При определении степени окисления элемента, следует руководствоваться следующими положениями:
1. Степень окисления атомов элементарных металлов равна нулю (Na, Сa, Al и т.д.).
2. Степень окисления атомов неметаллов в молекулах простых веществ равна нулю (N2, Cl2, O2, H2 и т.д.).
3. Во всех соединениях щелочные металлы имеют степень окисления (+1), щелочноземельные (+2).
4. Водород в соединениях с неметаллами имеет степень окисления (+1), а в солеобразных гидридах (NаН, СаН2 и т.д.) (–1).
5. Фтор — наиболее электроотрицательный элемент, в соединениях с другими элементами имеет степень окисления (–1).
6. Кислород в соединениях проявляет степень окисления (–2). Исключение составляют OF2, в котором степень окисления кислорода (+2), и пероксиды, например, H2O2 , Na2O2, в которых степень окисления кислорода (–1).
7. Степень окисления может быть не только целым, но и дробным числом. Так, в KO2 и KO3 для кислорода она соответственно равна (–1/2) и (–1/3).
8. В нейтральных молекулах алгебраическая сумма всех степеней окисления равна нулю.
9. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в ион, равна заряду иона.
Пример 1.
Найти степень окисления хрома в молекуле K2Cr2О7.
Составим для этой молекулы уравнение:
(+1)×2 + x ×2 + (–2)×7 = 0,
где (+1) — степень окисления калия; 2 — число атомов калия; x — степень окисления хрома; 2 — число атомов хрома; (–2) — степень окисления кислорода; 7 — число атомов кислорода.
Решая уравнение, получаем x = +6.
Пример 2.
Определить степень окисления хлора в ионе СlО4–.
Составим для данного иона уравнение:
x ×1 + (–2)×4 = –1,
где x — степень окисления хлора; (–2) — степень окисления кислорода; 4 — число атомов кислорода; (–1) — заряд всего иона.
Решая уравнение, получаем x = +7.
1.4. Важнейшие восстановители иокислители
Величина степени окисления атома элемента в составе соединения дает информацию о том, в каком процессе этот атом может участвовать.
Атомы, имеющие в соединении низшую степень окисления, могут выступать только в роли восстановителя. Они способны только отдавать электроны и окисляться, проявляя восстановительные свойства, например:
N–3, P–3, Cl–1, O–2, S–2, I–1, F–1 и т.п.
Атомы в соединениях, имеющие высшую степень окисления, являются только окислителями. Они могут только принимать электроны и восстанавливаться, проявляя при этом окислительные свойства, например:
N+5, Cr+6, Zn+2, Cl+7, P+5 и т.п.
Атомы, проявляющие в соединениях промежуточную степень окисления, могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Это зависит от того, реагируют ли они с более сильными окислителями или с более сильными восстановителями, например:
Mn+6, Fe+2, Sn+2, S+4, N+3 и т.п.
Например, четырехвалентная сера может быть как восстановителем:
S+4 – 2 ē → S+6 (окисление),
так и окислителем:
S+4 + 4 ē → S0 (восстановление).
Такое свойство называется окислительно-восстановительной двойственностью.
Если говорить об окислительно-восстановительных свойствах эламентов в виде простых веществ, то они согласуются с величиной электроотрицательности данного элемента. Восстановителями обычно являются элементарные вещества, характеризующиеся наименьшими значениями энергии ионизации. К ним относятся металлы, водород. Окислителями обычно являются элементарные вещества, характеризующиеся наибольшим сродством к электрону: F2, O2. Атомы элементарных веществ, характеризующиеся средними значениями электроотрицательности, обладают и окислительными, и восстановительными свойствами, например:
Вг2, Sе, С, Р, N2, S и т.п.
1.5. Изменение окислительно-восстановительных свойств
простых веществ по периодам и группам
Соотношение окислительных и восстановительных свойств простого (элементарного) вещества определяется числом электронов на последнем энергетическом уровне атома. В Периодической системе элементов в пределах периода с повышением порядкового номера элемента, т.е. при движении слева направо, восстановительные свойства простых веществ понижаются, а окислительные возрастают и становятся максимальными у галогенов. Так, например, в третьем периоде Na — самый активный в периоде восстановитель, а хлор — самый активный в периоде окислитель. Это обусловлено увеличением количества электронов на последнем уровне, сопровождающимся уменьшением радиуса атома и приближением строения последнего уровня к устойчивому восьмиэлектронному состоянию. Металлы имеют небольшое число электронов на последнем уровне, поэтому они никогда не принимают "чужие" электроны и могут только отдавать свои. Напротив, неметаллы (кроме фтора) могут не только принимать, но и отдавать электроны, проявляя как восстановительные, так и окислительные свойства. Фтор проявляет только окислительные свойства, так как обладает наибольшей относительной электроотрицательностью из всех элементов. Таким образом, лучшие восстановители — щелочные металлы, а лучшие окислители — элементы главных подгрупп седьмой (галогены) и шестой групп.
В пределах группы изменение окислительно-восстановительных свойств обусловлено увеличением радиуса атома, что приводит к меньшему удерживанию электронов последнего энергетического уровня. У элементов как главных, так и побочных подгрупп с повышением порядкового номера (т.е. при движении сверху вниз) усиливаются восстановительные свойства и ослабевают окислительные. Поэтому из щелочных металлов наиболее активные восстановители — Сs и Fr, а наиболее активный окислитель из галогенов — фтор.
Элементы побочных подгрупп (они размещаются в четных рядах больших периодов) являются d -элементами и имеют на внешнем энергетическом уровне атомов 1-2 электрона. Поэтому эти элементы являются металлами и в состоянии простого вещества могут быть только восстановителями.
