdens šķīdumos esošo vielu redoksspējas mērs. Noteiksim, piemēram, vai Fe 3+ dzelzs katjons var oksidēt halogēna anjonus līdz KCl, KBr un KI. Zinot standarta elektrodu potenciālus ( 0), ir iespējams aprēķināt procesa elektromotora spēku (EMF). To definē kā starpību starp šādiem oksidētāja un reducētāja potenciāliem, un reakcija norit pie pozitīvas EML vērtības:

5.1. tabula

Noplūdes iespējamības noteikšana
redoksprocesi
pamatojoties uz standarta elektrodu potenciāliem

Tab. 5.1 parāda, ka ir iespējams tikai viens no pētāmajiem procesiem. Patiešām, no visiem iepriekšminētajiem kālija halogenīdiem tikai KI reaģē ar dzelzs trihlorīdu:

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

Ir vēl viens vienkāršs veids, kā noteikt procesa virzienu. Ja vienu zem otra uzrakstīsim divus procesa pusreakciju vienādojumus tā, lai augšējās pusreakcijas standarta elektrodu potenciāls būtu mazāks par apakšējo, tad starp tiem rakstītais burts Z (5.2. att.) norādīs. ar tā galiem atļautā procesa posmu virzieni (noteikums Z).

No tām pašām vielām, mainot barotnes pH, var iegūt dažādus produktus. Piemēram, permanganāta anjons tiek reducēts skābā vidē, veidojot mangāna (II) savienojumu:

2KMnO4 + 5Na 2SO 3 + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 5Na 2 SO 4 + 3H 2 O.

Neitrālā vidē veidojas mangāna dioksīds MnO 2:

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

Sārmainā vidē permanganāta anjons tiek reducēts līdz manganāta anjonam:

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

5.5. Vingrinājumi

1. Nosakiet atomu oksidācijas pakāpi šādos savienojumos: BaO 2, CsO 2, RbO 3, F 2 O 2, LiH, F 2, C 2 H 5 OH, toluolā, benzaldehīdā, etiķskābē.

Ķīmiskais elements savienojumā, kas aprēķināts, pieņemot, ka visas saites ir jonu.

Oksidācijas pakāpēm var būt pozitīva, negatīva vai nulles vērtība, tāpēc elementu oksidācijas pakāpju algebriskā summa molekulā, ņemot vērā to atomu skaitu, ir 0, bet jonā - jona lādiņš.

1. Metālu oksidācijas pakāpe savienojumos vienmēr ir pozitīva.

2. Augstākais oksidācijas pakāpe atbilst periodiskās sistēmas grupas numuram, kurā atrodas šis elements (izņēmums ir: Au+3(I grupa), Cu+2(II), no VIII grupas, oksidācijas pakāpe +8 var būt tikai osmijā Os un rutēnijs Ru.

3. Nemetālu oksidācijas pakāpe ir atkarīga no tā, ar kuru atomu tie ir saistīti:

• ja ar metāla atomu, tad oksidācijas pakāpe ir negatīva;
• ja ar nemetāla atomu, tad oksidācijas pakāpe var būt gan pozitīva, gan negatīva. Tas ir atkarīgs no elementu atomu elektronegativitātes.

4. Nemetālu augstāko negatīvo oksidācijas pakāpi var noteikt, no 8 atņemot tās grupas skaitli, kurā atrodas šis elements, t.i. augstākais pozitīvais oksidācijas stāvoklis ir vienāds ar elektronu skaitu uz ārējā slāņa, kas atbilst grupas numuram.

5. Vienkāršu vielu oksidācijas pakāpe ir 0 neatkarīgi no tā, vai tas ir metāls vai nemetāls.

Elementi ar nemainīgu oksidācijas pakāpi.

Elements	Raksturīgs oksidācijas stāvoklis	Izņēmumi
		Metālu hidrīdi: LIH-1
		oksidācijas stāvoklis sauc par daļiņas nosacīto lādiņu, pieņemot, ka saite ir pilnībā pārrauta (tai ir jonu raksturs). H- Cl = H + + Cl - , Komunikācija iekšā sālsskābe kovalentais polārs. Elektronu pāris ir vairāk novirzīts uz atomu Cl - , jo tas ir vairāk elektronnegatīvs vesels elements. Kā noteikt oksidācijas pakāpi? Elektronegativitāte ir atomu spēja piesaistīt elektronus no citiem elementiem. Oksidācijas stāvoklis ir norādīts virs elementa: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,K + Cl - utt. Tas var būt negatīvs un pozitīvs. Vienkāršas vielas oksidācijas pakāpe (nesaistītā, brīvā stāvoklī) ir nulle. Skābekļa oksidācijas pakāpe lielākajā daļā savienojumu ir -2 (izņēmums ir peroksīdi H2O2, kur tas ir -1 un savienojumi ar fluoru - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ). - Oksidācijas stāvoklis vienkāršs monatomisks jons ir vienāds ar tā lādiņu: Na + , Ca +2 . Ūdeņradim tā savienojumos ir oksidācijas pakāpe +1 (izņēmums ir hidrīdi - Na + H - un tipa savienojumi C +4 H 4 -1 ). Metālu un nemetālu saitēs atomam, kuram ir vislielākā elektronegativitāte, ir negatīvs oksidācijas stāvoklis (elektronegativitātes dati ir norādīti Polinga skalā): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NĒ 3 ) - utt. Noteikumi oksidācijas pakāpes noteikšanai ķīmiskajos savienojumos. Ņemsim savienojumu KMnO 4 , nepieciešams noteikt mangāna atoma oksidācijas pakāpi. Pamatojums: Kālijs ir periodiskās tabulas I grupas sārmu metāls, un tāpēc tam ir tikai pozitīvs oksidācijas stāvoklis +1. Ir zināms, ka lielākajā daļā tā savienojumu skābekļa oksidācijas pakāpe ir -2. Šī viela nav peroksīds, kas nozīmē, ka tā nav izņēmums. Izveido vienādojumu: K+MnXO 4 -2 Ļaujiet X- mums nezināma mangāna oksidācijas pakāpe. Kālija atomu skaits ir 1, mangāna - 1, skābekļa - 4. Ir pierādīts, ka molekula kopumā ir elektriski neitrāla, tāpēc tās kopējam lādiņam jābūt vienādam ar nulli. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, X = +7, Tādējādi mangāna oksidācijas pakāpe kālija permanganātā = +7. Ņemsim vēl vienu oksīda piemēru Fe2O3. Ir nepieciešams noteikt dzelzs atoma oksidācijas pakāpi. Pamatojums: Dzelzs ir metāls, skābeklis ir nemetāls, kas nozīmē, ka tieši skābeklis būs oksidētājs un ar negatīvu lādiņu. Mēs zinām, ka skābekļa oksidācijas pakāpe ir -2. Mēs ņemam vērā atomu skaitu: dzelzs - 2 atomi, skābeklis - 3. Mēs veidojam vienādojumu kur X- dzelzs atoma oksidācijas pakāpe: 2*(X) + 3*(-2) = 0, Secinājums: dzelzs oksidācijas pakāpe šajā oksīdā ir +3. Piemēri. Nosakiet visu molekulas atomu oksidācijas pakāpi. 1. K2Cr2O7. Oksidācijas stāvoklis K+1, skābeklis O -2. Dotie indeksi: O=(-2)×7=(-14), K=(+1)×2=(+2). Jo elementu oksidācijas pakāpju algebriskā summa molekulā, ņemot vērā to atomu skaitu, ir 0, tad pozitīvo oksidācijas pakāpju skaits ir vienāds ar negatīvo skaitu. Oksidācijas stāvokļi K+O=(-14)+(+2)=(-12). No tā izriet, ka hroma atoma pozitīvo spēku skaits ir 12, bet molekulā ir 2 atomi, kas nozīmē, ka uz vienu atomu ir (+12):2=(+6). Atbilde: K 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3-. Šajā gadījumā oksidācijas pakāpju summa vairs nebūs vienāda ar nulli, bet gan ar jona lādiņu, t.i. - 3. Izveidosim vienādojumu: x+4×(- 2)= - 3 . Atbilde: (Kā +5 O 4 -2) 3-.

Lai pareizi novietotu oksidācijas stāvokļi Ir četri noteikumi, kas jāpatur prātā.

1) Vienkāršā vielā jebkura elementa oksidācijas pakāpe ir 0. Piemēri: Na 0, H 0 2, P 0 4.

2) Jums vajadzētu atcerēties elementus, kuriem ir raksturīgi pastāvīgi oksidācijas stāvokļi. Visi no tiem ir norādīti tabulā.

3) Elementa augstākais oksidācijas pakāpe, kā likums, sakrīt ar tās grupas skaitu, kurā šis elements atrodas (piemēram, fosfors ir V grupā, fosfora augstākais SD ir +5). Svarīgi izņēmumi: F, O.

4) Atlikušo elementu oksidācijas stāvokļu meklēšana balstās uz vienkāršu noteikumu:

Neitrālā molekulā visu elementu oksidācijas pakāpju summa ir vienāda ar nulli, bet jonā - jona lādiņu.

Daži vienkārši piemēri oksidācijas pakāpes noteikšanai

1. piemērs. Jāatrod elementu oksidācijas pakāpes amonjakā (NH 3).

Risinājums. Mēs jau zinām (sk. 2.), ka Art. LABI. ūdeņradis ir +1. Atliek atrast šo slāpekļa raksturlielumu. Lai x ir vēlamais oksidācijas stāvoklis. Mēs sastādām vienkāršāko vienādojumu: x + 3 (+1) \u003d 0. Risinājums ir acīmredzams: x \u003d -3. Atbilde: N -3 H 3 +1.

2. piemērs. Norādiet visu H 2 SO 4 molekulas atomu oksidācijas pakāpi.

Risinājums. Ūdeņraža un skābekļa oksidācijas pakāpes jau ir zināmas: H(+1) un O(-2). Mēs sastādām vienādojumu sēra oksidācijas pakāpes noteikšanai: 2 (+1) + x + 4 (-2) \u003d 0. Atrisinot šo vienādojumu, mēs atrodam: x \u003d +6. Atbilde: H +1 2 S +6 O -2 4 .

3. piemērs. Aprēķināt visu Al(NO 3) 3 molekulas elementu oksidācijas pakāpi.

Risinājums. Algoritms paliek nemainīgs. Alumīnija nitrāta "molekulas" sastāvā ir viens Al atoms (+3), 9 skābekļa atomi (-2) un 3 slāpekļa atomi, kuru oksidācijas pakāpe mums ir jāaprēķina. Atbilstošais vienādojums: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. Atbilde: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.

4. piemērs. Noteikt visu (AsO 4) 3- jonu atomu oksidācijas pakāpi.

Risinājums. Šajā gadījumā oksidācijas pakāpju summa vairs nebūs vienāda ar nulli, bet gan ar jona lādiņu, t.i., -3. Vienādojums: x + 4 (-2) = -3. Atbilde: As(+5), O(-2).

Ko darīt, ja divu elementu oksidācijas pakāpe nav zināma

Vai, izmantojot līdzīgu vienādojumu, ir iespējams noteikt vairāku elementu oksidācijas pakāpi vienlaikus? Ja mēs aplūkojam šo problēmu no matemātikas viedokļa, atbilde būs negatīva. Lineārais vienādojums ar diviem mainīgajiem nevar būt unikāls risinājums. Bet mēs ne tikai risinām vienādojumu!

5. piemērs. Nosakiet visu elementu oksidācijas pakāpi (NH 4) 2 SO 4.

Risinājums. Ūdeņraža un skābekļa oksidācijas pakāpes ir zināmas, bet sēra un slāpekļa nav. Klasisks piemērs problēmas ar diviem nezināmiem! Mēs uzskatīsim amonija sulfātu nevis par vienu "molekulu", bet gan par divu jonu kombināciju: NH 4 + un SO 4 2-. Mēs zinām jonu lādiņus, katrs no tiem satur tikai vienu atomu ar nezināmu oksidācijas pakāpi. Izmantojot pieredzi, kas gūta iepriekšējo problēmu risināšanā, varam viegli atrast slāpekļa un sēra oksidācijas pakāpes. Atbilde: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.

Secinājums: ja molekulā ir vairāki atomi ar nezināmiem oksidācijas pakāpēm, mēģiniet "sadalīt" molekulu vairākās daļās.

Kā sakārtot oksidācijas stāvokļus organiskajos savienojumos

6. piemērs. Norāda visu elementu oksidācijas pakāpi CH 3 CH 2 OH.

Risinājums. Oksidācijas stāvokļu atrašanai organiskajos savienojumos ir sava specifika. Jo īpaši ir nepieciešams atsevišķi atrast oksidācijas pakāpi katram oglekļa atomam. Jūs varat argumentēt šādi. Apsveriet, piemēram, oglekļa atomu metilgrupā. Šis C atoms ir saistīts ar 3 ūdeņraža atomiem un blakus esošu oglekļa atomu. Autors S-N savienojumi notiek elektronu blīvuma nobīde oglekļa atoma virzienā (jo C elektronegativitāte pārsniedz ūdeņraža EO). Ja šī pārvietošanās būtu pilnīga, oglekļa atoms iegūtu lādiņu -3.

C atoms grupā -CH 2 OH ir saistīts ar diviem ūdeņraža atomiem (elektronu blīvuma maiņa uz C), vienu skābekļa atomu (elektronu blīvuma nobīde uz O) un vienu oglekļa atomu (var pieņemt, ka elektronu blīvuma izmaiņas šajā gadījums nenotiek). Oglekļa oksidācijas pakāpe ir -2 +1 +0 = -1.

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

Nejauciet jēdzienus "valence" un "oksidācijas stāvoklis"!

Oksidācijas stāvokli bieži sajauc ar valence. Nepieļaujiet šo kļūdu. Es uzskaitīšu galvenās atšķirības:

• oksidācijas pakāpei ir zīme (+ vai -), valence - nē;
• oksidācijas pakāpe var būt vienāda ar nulli pat sarežģītā vielā, valences vienādība ar nulli, kā likums, nozīmē, ka šī elementa atoms nav saistīts ar citiem atomiem (mēs neapspriedīsim nekādus ieslēguma savienojumus un cita "eksotika" šeit);
• oksidācijas pakāpe ir formāls jēdziens, kas reālu nozīmi iegūst tikai savienojumos ar jonu saitēm, jēdziens "valence", gluži pretēji, visērtāk tiek piemērots attiecībā uz kovalentiem savienojumiem.

Oksidācijas stāvoklis (precīzāk, tā modulis) bieži vien ir skaitliski vienāds ar valenci, bet vēl biežāk šīs vērtības NEsakrīt. Piemēram, oglekļa oksidācijas pakāpe CO 2 ir +4; valence C ir arī vienāda ar IV. Bet metanolā (CH 3 OH) oglekļa valence paliek nemainīga, un C oksidācijas pakāpe ir -1.

Neliels tests par tēmu "Oksidācijas pakāpe"

Veltiet dažas minūtes, lai pārbaudītu, kā esat sapratis šo tēmu. Jums jāatbild uz pieciem vienkāršiem jautājumiem. Veiksmi!

Ķīmijā termini "oksidācija" un "reducēšana" nozīmē reakcijas, kurās atoms vai atomu grupa zaudē vai attiecīgi iegūst elektronus. Oksidācijas pakāpe ir skaitliska vērtība, kas piešķirta vienam vai vairākiem atomiem, kas raksturo pārdalīto elektronu skaitu un parāda, kā šie elektroni reakcijas laikā tiek sadalīti starp atomiem. Šī daudzuma noteikšana var būt gan vienkārša, gan diezgan sarežģīta procedūra atkarībā no atomiem un no tiem sastāvošajām molekulām. Turklāt dažu elementu atomiem var būt vairāki oksidācijas stāvokļi. Par laimi, ir vienkārši nepārprotami noteikumi oksidācijas pakāpes noteikšanai, kuru drošai lietošanai pietiek zināt ķīmijas un algebras pamatus.

Soļi

1. daļa

Oksidācijas pakāpes noteikšana pēc ķīmijas likumiem

Nosakiet, vai attiecīgā viela ir elementāra. Atomu oksidācijas pakāpe ārpus ķīmiskā savienojuma ir nulle. Šis noteikums attiecas gan uz vielām, kas veidojas no atsevišķiem brīviem atomiem, gan uz tām, kas sastāv no viena elementa divām vai poliatomiskām molekulām.

• Piemēram, Al(s) un Cl2 oksidācijas pakāpe ir 0, jo abi ir ķīmiski nekombinētā elementārā stāvoklī.
• Lūdzu, ņemiet vērā, ka sēra S 8 jeb oktasēra alotropajai formai, neskatoties uz tās netipisko struktūru, ir raksturīgs arī nulles oksidācijas stāvoklis.

1. Nosakiet, vai attiecīgā viela sastāv no joniem. Jonu oksidācijas pakāpe ir vienāda ar to lādiņu. Tas attiecas gan uz brīvajiem joniem, gan tiem, kas ir ķīmisko savienojumu sastāvdaļa.

   • Piemēram, Cl jona oksidācijas pakāpe ir -1.
   • Cl jona oksidācijas pakāpe ķīmiskajā savienojumā NaCl arī ir -1. Tā kā Na jonam pēc definīcijas ir lādiņš +1, mēs secinām, ka Cl jona lādiņš ir -1, un tādējādi tā oksidācijas pakāpe ir -1.

2. Ņemiet vērā, ka metālu joniem var būt vairāki oksidācijas stāvokļi. Daudzu metālisku elementu atomi var tikt jonizēti dažādos pakāpēs. Piemēram, metāla, piemēram, dzelzs (Fe) jonu lādiņš ir +2 vai +3. Metāla jonu lādiņu (un to oksidācijas pakāpi) var noteikt pēc citu elementu jonu lādiņiem, ar kuriem šis metāls ir ķīmiska savienojuma sastāvdaļa; tekstā šo lādiņu norāda ar romiešu cipariem: piemēram, dzelzs (III) oksidācijas pakāpe ir +3.

   • Piemēram, apsveriet savienojumu, kas satur alumīnija jonu. AlCl 3 savienojuma kopējais lādiņš ir nulle. Tā kā mēs zinām, ka Cl - jonu lādiņš ir -1, un savienojums satur 3 šādus jonus, lai attiecīgās vielas kopējā neitralitāte būtu Al jona lādiņam +3. Tādējādi šajā gadījumā alumīnija oksidācijas pakāpe ir +3.

3. Skābekļa oksidācijas pakāpe ir -2 (ar dažiem izņēmumiem). Gandrīz visos gadījumos skābekļa atomu oksidācijas pakāpe ir -2. Šim noteikumam ir vairāki izņēmumi:

   • Ja skābeklis ir elementārā stāvoklī (O 2 ), tā oksidācijas pakāpe ir 0, tāpat kā citām elementārvielām.
   • Ja ir iekļauts skābeklis peroksīdi, tā oksidācijas pakāpe ir -1. Peroksīdi ir savienojumu grupa, kas satur vienu skābekļa-skābekļa saiti (ti, peroksīda anjonu O 2 -2). Piemēram, H 2 O 2 molekulas (ūdeņraža peroksīda) sastāvā skābekļa lādiņš un oksidācijas pakāpe ir -1.
   • Kombinācijā ar fluoru skābekļa oksidācijas pakāpe ir +2, fluora noteikumu skatiet tālāk.

4. Ūdeņraža oksidācijas pakāpe ir +1, ar dažiem izņēmumiem. Tāpat kā ar skābekli, ir arī izņēmumi. Parasti ūdeņraža oksidācijas pakāpe ir +1 (ja vien tas nav elementārā stāvoklī H 2). Tomēr savienojumos, ko sauc par hidrīdiem, ūdeņraža oksidācijas pakāpe ir -1.

   • Piemēram, ūdenī ūdeņraža oksidācijas pakāpe ir +1, jo skābekļa atoma lādiņš ir -2, un vispārējai neitralitātei ir nepieciešami divi +1 lādiņi. Tomēr nātrija hidrīda sastāvā ūdeņraža oksidācijas pakāpe jau ir -1, jo Na jonam ir lādiņš +1, un pilnīgai elektroneitrālitātei ūdeņraža atoma lādiņam (un līdz ar to arī oksidācijas pakāpei) jābūt -1.

5. Fluors vienmēr ir oksidācijas pakāpe -1. Kā jau minēts, dažu elementu (metālu jonu, skābekļa atomu peroksīdos un tā tālāk) oksidācijas pakāpe var atšķirties atkarībā no vairākiem faktoriem. Tomēr fluora oksidācijas pakāpe vienmēr ir -1. Tas izskaidrojams ar to, ka šim elementam ir vislielākā elektronegativitāte – citiem vārdiem sakot, fluora atomi vismazāk vēlas šķirties no saviem elektroniem un visaktīvāk piesaista svešus elektronus. Tādējādi viņu maksa paliek nemainīga.

6. Savienojuma oksidācijas pakāpju summa ir vienāda ar tā lādiņu. Visu tajā esošo atomu oksidācijas pakāpes ķīmiskais savienojums, kopā jādod šī savienojuma maksa. Piemēram, ja savienojums ir neitrāls, visu tā atomu oksidācijas pakāpju summai ir jābūt nulle; ja savienojums ir poliatomisks jons ar lādiņu -1, oksidācijas pakāpju summa ir -1 utt.

   • Šī ir laba pārbaudes metode - ja oksidācijas pakāpju summa nav vienāda ar savienojuma kopējo lādiņu, tad jūs kaut kur kļūdāties.

   2. daļa

   Oksidācijas pakāpes noteikšana, neizmantojot ķīmijas likumus

   1. Atrodiet atomus, kuriem nav stingru noteikumu attiecībā uz oksidācijas stāvokli. Attiecībā uz dažiem elementiem nav stingri noteiktu noteikumu oksidācijas pakāpes noteikšanai. Ja uz atomu neattiecas neviens no iepriekš minētajiem noteikumiem un jūs nezināt tā lādiņu (piemēram, atoms ir daļa no kompleksa un tā lādiņš nav norādīts), varat noteikt šāda atoma oksidācijas pakāpi. atoms pēc eliminācijas. Vispirms nosakiet visu pārējo savienojuma atomu lādiņu un pēc tam no zināmā savienojuma kopējā lādiņa aprēķiniet šī atoma oksidācijas pakāpi.

      • Piemēram, Na 2 SO 4 savienojumā sēra atoma (S) lādiņš nav zināms - mēs zinām tikai to, ka tas nav nulle, jo sērs nav elementārā stāvoklī. Šis savienojums kalpo kā labs piemērs, lai ilustrētu algebrisko metodi oksidācijas stāvokļa noteikšanai.

   2. Atrodiet pārējo savienojuma elementu oksidācijas pakāpi. Izmantojot iepriekš aprakstītos noteikumus, nosaka atlikušo savienojuma atomu oksidācijas pakāpi. Neaizmirstiet par izņēmumiem no noteikuma O, H un tā tālāk gadījumā.

      • Attiecībā uz Na 2 SO 4, izmantojot mūsu noteikumus, mēs atklājam, ka Na jona lādiņš (un līdz ar to oksidācijas stāvoklis) ir +1, un katram skābekļa atomam tas ir -2.
   3. Savienojumos visu oksidācijas pakāpju summai jābūt vienādai ar lādiņu. Piemēram, ja savienojums ir divatomiskais jons, atomu oksidācijas pakāpju summai jābūt vienādai ar kopējo jonu lādiņu.
   4. Ir ļoti noderīgi prast izmantot Mendeļejeva periodisko tabulu un zināt, kur tajā atrodas metāliskie un nemetāliskie elementi.
   5. Atomu oksidācijas pakāpe elementārajā formā vienmēr ir nulle. Viena jona oksidācijas pakāpe ir vienāda ar tā lādiņu. Periodiskās tabulas 1A grupas elementiem, piemēram, ūdeņradim, litijam, nātrijam, elementārā formā ir oksidācijas pakāpe +1; 2A grupas metālu, piemēram, magnija un kalcija, oksidācijas pakāpe elementārajā formā ir +2. Skābeklim un ūdeņradim atkarībā no ķīmiskās saites veida var būt 2 dažādi oksidācijas stāvokļi.