9.1. Общие понятия и определения

Реакции, в ходе которых элементы, входящие в состав реагирующих веществ, изменяют степень окисления, называются окислительно-восстановительными (ОВР).

Для характеристики состояния элементов в соединениях введено понятие степени окисления.

Степень окисления (с.о.) – это условный заряд, который приписывается атому в предположении, что все связи в молекуле или ионе предельно поляризованы.

В составе молекулы вещества или ионастепень окисления элемента определяется как число электронов, смещенных от атома данного элемента (положительная степень окисления) или к атому данного элемента (отрицательная степень окисления).

Для вычисления степени окисления элемента в соединении следует исходить из следующих положений (правил):

1. Степень окисления элементов в простых веществах, в металлах в элементном состоянии, в соединениях с неполярными связями равны нулю.Примерами таких соединений являются N₂⁰, Н₂⁰, Сl₂⁰, I₂⁰, Мg⁰, Fe⁰ и т.д.  

2. В сложных веществах отрицательную степень окисления имеют элементы с большей электроотрицательностью.

Поскольку при образовании химической связи электроны смещаются к атомам более электроотрицательных элементов, то последние имеют в соединениях отрицательную степень окисления.

+1 +7 -2 HCIO4       О-2 О-2   CI О-2       Н+        О-2

Элемент ЭО Н 2,1 Cl 3,0 О 3,5

В некоторых случаях с.о. элемента численно совпадает с валентностью (В) элемента в данном соединении, как, например, в НClО₄.

Приведенные ниже примеры показывают, что с.о. и валентность элемента могут численно различаться:

1) N ≡ N                       В (N)=3; с.о.(N)=0

3. Различают высшую, низшую и промежуточные с.о.

Высшая степень окисления – это ее наибольшее положительное значение. Высшая степень окисления, как правило, равна номеру группы (N) периодической системы, в которой элемент находится.

Например, для элементов III периода она равна: Na⁺, Mg⁺², Al⁺³, Si⁺⁴, P⁺⁵, S⁺⁶, Cl⁺⁷.

Исключение составляют фтор, кислород, гелий, неон, аргон, а также элементы подгруппы кобальта и никеля: их высшая степень окисления выражается числом, значение которого ниже, чем номер группы, к которой они относятся.

У элементов подгруппы меди, наоборот, высшая степень окисления больше единицы, хотя они и относятся к I группе.

Низшая степень окисления для неметаллов определяется количеством электронов, недостающих до устойчивого состояния атома ns²nр⁶и равна (N-8), где N – номер группы периодической системы, в которой элемент находится.

Например, для неметаллов III периода она равна: Si^-4, P^-3, S^-2,Clˉ.

Низшая степень окисления для металлов равна 0, которую они проявляют в простых веществах.

Все остальные встречающиеся степени окисления элемента называют промежуточными.

Например, для серы с.о., равная +4, является промежуточной.

4. Ряд элементов проявляют в сложных соединениях постоянную степень окисления:

5. Большинство элементов в соединениях могут проявлять разную степень окисления.При определении с.о. пользуются правилом:сумма с.о. элементов в электронейтральных молекулах равна нулю, а в сложных ионах – заряду этих ионов.

Вычислим с.о. фосфора в ортофосфорной кислоте Н₃РО₄. Сумма с.о. всех элементов, входящих в составмолекулы, равна нулю.Обозначим с.о. фосфора через х и составим следующее уравнение: (+1)∙3+х∙1+(-2)∙4 = 0, из которого х = +5.

Вычислим с.о. хрома в составе дихромат–иона (Cr₂О₇)^2-.

Сумма всех степеней окисления в сложном ионе равна заряду иона, т.е. -2.Обозначим с.о. хрома через х и составим уравнение 2·х+7∙(-2) = -2, из которого х = +6.

Для большинства соединений понятие степень окисления имеет условный характер, т.к. не отражает реальный эффективный заряд атома. В простых ионных соединениях степень окисления входящих в них элементов равна электрическому заряду, поскольку при образовании этих соединений происходит практически полный переход электронов от одного

                                 _{+1 -1     +2 -1    +3 -1}

атома к другому: NaI, MgCl₂, AlF₃. Для соединения с полярной ковалентной связью фактический эффективный заряд меньше степени окисления, однако это понятие весьма широко используется в химии.