✅Таблиця окислення всіх хімічних елементів

Щоб визначити умовний заряд атомів в окисно-відновних реакціях, використовують таблицю окислення хімічних елементів. Залежно від властивостей атома елемент може проявляти позитивний або негативний ступінь окислення.

Що таке ступінь окислення

Умовний заряд атомів елементів в складних речовинах називається ступенем окислення. Значення заряду атомів записується в окисно-відновних реакціях, щоб зрозуміти, який елемент є відновником, а який – окислювачем.

Ступінь окислювання взаємопов’язана з електронегативні, яка показує можливість атомів приймати або віддавати електрони. Чим вище значення електронегативності, тим більше здатність атома віднімати електрони в реакціях.

Ступінь окислювання може мати три значення:

• нульове – атом знаходиться в стані спокою (всі прості речовини мають ступінь окислення 0);
• позитивне – атом віддає електрони і є відновником (всі метали, деякі неметали);
• негативне – атом приймає електрони і є окислювачем (більшість неметалів).

Наприклад, ступеня окислення в реакції натрію з хлором виглядають наступним чином:

В реакції металів з неметалами метал завжди є відновником, а неметал – окислювачем.

Як визначити

Існує таблиця, в якій вказані всі можливі ступені окислення елементів.

Крім того, ступеня окислення хімічних елементів можна визначити по періодичній таблиці Менделєєва:

• вищий ступінь (максимально позитивна) збігається з номером групи;
• для визначення мінімального значення ступеня окислення з номера групи віднімається вісім.

Більшість неметалів мають позитивну і негативний ступеня окислення. Наприклад, кремній знаходиться в IV групі, значить, його максимальний ступінь окислення +4, а мінімальна -4. У з’єднаннях неметалів (SO3, CO2, SiC) окислювачем є неметал з негативним ступенем окислення або з великим значенням електронегативності. Наприклад, в поєднанні PCl3 фосфор має ступінь окислення +3, хлор -1.

Електронегативність фосфору – 2,19, хлору – 3,16.

Друге правило не працює для лужних і лужноземельних металів, які завжди мають одну позитивну ступінь окислення, що дорівнює номеру групи. Винятки становлять магній і берилій (+1, +2). Також постійний ступінь окислення мають:

Решта метали мають непостійний ступінь окислення. У більшості реакцій виступають в якості відновника. У рідкісних випадках можуть бути окислювачами з негативним ступенем окислення.

Фтор – самий сильний окислювач. Його ступінь окислення завжди -1.

Що ми дізналися?

З уроку 8 класу дізналися про ступінь окислення. Це умовна величина, що показує, скільки електронів може віддати або прийняти атом в ході хімічної реакції. Значення пов’язано з електронегативні.

Окислювачі приймають електрони і мають негативний ступінь окислення, відновники віддають електрони і виявляють позитивний ступінь окислення. Більшість металів – відновники з постійною або змінною ступенем окислення.

Неметали можуть проявляти властивості окислювача і відновника в залежності від речовини, з яким реагують.

Ступені окиснення хімічних елементів

Ми вже знаємо про існування заряджених частинок-іонів.

• Позитивний заряд іона дорівнює числу електронів, відданих одним атомом елемента;
• Негативний заряд іона дорівнює числу електронів, прийнятих одним атомом елемента.

Записи Na + , Ca₂ + , Al₃ + означають, що атоми даних елементів втратили відповідно 1, 2, 3 е-, а записи F – , O₂ – , N₃ – означають, що атоми даних елементів придбали відповідно 1, 2, і 3е-.

Ступені окислення елементів

Для визначення складу молекулярних сполук (SO₂, NH₃, CO₂ і т. д.) і іонних простих сполук (Na₂O, Na₂SO₄ і т. д.), при оцінці ступеня окислення елементів з’єднання представляють розщепленими на одноатомні іони.

Ступінь окислювання – це умовний заряд атомів хімічного елемента в з’єднанні, обчислений з припущення, що сполуки складаються тільки з іонів.

Ступені окислення можуть мати позитивне, негативне або нульове значення, причому знак ставиться перед числом: -1, -2, +3, на відміну від заряду іона, де знак ставиться після числа.

У молекулах алгебраїчна сума ступенів окислювання елементів з урахуванням числа їх атомів дорівнює 0.

Ступені окислення металів в з’єднаннях завжди позитивні, найвищий рівень окислення відповідає номеру групи періодичної системи, де знаходиться цей елемент (виключаючи деякі елементи: золото Au +3 (I група), Cu +2 (II), з VIII групи ступінь окислення +8 може бути тільки у осмію Os і рутенію Ru.

Ступені окислення неметалів можуть бути як позитивними так і негативними, залежно від того, з яким атомом він з’єднаний: якщо з атомом металу то завжди негативна, якщо з неметалом – то може бути і + , і – (про це ви дізнаєтесь при вивченні ряду електронегативностей).

Вищу негативну ступінь окислення неметалів можна знайти, вирахувавши з 8 номер групи, в якій знаходиться цей елемент, вища позитивна ступінь окислення дорівнює числу електронів на зовнішньому шарі (число електронів відповідає номеру групи).

Ступені окислення простих речовин дорівнюють 0, незалежно від того метал це чи неметал.

При визначенні ступенів окислення необхідно використовувати наступні правила:

• Елемент в простій речовині має нульову ступінь окислення;
• Всі метали мають позитивну ступінь окислення;
• Бор і кремній в сполуках мають позитивні ступені окислення;
• Водень має у з’єднаннях ступінь окислення ( +1 ). Виключаючи гідриди (сполуки водню з металами головної підгрупи першої-другої груп, ступінь окислення -1 , наприклад Na + H – );
• Кисень має ступінь окислення ( -2 ), за винятком з’єднання кисню з фтором O + 2F -2 і в перекису (Н₂О₂ – ступінь окислення кисню ( -1 );
• Фтор має ступінь окислення ( -1 ).

Наведу таблицю, де вказані постійні ступені для найбільш часто використовуваних елементів:

Ступені окислення елементів

Порядок визначення ступенів окислення в з’єднаннях.

Приклад. Визначити ступені окислення в з’єднанні K₂Cr₂O₇.

У двох хімічних елементів калію і кисню ступені окислення постійні і дорівнюють відповідно +1 і -2 . Число ступенів окислення у кисню дорівнює (-2) · 7 = (- 14), у калію (+1) · 2 = (+ 2).

Число позитивних ступенів окислення дорівнює числу негативних.

Отже (-14) + (+ 2) = (- 12). Значить у атома хрому число позитивних ступенів дорівнює 12, але атомів 2, значить на один атом припадає (+12): 2 = (+ 6), записуємо ступінь окислення над елементами К +2 Cr + 62O -27

§ 19. Ступінь окиснення

Ви вже знаєте, що атоми різних хімічних елементів можуть приєднувати різну кількість інших атомів, тобто виявляти різну валентність. Валентність характеризує здатність атомів сполучатися з іншими атомами. Вивчивши будову атома і типи хімічного зв’язку, розглянемо детальніше це поняття.

Валентністю називають число одинарних хімічних зв’язків, які атом утворює з іншими атомами в молекулі, наприклад:

Кількість хімічних зв’язків — це число спільних електронних пар:

Оскільки пари електронів утворюються лише під час утворення ковалентного зв’язку, то валентність атомів можна визначити тільки в ковалентних сполуках.

Як ви пригадуєте, у структурній формулі молекули хімічні зв’язки зображують рисками. Число рисок, які відходять від символу елемента, і є його валентність.

Валентність завжди має додатне ціле значення від 1 до 8.

Як ви вже знаєте, вища валентність хімічного елемента в оксиді зазвичай дорівнює номеру групи, в якій він розміщений.

• Складіть формули вищих оксидів Карбону і Фосфору.

Щоб визначити валентність неметалічного елемента у його сполуці з Гідрогеном, потрібно від 8 відняти номер групи.

• Складіть формули сполук Нітрогену і Сульфуру з Гідрогеном.

У найпростіших випадках валентність дорівнює числу неспарених електронів в атомі, тому, наприклад, Оксиген (має 2 неспарені електрони) виявляє валентність ІІ, а Гідроген (містить один неспарений електрон) — І.

• Якщо хочете знати хімію глибше.

Проте атом може перебувати і в збудженому стані, внаслідок чого кількість неспарених електронів збільшується (див. § 13).

• Яку валентність може виявляти Хлор у сполуках (врахуйте основний і збуджені стани атома Хлору)?

2. Ступінь окиснення

У йонних сполуках (тобто сполуках, утворених за допомогою йонного зв’язку) немає спільних пар електронів, тому для цих речовин поняття валентності як числа хімічних зв’язків не має сенсу. Для усіх класів сполук, незалежно від виду хімічних зв’язків, прийнятне більш універсальне поняття, яке називають ступенем окиснення.

Ступінь окиснення — це умовний заряд на атомі, який обчислюють із припущення, що всі полярні зв’язки мають йонний характер.

На відміну від валентності, ступінь окиснення може мати додатне і від’ємне значення. У найпростіших йонних сполуках ступені окиснення співпадають із зарядами йонів. Наприклад, у калій хлориді KCl (K + Cl – ) Калій має ступінь окиснення +1, а Хлор -1, у кальцій оксиді СаО (Са 2+ О 2- ) Кальцій виявляє ступінь окиснення +2, а Оксиген -2. Це правило поширюється на всі оксиди металічних елементів: у них ступінь окиснення металічного елемента дорівнює заряду йона елемента (Натрію +1, Барію +2, Алюмінію +3), а ступінь окиснення Оксигену дорівнює -2. Ступінь окиснення позначають арабською цифрою, яку записують над символом елемента, подібно до валентності:

Зверніть увагу на те, що позначення ступеня окиснення дещо відрізняється від позначення заряду йона: записуючи ступінь окиснення, спочатку вказують знак заряду(+ чи -), а потім число, наприклад: Cl -1 , Mg +2 , Al +3 . Заряд йонів записують у зворотному порядку: спочатку число (крім одиниці, яку не вказують), а потім знак: F – , Na + , Ca 2+ , O 2- .

Хоча ступінь окиснення і валентність — різні поняття, інколи їх використовують одне замість іншого. Так, коли зазначають, що валентність Натрію в натрій хлориді дорівнює 1, то мають на увазі ступінь окиснення Натрію, що дорівнює +1. Металічні елементи рідко утворюють ковалентні зв’язки, тому під їх валентністю у сполуках мають на увазі їхній ступінь окиснення. Наприклад, називаючи речовину ферум(ІІІ) оксидом, ми маємо на увазі, що Ферум у цій сполуці виявляє ступінь окиснення +3.

Ступінь окиснення елемента в простій речовині дорівнює нулю:

3. Визначення ступеня окиснення елемента за хімічною формулою сполуки

Розглянемо, як визначають ступені окиснення в ковалентних сполуках. Гідроген хлорид HCl — речовина з полярним ковалентним зв’язком. Спільна електронна пара в молекулі HCl зміщена до атому Хлору, який має більшу електронегативність. Подумки перетворимо зв’язок H – Cl на йонний (це дійсно відбувається у водному розчині), повністю змістивши електронну пару до атома Хлору (мал. 18). Він набуває заряду -1, а Гідроген +1. Отже, Хлор у цій речовині має ступінь окиснення -1, а Гідроген +1:

Мал. 18. Реальні заряди і ступінь окиснення атомів у молекулі гідроген хлориду

Ступінь окиснення і валентність споріднені поняття. У багатьох ковалентних сполуках абсолютне значення ступеня окиснення елементів дорівнює їх валентності. Щоправда, існують випадки, коли валентність відрізняється від ступеня окиснення. Це властиво простим речовинам, де ступінь окиснення атомів дорівнює нулю, а валентність числу спільних електронних пар:

Валентність Оксигену дорівнює 2, а ступінь окиснення 0. В молекулі гідроген пероксиду

Оксиген двовалентний, а Гідроген одновалентний. Ступінь окиснення Гідрогену дорівнює +1, а Оксигену -1:

Один і той самий елемент у різних сполуках може мати як додатні, так і від’ємні ступені окиснення залежно від електронегативності сполучених з ним атомів. Розглянемо, наприклад, дві сполуки Карбону — метан СН₄ і карбон(IV) флуорид CF₄.

Карбон має більшу електронегативність, ніж Гідроген, тому в метані електронна густина зв’язку С – Н зміщена від Гідрогену до Карбону, і кожен з чотирьох атомів Гідрогену має ступінь окиснення +1, а атом Карбону -4. В молекулі CF₄ електрони усіх зв’язків зміщені від атомів Карбону до атомів Флуору, ступінь окиснення яких дорівнює -1, отже, Карбон має ступінь окиснення +4 (мал. 19). Запам’ятайте, що ступінь окиснення найбільш електронегативного атома у сполуці завжди від’ємний.

Мал. 19. Моделі молекул метану CH₄ і карбон(IV) флуориду CF₄. Полярність зв’язків позначена стрілками

Будь-яка молекула електронейтральна, тому сума ступенів окиснення всіх атомів дорівнює нулю. Користуючись цим правилом, за відомим ступенем окиснення одного елемента у сполуці можна визначити ступінь окиснення іншого.

Як приклад розглянемо хлор(І) оксид Cl₂O. Ви вже знаєте, що атом Оксигену в оксидах має ступінь окиснення -2. Оскільки молекула в цілому електронейтральна, то обидва атоми Хлору мають сумарний заряд +2. Таким чином, кожний атом Хлору має заряд +1, тобто його ступінь окиснення +1:

Для того, щоб правильно розставити знаки ступеня окиснення різних атомів, достатньо порівняти їх електронегативності. Атом з більшою електронегативністю буде мати від’ємне значення ступеня окиснення, а з меншою — додатне. Символ більш електронегативного елемента записують у формулі сполуки на останньому місці:

Визначаючи ступінь окиснення елементів у сполуках, дотримуються таких правил.

1. Ступінь окиснення елемента у простій речовині дорівнює нулю.

2. Флуор найбільш електронегативний хімічний елемент, тому ступінь окиснення Флуору у всіх речовинах, крім F₂, дорівнює -1.

3. Оксиген — найбільш електронегативний елемент після Флуору, тому ступінь окиснення Оксигену у всіх сполуках, крім флуориду OF₂, від’ємний і в більшості випадків дорівнює -2, а в гідроген пероксиді H₂O₂ -1.

4. Ступінь окиснення Гідрогену дорівнює +1 у сполуках з неметалічними елементами, -1 у сполуках з металічними; 0 у простій речовині H₂.

5. Ступені окиснення металічних елементів у сполуках завжди додатні. Ступінь окиснення металічних елементів головних підгруп, як правило, дорівнює номеру групи. Металічні елементи побічних підгруп часто мають декілька значень ступенів окиснення.

6. Максимальний додатній ступінь окиснення хімічних елементів дорівнює номеру групи (виняток — Cu +2 ). Мінімальний ступінь окиснення металічних елементів дорівнює 0, а неметалічних — різниці між номером групи і номером 8.

7. Сума добутків ступенів окиснення елементів на число їхніх атомів у сполуці дорівнює 0.

4. Складання формули сполуки за відомими ступенями окиснення елементів

Знаючи ступені окиснення елементів, можна скласти формулу сполуки, наприклад алюміній карбіду (сполуки Алюмінію і Карбону).

1. Запишемо символи Алюмінію і Карбону поруч AlC. На першому місці записуємо символ Алюмінію, оскільки це металічний елемент і має меншу електронегативність.

2. Визначаємо за періодичною системою число зовнішніх електронів: в Алюмінію — три електрони, у Карбону — чотири. Атом Алюмінію віддає свої три зовнішні електрони Карбону і набуває при цьому ступеня окиснення +3, який дорівнює заряду йона. Атом Карбону, навпаки, приймає чотири електрони, яких йому не вистачає до заповітної вісімки, і набуває при цьому ступінь окиснення -4.

4. Знайдемо найменше спільне кратне для них, воно дорівнює 12. Потім визначимо індекси, поділивши найменше спільне кратне на відповідні значення ступенів окиснення:

Легко помітити, що аналогічно виводять формулу ковалентної сполуки за валентністю чи визначають валентність елемента за формулою сполуки.

• Валентність — це число хімічних зв’язків утворених атомом у молекулі. Валентність — додатне ціле число. Поняття «валентність» застосовують тільки до ковалентних сполук.

• Ступінь окиснення — умовний заряд на атомі, який обчислюють із припущення, що всі полярні зв’язки мають йонний характер.

• Ступінь окиснення може бути і додатним, і від’ємним. Ступінь окиснення елементів у простих речовинах дорівнює нулю. Поняття «ступінь окиснення» застосовують до будь-яких сполук: як ковалентних, так і йонних.

Початковий рівень

1. Що таке валентність хімічного елемента?

2. Яку валентність виявляють Оксиген і Гідроген у сполуках?

3. Чому дорівнює ступінь окиснення елемента у простій речовині?

4. Яке значення ступеня окиснення — додатне чи від’ємне — металічних елементів у сполуках?

Середній рівень

5. Що таке ступінь окиснення елемента?

6. За структурною формулою визначте валентність усіх елементів у молекулі хлорометану CH₃Cl:

7. Визначне валентність Сульфуру в таких сполуках за їх структурними формулами:

Достатній рівень

8. Яку валентність у сполуках виявляють Літій, Берилій, Бор? Врахуйте можливість розпарування електронів зовнішнього рівня.

9. Визначте ступені окиснення елементів у йонних сполуках: LiBr, MgF₂, AlCl₃, K₂O, MgO, BaS, K₃N, Ca₃P₂.

10. Визначте ступені окиснення елементів у сполуках з Гідрогеном: CH₄, NH₃, H₂S, HCl.

12. Складіть формули сполук за відомими ступенями окиснення елементів:

Високий рівень

13. Зобразіть структурні формули таких молекул: O₂, H₂O, OF₂, H₂O₂. Визначте валентність і ступені окиснення Оксигену в цих молекулах.

14. Визначте валентності і ступені окиснення елементів у простих речовинах за їх формулами: H₂, N₂, Cl₂, S₈. Структурна формула молекули S₈:

15. Наведіть формули речовин, у яких ступені окиснення Оксигену і Карбону дорівнюють їх валентностям.

16. Наведіть дві формули речовин, у яких ступені окиснення Оксигену відрізняються від його валентності.

17. Наведіть формули сполук Нітрогену з додатними і від’ємними ступенями окиснення.

18.* Розрахуйте ступені окиснення Карбону у сполуках: CH₄, CH₃Cl, CH₂Cl₂, CHCl₃, CCl₄, якщо ступінь окиснення Гідрогену дорівнює +1, а Хлору -1. Карбон у всіх цих молекулах чотиривалентний.