Окислительно-восстановительные процессы имеют большое значение для живой и неживой природы. К примеру, процесс горения можно отнести к ОВР с участием кислорода воздуха. В этой реакции окисления-восстановления он проявляет свои неметаллические свойства.
Также примерами ОВР являются пищеварительные, дыхательные процессы, фотосинтез.
Классификация
В зависимости от того, происходит ли изменение значения степени окисления у элементов исходного вещества и продукта реакции, принято подразделять все химические превращения на две группы:
- окислительно-восстановительные;
- без изменения степеней окисления.
В качестве примеров второй группы выступают ионные процессы, протекающие между растворами веществ.
Реакции окисления-восстановления - это процессы, которые связаны с изменением степени окисления атомов, входящих в состав исходных соединений.
Что такое степень окисления
Это условный заряд, приобретаемый атомом в молекуле в том случае, когда происходит смещение электронных пар химических связей к более электроотрицательному атому.
К примеру, в молекуле фторида натрия (NaF) максимальную электроотрицательность проявляет фтор, поэтому его степень окисления является отрицательной величиной. Натрий в этой молекуле будет положительным ионом. Сумма степеней окисления в молекуле равна нулю.
Варианты определения
Каким ионом является кислород? Положительные степени окисления для него нехарактерны, но это не означает, что данный элемент их не проявляет в определенных химических взаимодействиях.
Само понятие степени окисления имеет формальный характер, оно не связано с эффективным (действительным) зарядом атома. Им удобно пользоваться при классификации химических веществ, а также при записи происходящих процессов.
Правила определения
Для неметаллов выделяют низшую и высшую степень окисления. Если для определения первого показателя из номера группы вычитают восемь, то вторая величина в основном совпадает с номером группы, в которой располагается данный химический элемент. Например, в соединениях обычно равна -2. Такие соединения называют оксидами. К примеру, к таким веществам можно отнести углекислый газ (диоксид углерода), формула которого - СО 2 .
Максимальную степень окисления неметаллы часто проявляют в кислотах и солях. Например, в хлорной кислоте HClO 4 галоген имеет валентность VII (+7).
Пероксиды
Степень окисления атома кислорода в соединениях обычно равна -2, исключение составляют пероксиды. Ими считают кислородные соединения, в которых содержится не полностью восстановленный ион в виде О 2 2- , О 4 2- , О 2 -.
Пероксидные соединения подразделяют на две группы: простые и комплексные. Простыми считают те соединения, в которых пероксидная группа соединяется с атомом или ионом металла атомной либо ионной химической связью. Такие вещества образуются щелочными и щелочноземельными металлами (кроме лития и бериллия). С ростом электроотрицательности металла внутри подгруппы наблюдается переход от ионного вида связи к ковалентной структуре.
Помимо пероксидов вида Me 2 O 2 у представителей первой группы (главной подгруппы) также существуют пероксиды в виде Me 2 O 3 и Me 2 O 4 .
Если с фтором кислород проявляет положительную степень окисления, в соединении с металлами (в пероксидах) этот показатель -1.
Комплексными пероксосоединениями считают вещества, где эта группа выступает в качестве лигандов. Образуются подобные вещества элементами третьей группы (главной подгруппы), а также последующими группами.
Классификация комплексных пероксогрупп
Выделяют пять групп таких сложных соединений. Первую составляют пероксокислоты, имеющие общий вид [Эп(О 2 2-) x L y ] z- . Пероксид-ионы в этом случае входят в комплексный ион или выступают в виде монодентантного (Э-О-О-), мостикового (Э-О-О-Э) лиганда, образуя многоядерный комплекс.
Если с фтором кислород проявляет положительную степень окисления, в соединении со щелочными и щелочноземельными металлами он является типичным неметаллом (-1).
Примером такого вещества является кислота Каро (пероксомономерная кислота) вида H 2 SO 5 . Лигандная пероксидной группы в таких комплексах выступает в качестве мостиковой связи между атомами неметаллов, к примеру, в пероксодисерной кислоте вида H 2 S 2 O 8 - кристаллическом веществе белого цвета с невысокой температурой плавления.
Вторую группу комплексов создают вещества, в которых пероксогруппа входит в состав комплексного иона либо молекулы.
Они представлены формулой [Э n (O 2) x L y ] z .
Остальные три группы - это пероксиды, в которых есть кристаллизационная вода, к примеру, Na 2 O 2 ×8H 2 O, или кристаллизационный пероксид водорода.
В качестве типичных свойств всех перекисных веществ выделим их взаимодействие с растворами кислот, выделение при термическом разложении активного кислорода.
В качестве источника кислорода могут выступать хлораты, нитраты, перманганаты, перхлораты.
Дифторид кислорода
Когда кислород проявляет положительную степень окисления? В соединении с более электроотрицательным кислорода) OF 2. Она составляет +2. Впервые это соединение было получено Полем Лебо в начале двадцатого века, изучено чуть позже Руффом.
Кислород проявляет положительную степень окисления в соединении с фтором. Его электроотрицательность равна 4, поэтому электронная плотность в молекуле смещается в сторону атома фтора.
Свойства фторида кислорода
Это соединение находится в жидком агрегатном состоянии, неограниченно смешивается с жидким кислородом, фтором, озоном. Растворимость в холодной воде минимальная.
Как объясняется положительная степень окисления? Большая энциклопедия нефти поясняет, что можно определить высшую + (положительную) степень окисления по номеру группы в таблице Менделеева. Эта величина определяется наибольшим числом электронов, которые может при полном окислении отдавать нейтральный атом.
Получают фторид кислорода по щелочному способу, который предполагает пропускание через водный раствор щелочи газообразного фтора.
В данном помимо фторида кислорода также образуется озон и пероксид водорода.
Альтернативным вариантом получения фторида кислорода является проведение электролиза раствора фтороводородной кислоты. Частично это соединение также образуется и при горении в атмосфере фтора воды.
Процесс протекает по радикальному механизму. Сначала осуществляется инициация свободных радикалов, сопровождающаяся образованием бирадикала кислорода. На следующем этапе идет доминирующий процесс.
Дифторид кислорода проявляет яркие окислительные свойства. По силе его можно сравнить со свободным фтором, а по механизму протекания окислительного процесса - с озоном. Реакция нуждается в высокой энергии активации, так как на первой стадии идет формирование атомарного кислорода.
Термическое разложение этого оксида, в котором кислород характеризуется положительной степенью окисления, является мономолекулярной реакцией, начинающейся при температурных показателях от 200 °C.
Отличительные характеристики
При попадании фторида кислорода в горячую воду протекает гидролиз, продуктами которого будут обычный молекулярный кислород, а также фтороводород.
Процесс существенно ускоряется в щелочной среде. Смесь воды и паров дифторида кислорода является взрывоопасной.
Это соединение интенсивно реагирует с металлической ртутью, а на благородных металлах (золоте, платине) образует только тонкую фторидную пленку. Это свойство объясняет возможность использования данных металлов при обычной температуре для контакта с фторидом кислорода.
В случае повышения температурного показателя идет окисление металлов. Самыми подходящими металлами для работы с этим соединением фтора считают магний и алюминий.
Несущественно меняют свой первоначальный внешний вид под воздействием фторида кислорода нержавеющие стали, сплавы меди.
Высокая энергия активации разложения данного кислородного соединения со фтором позволяет смешивать его безопасно с различными углеводородами, угарным газом, объясняет возможность использования фторида кислорода в качестве отличного окислителя ракетного топлива.
Заключение
Химиками проведен ряд экспериментов, которые подтвердили целесообразность применения данного соединения в газодинамических лазерных установках.
Вопросы, связанные с определением степеней окисления кислорода и других неметаллов, включены в школьный курс химии.
Такие навыки важны, так как позволяют старшеклассникам справляться с заданиями, предлагаемыми в тестах единого государственного экзамена.
СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ – это заряд, который мог бы возникнуть у атома в молекуле или ионе, если бы все его связи с другими атомами оказались разорваны, а общие электронные пары ушли с более электроотрицательными элементами.
В каком из соединений кислород проявляет положительную степень окисления: Н2О; Н2О2; СО2; ОF2?
OF2. этом соединении кислород имеет степень окисления + 2
Какое из веществ является только восстановителем: Fe; SO3; Cl2; HNO3?
оксид серы (IV) — SO 2
Какой элемент в III периоде Периодической системы Д.И. Менделеева, будучи в свободном состоянии, является самым сильным окислителем: Na; Al; S; Сl2?
Сl хлор
V -часть
К каким классам неорганических соединений относятся следующие вещества: HF, PbO2, Hg2SO4, Ni(OH)2, FeS, Na2CО3?
Сложные вещества. Оксиды
Составьте формулы: а) кислых калиевых солей фосфорной кислоты; б) основной цинковой соли угольной кислоты Н2СО3.
Какие вещества получаются при взаимодействии: а) кислот с солью; б) кислот с основанием; в) соли с солью; г) основания с солью? Приведите примеры реакций.
А) оксиды металлов, соли металлов.
В) соли (только в растворе)
Г) образуется новая соль, нерастворимое основание и водород
С какими из перечисленных ниже веществ будет реагировать соляная кислота: N2O5, Zn(OH)2, CaO, AgNO3, H3PO4, H2SO4? Составьте уравнения возможных реакций.
Zn(OH)2 + 2 HCl = ZnCl + H2O
CaO + 2 HCl = CaCl2 + H2O
Укажите, к какому типу оксидов относится оксид меди, и докажите это с помощью химических реакций.
Оксид метала.
Оксид меди (II) CuO – кристаллы черного цвета, кристаллизуются в моноклинной сингонии, плотность 6,51 г/см3, температура плавления 1447°С (под давлением кислорода). При нагревании до 1100°С разлагается с образованием оксида меди (I):
4CuO = 2Cu2O + O2.
В воде не растворяется и не реагирует с ней. Имеет слабовыраженные амфотерные свойства с преобладанием основных.
В водных растворах аммиака образует гидроксид тетраамминмеди (II):
CuO + 4NH3 + H2O = (OH)2.
Легко реагирует с разбавленными кислотами с образованием соли и воды:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O.
При сплавлении со щелочами образует купраты:
CuO + 2KOH = K2CuO2 + H2O.
Восстанавливается водородом, угарным газом и активными металлами до металлической меди:
CuO + H2 = Cu + H2O;
CuO + CO = Cu + CO2;
CuO + Mg = Cu + MgO.
Получается при прокаливании гидроксида меди (II) при 200°С:
Cu(OH)2 = CuO + H2OПолучение оксида и гидроксида меди (II)
или при окислении металлической меди на воздухе при 400–500°С:
2Cu + O2 = 2CuO.
6. Закончите уравнения реакций:
Mg(OH)2 + H2SO4 = MgSO4+2H2O
Mg(OH)2^- +2H^+ + SO4^2-=Mg^2+ + SO4^2- +2H2O
Mg(OH)2^- +2H^+ = Mg^2+ +2H2O^-
NaOH + Н3РО4 = NaH2PO4+H2O ФЭ=1
Н3РО4+2NaOH=Na2HPO4+2H2O ФЭ =1/2
Н3РО4+3NaOH=Na3PO4+3H2O ФЭ =1/3
в первом случае 1 моль фосфорной кислоте гм.. . эквивалентен 1 протону.. . значит, фактор эквивалентности 1
процентная концентрация — масса вещества в граммах, содержащаяся в 100 граммах раствора. если в 100 г раствора содержится 5 г соли, сколько надо для 500 г?
титр — масса вещества в граммах, содержащаяся в 1 мл раствора. 0,3 г хватит на 300 мл.
Са(ОН)2 + Н2СО3 = СаО + Н2О 2/ характерная реакция — реакция нейтрализации Са/ОН/2 + Н2СО3 = СаСО3 + Н2О 3/ реагируют с кислотными оксидами Са/ОН/2 +СО2 = СаСО3 +Н2О 4/ с кислыми солями Са/ОН/2 + 2КНСО3 = К2СО3 +СаСО3 + 2Н2О 5/ щелочи вступают в обменную реакцию с солями. если при этом образуется осадок 2NaOH + CuCl2 = 2NaCl + Cu/OH/2 /осадок/ 6/ растворы щелочей реагируют с неметаллами.а также с алюминие или цинком. ОВР.
Назовите три способа получения солей. Ответ подтвердите уравнениями реакций
А)Реакция нейтрализации .. После выпаривания воды получают кристаллическую соль. Например:
Б)Реакция оснований с кислотными оксидами (см. параграф 8.2). Это также вариант реакции нейтрализации:
В)Реакция кислот с солями . Этот способ подходит, например, в том случае, если образуется нерастворимая соль, выпадающая в осадок:
Какие из перечисленных ниже веществ могут реагировать между собой: NaOH, H3PO4, Аl(ОН)3, SО3, H2О, СаО? Ответ подтвердите уравнениями реакций
2 NaOH + H3PO4 =Na2HPO4 + 2H2O
CaO + H2O = Ca(OH)2
Al(OH)3 +NaOH = Na{Al(OH)4} или NaAlO2 + H2O
SO3 + H2O = H2SO4
VI- часть
Ядро атома (протоны, нейтроны).
Атом - это наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Атом состоит из ядра, имеющего положительный электрический заряд, и отрицательно заряженных электронов. Заряд ядра любого химического элемента равен произведению Z на e, где Z - порядковый номер данного элемента в периодической системе химических элементов, е - величина элементарного электрического заряда.
Протоны - стабильные элементарные частицы, имеющие единичный положительный электрический заряд и массу, в 1836 раз большую, чем масса электрона. Протон представляет собой ядро атома самого легкого элемента - водорода. Число протонов в ядре равно Z. Нейтрон - нейтральная (не имеющая электрического заряда) элементарная частица с массой, очень близкой к массе протона. Поскольку масса ядра складывается из массы протонов и нейтронов, то число нейтронов в ядре атома равно А - Z, где А - массовое число данного изотопа (см. Периодическая система химических элементов). Протон и нейтрон, входящие в состав ядра, называются нуклонами. В ядре нуклоны связаны особыми ядерными силами.
Электроны
Электрон - мельчайшая частица вещества с отрицательным электрическим зарядом е=1,6·10 -19 кулона, принятым за элементарный электрический заряд. Электроны, вращаясь вокруг ядра, располагаются на электронных оболочках К, L, М и т. д. К - оболочка, ближайшая к ядру. Размер атома определяется размером его электронной оболочки.
Изотопы
Изотоп — атом одного и того же химического элемента, ядро которого имеет то же число протонов (положительно заряженных частиц) , но разное количество нейтронов, а сам элемент имеет тот же атомный номер, что и основной элемент. В силу этого изотопы имеют различные атомные массы.
При образовании связей с менее электроотрицательными атомами (для фтора это — все элементы, для хлора — все, кроме фтора и кислорода) валентность всех галогенов равна. Степень окисления -1 и заряд иона 1-. Положительные степени окисления невозможны для фтора. Хлор же проявляет различные положительные степени окисления вплоть до +7 (номер группы). Примеры соединений приведены в Справочной части.
В большинстве соединений хлор как сильно электроотрицательный элемент (ЭО =3,0) выступает в отрицательной степени окисления -1. В соединениях же с более электроотрицательными фтором, кислородом и азотом он проявляет положительные степени окисления. Особо разнообразны соединения хлора с кислородом, в которых степени окисления хлора +1, -f3, +5 и +7, а также +4 и Ч-6.
По сравнению с хлором фтор F гораздо более активен. Он реагирует почти со всеми химическими элементами, со щелочными и щелочноземельными металлами даже на холоде. Некоторые металлы (Mg, Al, Zn, Fe, Си, Ni) на холоде устойчивы к действию фтора из-за образования пленки фторидов. Фтор - самый сильный окислитель из всех известных элементов. Он единственный из галогенов не способен проявлять положительные степени окисления. При нагревании фтор реагирует со всеми металлами, в том числе с золотом и платиной. Он образует ряд соединений с кислородом, причем это единственные соединения, в которых кислород электроположителен (например, дифторид кислорода OFa). В отличие от оксидов эти соединения называют фторидами кислорода.
Элементы подгруппы кислорода в значительной мере отличаются от кислорода по свойствам. Главное их отличие состоит в способности проявлять положительные степени окисления, вплоть до
Наиболее заметны различия галогенов между собой в соединениях, где они проявляют положительные степени окисления. В основном это соединения галогенов с наиболее электроотрицательными элементами - фтором и кислородом, которые
Атом кислорода имеет электронную конфигурацию [Не]25 2р. Поскольку этот элемент по своей электроотрицательности уступает лишь фтору, он почти всегда имеет в соединениях отрицательную степень окисления. Единственными соединениями, где кислород имеет положительную степень окисления, являются фторсодержащие соединения Ор2 и О Р.
В 1927 г. косвенным путем было получено кислородное соединение фтора, в котором у кислорода положительная степень окисления равна двум
Так как атомы азота в аммиаке сильнее притягивают электроны, чем в элементном азоте, говорят, что у них отрицательная степень окисления. В диоксиде азота, где атомы азота слабее притягивают электроны, чем в элементном азоте, он имеет положительную степень окисления. В элементном азоте или элементном кислороде каждый атом имеет нулевую степень окисления. (Нулевая степень окисления приписывается всем элементам в несвязанном состоянии.) Степень окисления - полезное понятие для понимания окислительно-восстановительных реакций.
Хлор образует целую серию оксианионов СЮ, СЮ, СЮ3 и СЮд, в которых проявляет последовательный ряд положительных степеней окисления. Хлорид-ион, С1 , обладает электронной структурой благородного газа Аг с четырьмя парами валентных электронов. Указанные выше четыре оксианиона хлора можно представить себе как продукты реакции хлорид-иона, СГ, в качестве льюисова основания с одним, двумя, тремя или четырьмя атомами кислорода, каждый из которых обладает свойствами акцептора электронов, т.е. льюисовой кислоты
Химические свойства серы, селена и теллура во многом отличаются от свойств кислорода. Одно из важнейших отличий заключается в существовании у этих элементов положительных степеней окисления вплоть до -1- 6, которые встречаются, напри-
Электронная конфигурация ns np дает возможность элементам этой группы проявлять степени окисления -И, +11, +IV и +VI. Так как до образования конфигурации инертного газа не достает всего двух электронов, то степень окисления -II возникает очень легко. Это особенно характерно для легких элементов группы.
йствительно, кислород отличается от всех элементов группы легкостью, с которой его атом приобретает два электрона, образуя двухзарядный отрицательный ион. За исключением необычных отрицательных степеней окисления кислорода в перекисях (-1), надперекисях (-Va) и озонидах (7з), соединениях, в которых есть связи кислород - кислород, а также состояний + 1 и -+II в соединениях O. Fa и ОРз кислород во всех соединениях имеет степень окисления -И. Для остальных элементов группы отрицательная степень окисления становится постепенно менее устойчивой, а положительные - более устойчивыми. У тяжелых элементов преобладают низшие положительные степени окисления.
В соответствии с природой элемента в положительной степени окисления характер оксидов в периодах и группах периодической системы закономерно изменяется. В периодах уменьшается отрицательный эффективный заряд на атомах кислорода и осуществляется постепенный переход от основных через амфотерные оксиды к кислотным, например
Nal, Mg b, AIF3, ZrBf4. При определении степени окисления элементов в соединениях с полярными ковалентными связями сравнивают значения их электроотрицательностей (см. 1.6) Поскольку при образовании химической связи электроны сме щаются к атомам более электроотрицательных элементов, то по следние имеют в соединениях отрицательную степень окисления Фтор, характеризующийся наибольшим значением электроотрица тельности, в соединениях всегда имеет постоянную отрицательную степень окисления -1.
я кислорода, также имеющего высокое значение электроотрицательности, характерна отрицательная степень окисления обычно -2, в пероксидах -1. Исключение составляет соединение OF2, в котором степень окисления кислорода 4-2. Щелочные и щелочноземельные элементы, для которых свойственно относительно невысокое значение электроотрицательности, всегда имеют положительную степень окисления, равную соответственно +1 и +2. Постоянную степень окисления (+ 1) в большинстве соединений проявляет водород, например
По величине электроотрицательности кислород уступает тол ко фтору. Соединения кислорода с фтором являются уникальными, так как только в этих соединениях кислород имеет положительную степень окисления.
Производные положительной степени окисления кислорода являются сильнейшими энергоемкими окислителями, способными выделять запасенную в них химическую энергию в определенных условиях. Их можно использовать как эффективные окислители ракетного топлива.
А принадлежат к неметаллам, указанное состояние является для них наиболее распространенным. Однако элементы группы 6А, за исключением кислорода, нередко находятся в состояниях с положительной степенью окисления вплоть до + 6, что соответствует обобществлению всех шести валентных электронов с атомами более электроотрицательных элементов.
Все элементы данной подгруппы, кроме полония, неметаллы. В своих соединениях они проявляют как отрицательную, так и положительную степень окисления. В соединениях с металлами и с водородом их степень окисления, как правило, равна -2. В соединениях с неметаллами, например с кислородом, она может иметь значение +4 или -)-6. Исключение при этом составляет сам кислород. По величине электроотрицательности он уступает только фтору поэтому только в соединении с этим элементом (ОРг) его степень окисления положительна (-1-2). В соединениях со всеми другими элементами степень окисления кислорода отрицательна и обычно равна -2. В пероксиде водорода и его производных она равна -1.
Азот уступает но электроотрицательности только кислороду и фтору. Поэтому он проявляет положительные степени окисления только в соединениях с этими двумя элементами. В оксидах и оксианионах степень окисления азота принимает значения от + 1 до -Ь 5.
В соединениях с более электроотрицательными элементами р-элементы VI группы имеют положительную степень окисления. Для них (кроме кислорода) наиболее характерны степени окисления — -2, +4, -4-6, что отвечает постепенному наращиванию числа неспаренных электронов при возбуждении атома элемента.
Особенно хорошо известны комплексные анионы с кислородными лигандами - оксокомплексы. Их образуют атомы преимущественно неметаллических элементов в положительных степенях окисления (металлических - только в высоких степенях окисления). Оксокомплексы получают при взаимодействии ковалентных оксидов соответствующих элементов с отрицательно поляризованным атомом кислорода основных оксидов или воды, например
Оксиды И гидроксиды. Оксиды и гидроксиды р-элементов можно рассматривать как соединения с высшей положительной степенью окисления, р-элементы с кислородом
О, СЮг, СЬО), в которых хлор проявляет положительную степень окисления. Азот при высокой температуре непосредственно соединяется с кислородом и, следовательно, проявляет восстановительные свойства
В соединениях с кислородом элементы могуг проявлять высшую положительную степень окисления, равную номеру группы. Оксиды элементов в зависимости от их положения в периодической системе и от степени окисления элемента могуг проявлять основные или кислотные свойства.
Помимо этого, данные элементы способны проявлять и положительные степени окисления вплоть до +6, за исключением кислорода (только до + 2). Элементы подгруппы кислорода относятся к неметаллам.
К наиболее распространенным окислителям относятся галогены, кислород и такие оксианионы, как, например, МПО4, СгзО, и N0 , в которых центральный атом имеет высокую положительную степень окисления. В качестве окислителей иногда
Соединения ОгРг и ОРг - сильные окислители, так как в них кислород находится в положительной степени окисления — -1 и, +2, а потому, обладая больщим запасом энергии (большим сродством к электрону), они будут сильно притягивать электроны вследствие стремления кислорода перейти в наиболее устойчивые для него состояния.
Ионизированные атомы неметаллов в положительной степени окисления и ионы металлов в высокой степени окисления с кислородом образуют нейтральные молекулы оксидов СО, СОг, N0, N02, ЗОг, 5102, 5п02, МпОа сложные кислородсодержащие ионы N0 , Р04 , ЗО «, Сг0 , МпОг и др.
Валря -ныи электрочрий уровень атомов этих элементов отвечает формуле па пр Кислород-второй по электроотрица-тсльности элемент (после наиболее отрицательного фтора), ему можно приписать устойчивую степень окисления в соединениях, равную (-И) во фторидах кислорода его степень окисления положительна. Остальные элементы VIA группы проявляют в своих соединениях степени окисления (-И), (+ IV) и (Ч VI), причем для серы устойчива степень окисления (+ VI), а для остальных элементов (4-IV). По электроотрицательности
При взаимодействии О2 с сильнейшим окислителем Р1Рв образуется вещество 02[Р1Рб], в котором катионом является молекулярный ион Ог» «. Соединения, в которых кислород имеет положительную степень окисления, являются сильнейшими энергоемкими окислителями, способными выделять при определенных условиях запасенную химическую энергию. Их можно использовать как эффективные окислители ракетного топлива.
Однако способность к присоединению электронов выражена у них значительно слабее, чем у соответствующих элементов VI и VII групп. С кислородом они образуют оксиды типа RjOj, проявляя высшую положительную степень окисления, равную + 5.
Бром и иод проявляют положительные степени окисления в сврих соединениях с кислородом и с более электроотрицательными галогенами. Хорошо Изучены такие кислородсодержащие кислоты (и их соли) этих элементов, как НОВг (бромноватистая, соли- гипобромиты) и HOI (иодноватистая, соли - гипоиодиты) НВгОз (бромноватая, соли - броматы) и НЮз (йодноватая, соли - иода-ты), а также НбЮб (орто-иодная, соли - орто-периодаты).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Кислород – восьмой по счету элемент Периодической таблицы. Расположен во втором периоде VI группы A подгруппы. Обозначение – O.
Природный кислород состоит из трех стабильных изотопов 16 O (99,76%), 17 O (0,04%) и 18 O (0,2%).
Наиболее устойчива двухатомная молекула кислорода O 2 . Она парамгнитна и слабо поляризуется. Температуры плавления (-218,9 o С) и кипения (-183 o С) кислорода очень низкие. Кислород плохо растворяется в воде. При нормальных условиях кислород представляет собой газ без цвета и запаха.
Жидкий и твердый кислород притягивается магнитом, т.к. его молекулы парамагнитны. Твердый кислород синего цвета, а жидкий - голубого. Окраска обусловлена взаимным влиянием молекул.
Кислород существует в виде двух аллотропных модификаций - кислорода O 2 и озона O 3 .
Степень окисления кислорода в соединениях
Кислород образует двухатомные молекулы состава O 2 за счет наведения ковалентных неполярных связей, а, как известно, в соединениях с неполярными связями степень окисления элементов равна нулю .
Для кислорода характерно довольно имеющего высокое значение электроотрицательности, поэтому наиболее часто он проявляет отрицательную степень окисления равную(-2) (Na 2 O -2 , K 2 O -2 , CuO -2 , PbO -2 , Al 2 O -2 3 , Fe 2 O -2 3 , NO -2 2 , P 2 O -2 5 , CrO -2 3 , Mn 2 O -2 7).
В соединениях перекисного типа кислород проявляет степень окисления (-1) (H 2 O -1 2).
В соединении состава OF 2 кислород проявляет положительную степень окисления равную (+2) , поскольку фтор является самым электроотрицательным элементом и его степень окисления всегда равна (-1).
В качестве производного, в котором кислород проявляет степень окисления(+4) , можно рассматривать аллотропическую модификацию кислорода - озон O 3 (O +4 O 2).
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
Химического элемента в соединении, вычисленный из предположения, что все связи имеют ионный тип.
Степени окисления могут иметь положительное, отрицательное или нулевое значение, поэтому алгебраическая сумма степеней окисления элементов в молекуле с учётом числа их атомов равна 0, а в ионе - заряду иона .
1. Степени окисления металлов в соединениях всегда положительные.
2. Высшая степень окисления соответствует номеру группы периодической системы, где находится данный элемент (исключение составляют: Au +3 (I группа), Cu +2 (II), из VIII группы степень окисления +8 может быть только у осмия Os и рутения Ru .
3. Степени окисления неметаллов зависят от того, с каким атомом он соединён:
- если с атомом металла, то степень окисления отрицательная;
- если с атомом неметалла то степень окисления может быть и положительная, и отрицательная. Это зависит от электроотрицательности атомов элементов.
4. Высшую отрицательную степень окисления неметаллов можно определить вычитанием из 8 номера группы, в которой находится данный элемент, т.е. высшая положительная степень окисления равна числу электронов на внешнем слое, которое соответствует номеру группы.
5. Степени окисления простых веществ равны 0, независимо от того металл это или неметалл.
Элементы с неизменными степенями окисления.
|
Элемент |
Характерная степень окисления |
Исключения |
|
Гидриды металлов: LIH -1 |
||
|
Степенью окисления называют условный заряд частицы в предположении, что связь полностью разорвана (имеет ионных характер). H - Cl = H + + Cl - , Связь в соляной кислоте ковалентная полярная. Электронная пара в большей степени смещена в сторону атома Cl - , т.к. он более электроотрицацельный элемент. Как определить степень окисления?Электроотрицательность - это способность атомов притягивать к себе электроны других элементов. Степень окисления указывается над элементом: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 , K + Cl - и т.д. Она может быть отрицательной и положительной. Степень окисления простого вещества (несвязанное, свободное состояние) равна нулю. Степень окисления кислорода у большинстве соединений равна -2 (исключение составляют пероксиды Н 2 О 2 , где она равна -1 и соединения с фтором - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ). - Степень окисления простого одноатомного иона равна его заряду: Na + , Ca +2 . Водород в своих соединениях имеет степень окисления равную +1 (исключения составляют гидриды - Na + H - и соединения типа C +4 H 4 -1 ). В связях «металл-неметалл» отрицательную степень окисления имеет тот атом, который обладает большей электрооприцательностью (данные об элеткроотрицательности приведены в шкале Полинга): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NO 3 ) - и т.д. Правила определения степени окисления в химических соединениях.Возьмем соединение KMnO 4 , необходимо определить степень окисления у атома марганца. Рассуждения:
К + Mn X O 4 -2 Пусть Х - неизвестная нам степень окисления марганца. Количество атомов калия - 1, марганца - 1, кислорода - 4. Доказано, что молекула в целом электронейтральна, поэтому ее общий заряд должен быть равен нулю. 1*(+1) + 1*(X ) + 4(-2) = 0, Х = +7, Значит, степень окисления марганца в перманганате калия = +7. Возьмем другой пример оксида Fe 2 O 3 . Необходимо определить степень окисления атома железа. Рассуждение:
2*(Х) + 3*(-2) = 0, Вывод: степень окисления железа в данном оксиде равна +3. Примеры. Определить степени окисления всех атомов в молекуле. 1. K 2 Cr 2 O 7 . Степень окисления К +1 , кислорода О -2 . Учитывая индексы: О=(-2)×7=(-14), К=(+1)×2=(+2). Т.к. алгебраическая сумма степеней окисления элементов в молекуле с учётом числа их атомов равна 0, то число положительных степеней окисления равно числу отрицательных. Степени окисления К+О=(-14)+(+2)=(-12). Из этого следует, что у атома хрома число положительных степеней равно 12, но атомов в молекуле 2, значит на один атом приходится (+12):2=(+6). Ответ: К 2 + Cr 2 +6 O 7 -2 . 2. (AsO 4) 3- . В данном случае сумма степеней окисления будет равна уже не нулю, а заряду иона, т. е. - 3. Составим уравнение: х+4×(- 2)= - 3 . Ответ: (As +5 O 4 -2) 3- . |
(повторение)
II
. Степень окисления (новый
материал)
Степень окисления – это условный заряд, который получает атом в результате полной отдачи (принятия) электронов, исходя из условия, что все связи в соединении ионные.
Рассмотрим строение атомов фтора и натрия:
F +9)2)7
Na +11)2)8)1
- Что можно сказать о завершённости внешнего уровня атомов фтора и натрия?
- Какому атому легче принять, а какому легче отдать валентные электроны с целью завершения внешнего уровня?
Оба атома имеют незавершённый внешний уровень?
Атому натрия легче отдавать электроны, фтору – принять электроны до завершения внешнего уровня.
F 0 + 1ē → F -1 (нейтральный атом принимает один отрицательный электрон и приобретает степень окисления «-1», превращаясь в отрицательно заряженный ион - анион )
Na 0 – 1ē → Na +1 (нейтральный атом отдаёт один отрицательный электрон и приобретает степень окисления «+1», превращаясь в положительно заряженный ион - катион )
Как определить степень окисления атома в ПСХЭ Д.И. Менделеева?
Правила определения степени окисления атома в ПСХЭ Д.И. Менделеева:
1. Водород обычно проявляет степень окисления (СО) +1 (исключение, соединения с металлами (гидриды) – у водорода СО равна (-1) Me + n H n -1 )
2. Кислород обычно проявляет СО -2 (исключения: О +2 F 2 , H 2 O 2 -1 – перекись водорода)
3. Металлы проявляют только + n положительную СО
4. Фтор проявляет всегда СО равную -1 (F -1)
5. Для элементов главных подгрупп :
Высшая СО (+) = номеру группы N группы
Низшая СО (-) = N группы – 8
Правила определения степени окисления атома в соединении:
I. Степень окисления свободных атомов и атомов в молекулах простых веществ равна нулю - Na 0 , P 4 0 , O 2 0
II. В сложном веществе алгебраическая сумма СО всех атомов с учётом их индексов равна нулю = 0 , а в сложном ионе его заряду.
Например, H +1 N +5 O 3 -2 : (+1)*1+(+5)*1+(-2)*3 = 0
2- : (+6)*1+(-2)*4 = -2
Задание 1 – определите степени окисления всех атомов в формуле серной кислоты H 2 SO 4 ?
1. Проставим известные степени окисления у водорода и кислорода, а СО серы примем за «х»
H +1 S x O 4 -2
(+1)*1+(х)*1+(-2)*4=0
Х=6 или (+6), следовательно, у серы C О +6, т.е. S +6
Задание 2 – определите степени окисления всех атомов в формуле фосфорной кислоты H 3 PO 4 ?
1. Проставим известные степени окисления у водорода и кислорода, а СО фосфора примем за «х»
H 3 +1 P x O 4 -2
2. Составим и решим уравнение, согласно правилу (II ):
(+1)*3+(х)*1+(-2)*4=0
Х=5 или (+5), следовательно, у фосфора C О +5, т.е. P +5
Задание 3 – определите степени окисления всех атомов в формуле иона аммония (NH 4) + ?
1. Проставим известную степень окисления у водорода, а СО азота примем за «х»
