Elektroujemność (EO) to zdolność atomów do przyciągania elektronów podczas łączenia się z innymi atomami .
Elektroujemność zależy od odległości między jądrem a elektronami walencyjnymi oraz od tego, jak blisko jest ukończenie powłoki walencyjnej. Im mniejszy promień atomu i im więcej elektronów walencyjnych, tym wyższy jest jego EO.
Fluor jest pierwiastkiem najbardziej elektroujemnym. Po pierwsze, ma 7 elektronów na powłoce walencyjnej (w oktecie brakuje tylko 1 elektronu), a po drugie, ta powłoka walencyjna (...2s 2 2p 5) jest położona blisko jądra.
Atomy metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych są najmniej elektroujemne. Mają duże promienie, a ich zewnętrzne powłoki elektronowe są dalekie od ukończenia. Dużo łatwiej jest im oddać swoje elektrony walencyjne innemu atomowi (wtedy zewnętrzna powłoka będzie kompletna) niż „zyskać” elektrony.
Elektroujemność można wyrazić ilościowo, a pierwiastki można uszeregować w kolejności rosnącej. Najczęściej stosowana jest skala elektroujemności zaproponowana przez amerykańskiego chemika L. Paulinga.
Różnica elektroujemności pierwiastków w związku ( ΔX) pozwoli Ci ocenić rodzaj wiązania chemicznego. Jeśli wartość ΔX= 0 – połączenie kowalencyjne niepolarne.
Kiedy różnica elektroujemności wynosi do 2,0, wiązanie nazywa się kowalencyjny polarny, na przykład: wiązanie H-F w cząsteczce fluorowodoru HF: Δ X = (3,98 - 2,20) = 1,78
Rozważane są wiązania o różnicy elektroujemności większej niż 2,0 joński. Na przykład: wiązanie Na-Cl w związku NaCl: Δ X = (3,16 - 0,93) = 2,23.
Stan utlenienia
Stan utlenienia (CO) jest ładunkiem warunkowym atomu w cząsteczce, obliczonym przy założeniu, że cząsteczka składa się z jonów i jest ogólnie elektrycznie obojętna.
Kiedy powstaje wiązanie jonowe, elektron przechodzi z atomu mniej elektroujemnego do atomu bardziej elektroujemnego, atomy tracą swoją obojętność elektryczną i zamieniają się w jony. powstają opłaty całkowite. Kiedy tworzy się kowalencyjne wiązanie polarne, elektron nie jest przenoszony całkowicie, ale częściowo, w związku z czym powstają ładunki cząstkowe (HCl na rysunku poniżej). Wyobraźmy sobie, że elektron całkowicie przeszedł z atomu wodoru do chloru i na wodorze pojawił się cały ładunek dodatni +1, a na chlorze -1. Takie konwencjonalne ładunki nazywane są stopniem utlenienia.
Rysunek ten pokazuje stopnie utlenienia charakterystyczne dla pierwszych 20 pierwiastków.
Notatka. Najwyższy CO jest zwykle równy numerowi grupy w układzie okresowym. Metale głównych podgrup mają jeden charakterystyczny CO, podczas gdy niemetale z reguły mają rozproszenie CO. Dlatego niemetale tworzą dużą liczbę związków i mają bardziej „różnorodne” właściwości w porównaniu z metalami.
Przykłady oznaczania stopnia utlenienia
Określmy stopnie utlenienia chloru w związkach:
Reguły, które rozważyliśmy, nie zawsze pozwalają nam obliczyć CO wszystkich pierwiastków, np. w danej cząsteczce aminopropanu.
Tutaj wygodnie jest zastosować następującą technikę:
1) Przedstawiamy wzór strukturalny cząsteczki, kreska to wiązanie, para elektronów.
2) Zamieniamy kreskę w strzałkę skierowaną w stronę większego atomu EO. Ta strzałka symbolizuje przejście elektronu do atomu. Jeśli połączymy dwa identyczne atomy, linię pozostawiamy bez zmian - nie ma przeniesienia elektronów.
3) Liczymy, ile elektronów „przyszło” i „odeszło”.
Na przykład obliczmy ładunek pierwszego atomu węgla. Trzy strzałki skierowane są w stronę atomu, co oznacza, że przybyły 3 elektrony, ładunek -3.
Drugi atom węgla: wodór dał mu elektron, a azot wziął jeden elektron. Opłata się nie zmieniła, wynosi zero. Itp.
Wartościowość
Wartościowość(z łac. valēns „posiadający siłę”) - zdolność atomów do tworzenia określonej liczby wiązań chemicznych z atomami innych pierwiastków.
Zasadniczo oznacza wartościowość zdolność atomów do tworzenia określonej liczby wiązań kowalencyjnych. Jeśli atom ma N niesparowane elektrony i M samotnych par elektronów, wtedy ten atom może się uformować n+m wiązania kowalencyjne z innymi atomami, tj. jego wartościowość będzie równa n+m. Przy szacowaniu maksymalnej wartościowości należy wyjść od konfiguracji elektronicznej stanu „wzbudzonego”. Na przykład maksymalna wartościowość atomu berylu, boru i azotu wynosi 4 (na przykład w Be(OH) 4 2-, BF 4 - i NH 4 +), fosfor - 5 (PCl 5), siarka - 6 ( H 2 SO 4), chlor - 7 (Cl 2 O 7).
W niektórych przypadkach wartościowość może liczbowo pokrywać się ze stopniem utlenienia, ale w żadnym wypadku nie są one ze sobą identyczne. Na przykład w cząsteczkach N2 i CO realizowane jest wiązanie potrójne (to znaczy wartościowość każdego atomu wynosi 3), ale stopień utlenienia azotu wynosi 0, węgiel +2, tlen -2.
Aby umieścić prawidłowo stany utlenienia, musisz pamiętać o czterech zasadach.
1) W prostej substancji stopień utlenienia dowolnego pierwiastka wynosi 0. Przykłady: Na 0, H 0 2, P 0 4.
2) Należy pamiętać o elementach charakterystycznych stałe stany utlenienia. Wszystkie są wymienione w tabeli.
3) Najwyższy stopień utlenienia pierwiastka z reguły pokrywa się z numerem grupy, w której znajduje się pierwiastek (na przykład fosfor znajduje się w grupie V, najwyższe sd fosforu wynosi +5). Ważne wyjątki: F, O.
4) Poszukiwanie stopni utlenienia innych pierwiastków opiera się na prostej zasadzie:
W cząsteczce obojętnej suma stopni utlenienia wszystkich pierwiastków wynosi zero, a w jonie - ładunek jonu.
Kilka prostych przykładów określania stopni utlenienia
Przykład 1. Konieczne jest znalezienie stopni utlenienia pierwiastków w amoniaku (NH 3).
Rozwiązanie. Wiemy już (patrz 2), że art. OK. wodór wynosi +1. Pozostaje znaleźć tę cechę dla azotu. Niech x będzie pożądanym stopniem utlenienia. Tworzymy najprostsze równanie: x + 3 (+1) = 0. Rozwiązanie jest oczywiste: x = -3. Odpowiedź: N -3 H 3 +1.
Przykład 2. Wskaż stopnie utlenienia wszystkich atomów cząsteczki H 2 SO 4.
Rozwiązanie. Znane są już stopnie utlenienia wodoru i tlenu: H(+1) i O(-2). Tworzymy równanie w celu określenia stopnia utlenienia siarki: 2 (+1) + x + 4 (-2) = 0. Rozwiązując to równanie, znajdujemy: x = +6. Odpowiedź: H +1 2 S +6 O -2 4.
Przykład 3. Oblicz stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków w cząsteczce Al(NO 3) 3.
Rozwiązanie. Algorytm pozostaje niezmieniony. Skład „cząsteczki” azotanu glinu obejmuje jeden atom Al (+3), 9 atomów tlenu (-2) i 3 atomy azotu, którego stopień utlenienia musimy obliczyć. Odpowiednie równanie to: 1 (+3) + 3x + 9 (-2) = 0. Odpowiedź: Al +3 (N +5 O -2 3) 3.
Przykład 4. Określ stopień utlenienia wszystkich atomów jonu (AsO 4) 3-.
Rozwiązanie. W tym przypadku suma stopni utlenienia nie będzie już równa zeru, ale ładunkowi jonu, tj. -3. Równanie: x + 4 (-2) = -3. Odpowiedź: As(+5), O(-2).
Co zrobić, jeśli nieznane są stopnie utlenienia dwóch pierwiastków
Czy za pomocą podobnego równania można określić stopnie utlenienia kilku pierwiastków jednocześnie? Jeśli rozważymy ten problem z matematycznego punktu widzenia, odpowiedź będzie negatywna. Równanie liniowe z dwiema zmiennymi nie może mieć jednoznacznego rozwiązania. Ale rozwiązujemy coś więcej niż tylko równanie!
Przykład 5. Określ stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków w (NH 4) 2 SO 4.
Rozwiązanie. Znane są stopnie utlenienia wodoru i tlenu, ale siarki i azotu nie. Klasyczny przykład problemu z dwiema niewiadomymi! Rozważymy siarczan amonu nie jako pojedynczą „cząsteczkę”, ale jako połączenie dwóch jonów: NH 4 + i SO 4 2-. Ładunki jonów są nam znane, każdy z nich zawiera tylko jeden atom o nieznanym stopniu utlenienia. Korzystając z doświadczeń zdobytych przy rozwiązywaniu poprzednich problemów, możemy łatwo znaleźć stopnie utlenienia azotu i siarki. Odpowiedź: (N -3 H 4 +1) 2 S +6 O 4 -2.
Wniosek: jeśli cząsteczka zawiera kilka atomów o nieznanym stopniu utlenienia, spróbuj „podzielić” cząsteczkę na kilka części.
Jak uporządkować stopnie utlenienia w związkach organicznych
Przykład 6. Wskaż stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków w CH 3 CH 2 OH.
Rozwiązanie. Znalezienie stopni utlenienia w związkach organicznych ma swoją specyfikę. W szczególności konieczne jest osobne znalezienie stopni utlenienia dla każdego atomu węgla. Możesz rozumować w następujący sposób. Rozważmy na przykład atom węgla w grupie metylowej. Ten atom C jest połączony z 3 atomami wodoru i sąsiednim atomem węgla. Wzdłuż wiązania CH gęstość elektronów przesuwa się w stronę atomu węgla (ponieważ elektroujemność C przekracza EO wodoru). Gdyby to przemieszczenie było całkowite, atom węgla uzyskałby ładunek -3.
Atom C w grupie -CH 2OH jest związany z dwoma atomami wodoru (przesunięcie gęstości elektronowej w stronę C), jednym atomem tlenu (przesunięcie gęstości elektronowej w stronę O) i jednym atomem węgla (można założyć, że przesunięcie w gęstości elektronowej w tym przypadku nie ma miejsca). Stopień utlenienia węgla wynosi -2 +1 +0 = -1.
Odpowiedź: C -3 H +1 3 C -1 H +1 2 O -2 H +1.
Nie należy mylić pojęć „wartościowość” i „stan utlenienia”!
Stopień utlenienia jest często mylony z wartościowością. Nie popełniaj tego błędu. Wymienię główne różnice:
- stopień utlenienia ma znak (+ lub -), wartościowość nie;
- stopień utlenienia może wynosić zero nawet w substancji złożonej; wartościowość równa zeru oznacza z reguły, że atom danego pierwiastka nie jest połączony z innymi atomami (nie będziemy omawiać żadnych związków inkluzyjnych i innych „egzotycznych” Tutaj);
- stopień utlenienia jest pojęciem formalnym, które nabiera prawdziwego znaczenia dopiero w związkach z wiązaniami jonowymi, natomiast pojęcie „wartościowości” najwygodniej stosuje się w odniesieniu do związków kowalencyjnych.
Stopień utlenienia (dokładniej jego moduł) jest często liczbowo równy wartościowości, ale jeszcze częściej wartości te NIE pokrywają się. Na przykład stopień utlenienia węgla w CO2 wynosi +4; wartościowość C jest również równa IV. Ale w metanolu (CH3OH) wartościowość węgla pozostaje taka sama, a stopień utlenienia C jest równy -1.
Krótki test na temat „Stan utlenienia”
Poświęć kilka minut, aby sprawdzić, czy rozumiesz ten temat. Musisz odpowiedzieć na pięć prostych pytań. Powodzenia!
Tabela. Stany utlenienia pierwiastków chemicznych.
Tabela. Stany utlenienia pierwiastków chemicznych.
Stan utlenienia to ładunek warunkowy atomów pierwiastka chemicznego w związku, obliczony przy założeniu, że wszystkie wiązania są typu jonowego. Stany utlenienia mogą mieć wartość dodatnią, ujemną lub zerową, dlatego algebraiczna suma stopni utlenienia pierwiastków w cząsteczce, biorąc pod uwagę liczbę ich atomów, jest równa 0, a w jonie - ładunek jonu .
|
Tabela: Pierwiastki o stałych stopniach utlenienia. |
Tabela. Stany utlenienia pierwiastków chemicznych w kolejności alfabetycznej.
|
Tabela. Stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych według liczb.
|
Ocena artykułu:
Kurs wideo „Zdobądź piątkę” obejmuje wszystkie tematy niezbędne do pomyślnego zdania jednolitego egzaminu państwowego z matematyki z wynikiem 60–65 punktów. Całkowicie wszystkie zadania 1-13 z egzaminu państwowego Profile Unified z matematyki. Nadaje się również do zdania podstawowego jednolitego egzaminu państwowego z matematyki. Jeśli chcesz zdać Unified State Exam z 90-100 punktami, musisz rozwiązać część 1 w 30 minut i bez błędów!
Kurs przygotowawczy do Jednolitego Egzaminu Państwowego dla klas 10-11, a także dla nauczycieli. Wszystko, czego potrzebujesz, aby rozwiązać część 1 egzaminu państwowego Unified State Exam z matematyki (pierwsze 12 zadań) i zadanie 13 (trygonometria). A to ponad 70 punktów na egzaminie Unified State Exam i ani 100-punktowy student, ani student nauk humanistycznych nie mogą się bez nich obejść.
Cała niezbędna teoria. Szybkie rozwiązania, pułapki i tajemnice Unified State Exam. Przeanalizowano wszystkie aktualne zadania części 1 z Banku Zadań FIPI. Kurs w pełni odpowiada wymogom Unified State Exam 2018.
Kurs zawiera 5 dużych tematów, każdy po 2,5 godziny. Każdy temat jest podany od podstaw, prosto i przejrzyście.
Setki zadań z egzaminu Unified State Exam. Zadania tekstowe i teoria prawdopodobieństwa. Proste i łatwe do zapamiętania algorytmy rozwiązywania problemów. Geometria. Teoria, materiały referencyjne, analiza wszystkich typów zadań Unified State Examation. Stereometria. Podstępne rozwiązania, przydatne ściągawki, rozwój wyobraźni przestrzennej. Trygonometria od podstaw do zadania 13. Zrozumienie zamiast wkuwania. Jasne wyjaśnienia skomplikowanych pojęć. Algebra. Pierwiastki, potęgi i logarytmy, funkcja i pochodna. Podstawa do rozwiązywania złożonych problemów części 2 jednolitego egzaminu państwowego.
Stopień utlenienia jest umowną wartością stosowaną do rejestrowania reakcji redoks. Aby określić stopień utlenienia, stosuje się tabelę utleniania pierwiastków chemicznych.
Oznaczający
Stopień utlenienia podstawowych pierwiastków chemicznych opiera się na ich elektroujemności. Wartość jest równa liczbie elektronów przesuniętych w związkach.
Stopień utlenienia uważa się za dodatni, jeśli elektrony zostaną wyparte z atomu, tj. pierwiastek oddaje elektrony w związku i jest środkiem redukującym. Pierwiastki te obejmują metale, ich stopień utlenienia jest zawsze dodatni.
Kiedy elektron jest przemieszczany w kierunku atomu, wartość uważa się za ujemną, a pierwiastek uważa się za środek utleniający. Atom przyjmuje elektrony aż do osiągnięcia zewnętrznego poziomu energii. Większość niemetali to utleniacze.
Proste substancje, które nie reagują, zawsze mają zerowy stopień utlenienia.
Ryż. 1. Tabela stopni utlenienia.
W związku atom niemetalu o niższej elektroujemności ma dodatni stopień utlenienia.
Definicja
Możesz określić maksymalny i minimalny stopień utlenienia (ile elektronów może oddać i przyjąć atom) za pomocą układu okresowego.
Maksymalny stopień jest równy numerowi grupy, w której znajduje się pierwiastek, lub liczbie elektronów walencyjnych. Wartość minimalną określa wzór:
Liczba (grupy) – 8.
Ryż. 2. Układ okresowy.
Węgiel należy do czwartej grupy, dlatego jego najwyższy stopień utlenienia wynosi +4, a najniższy -4. Maksymalny stopień utlenienia siarki wynosi +6, minimalny to -2. Większość niemetali zawsze ma zmienny – dodatni i ujemny – stopień utlenienia. Wyjątkiem jest fluor. Jego stopień utlenienia wynosi zawsze -1.
Należy pamiętać, że zasada ta nie dotyczy metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych odpowiednio z grup I i II. Metale te mają stały dodatni stopień utlenienia - lit Li +1, sód Na +1, potas K +1, beryl Be +2, magnez Mg +2, wapń Ca +2, stront Sr +2, bar Ba +2. Inne metale mogą wykazywać różny stopień utlenienia. Wyjątkiem jest aluminium. Pomimo przynależności do grupy III, jego stopień utlenienia wynosi zawsze +3.
Ryż. 3. Metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych.
Z grupy VIII jedynie ruten i osm mogą wykazywać najwyższy stopień utlenienia +8. Złoto i miedź z grupy I wykazują stopnie utlenienia odpowiednio +3 i +2.
Nagrywać
Aby poprawnie zarejestrować stopień utlenienia należy pamiętać o kilku zasadach:
- gazy obojętne nie reagują, więc ich stopień utlenienia jest zawsze zerowy;
- w związkach zmienny stopień utlenienia zależy od zmiennej wartościowości i interakcji z innymi pierwiastkami;
- wodór w związkach z metalami wykazuje ujemny stopień utlenienia - Ca +2 H 2 -1, Na +1 H -1;
- tlen zawsze ma stopień utlenienia -2, z wyjątkiem fluorku tlenu i nadtlenku - O +2 F 2-1, H 2 +1 O 2 -1.
Czego się nauczyliśmy?
Stopień utlenienia to wartość warunkowa pokazująca, ile elektronów przyjął lub oddał atom pierwiastka w związku. Wartość zależy od liczby elektronów walencyjnych. Metale w związkach zawsze mają dodatni stopień utlenienia, tj. są środkami redukującymi. W przypadku metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych stopień utlenienia jest zawsze taki sam. Niemetale, z wyjątkiem fluoru, mogą przyjmować dodatnie i ujemne stopnie utlenienia.