Отрицательная степень окисления. Как определить степень окисления.
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- . |
При изучении ионной и ковалентной полярной химической связи вы знакомились со сложными веществами, состоящими из двух химических элементов. Такие вещества называют би парными (от лат. би — «два») или двухэлементными.
Вспомним типичные бпнарные соединения, которые мы привели в качестве примера для рассмотрения механизмов образования ионной и ковалентноЙ полярной химической связи : NaHl — хлорид натрия и НСl — хлороводород. В первом случае связь ионная: атом натрия передал свой внешний электрон атому хлора и превратился при этом в ион с зарядом -1. а атом хлора принял электрон и превратился в ион с зарядом -1. Схематически процесс превращения атомов в ионы можно изобразить так:
В молекуле же НСl связь образуется за счет спаривания не-спаренных внешних электронов и образования общей электронной пары атомов водорода и хлора.
Правильнее представлять образование ковалентной связи в молекуле хлороводорода как перекрывание одноэлектронного s-облака атома водорода с одноэлектронным p-облаком атома хлора:
При химическом взаимодействии общая электронная пара смещена в сторону более электроотрицательного атома хлора:
Такие условные заряды называются степенью окисления . При определении этого понятия условно предполагают, что в ковалентных полярных соединениях связующие электроны полностью перешли к более электроотрицательному атому, а потому соединения состоят только из положительно и отрицательно заряженных ионов.
— это условный заряд атомов химического элемента в соединении, вычисленный на основе предположения, что все соединения (и ионные, и ковалентно-полярные) состоят только из ионов.
Степень окисления может иметь отрицательное, положительное или нулевое значения, которые обычно ставятся над символом элемента сверху, например:
Отрицательное значение степени окисления имеют те атомы, которые приняли электроны от других атомов пли к которым смещены общие электронные пары, то есть атомы более электроотрицательных элементов. Фтор всегда имеет степень окисления -1 во всех соединениях. Кислород , второй после фтора по значению элекгроотрицательности элемент, почти всегда имеет степень окисления -2, кроме соединений со фтором, например:
Положительное значение степени окисления имеют те атомы, которые отдают свои электроны другим атомам или от которых оттянуты общие электронные пары, то есть атомы менее электроотрицательных элементов. Металлы всегда имеют положительную степень окисления. У металлов главных подгрупп:
I группы во всех соединениях степень окисления равна +1,
II группы равна +2. III группы — +3, например:
В соединениях суммарная степень окисления всегда равна нулю. Зная это и степень окисления одного из элементов, всегда можно найти степень окисления другого элемента по формуле бинарного соединения. Например, найдем степень окисления хлора в соединении Сl2О2. Обозначим степень окисления -2
кислорода: Сl2О2. Следовательно, семь атомов кислорода будут иметь общий отрицательный заряд (-2) • 7 =14. Тогда общий заряд двух атомов хлора будет равен +14, а одного атома хлора:
(+14):2 = +7.
Аналогично, зная степени окисления элементов, можно составить формулу соединения, например карбида алюминия (соединения алюминия и углерода). Запишем знаки алюминия н углерода рядом АlС, причем сначала знак алюминия, так как это металл. Определим по таблице элементов Менделеева число внешних электронов: у Аl — 3 электрона, у С — 4. Атом алюминия отдаст свои 3 внешних электрона углероду и получит при этом степень окисления +3, равную заряду иона. Атом углерода, наоборот, примет недостающие до "заветной восьмерки" 4 электрона и получит при этом степень окисления -4.
Запишем эти значения в формулу: АlС, и найдем наименьшее общее кратное для них, оно равно 12. Затем рассчитаем индексы:
Знать степени окисления элементов необходимо и для того, чтобы уметь правильно называть химическое соединение.
Названия бинарных соединений состоят из двух слов — названий образующих их химических элементов. Первое слово обозначает электроотрицательную часть соединения — неметалл, его латинское название с суффиксом -ид стоит всегда в именительном падеже. Второе слово обозначает электроположительную часть — металл или менее электроотрицательный элемент, его название всегда стоит в родительном падеже. Если же электроположительный элемент проявляет разные степени окисления, то это отражают в названии, обозначив степень окисления римской цифрой, которая ставится в конце.
Чтобы химики разных стран понимали друг друга, потребовалось создание единой терминологии и номенклатуры веществ. Принципы химической номенклатуры были впервые разработаны французскими химиками А. Лавуазье, А.Фурктуа, Л.Гитоном и К.Бертолле в 1785г. В настоящее время Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) координирует деятельность ученых рядных стран и издает рекомендации по номенклятурс веществ и терминологии, используемой к химии.
Тема: Окислительно-восстановительные реакции
Урок: Степень окисления
Рассмотрим понятие «степень окисления» на примере молекулы воды.
Рис. 1. Электронная формула молекулы воды
Общие электронные пары в молекуле воды смещены в сторону атома кислорода (Рис. 1), т.к. он более электроотрицательный элемент, чем водород. Если представить, что электронные пары не смещаются, а электроны полностью переходят от атома водорода к атому кислорода, то на атомах водорода будет не частичный, а полный положительный заряд - +1, а на атоме кислорода - -2. Такой условный заряд назвали степенью окисления (Рис. 2).
Рис. 2. Степени окисления атомов в молекуле воды
(Обратите внимание, степень окисления обозначают, как правило, арабской цифрой со знаком, причем знак заряда ставится перед цифрой).
Степень окисления - это условный заряд, который будет иметь атом в веществе, если все химические связи считать ионными.
Для электронейтральной частицы (молекулы) алгебраическая сумма произведений степени окисления атома каждого элемента на число таких атомов в молекуле равна нулю. Это правило называют правилом электронейтральности .
Покажем, как это правило выполняется в молекуле воды:
1*2 + (-2)*1 = 0
В большинстве соединений и во всех оксидах кислород проявляет степень окисления -2. Атом водорода в большинстве соединений имеет степень окисления +1. Степень окисления металлов в солях равна заряду иона. Степень окисления атомов в простом веществе равна нулю.
Зная степень окисления некоторых элементов и используя правило электронейтральности, можно определять степени окисления других элементов в соединении.
Определим степени окисления элементов в следующих соединениях:
KCl, N 2 O 5 , H 2 , Na 2 CO 3 .
В хлориде калия степень окисления калия равна заряду его иона, а значит, равна +1. По правилу электронейтральности определим степень окисления хлора +1 + х = 0, х=-1
В оксиде азота степень окисления кислорода равна -2. По правилу электронейтральности определим степень окисления азота х*2 + (-2)*5= 0, х=+5
Степень окисления каждого атома водорода в простом веществе равна 0.
Определим степени окисления атомов элементов в карбонате натрия. Степень окисления кислорода равна -2, а у натрия степень окисления равна заряду иона, т.е. равна +1. По правилу электронейтральности определим степень окисления углерода +1*2 + х +(-2)*3 = 0, х=+4
1. Оржековский П.А. Химия: 9-й класс: учеб. для общеобраз. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. - М.: АСТ: Астрель, 2007. (§21)
2. Оржековский П.А. Химия: 9-ый класс: учеб для общеобр. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.: Астрель, 2013. (§12)
3. Рудзитис Г.Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009.
4. Хомченко И.Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. - М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008.
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (видеоопыты по теме) ().
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
Домашнее задание
1. с. 86 №№ 3-6 из учебника П.А. Оржековского «Химия: 9-ый класс» / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.: Астрель, 2013.
2. Определите степень окисления каждого химического элемента в следующих соединениях: KCl, KClO3, MgCl2, Cl2, KMnO4, K2MnO4, H3PO4.
Степень окисления. Определение степени окисления атома элемента по химической формуле соединения. Составление формулы соединения по известным степеням окисления атомов элементов
Степень окисления элемента - это условный заряд атома в веществе, исчисленный с предположением, что она состоит из ионов. Для определения степени окисления элементов необходимо запомнить определенные правила:
1. Степень окисления может быть положительным, отрицательным или равным нулю. Он обозначается арабской цифрой со знаком «плюс» или «минус» над символом элемента.
2. При определении степеней окисления исходят из электроотрицательности вещества: сумма степеней окисления всех атомов в соединении равна нулю.
3. Если соединение образована атомами одного элемента (в простой веществе), то степень окисления этих атомов равен нулю.
4. Атомам некоторых химических элементов обычно приписывают стали степени окисления. Например, степень окисления фтора в соединениях всегда равна -1; лития, натрия, калия, рубидия и цезия +1; магния, кальция, стронция, бария и цинка +2, алюминия +3.
5. Степень окисления водорода в большинстве соединений +1, и только в соединениях с некоторыми металлами он равен -1 (KH, BaH 2).
6. Степень окисления кислорода в большинстве соединений -2, и лишь в некоторых соединениях ему приписывают степень окисления -1 (H 2 O 2 , Na 2 O 2 или +2 (OF 2).
7. Атомы многих химических элементов оказывают переменные степени окисления.
8. Степень окисления атома металла в соединениях положительный и численно равна его валентности.
9. Максимальный положительный степень окисления элемента, как правило, равна номеру группы в периодической системе, в которой находится элемент.
10. Минимальная степень окисления для металлов равна нулю. Для неметаллов в большинстве случаев ниже отрицательный степень окисления равна разнице между номером группы и цифрой восемь.
11. Степень окисления атома образует простой ион (состоит из одного атома), равна заряду этого иона.
Пользуясь приведенным правилам, определим степени окисления химических элементов в составе H 2 SO 4 . Это сложное вещество, состоящее из трех химических элементов - водорода Н, серы S и кислорода О. Отметим степени окисления тех элементов, для которых они являются постоянными. В нашем случае это водород Н и кислород О:.
Определим неизвестный степень окисления серы. Пусть степень окисления серы в этой соединении равно х:.
Составим уравнения, умножив для каждого элемента его индекс в степень окисления и добытую сумму приравняем к нулю: 2 · (+1) + x + 4 · (-2) = 0
Следовательно, степень окисления серы равна плюс шесть:.
В следующем примере выясним, как можно составить формулу соединения с известными степенями окисления атомов элементов. Составим формулу феррум (III) оксида. Слово «оксид» означает, что справа от символа железа надо записать символ кислорода: FeO.
Отметим степени окисления химических элементов над их символами. Степень окисления железа указана в названии в скобках (III), следовательно, равна +3, степень окисления кислорода в оксидах -2:.
Найдем наименьшее общее кратное для чисел 3 и 2, это 6. Разделим число 6 на 3, получим число 2 - это индекс для железа. Разделим число 6 на 2, получим число 3 - это индекс для кислорода:.
В следующем примере выясним, как можно составить формулу соединения с известными степенями окисления атомов элементов и зарядами ионов. Составим формулу кальций ортофосфата. Слово «ортофосфат» означает, что справа от символа Кальция надо записать кислотный остаток ортофосфатнои кислоты: CaPO 4 .
Отметим степень окисления кальция (правило номер четыре) и заряд кислотного остатка (по таблице растворимости):.
Найдем наименьшее общее кратное для чисел 2 и 3, это 6. Разделим число 6 на 2, получим число 3 - это индекс для кальция. Разделим число 6 на 3, получим число 2 - это индекс для кислотного остатка:.
Кристаллические решетки
Кристаллические решетки. Атомные, молекулярные и ионные кристаллы. Зависимость физических свойств веществ от типов кристаллических решеток
В кристаллических веществах атомы, молекулы и ионы расположены упорядоченно, на определенных расстояниях. Такое закономерное расположение частиц в кристаллах называют кристаллической решеткой. Зависимости от того, какие частицы находятся в узлах этой решетки, различают ионные, атомные и молекулярные кристаллические решетки. Известны также и металлические кристаллические решетки.
Ионные кристаллические решетки характерны для соединений с ионным типом химической связи. В узлах таких решеток находятся противоположно заряженные ионы. Силы мижионнои взаимодействия являются весьма значительными, поэтому вещества с таким типом кристаллической решетки является нелетучими, твердыми, тугоплавкими, их растворы и расплавы проводят электрический ток. Типичными представителями таких соединений являются соли, например, натрия хлорид, калия нитрат и другие.
Атомные кристаллические решетки характерны для соединений с ковалентной типом химической связи. В узлах таких решеток находятся отдельные атомы, связанные ковалентными связями. Все связи равноценны и крепкими, поэтому вещества с таким типом кристаллической решетки характеризуются большой твердостью, высокими температурами плавления, химической инертностью. Такой тип кристаллической решетки характерно для алмаза, кремний (IV) оксида, бора.
Молекулярные кристаллические решетки характерны для соединений с ковалентной типом химической связи. В узлах таких решеток находятся неполярные или полярные молекулы. Вследствие слабых сил взаимодействия вещества с таким типом кристаллической решетки имеют незначительную твердость, низкие температуры плавления и кипения, характеризуются летучестью. Такой тип кристаллической решетки характерно для кислорода, йода, воды, глюкозы, спиртов, нафталина.
Таким образом, существует определенная связь между типом кристаллической решетки и физическими свойствами вещества. Поэтому, если известна строение вещества, то можно прогнозировать ее свойства и, наоборот, если известны свойства вещества, то можно определить ее строение.
Ковалентная связь, его виды - полярная и неполярная
Ковалентная связь, его виды - полярная и неполярная. Образование ковалентной неполярного связи. Образование ковалентной полярной связи. Электронные формулы молекул веществ
Ковалентная связь - это химическая связь, образующаяся за счет общих электронных пар.
Рассмотрим механизм образования ковалентной связи на примере молекулы водорода H 2 . Атомы водорода имеют электронную формулу: 1 H 1s 1 .
При сближении двух атомов водорода происходит взаимодействие двух электронов с антипараллельными спинами (обозначаются электроны стрелками с разным направлениям) с формированием общей (поделенной) электронной пары.
Схему образования ковалентной связи можно представить, обозначая неспаренный электрон внешнего уровня одной точкой, а общую электронную пару - двумя точками. Общую электронную пару, т.е. ковалентная связь, часто обозначают чертой. Общая электронная пара образуется в результате перекрывания s-орбиталей атомов водорода, при этом в области перекрывания орбиталей создается повышенная электронная плотность.
Рассмотрим образование ковалентной связи в молекуле хлора Cl2. Атомы хлора имеют электронную формулу: 17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 .
Атом хлора имеет семь электронов на внешнем энергетическом уровне, причем на 3p - подуровни находится один неспаренный электрон. При сближенном двух атомов хлора происходит перекрытие 3p - орбиталей с неспаренными электронами и образование общей электронной пары. У каждого атома хлора в молекуле Cl 2 хранятся три неразделенные электронные пары (которые принадлежат одному атому).
В молекуле водорода H2, как и в молекуле хлора Cl 2 , образуется простой (одинарный) связь. Существуют молекулы, в которых между двумя атомами возникают две или три электронные пары. Такие ковалентные связи называют, соответственно, двойными или тройными. Общее название двойных и тройных связей - кратные связи.
Например, рассмотрим образования ковалентной связи в молекуле кислорода O 2 . Атомы кислорода имеют электронную формулу: 8 O 1s 2 2s 2 2p 4 .
Атом кислорода имеет шесть электронов на внешнем энергетическом уровне, причем на 2p - подуровни находится два неспаренных электрона. В образовании химической связи в молекуле O 2 участвуют по два электрона каждого атома кислорода. В данном случае образуются две общие электронные пары (двойная связь). У каждого атома кислорода в молекуле O 2 хранятся две неразделенные электронные пары.
При образовании ковалентной связи в молекуле водорода каждый из атомов водорода является устойчивой двохелектроннои конфигурации за счет образования общей электронной пары. В других случаях при образовании ковалентной связи, например, в молекулах хлора и кислорода каждый из атомов является устойчивой конфигурации, состоящей из восьми электронов.
В случае всех трех рассмотренных молекул (водорода, хлора и кислорода) ковалентная связь образовался между атомами с одинаковой электроотрицательностью. Такое взаимодействие наблюдается при образовании простых веществ-неметаллов, молекулы которых состоят из двух одинаковых атомов. В этом случае общие электронные пары располагаются симметрично между ядрами атомов, соединяются. Вследствие этого образуются молекулы, в которых центры положительных и отрицательных зарядов совпадают.
Итак, ковалентная связь, которая образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью за счет общих электронных пар, называют ковалентной неполярной связью. Надо запомнить, что такой тип химической связи образуется в простых веществах-неметаллов. Как примеры веществ с ковалентной неполярной типом связи можно назвать фтор F 2 , бром Br 2 , йод I 2 , азот N 2 .
Если атомы, которые взаимодействуют, имеют различную электроотрицательность (атомы различных химических элементов), то общая электронная пара будет смещаться к атому с большей электроотрицательностью. При этом на атоме с большей электроотрицательностью формируется частичный отрицательный заряд, а на атоме с меньшей электроотрицательностью - частичный положительный заряд. Эти частичные заряды по абсолютному значению меньше единицы.
Например, при образовании молекулы водород хлорида HCl происходит перекрывание s-орбитали атома водорода и p-орбитали атома хлора. Общая электронная пара расположена несимметрично относительно центров атомов, которые взаимодействуют. Она смещается в более электроотрицательного хлора. На атоме хлора формируется частичный отрицательный заряд, а на атоме водорода - частичный положительный заряд. В этом случае в молекуле центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы называют полярными, или диполями. Диполь - это система из двух зарядов, которые являются одинаковыми по величине, но противоположными по знаку.
Итак, ковалентная связь, которая образуется между атомами, электроотрицательности которых отличаются, но незначительно, называют ковалентной полярной связью. Надо запомнить, что такой тип химической связи образуется в сложных веществах, образованных атомами неметаллов. Как примеры веществ с ковалентной полярным типом связи можно назвать водород фторид HF, вода H 2 O, аммиак NH 3 , метан CH 4 , карбон (IV) оксид CO 2 .
Ионная связь образуется в результате полного переноса одного или нескольких электронов от одного атома к другому. Такой тип связи возможен только между атомами элементов, электроотрицательности которых значительно отличаются. При этом происходит переход электрона от атома с меньшей электроотрицательностью к атому с большей электроотрицательностью. Надо запомнить, что такой тип химической связи образуется между атомами металлов и неметаллов. Например, элементы первой и второй группы главных подгрупп периодической системы (типичные металлы) непосредственно соединяются с элементами шестой и седьмой группы главных подгрупп периодической системы (типичные неметаллы).
Рассмотрим механизм образования ионного связи в составе калий хлорид. Атом калия содержит один валентный электрон (определяем по номеру группы, в которой находится Калий). Атом хлора содержит семь валентных электронов (определяем по номеру группы, в которой находится Хлор). При взаимодействии атомов калия с атомами хлора валентный электрон атома калия полностью переходит на внешний уровень атома хлора, достраивая его в восьмиелектроннои структуры. При этом атом калия, теряя электрон, приобретает положительный заряд +1 и превращается в катион K + , а атом хлора, присоединяя электрон, приобретает отрицательный заряд -1 и превращается в анион Cl - . Разноименно заряженные ионы притягиваются благодаря электростатическим силам и образуется соединение калий хлорид. Этот процесс можно изобразить схемой:
Лишь некоторые химические элементы (благородные газы) при обычных условиях находятся в состоянии одноатомного газа. Атомы других элементов, наоборот, в индивидуальном виде не существуют, а входят в состав молекул или кристаллических решеток, образованных совокупностью атомов. Итак, существует причина, по которой атомы связываются друг с другом. Этой причиной является химическая связь, обусловленный тем, что между атомами действуют определенные электростатические силы, способные удерживать атомы друг к другу. Доказано, что в образовании химической связи между атомами главная роль принадлежит валентным электронам (электронам внешнего уровня, слабое связанные с ядром).
Согласно теории химической связи наибольшую прочность имеют внешние оболочки, состоящие из двух или восьми электронов. Благородные газы имеют такие электронные оболочки. Это и является причиной того, что благородные газы при обычных условиях не вступают в химические реакции с другими элементами. Атомы, имеющие на внешнем уровне менее восьми (или двух) электронов, пытаются приобрести структуры благородных газов. Поэтому при образовании молекулы в ходе химической реакции атомы стараются приобрести устойчивую восьмиелектронну или двохелектронну оболочку.
Образование устойчивой электронной конфигурации может происходить некоторыми способами и приводить к образованию молекул или немолекулярного соединений различного строения. Вследствие этого различают ковалентные и ионный типы химической связи. Кроме этих видов, существуют другие типы химической связи: металлический и водородный (межмолекулярных).
Такой предмет школьной программы как химия вызывает многочисленные затруднения у большинства современных школьников, мало кто может определить степень окисления в соединениях. Наибольшие сложности у школьников, которые изучают неорганическую химию, то есть учеников основной школы (8-9 классы). Непонимание предмета приводит к возникновению неприязни у школьников к данному предмету.
Педагоги выделяют целый ряд причин такой «нелюбви» учеников средних и старших классов к химии: нежелание разбираться в сложных химических терминах, неумение пользоваться алгоритмами для рассмотрения конкретного процесса, проблемы с математическими знаниями. Министерством образования РФ были внесены серьезные изменение в содержание предмета. К тому же "урезали" и количество часов на преподавание химии. Это негативно сказалось на качестве знаний по предмету, снижению интереса к изучению дисциплины.
Какие темы курса химии даются школьникам труднее всего?
По новой программе в курс учебной дисциплины «Химия» основной школы включено несколько серьезных тем: периодическая таблица элементов Д. И. Менделеева, классы неорганических веществ, ионный обмен. Труднее всего дается восьмиклассникам определение оксидов.
Правила расстановки
Прежде всего ученики должны знать, что оксиды являются сложными двухэлементными соединениями, в состав которых включен кислород. Обязательным условием принадлежности бинарного соединения к классу оксидов является расположение кислорода вторым в данном соединении.
Алгоритм для кислотных оксидов
Для начала заметим, что степени окисления это численные выражения валентности элементов. образованы неметаллами либо металлами с валентностью от четырех до семи, вторым в таких оксидах обязательно стоит кислород.
В оксидах валентность кислорода всегда соответствует двум, определить ее можно по периодической таблице элементов Д. И. Менделеева. Такой типичный неметалл как кислород, находясь в 6 группе главной подгруппы таблицы Менделеева, принимает два электрона, чтобы полностью завершить свой внешний энергетический уровень. Неметаллы в соединениях с кислородом чаще всего проявляют высшую валентность, которая соответствует номеру самой группы. Важно напомнить, что степень окисления химических элементов это показатель, предполагающий положительное (отрицательное) число.
Неметалл, стоящий в начале формулы, обладает положительной степенью окисления. Неметалл кислород же в оксидах стабилен, его показатель -2. Для того чтобы проверить достоверность расстановки значений в кислотных окислах, придется перемножить все поставленные вами цифры на индексы у конкретного элемента. Расчеты считаются достоверными, если суммарный итог всех плюсов и минусов поставленных степеней получается 0.
Составление двухэлементных формул
Степень окисления атомов элементов дает шанс создавать и записывать соединения из двух элементов. При создании формулы, для начала оба символа прописывают рядом, обязательно вторым ставят кислород. Сверху над каждым из записанных знаков прописывают значения степеней окисления, затем между найденными числами находится то число, что будет без какого-либо остатка делиться на обе цифры. Данный показатель необходимо поделить по отдельности на числовое значение степени окисления, получая индексы для первого и второго компонентов двухэлементного вещества. Высшая степень окисления равна численно значению высшей валентности типичного неметалла, идентична номеру группы, где стоит неметалл в ПС.
Алгоритм постановки числовых значений в основных оксидах
Подобными соединениями считаются оксиды типичных металлов. Они во всех соединениях имеют показатель степени окисления не более +1 либо +2. Для того чтобы понять, какую будет иметь степень окисления металл, можно воспользоваться периодической системой. У металлов основных подгрупп первой группы, данный параметр всегда постоянный, он аналогичен номеру группы, то есть +1.
Металлы основной подгруппы второй группы также характеризуются стабильной степенью окисления, в цифровом выражении +2. Степени окисления оксидов в сумме с учетом их индексов (числа) должны давать нуль, поскольку химическая молекула считается нейтральной, лишенной заряда, частицей.
Расстановка степеней окисления в кислородсодержащих кислотах
Кислоты представляют собой сложные вещества, состоящими из одного или нескольких атомов водорода, которые связаны с каким-то кислотным остатком. Учитывая, что степени окисления это цифровые показатели, для их вычисления потребуются некоторые математические навыки. Такой показатель для водорода (протона) в кислотах всегда стабилен, составляет +1. Далее можно указать степень окисления для отрицательного иона кислорода, она также стабильная, -2.
Лишь только после этих действий, можно вычислять степень окисления у центрального компонента формулы. В качестве конкретного образца рассмотрим определение степени окисления элементов в серной кислоте H2SO4. Учитывая, что в молекуле данного сложного вещества содержится два протона водорода, 4 атома кислорода, получаем выражение такого вида +2+X-8=0. Для того чтобы в сумме образовывался ноль, у серы будет степень окисления +6
Расстановка степеней окисления в солях
Соли представляют собой сложные соединения, состоящие из ионов металла и одного либо нескольких кислотных остатков. Методика определения степеней окисления у каждого из составных частей в сложной соли такая же, как и в кислородсодержащих кислотах. Учитывая, что степень окисления элементов - это цифровой показатель, важно правильно обозначить степень окисления металла.
Если металл, образующий соль, располагается в главной подгруппе, его степень окисления будет стабильной, соответствует номеру группы, является положительной величиной. Если же в соли содержится металл подобной подгруппы ПС, проявляющий разные металла можно по кислотному остатку. После того как установлена будет степень окисления металла, ставят (-2), далее вычисляют степень окисления центрального элемента, воспользовавшись химическим уравнением.
В качестве примера рассмотрим определение степеней окисления у элементов в (средней соли). NaNO3. Соль образована металлом главной подгруппы 1 группы, следовательно, степень окисления натрия будет +1. У кислорода в нитратах степень окисления составляет -2. Для определения численного значения степени окисления составляет уравнение +1+X-6=0. Решая данное уравнение, получаем, что X должен быть +5, это и есть
Основные термины в ОВР
Для окислительного, а также восстановительного процесса существуют специальные термины, которые обязаны выучить школьники.
Степень окисления атома это его непосредственная способность присоединять к себе (отдавать иным) электроны от каких-то ионов или же атомов.
Окислителем считают нейтральные атомы или заряженные ионы, в ходе химической реакции присоединяющие себе электроны.
Восстановителем станут незаряженные атомы или заряженные ионы, что в процессе химического взаимодействия теряют собственные электроны.
Окисление представляется как процедура отдачи электронов.
Восстановление связано с принятием дополнительных электронов незаряженным атомом или ионом.
Окислительно-восстановительны процессом характеризуется реакция, в ходе которой обязательно меняется степень окисления атома. Это определение позволяет понять, как можно определить, является ли реакция ОВР.
Правила разбора ОВР
Пользуясь данным алгоритмом, можно расставить коэффициенты в любой химической реакции.
Последним этапом будет расстановка стереохимических коэффициентов в рассматриваемой реакции.
Пример ОВР
Для начала нужно расставить в каждом химическом веществе степени окисления. Учтите, что в степень окисления равна нулю, так как отсутствует отдача (присоединение) отрицательных частичек. Правила расстановки степеней окисления в бинарных и трехэлементных веществ были нами рассмотрены выше.
Затем нужно определить те атомы либо ионы, у которых в ходе произошедшего превращения, изменились степени окисления.
Из левой части записанного уравнения выделяют атомы либо заряженные ионы, которые поменяли свои степени окисления. Это необходимо для составления баланса. Над элементами обязательно указывают их значения.
Далее записываются те атомы либо ионы, которые образовались в ходе реакции, указывается знаком + количество принятых атомом электронов, - число отданных отрицательных частиц. Если после процесса взаимодействия уменьшаются степени окисления. Это означает, что электроны были приняты атомом (ионом). При повышении степени окисления атом (ион) в ходе реакции отдают электроны.
Наименьшее общее число делят сначала на принятые, потом на отданные в процессе электроны, получают коэффициенты. Найденные цифры и будут искомыми стереохимическими коэффициентами.
Определяют окислитель, восстановитель, процессы, протекающие в ходе реакции.
Рассмотрим практическое применение данного алгоритма на конкретной химической реакции.
Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
Рассчитываем показатели у всех простых и сложных веществ.
Так как Fe и Cu являются простыми веществами, их степень окисления равна 0. В CuSO4, то Cu+2, тогда у кислорода-2, а у серы +6. В FeSO4: Fe +2, следовательно, для О-2, по расчетам S +6.
Теперь ищем элементы, что смогли поменять показатели, в нашей ситуации ими окажутся Fe и Cu.
Так как после реакции значение у атома железа стала +2, в реакции было отдано 2 электрона. Медь поменяла свои показатели с +2 до 0, следовательно, медь приняла 2 электрона. Теперь определяем количество принятых и отданных электронов атомом железа и катионом двухвалентной меди. В ходе превращения взято два электрона катионом двухвалентной меди, столько же электронов отдано атомом железа.
В данном процессе нет смысла определять минимальное общее кратное, поскольку принято и отдано в ходе превращения равное количество электронов. Стереохимические коэффициенты будут также соответствовать единице. В реакции свойства восстановителя будет проявлять железо, при этом оно окисляется. Катион двухвалентной меди восстанавливается до чистой меди, в реакции у нее высшая степень окисления.
Применение процессов
Формулы степени окисления должны быть известны каждому школьнику 8-9 класса, так как данный вопрос включен в задания ОГЭ. Любые процессы, которые протекают с окислительными, восстановительными признаками, играют важное значение в нашей жизни. Без них невозможны обменные процессы в организме человека.