Як визначити ступінь окислення

У хімії термін "окислення" ("відновлення") означає реакції, при яких атом або група атомів втрачають (набувають) електрони. Ступінь окислення - це приписувана одній або кільком атомам чисельна величина, що характеризує кількість перерозподілених електронів і показує, яким чином ці електрони розподіляються між атомами при реакції. Визначення цієї величини може бути як простий, так і досить складною процедурою, залежно від атомів і складаються з них молекул. Більше того, атоми деяких елементів можуть володіти декількома ступенями окислення. На щастя, для визначення ступеня окислення існують нескладні однозначні правила, для впевненого користування якими досить знання основ хімії та алгебри.

Кроки

Частина 1 з 2: визначення ступеня окислення за законами хімії

1. 

   1

   Визначте, чи є розглянуте речовина елементарним. Ступінь окислювання атомів поза хімічної сполуки дорівнює нулю. Це правило справедливо як для речовин, утворених з окремих вільних атомів, так і для таких, які складаються з двох-або багатоатомних молекул одного елементу.
   • Наприклад, Al_(S) і Cl₂ мають ступінь окислення 0, оскільки обидва знаходяться в хімічно незв`язаному елементарному стані.
   • Зверніть увагу, що аллотропная форма S₈, або октасера, незважаючи на своє нетипове будову, також характеризується нульовим ступенем окислення.

2. 

   2

   Визначте, чи складається розглядається речовина з іонів. Ступінь окислювання іонів дорівнює їх заряду. Це справедливо як для вільних іонів, так і для тих, які входять до складу хімічних сполук.
   • Наприклад, ступінь окислення іона Cl дорівнює -1.
   • Ступінь окислювання іона Cl у складі хімічної сполуки NaCl також дорівнює -1. Оскільки іон Na, за визначенням, має заряд +1, ми укладаємо, що заряд іона Cl -1, і т.ч. ступінь його окислення -1.

3. 

   3

   Врахуйте, що іони металів можуть мати кілька ступенів окислення. Атоми багатьох металевих елементів можуть іонізуватися на різні величини. Наприклад, заряд іонів такого металу як залізо (Fe) дорівнює +2 або +3. Заряд іонів металу (і їх ступінь окислення) можна визначити за зарядам іонів інших елементів, з якими даний метал входить до складу хімічного сполуки- в тексті цей заряд позначається римськими цифрами: так, залізо (III) має ступінь окислення +3.
   • Як приклад розглянемо з`єднання, що містить іон алюмінію. Загальний заряд з`єднання AlCl₃ дорівнює нулю. Оскільки нам відомо, що іони Cl мають заряд -1, і в з`єднанні міститься 3 таких іона, для загальної нейтральності даної речовини іон Al повинен мати заряд +3. Таким чином, в даному випадку ступінь окислення алюмінію +3.

4. 

   4

   Ступінь окислювання кисню дорівнює -2 (за деякими винятками). Майже у всіх випадках атоми кисню мають ступінь окислення -2. Є кілька винятків з цього правила:
   • Якщо кисень знаходиться в елементарному стані (O₂), Його ступінь окислення дорівнює 0, як і у випадку інших елементарних речовин.
   • Якщо кисень входить до складу перекису, його ступінь окислювання дорівнює -1. Перекису - це група сполук, що містять просту кисень-кисневу зв`язок (тобто аніон перекису O<sub>2</sub>). Приміром, у складі молекули H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> (Перекис водню) кисень має заряд і ступінь окислення -1.
   • У з`єднанні з фтором кисень має ступінь окислення +2, див. Правило для фтору нижче.

5. 

   5

   Водень характеризується ступенем окислення +1, за деякими винятками. Як і для кисню, тут також існують винятки. Як правило, ступінь окислення водню дорівнює +1 (якщо він не знаходиться в елементарному стані H₂). Однак у з`єднаннях, званих гідридами, ступінь окислення водню становить -1.
   • Наприклад, в H₂O ступінь окислення водню дорівнює +1, оскільки атом кисню має заряд -2, і для загальної нейтральності необхідні два заряду +1. Тим не менш, у складі гідриду натрію ступінь окислення водню вже -1, тому іон Na несе заряд +1, і для загальної електронейтральності заряд атома водню (а тим самим і його ступінь окислення) повинен дорівнювати -1.

6. 

   6

   Фтор завжди має ступінь окислення -1. Як вже було зазначено, ступінь окислення деяких елементів (іони металів, атоми кисню в перекису тощо) може змінюватися в залежності від ряду факторів. Ступінь окислювання фтору, однак, незмінно становить -1. Це пояснюється тим, що даний елемент має найбільшу електронегативність - інакше кажучи, атоми фтору найменш охоче розлучаються з власними електронами і найбільш активно притягують чужі електрони. Таким чином, їх заряд залишається незмінним.

7. 

   7

   Сума ступенів окислювання в з`єднанні дорівнює його заряду. Ступеня окислення всіх атомів, що входять в хімічну сполуку, в сумі повинні давати заряд цього з`єднання. Наприклад, якщо з`єднання нейтрально, сума ступенів окислювання всіх його атомів повинна дорівнювати нулю- якщо з`єднання є багатоатомним ионом із зарядом -1, сума ступенів окислювання дорівнює -1, і т.д.
   • Це хороший метод перевірки - якщо сума ступенів окислювання не дорівнює загальному заряду сполуки, значить ви десь помилилися.

Частина 2 з 2: визначення ступеня окислення без використання законів хімії

1. 

   1

   Знайдіть атоми, що не мають строгих правил щодо ступеня окислення. По відношенню до деяких елементів немає твердо встановлених правил перебування ступеня окислення. Якщо атом не підпадає ні під одне правило з перерахованих вище, і ви не знаєте його заряду (наприклад, атом входить до складу комплексу і його заряд не вказаний), ви можете встановити ступінь окислення такого атома методом виключення. Спочатку визначте заряд всіх інших атомів сполуки, а потім, з відомого загального заряду з`єднання, обчисліть ступінь окислення даного атома.
   • Наприклад, у сполуці Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> невідомий заряд атома сірки (S), - ми лише знаємо, що він не нульовий, оскільки сірка знаходиться не в елементарному стані. Це з`єднання служить добрим прикладом для ілюстрації алгебраїчного методу визначення ступеня окислення.





2. 

   2

   Знайдіть ступеня окислення інших елементів, що входять у з`єднання. За допомогою описаних вище правил визначте ступеня окислення інших атомів сполуки. Не забувайте про винятки з правил у разі атомів O, H і т.п.
   • Для Na₂SO₄, користуючись нашими правилами, ми знаходимо, що заряд (а значить і ступінь окислення) іона Na дорівнює +1, а для кожного з атомів кисню він становить -2.

3. 

   3

   Помножте кількість атомів кожного сорту на їх ступінь окислення. Тепер, коли нам відомі ступеня окислення всіх атомів за винятком одного, необхідно врахувати, що атомів деяких елементів може бути декілька. Помножте число атомів кожного елемента (воно вказане в хімічній формулі сполуки у вигляді підрядкового числа, наступного за символом елемента) на його ступінь окислення.
   • У Na₂SO₄ ми маємо 2 атома Na і 4 атома O. Т.ч., множачи 2? +1, Отримуємо ступінь окислення всіх атомів Na (2), а множачи 4? -2 - Ступінь окислення атомів O (-8).

4. 

   4

   Складіть попередні результати. Підсумовуючи результати множення, отримуємо ступінь окислення сполуки без обліку вкладу шуканого атома.
   • У нашому прикладі для Na₂SO₄ ми складаємо 2 і -8, отримуючи -6.

5. 

   5

   Знайдіть невідому ступінь окислення з заряду з`єднання. Тепер у вас є всі дані для простого розрахунку шуканої ступеня окислення. Запишіть рівняння, в лівій частині якого буде сума числа, отриманого на попередньому кроці обчислень, і невідомої ступеня окислення, а в правій - загальний заряд з`єднання. Іншими словами, (Сума відомих ступенів окислення) + (шукана ступінь окислення) = (заряд з`єднання).
   • Для нашого випадку Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> рішення виглядає наступним чином:
     • (Сума відомих ступенів окислення) + (шукана ступінь окислення) = (заряд з`єднання)
     • -6 + S = 0
     • S = 0 + 6
     • S = 6. У Na₂SO₄ сірка має ступінь окислення 6 .

Поради

• Ступінь окислювання атомів в елементарному вигляді завжди дорівнює нулю. Ступінь окислювання одиничного іона дорівнює його заряду. Елементи групи 1A таблиці Менделєєва, такі як водень, літій, натрій, в елементарному вигляді мають ступінь окислення + 1- ступінь окислення металів групи 2A, таких як магній і кальцій, в елементарному вигляді дорівнює +2. Кисень і водень, залежно від виду хімічного зв`язку, можуть мати 2 різних значення ступеня окислення.
• У з`єднаннях сума всіх ступенів окислення повинна дорівнювати заряду. Наприклад, якщо з`єднання являє собою двоатомний іон, сума ступенів окиснення атомів повинна дорівнювати загальному ионному заряду.
• Дуже корисно вміти користуватися періодичної таблицею Менделєєва і знати, де в ній розташовуються металеві та неметалеві елементи.

Що вам знадобиться

• Періодична таблиця елементів
• Доступ в Інтернет або довідники з хімії
• Аркуш паперу, ручка або олівець
• Калькулятор