Правила определения степеней окисления

СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ – вспомогательная условная величина для записи процессов окисления, восстановления и окислительно-восстановительных реакций, численная величина электрического заряда, приписываемого атому в молекуле в предположении, что электронные пары, осуществляющие связь, полностью смещены в сторону более электроотрицательных атомов.

1. Степень окисления элементов в простых веществах равна 0.

Пример: Fe ⁰, O₂ ⁰, Cl₂ ⁰.

Внимание: в озоне О₃ ⁰ при рассмотрении структуры возможно указание следующих степеней окисления

2. Металлы в соединениях, как правило, имеют положительную степень окисления. Неметаллы в соединениях могут иметь как положительную, так и отрицательную степень окисления.

3. Максимальная положительная степень окисления, как правило, равна номеру группы ПС.

Минимальная степень окисления: для металлов – 0, для неметаллов – № группы ПС минус 8.

Пример:

Исключения:

1) для элементов побочных подгрупп ПС это правило может нарушаться. Например, для золота получено соединение Au ⁺⁷ F₇, а элементы 8-й группы ПС Со и Ni не образуют соединений со степенью окисления +8.

2) металлы могут иметь отрицательную степень окисления. Так, анион Na ⎺ удалось стабилизировать с помощью полициклического эфира, одного из криптатов. Удалось выделить золотистые гексагональные, пластинчатые кристаллы (устойчивы до –10°С), состав которых может быть описан формулой [Na ⁺ C]Na ⎺.

4. Водород в соединениях чаще всего проявляет степень окисления +1. Только в солеобразных гидридах типа NaH, CaH₂, его степень окисления равна –1.

5. Фтор во всех соединениях, без исключения, проявляет степень окисления –1.

6. Степень окисления кислорода в большинстве соединений принимается равной –2.

Пример: СаО ⁻², KО ⁻² Н.

Исключение: пероксиды Н₂О₂ ⁻¹, ВаО₂ ⁻¹; надпероксидыKО₂ ^−1/2; озонидыKО₃ ^−1/3.

7. Степень окисления может принимать как целочисленное, так и дробное значение:

Пример: В₅ ^+5/11 Н₁₁ ⁻¹, В₂ ⁺³ Н₆ ⁻¹.

8. ПРАВИЛО ЭЛЕКТРОНЕЙТРАЛЬНОСТИ: в нейтральной молекуле алгебраическая сумма всех степеней окисления равна нулю, в ионе – равна заряду иона.

Пример:

K2+1Cr2+хO7−2 2·(+1) + 2х + 7·(–2) = 0 2 + 2х–14 = 0 2х = 12 х = +6

Al+3(N+хO3−2)3 +3 + 3х + 9·(–2) = 0 3 + 3х– 18 = 0 3х = 15 х = +5

(S+хO4−2)2− х + 4·(–2) = –2 х– 8 = –2 х = +6

Несмотря на широкое применение понятия степени окисления, оно является сугубо формальной величиной, не отражающей величину реального заряда на атомах.

В настоящее время экспериментально определяемые истинные заряды атомов в соединениях не имеют ничего общего со степенями окисления этих элементов. Так, реальные заряды на атомах водорода и хлора в молекуле HCl соответственно равны +0,17 и –0,17, степени же окисления равны +1 и – 1.

 

В большинстве случаев между значениями степени окисления и валентностью элемента (числом двухцентровыхдвухэлектронных связей) прямой связи нет.

Пример: Во всех случаях: СН₄, СН₃ОН, СНОН, НСООН, СО₂, углерод является четырехвалентным.

В молекуле азота N₂ ⁰ каждый атом азота трехвалентен.

 

Тем не менее, понятие степени окисления полезно при составлении формул химических соединений, при классификации химических соединений, при составлении окислительно-восстановительных реакций.