Сегодня мы обозначим и постараемся объяснить все сведения необходимые для комфортного и непринуждённого расставления степеней окисления, небезусловную сущность которых мы раскрыли в предыдущем материале.
Итак, прежде всего необходимо понять, что степени окисления - это заряды, а следовательно значения, имеющиеся знак и размещаемые в верхнем правом углу от химического символа.
Заряды эти образуются в результате отдачи и взаимного принятия электронов. При этом в ходе отдачи электронов образуется положительно заряженная частица, а входе принятия - отрицательно заряженная частица.
Так как атомы, из представления о которых мы пока что исходим, электронейтральны, то отдача электронов приводит к преобладанию в частице положительно заряженного ядра, и образованию так называемого катиона, а принятие электронов - к преобладанию отрицательного заряда электронной оболочки и образованию аниона.
И на этом моменте мы подбираемся не только к ключевой, но и чрезвычайно логичной мысли, согласно которой число отданных электронов равно числу принятых электронов, а значит, суммарный положительный заряд по модулю должен быть равен суммарному отрицательному заряду, то есть:
суммарная степень окисления в химической формуле вещества всегда равна нулю!
И вот теперь-то мы готовы ввести правила расстановки степеней окисления:
Правило №1: у простых веществ степень окисления всегда равна нулю.
Напомню, простые вещества - вещества, состоящие из атомов одного химического элемента.
Но прежде чем обозначить следующее правило, необходимо пояснить, что каждое последующее правило не отменяет предыдущее.
Правило №2: у фтора (F) в составе всех сложных веществ степень окисления всегда равна -1.
Для того, чтобы понять это правило, бросим взгляд в ряд электроотрицательности неметаллов:
Фтор (F) - самый электроотрицательный неметалл (напомню, что электроотрицательность - способность атомов химических элементов оттягивать на себя электронную плотность), это значит, что, будучи в составе любого вещества, фтор (F) по теории степеней окисления всегда принимает электроны, а так как фтор (F) - элемент главной подгруппы 7-й группы, то нуждается он только в одном электроне, необходимом ему для достижения электронной конфигурации инертного благородного газа.
Итого по фтору:
Правило №3. У кислорода (O) в составе всех сложных соединений степень окисления равна -2.
Исключения: пероксиды и фторид кислорода.
Дело в том, что в перекисях присутствует ковалентная неполярная химическая связь между атомами кислорода, а фтор - единственный более электроотрицательный атом, чем кислород.
Правило №4: у водорода (H) степень окисления всегда +1
Исключение: гидриды металлов.
Водород, согласно приведённому выше ряду электроотрицательности неметаллов, обладает среди перечисленных в нём наименьшим значением электроотрицательности, что означает, что по отношению к ним он будет донором электронной плотности. Однако водород (H) остаётся неметаллом и будет проявлять свои неметаллические свойства, то есть способность принимать электроны, а точнее один электрон, в солеподобных бинарных соединениях с металлами - так называемыми гидридами.
Правило №5 - у металлов всегда положительные степени окисления.
Это и понятно, если учесть, что металлы характеризуются металлическими свойствами, то есть способностью отдавать электроны. Но не стоит забывать, что у простых веществ степень окисления всё-таки 0
Правило №6:
у металлов главной подгруппы первой группы IA (Li, Na, K и т.д.) в составе всех сложных соединений степень окисления всегда +1
у Me главной подгруппы второй группы IIА (Mg, Ca, Sr, Ba) - всегда +2
IIIA (Al) - всегда +3
Итоговая таблица:
На этом хотелось бы и закончить, но мы ещё ничего не сказали о расчёте степени окисления центрального атома, когда это необходимо. Рассмотрим пример дихромата калия:
-согласно правилам, у калия +1, у кислорода -2.
- "атомов" кислорода (O) семь, у каждого степень окисления -2. Это означает, что каждый "атом" кислорода (O) принимает два электрона. В сумме семь "атомов" кислорода (O) приняли 14 электронов.
- откуда "атомы" кислорода (O) приняли 14 электронов? Степень окисления калия (K) +1. Это означает, что "атом" калия(K) отдал 1 электрон. Атомов калия (K) два, каждый отдал 1 электрон. В сумме атомы калия (K) отдали 2 электрона.
- значит, оставшиеся 12 электронов были получены атомами кислорода (O) от двух атомов хрома (Cr). То есть, каждый атом хрома (Cr) отдал 6 электронов. Таким образом, степень окисления хрома +6.
Рассмотрим ещё несколько неочевидных примеров.
1) Единственное правило, которое мы можем применить к данному примеру, - это правило, согласно которому у железа (Fe), как у металла, в данном случае положительная степень окисления, то есть железо отдаёт электроны. Значит, у хлора (Cl) - отрицательная, то есть хлор (Cl) принимает электроны.
2) Смотрим, сколько хлор (Cl) будет принимать электронов, видим, что хлор (Cl) - элемент главной подгруппы 7-й группы, значит хлор (Cl) принимает 1 электрон.
3) Атомов хлора (Cl) в составе рассматриваемого соединения три, значит в сумме они принимают 3 электрона.
4) Откуда они принимают эти три электрона - от одного атома железа (Fe), значит у железа (Fe) степень окисления +3.
А что если рассмотреть пример, к которому мы не сможем применить ни одно из известных правил? Например, сероуглерод.
1) В данном случае смотрим в ряд электроотрицательности неметаллов, выясняем, какой из атомов более электроотрицательный, - он и будет принимать электроны.
2) Сера (S) обладает большей электроотрицательностью. При этом сера (S) - элемент главной подгруппы 6-й группы, значит, атому серы (S) до электронной конфигурации инертного благородного газа не хватает 2-х электронов, то есть сера (S), будет принимать 2 электрона, приобретая степень окисления -2.
3) Атомов серы (S) два, каждый принимает 2 электрона, в сумме они принимают 4 электрона. От кого они принимают 4 электрона? От одного атома углерода (C), значит у углерода (C) степень окисления +4.
Есть примеры веществ, в формулах которых невозможно без предварительных знаний правильно расставить степени окисления. К таковым, например относятся карбид кальция и пирит, формулы и степени окисления в составе которых я обозначу как данность.
И вот теперь у меня всё! Спасибо всем, кто дошёл до конца. Пока.