Гіпермаркет Знань>>Хімія>>Хімія 8 клас>>Хімія: Ступінь окиснення

ВАЛЕНТНІСТЬ І СТУПІНЬ ОКИСНЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ

Тобі треба
розуміти: сучасний зміст поняття валентності; зміст поняття «ступінь окиснення»;
уміти: складати формули бінарних сполук за ступенем окиснення елементів; визначати ступінь окиснення елементів за формулами бінарних сполук.

Пригадуєш, ми вивчали раніше поняття «валентність» і на його підставі складали формули різних сполук та їх назви за сучасною номенклатурою. І ти вже знаєш, що валентність — це здатність атома приєднувати або заміщувати певне число інших атомів або атомних груп з утворенням хімічного зв'язку. А чому це так? Зрозуміти фізичний зміст валентності допомогла електронна теорія будови атома і хімічного зв'язку. З розвитком цієї теорії змінилося і саме поняття валентності. У наш час валентність визначається числом ковалентних зв'язків, якими атом з'єднаний з іншими атомами.

А число зв'язків, які може утворювати атом, дорівнює числу його неспарених електронів, які йдуть на утворення спільних електронних пар. При цьому полярність утворених зв'язків не враховується, а тому валентність не має знака. Вона не може бути ні позитивною, ні негативною. Наприклад, у молекулах азоту N₂ та амоніаку NH₃ атом Нітрогену N тривалентний, оскільки він з'єднаний з N і з Н трьома спільними електронними парами (три зв'язки). Отже, валентність визначається тільки числом ковалентних зв'язків. Ось чому поняття «валентність» не можна застосовувати для сполук немолекулярної будови (з йонним, атомним, металічним зв'язками). Саме тому замість поняття «валентність» використовується поняття «ступінь окиснення».

Ступінь окиснення — це умовний заряд атома в речовині, який виник би на атомі за умови, що спільні електронні пари повністю змістилися б до більш електронегативного атома.

Ступінь окиснення, на відміну від валентності, може мати позитивне, негативне і нульове значення. Це значення зі знаком плюс чи мінус перед арабською цифрою зазначається над символом елемента або римською цифрою без знака у дужках після назви елемента. Наприклад:
_{+1    -2     0}
Na, O,  Н₂,
де ступені окиснення Натрію +1, Оксигену -2, Гідрогену 0; або Ферум(ІІІ), Купрум(ІІ), Нітроген(V) тощо.

Якщо сполука бінарна, то один із елементів має позитивний ступінь окиснення, а інший — негативний. Так, у більшості сполук Гідроген має ступінь окиснення +1, а Оксиген -2. Наприклад, у формулі води:
_{+1 -2}
Н₂O.

Але це зовсім не означає, що атоми елемента, наприклад Гідрогену, несуть на собі заряд +1, а атоми Оксигену -2. Це умовні числа, якими домовилися позначати ступінь окиснення.
А як дізнатися, який елемент у сполуці виявляє позитивний ступінь окиснення, а який — негативний?
З цією метою потрібно звернутися до ряду електронегативності хімічних елементів:

  F   О    N    CI   Br   S    Р    С    Н    Si    Al    Mg    Са    Na   Cs

У бінарних сполуках хімічний елемент, що стоїть у цьому ряду лівіше, виявляє негативний ступінь окиснення, а той, що стоїть правіше, — позитивний. Так, у сполуці MgO хімічний елемент Магній мас позитивний ступінь окиснення +2, а Оксиген — негативний ступінь окиснення -2.

Позитивні значення ступенів окиснення мають ті атоми, які віддали свої електрони іншим атомам (зв'язувальна електронна хмара зміщена від них). Наприклад, атоми металів.

Негативні значення ступенів окиснення мають ті атоми, які приєднали електрони від інших атомів (зв'язувальна електронна хмара зміщена до них).

Негативне значення ступеня окиснення -1 завжди має Флуор у всіх сполуках.

Нульове значення ступенів окиснення мають атоми в простих речовинах, наприклад Сl₂, N₂, Н₂, 0₂, Br₂, F₂, оскільки у них зв'язувальна електронна пара не зміщена в жоден бік, а розміщена симетрично.

Під час обчислення ступенів окиснення слід пам'ятати, що:
1) алгебрична сума ступенів окиснення всіх атомів у сполуці має дорівнювати нулю, наприклад у ферум(ІІІ) хлориді FeCl₃ сума усіх ступенів окиснення дорівнює:
+3 + (-1) -3 = 0;
2) ступінь окиснення елементів у простих речовинах дорівнює нулю;
3) ступінь окиснення лужних металів завжди дорівнює +1;
4) ступінь окиснення Гідрогену в сполуках, як правило, дорівнює +1;
5) Флуор в усіх сполуках має ступінь окиснення -1;
6) ступінь окиснення Оксигену в сполуках, як правило, дорівнює -2.

Наприклад,
_{+1 +6 -2       0      -3 +1     +1 +7 -2       + 1 -2}
H₂SO₄,   N₂,  NH₃,   KMnO₄,    H₂S

Ступінь окиснення не слід ототожнювати з валентністю навіть у тому разі, коли їхні значення збігаються. Наприклад, у хлороводні НСl ступінь окиснення Гідрогену +1, Хлору -1 і валентність того й іншого елемента — 1. А в молекулі азоту N₂ (N=N) є три електронні пари між атомами Нітрогену, тому він тривалентний. Проте ступінь окиснення Нітрогену дорівнює нулю, оскільки спільні електронні пари розміщені симетрично й однаковою мірою належать обом атомам. Через це в усіх простих речовинах ступінь окиснення елементів дорівнює нулю.

Періодична система елементів дає змогу за місцем того чи іншого елемента в ній дізнатися про ступінь його окиснення (табл. 15).

Таблиця 15. Деякі значення ступенів окиснення елементів 3-го періоду періодичної системи


Наприклад, для Сульфуру як елемента VI групи ступінь окиснення дорівнює +6, для Нітрогену, елемента V групи, +5, для Барію, елемента II групи, +2. На підставі теорії будови атома це легко пояснити. Адже зовнішній електронний шар атомів цих елементів містить відповідно 6, 5 і 2 валентні електрони. Під час взаємодії з більш електронегативним елементом, наприклад з Оксигеном, електрони зміщуються в бік Оксигену, а сполучені з ним елементи набувають ступеня окиснення відповідно +6, +5, +2. Прикладами можуть бути сполуки SО₃, Р₂О₅, ВаО.

Винятком є Флуор та Оксиген як найбільш електронегативні елементи (Флуор ніколи не виявляє позитивного ступеня окиснення, а Оксиген інколи виявляє,
                                                                                                   _{+2 -1}
тільки у сполуках з Флуором, наприклад флуорид оксигену  OF₂), а також деякі елементи VIII групи і підгрупи Купруму з І групи.

Найвищий ступінь окиснення у сполуках з Оксигеном, що чисельно дорівнює номеру групи, виявляють елементи не лише головних підгруп, а й побічних, незважаючи на те, що на зовнішньому електронному шарі їхніх атомів найчастіше міститься 1—2 електрони незалежно від того, в якій групі вони перебувають. Наприклад, в оксиді мангану(VII) Мn₂0₇ ступінь окиснення Мангану, елемента VII групи, дорівнює +7, хоча на зовнішньому електронному шарі атома Мангану містяться два електрони (ще 5 валентних електронів розміщені на передостанньому шарі).

Поняття «ступінь окиснення», хоча й є формальним, широко використовується в хімії (особливо в неорганічній) під час класифікації хімічних процесів, складання хімічних рівнянь тощо.


Bисновки
З розвитком науки змінився зміст поняття «валентність». Воно має чіткий і однозначний сенс тільки для сполук молекулярної будови, де хімічні зв'язки — ковалентні, що здійснюються парою електронів.
Поняття «валентність» не можна застосовувати до атомів елементів, що входять до складу сполук немолекулярної будови.
У неорганічній хімії замість валентності використовується ступінь окиснення. Це поняття умовне, реального змісту воно не має.
Ступінь окиснення елемента можна визначати за періодичною системою хімічних елементів, у якій найвищий позитивний ступінь окиснення елемента чисельно дорівнює номеру групи, в якій розміщено елемент.
Про негативний ступінь окиснення елемента можна дізнатися, якщо від номера групи, де він розміщений, відняти 8.
Знання ступенів окиснення дає змогу складати формули бінарних сполук. У свою чергу, за формулами бінарних сполук можна обчислювати ступені окиснення елементів.


Завдання для самоконтролю
1. Як ти розумієш зміст поняття «ступінь окиснення»? У чому виявляється його подібність і відмінність порівняно з поняттям «валентність»?
2. Визнач ступені окиснення атомів елементів у сполуках, формули яких:
(a) N₂, NO₂, NO, N₂O₅, N₂O, N₂O₃;
(б) MnSO₄, MnO₂, Mn₂O₇, Mn₂O₃;
(в) As₂O₃, AsH₃, H₂, H₂O;
(г) Cl₂O₇, Cl₂, Cl₂O, O₂, Cl₂O₅, Cl₂O₃.

3. Визнач ступені окиснення атомів елементів у сполуках, формули яких:
(а) H₂SO₄, SO₂, SO₃, H₂SO₃, MgSO₄;
(б) HClO₄, HPO₃, Ba(NO₃)₂, Al₂(SO₄)₃, P₂O₅;
(в) Ca₃(PO₄)₂, AI(NO₃)₃, K₂SO₃, Na₂SO₄.
4. У молекулі білого фосфору Р4 валентність і ступінь окиснення атома Фосфору дорівнюють відповідно
(а)1 і +3;    (б)3 і +3;    (в) 3 і 0;    (г) 2 і 0.
5. Атоми Нітрогену мають однаковий ступінь окиснення в сполуках, формули яких
(a) HNO₃;     (б) Ca₃N₂;       (в) NH₄Cl;       (г) N₂O₃.

Додаткові завдання
6. Найменший ступінь окиснення атомів Сульфуру має речовина, формула якої
(a) H₂SO₄;    (б) Na₂SO₃;    (в) SO₃;    (г) Al₂(SO₄)₃.
7*. Ступінь окиснення атома Фосфору в йоні НР04" дорівнює
(а) + 5;      (б) + 3;      (в) 0;     (г) - 5.
8*. Передбач мінімальний і максимальний ступені окиснення Селену.
9*. Визнач ступені окиснення атомів елементів у таких сполуках: O₂, Н₂O, Н₂O₂, OF₂, Н₂, ВаН₂, NaH, H₂S.

Н.М. Буринська, Хімія, 8 клас
Вислано читачами інтернет-сайту

_{Безкоштовні підручники по всім предметам, уроки хімії за 8 клас онлайн, конспекти уроків}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.