أعلى درجة أكسدة. كيفية تحديد حالة أكسدة ذرة عنصر كيميائي

درجة الأكسدة هي قيمة شرطية تستخدم لتسجيل تفاعلات الأكسدة والاختزال. لتحديد درجة الأكسدة ، يتم استخدام جدول أكسدة العناصر الكيميائية.

معنى

تعتمد حالة أكسدة العناصر الكيميائية الأساسية على كهرسلبيتها. القيمة تساوي عدد الإلكترونات النازحة في المركبات.

تعتبر حالة الأكسدة موجبة إذا تم تهجير الإلكترونات من الذرة ، أي يتبرع العنصر بالإلكترونات في المركب وهو عامل مختزل. تشمل هذه العناصر المعادن ، ودائمًا ما تكون حالة الأكسدة إيجابية.

عندما يتم إزاحة الإلكترون باتجاه الذرة ، تعتبر القيمة سالبة ، ويعتبر العنصر عامل مؤكسد. تقبل الذرة الإلكترونات حتى اكتمال مستوى الطاقة الخارجي. معظم غير المعادن هي عوامل مؤكسدة.

المواد البسيطة التي لا تتفاعل لها حالة أكسدة صفرية دائمًا.

أرز. 1. جدول حالات الأكسدة.

في المركب ، يكون للذرة غير المعدنية ذات القدرة الكهربية المنخفضة حالة أكسدة موجبة.

تعريف

يمكنك تحديد حالة الأكسدة القصوى والدنيا (كم عدد الإلكترونات التي يمكن أن تعطيها الذرة وتأخذها) باستخدام الجدول الدوري لمندليف.

القوة القصوى تساوي عدد المجموعة التي يقع فيها العنصر ، أو عدد إلكترونات التكافؤ. يتم تحديد الحد الأدنى للقيمة بواسطة الصيغة:

عدد (المجموعات) - 8.

أرز. 2. الجدول الدوري.

يقع الكربون في المجموعة الرابعة ، وبالتالي ، فإن أعلى حالة أكسدة له هي +4 ، والأقل هي -4. أقصى حالة أكسدة للكبريت هي +6 ، والحد الأدنى هو -2. تحتوي معظم اللافلزات دائمًا على حالة أكسدة متغيرة - إيجابية وسلبية -. الاستثناء هو الفلور. حالة الأكسدة الخاصة به هي دائمًا -1.

يجب أن نتذكر أن هذه القاعدة لا تنطبق على الفلزات القلوية والقلوية الترابية من المجموعتين الأولى والثانية ، على التوالي. هذه المعادن لها حالة أكسدة إيجابية ثابتة - الليثيوم Li +1 ، الصوديوم Na +1 ، البوتاسيوم K +1 ، البريليوم Be +2 ، المغنيسيوم Mg +2 ، الكالسيوم Ca +2 ، السترونتيوم Sr +2 ، الباريوم Ba +2. قد تظهر معادن أخرى حالات أكسدة مختلفة. الاستثناء هو الألمنيوم. على الرغم من كونها في المجموعة الثالثة ، إلا أن حالة الأكسدة الخاصة بها تكون دائمًا +3.

أرز. 3. المعادن الأرضية القلوية والقلوية.

من المجموعة الثامنة ، يمكن أن يظهر الروثينيوم والأوزميوم فقط أعلى حالة أكسدة +8. يعرض الذهب والنحاس ، الموجودان في المجموعة الأولى ، حالات أكسدة +3 و +2 على التوالي.

تسجيل

لتسجيل حالة الأكسدة بشكل صحيح ، يجب أن تتذكر بعض القواعد:

لا تتفاعل الغازات الخاملة ، لذلك تكون حالة الأكسدة صفر دائمًا ؛
في المركبات ، تعتمد حالة الأكسدة المتغيرة على التكافؤ المتغير والتفاعل مع العناصر الأخرى ؛
يُظهر الهيدروجين في المركبات التي تحتوي على معادن حالة أكسدة سالبة - Ca +2 H 2 −1 ، Na +1 H −1 ؛
الأكسجين دائمًا له حالة أكسدة -2 ، باستثناء فلوريد الأكسجين والبيروكسيد - O +2 F 2-1 ، H 2 +1 O 2 -1.

ماذا تعلمنا؟

حالة الأكسدة هي قيمة شرطية توضح عدد الإلكترونات التي تلقتها ذرة عنصر أو أعطتها في مركب. تعتمد القيمة على عدد إلكترونات التكافؤ. دائمًا ما يكون للمعادن الموجودة في المركبات حالة أكسدة إيجابية ، أي هم المرممون. بالنسبة للمعادن الأرضية القلوية والقلوية ، فإن حالة الأكسدة هي نفسها دائمًا. يمكن أن تأخذ اللافلزات ، باستثناء الفلور ، حالات أكسدة موجبة وسالبة.

عند تعريف هذا المفهوم ، يُفترض بشكل مشروط أن إلكترونات الربط (التكافؤ) تمر إلى ذرات كهرسلبية أكثر (انظر الكهربية) ، وبالتالي تتكون المركبات ، كما كانت ، من أيونات موجبة وسالبة الشحنة. يمكن أن تحتوي حالة الأكسدة على قيم صفرية وسالبة وإيجابية ، والتي يتم وضعها عادةً فوق رمز العنصر في الأعلى.

يتم تعيين القيمة الصفرية لحالة الأكسدة لذرات العناصر في الحالة الحرة ، على سبيل المثال: Cu ، H 2 ، N 2 ، P 4 ، S 6. معنى سلبيحالات الأكسدة هي تلك الذرات التي تتجه نحوها سحابة الإلكترون الملزمة (زوج الإلكترون). بالنسبة للفلور في جميع مركباته ، فهو -1. الذرات التي تمنح إلكترونات التكافؤ لذرات أخرى لديها حالة أكسدة موجبة. على سبيل المثال ، بالنسبة للمعادن الأرضية القلوية والقلوية ، تكون على التوالي +1 و +2. في الأيونات البسيطة مثل Cl - ، S 2− ، K + ، Cu 2+ ، Al 3+ ، تساوي شحنة الأيون. في معظم المركبات ، تكون حالة أكسدة ذرات الهيدروجين +1 ، ولكن في هيدرات المعادن (مركباتها مع الهيدروجين) - NaH و CaH 2 وغيرها - تكون -1. بالنسبة للأكسجين ، تكون حالة الأكسدة -2 ، ولكن ، على سبيل المثال ، بالاقتران مع الفلور 2 ستكون +2 ، وفي مركبات البيروكسيد (BaO 2 ، إلخ) -1. في بعض الحالات ، يمكن أيضًا التعبير عن هذه القيمة كرقم كسري: بالنسبة للحديد في أكسيد الحديد (II ، III) Fe 3 O 4 فهي تساوي +8/3.

المجموع الجبري لحالات أكسدة الذرات في المركب هو صفر ، وفي أيون معقد يكون شحنة الأيون. باستخدام هذه القاعدة ، نحسب ، على سبيل المثال ، حالة أكسدة الفوسفور في حمض الفوسفوريك H 3 PO 4. بالدلالة عليها بـ x وضرب حالة الأكسدة للهيدروجين (+1) والأكسجين (−2) بعدد ذراتهم في المركب ، نحصل على المعادلة: (+1) 3 + x + (- 2) 4 = 0 ، من أين س = + 5. وبالمثل ، نحسب حالة أكسدة الكروم في أيون Cr 2 O 7 2−: 2x + (- 2) 7 = −2 ؛ س = + 6. في المركبات MnO ، Mn 2 O 3 ، MnO 2 ، Mn 3 O 4 ، K 2 MnO 4 ، KMnO 4 ، ستكون حالة أكسدة المنغنيز +2 ، +3 ، +4 ، +8/3 ، +6 ، +7 ، على التوالي.

أعلى حالة أكسدة هي أعلى قيمة موجبة. بالنسبة لمعظم العناصر ، فهو يساوي رقم المجموعة في النظام الدوري وهو خاصية كمية مهمة للعنصر في مركباته. أدنى قيمةتسمى حالة أكسدة العنصر التي تحدث في مركباته عادةً بأدنى حالة أكسدة ؛ كل الآخرين متوسط. لذلك ، بالنسبة للكبريت ، أعلى حالة أكسدة هي +6 ، وأدناها -2 ، والوسيطة هي +4.

يعكس التغيير في حالات الأكسدة للعناصر حسب مجموعات النظام الدوري تواتر التغيير فيها الخواص الكيميائيةمع زيادة الرقم التسلسلي.

يستخدم مفهوم حالة أكسدة العناصر في تصنيف المواد ووصف خصائصها وصياغة المركبات وأسمائها الدولية. لكنه يستخدم على نطاق واسع بشكل خاص في دراسة تفاعلات الأكسدة والاختزال. غالبًا ما يستخدم مفهوم "حالة الأكسدة" في الكيمياء غير العضويةبدلاً من مفهوم "التكافؤ" (cf.

يمكن أن تكون مهمة تحديد درجة الأكسدة إجراء شكلي بسيط ولغز معقد. بادئ ذي بدء ، سيعتمد على صيغة المركب الكيميائي ، بالإضافة إلى توفر المعرفة الأولية في الكيمياء والرياضيات.

معرفة القواعد الأساسية وخوارزمية الإجراءات المنطقية المتسلسلة ، والتي ستتم مناقشتها في هذه المقالة ، عند حل المشكلات من هذا النوع ، يمكن للجميع بسهولة التعامل مع هذه المهمة. وبعد أن تدربت وتعلمت تحديد درجة أكسدة المركبات الكيميائية المتنوعة ، يمكنك بأمان تحقيق معادلة تفاعلات الأكسدة والاختزال المعقدة بطريقة تجميع ميزان إلكتروني.

مفهوم حالة الأكسدة

لمعرفة كيفية تحديد درجة الأكسدة ، تحتاج أولاً إلى معرفة معنى هذا المفهوم؟

تُستخدم حالة الأكسدة عند التسجيل في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، عندما تنتقل الإلكترونات من ذرة إلى ذرة.
تحدد حالة الأكسدة عدد الإلكترونات المنقولة ، مما يدل على الشحنة الشرطية للذرة.
غالبًا ما تكون حالة الأكسدة والتكافؤ متطابقتين.

هذا التعيين مكتوب أعلاه عنصر كيميائي، في الزاوية اليمنى ، وهو عدد صحيح بعلامة "+" أو "-". لا تحمل القيمة الصفرية لدرجة الأكسدة علامة.

قواعد تحديد درجة الأكسدة

ضع في اعتبارك الشرائع الرئيسية لتحديد درجة الأكسدة:

المواد الأساسية البسيطة ، أي تلك التي تتكون من نوع واحد من الذرات ، سيكون لها دائمًا حالة أكسدة صفرية. على سبيل المثال ، Na0 ، H02 ، P04
هناك عدد من الذرات التي لها دائمًا حالة أكسدة واحدة ثابتة. من الأفضل تذكر القيم الواردة في الجدول.

كما ترى ، الاستثناء الوحيد هو الهيدروجين مع المعادن ، حيث يكتسب حالة أكسدة "-1" ليست من سماته.
يتبنى الأكسجين أيضًا حالة الأكسدة "+2" في مركب كيميائيمع الفلور و "-1" في تركيبات البيروكسيدات أو الأكسيدات الفائقة أو الأوزون ، حيث ترتبط ذرات الأكسجين ببعضها البعض.

تحتوي أيونات المعادن على عدة قيم لدرجة الأكسدة (وقيم موجبة فقط) ، لذلك يتم تحديدها بواسطة العناصر المجاورة في المركب. على سبيل المثال ، في FeCl3 ، الكلور له حالة أكسدة "-1" ، له 3 ذرات ، لذلك نضرب -1 في 3 ، نحصل على "-3". لكي يكون مجموع حالات الأكسدة للمركب "0" ، يجب أن يكون للحديد حالة أكسدة "+3". في الصيغة FeCl2 ، الحديد ، على التوالي ، سيغير درجته إلى "+2".
من خلال جمع حالات الأكسدة لجميع الذرات في المعادلة رياضيًا (مع مراعاة العلامات) ، يجب دائمًا الحصول على قيمة صفرية. على سبيل المثال ، في حامض الهيدروكلوريك H + 1Cl-1 (+1 و -1 \ u003d 0) ، وفي حامض الكبريت H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 \ u003d +2 للهيدروجين ، +4 للكبريت و -2 * 3 \ u003d - 6 للأكسجين ؛ +6 و -6 يعطيان 0 في المجموع).
ستكون حالة أكسدة أيون أحادي الذرة مساوية لشحنته. على سبيل المثال: Na +، Ca + 2.
تتوافق أعلى درجة من الأكسدة ، كقاعدة عامة ، مع رقم المجموعة في النظام الدوري لـ DI Mendeleev.

خوارزمية الإجراءات لتحديد درجة الأكسدة

ترتيب العثور على درجة الأكسدة ليس معقدًا ، ولكنه يتطلب الانتباه وإجراءات معينة.

المهمة: ترتيب حالات الأكسدة في مركب KMnO4

العنصر الأول ، البوتاسيوم ، له حالة أكسدة ثابتة "+1".
للتحقق ، يمكنك إلقاء نظرة على النظام الدوري، حيث يوجد البوتاسيوم في المجموعة 1 من العناصر.
من بين العنصرين المتبقيين ، يميل الأكسجين إلى أن يأخذ حالة أكسدة "-2".
نحن نحصل الصيغة التالية: K + 1MnxO4-2. يبقى تحديد حالة أكسدة المنغنيز.
إذن ، x هي حالة أكسدة المنغنيز غير المعروفة لنا. الآن من المهم الانتباه إلى عدد الذرات في المركب.
عدد ذرات البوتاسيوم هو 1 ، المنغنيز - 1 ، الأكسجين - 4.
مع الأخذ في الاعتبار الحياد الكهربائي للجزيء ، عندما تكون الشحنة الكلية (الكلية) صفرًا ،

1 * (+ 1) + 1 * (x) + 4 (-2) = 0 ،
+ 1 + 1x + (- 8) = 0 ،
-7 + 1 س = 0 ،
(عند التحويل ، قم بتغيير العلامة)
1 س = +7 ، س = +7

وبالتالي ، فإن حالة أكسدة المنغنيز في المركب هي "+7".

المهمة: ترتيب حالات الأكسدة في مركب Fe2O3.

الأكسجين ، كما تعلم ، له حالة أكسدة "-2" ويعمل كعامل مؤكسد. مع الأخذ في الاعتبار عدد الذرات (3) ، فإن القيمة الإجمالية للأكسجين هي "-6" (-2 * 3 = -6) ، أي اضرب حالة الأكسدة في عدد الذرات.
لموازنة الصيغة وإعادتها إلى الصفر ، سيكون لذرتي حديد حالة أكسدة تبلغ "+3" (2 * + 3 = + 6).
باختصار ، نحصل على صفر (-6 و +6 = 0).

المهمة: ترتيب حالات الأكسدة في مركب Al (NO3) 3.

ذرة الألومنيوم واحدة ولها حالة أكسدة ثابتة تبلغ "+3".
يوجد 9 (3 * 3) ذرات أكسجين في الجزيء ، حالة أكسدة الأكسجين ، كما تعلم ، هي "-2" ، مما يعني أنه بضرب هذه القيم ، نحصل على "-18".
يبقى أن معادلة السلبي و القيم الإيجابيةوبالتالي تحديد درجة أكسدة النيتروجين. -18 و +3 ، +15 مفقود. وبالنظر إلى وجود 3 ذرات نيتروجين ، فمن السهل تحديد حالة الأكسدة: قسّم 15 على 3 واحصل على 5.
حالة أكسدة النيتروجين هي "+5" ، وستبدو الصيغة كما يلي: Al + 3 (N + 5O-23) 3
إذا كان من الصعب تحديد القيمة المرغوبة بهذه الطريقة ، يمكنك تكوين وحل المعادلات:

1 * (+ 3) + 3x + 9 * (- 2) = 0.
+ 3 + 3x-18 = 0
3 س = 15
س = 5

لذا ، فإن درجة الأكسدة هي مفهوم مهم إلى حد ما في الكيمياء ، وترمز إلى حالة الذرات في الجزيء.
بدون معرفة بعض الأحكام أو القواعد التي تسمح لك بتحديد درجة الأكسدة بشكل صحيح ، من المستحيل التعامل مع هذه المهمة. لذلك ، هناك استنتاج واحد فقط: أن تتعرف جيدًا على نفسك وتدرس قواعد العثور على درجة الأكسدة ، المعروضة بوضوح ودقة في المقالة ، والمضي قدمًا بجرأة على طول الطريق الصعب للحكمة الكيميائية.

في المدرسة ، لا تزال الكيمياء واحدة من أصعب المواد ، والتي ، نظرًا لأنها تخفي العديد من الصعوبات ، تثير لدى الطلاب (عادةً في الفترة من 8 إلى 9 فصول دراسية) الكراهية واللامبالاة للدراسة أكثر من الاهتمام. كل هذا يقلل من جودة وكمية المعرفة حول هذا الموضوع ، على الرغم من أن العديد من المجالات لا تزال تتطلب متخصصين في هذا المجال. نعم ، في بعض الأحيان تكون هناك لحظات أكثر صعوبة وقواعد غير مفهومة في الكيمياء مما تبدو عليه. من الأسئلة التي تهم معظم الطلاب ما هي حالة الأكسدة وكيفية تحديد حالات الأكسدة للعناصر.

قاعدة مهمة هي قاعدة التنسيب ، الخوارزميات

هناك الكثير من الحديث هنا عن مركبات مثل الأكاسيد. بادئ ذي بدء ، يجب أن يتعلم كل طالب تحديد الأكاسيد- هذا اتصالات معقدةمن عنصرين ، تحتوي على الأكسجين. يتم تصنيف الأكاسيد على أنها مركبات ثنائية لأن الأكسجين يأتي في المرتبة الثانية في الخوارزمية. عند تحديد المؤشر ، من المهم معرفة قواعد التنسيب وحساب الخوارزمية.

خوارزميات لأكاسيد الحمض

الأكسدة -هذه تعبيرات عددية عن تكافؤ العناصر. على سبيل المثال ، أكاسيد الحمضتتكون وفقًا لخوارزمية معينة: يأتي أولاً غير الفلزات أو المعادن (عادة ما يكون التكافؤ من 4 إلى 7) ، ثم يأتي الأكسجين ، كما ينبغي أن يكون ، ثانيًا بالترتيب ، تكافؤه هو اثنان. يتم تحديده بسهولة - وفقًا للجدول الدوري للعناصر الكيميائية لمندليف. من المهم أيضًا معرفة أن حالة أكسدة العناصر هي مؤشر يوحي بذلك إما رقم موجب أو سالب.

في بداية الخوارزمية ، كقاعدة عامة ، غير فلز ، وحالة الأكسدة موجبة. الأكسجين غير المعدني في مركبات الأكسيد له قيمة ثابتة ، وهي -2. لتحديد مدى صحة ترتيب جميع القيم ، تحتاج إلى ضرب جميع الأرقام المتاحة بمؤشرات عنصر معين واحد ، إذا كان المنتج ، مع مراعاة جميع السلبيات والإيجابيات ، هو 0 ، فإن الترتيب موثوق.

الترتيب في الأحماض التي تحتوي على الأكسجين

الأحماض مواد معقدة، فهي مرتبطة ببعض المخلفات الحمضية وتحتوي على ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر. هنا ، لحساب الدرجة ، المهارات في الرياضيات مطلوبة ، لأن المؤشرات اللازمة للحساب رقمية. بالنسبة للهيدروجين أو البروتون ، يكون دائمًا هو نفسه - +1. أيون الأكسجين السالب لديه حالة أكسدة سالبة -2.

بعد تنفيذ كل هذه الإجراءات ، يمكنك تحديد درجة الأكسدة والعنصر المركزي في الصيغة. التعبير الخاص بحسابها هو صيغة في شكل معادلة. على سبيل المثال ، بالنسبة لحمض الكبريتيك ، ستكون معادلة واحدة غير معروفة.

المصطلحات الأساسية في الإجمالي

ORR هو تفاعل أكسدة اختزال.

حالة أكسدة أي ذرة - تميز قدرة هذه الذرة على ربط أو إعطاء إلكترونات لذرات أيونات أخرى (أو ذرات) ؛
من المعتاد اعتبار الذرات المشحونة أو الأيونات غير المشحونة عوامل مؤكسدة ؛
سيكون العامل المختزل في هذه الحالة عبارة عن أيونات مشحونة أو ، على العكس من ذلك ، ذرات غير مشحونة تفقد إلكتروناتها في عملية التفاعل الكيميائي ؛
الأكسدة هي التبرع بالإلكترونات.

كيفية ترتيب حالة الأكسدة في الأملاح

تتكون الأملاح من معدن واحد وواحد أو أكثر من بقايا الحمض. إجراء التحديد هو نفسه كما هو الحال في الأحماض المحتوية على حمض.

يقع المعدن الذي يشكل الملح مباشرة في المجموعة الفرعية الرئيسية ، وستكون درجته مساوية لعدد مجموعته ، أي أنه سيظل دائمًا مؤشرًا ثابتًا وإيجابيًا.

كمثال ، ضع في اعتبارك ترتيب حالات الأكسدة في نترات الصوديوم. يتكون الملح باستخدام عنصر من المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة 1 ، على التوالي ، تكون حالة الأكسدة موجبة وتساوي واحدًا. في النترات ، الأكسجين له نفس القيمة - -2. من أجل الحصول على قيمة عددية ، يتم أولاً وضع معادلة مع واحد غير معروف ، مع مراعاة جميع السلبيات والإيجابيات للقيم: + 1 + X-6 = 0. من خلال حل المعادلة ، يمكنك الوصول إلى حقيقة أن المؤشر العددي موجب ويساوي +5. هذا هو مؤشر النيتروجين. مفتاح مهم لحساب درجة الأكسدة - الجدول.

قاعدة الترتيب في الأكاسيد الأساسية

أكاسيد المعادن النموذجية في أي مركبات لها مؤشر أكسدة ثابت ، لا يزيد دائمًا عن +1 ، أو في حالات أخرى +2 ؛
يتم حساب المؤشر الرقمي للمعدن باستخدام الجدول الدوري. إذا كان العنصر موجودًا في المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة 1 ، فستكون قيمته +1 ؛
يجب أن تكون قيمة الأكاسيد ، مع مراعاة مؤشراتها ، بعد الضرب ، مجمعة صفرًا ، لأن الجزيء فيها محايد ، جسيم خالي من الشحنة ؛
تحتوي معادن المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة 2 أيضًا على مؤشر إيجابي ثابت ، وهو +2.

تتغير الكهربية ، مثل الخصائص الأخرى لذرات العناصر الكيميائية ، بشكل دوري مع زيادة العدد الترتيبي للعنصر:

يوضح الرسم البياني أعلاه دورية التغيير في الكهربية لعناصر المجموعات الفرعية الرئيسية ، اعتمادًا على الرقم الترتيبي للعنصر.

عند الانتقال إلى أسفل المجموعة الفرعية للجدول الدوري ، تقل القدرة الكهربية للعناصر الكيميائية ، وعند الانتقال إلى اليمين على طول الفترة ، تزداد.

تعكس الكهربية اللا فلزية للعناصر: فكلما زادت قيمة السالبية الكهربية ، زاد التعبير عن الخصائص غير المعدنية في العنصر.

حالة الأكسدة

كيف تحسب حالة أكسدة عنصر في مركب؟

1) درجة أكسدة العناصر الكيميائية فيها مواد بسيطةدائما صفر.

2) هناك عناصر تظهر حالة أكسدة ثابتة في المواد المعقدة:

3) هناك عناصر كيميائية تظهر حالة أكسدة ثابتة في الغالبية العظمى من المركبات. تشمل هذه العناصر:

عنصر	حالة الأكسدة في جميع المركبات تقريبًا	استثناءات
الهيدروجين ح	+1	هيدرات الفلزات القلوية والقلوية الأرضية ، على سبيل المثال:
الأكسجين O	-2	الهيدروجين وبيروكسيدات المعادن: فلوريد الأكسجين -

4) يكون المجموع الجبري لحالات الأكسدة لجميع الذرات في الجزيء صفرًا دائمًا. المجموع الجبري لحالات الأكسدة لجميع الذرات في أيون يساوي شحنة الأيون.

5) أعلى حالة أكسدة (قصوى) تساوي رقم المجموعة. الاستثناءات التي لا تندرج تحت هذه القاعدة هي عناصر المجموعة الفرعية الثانوية للمجموعة الأولى ، وعناصر المجموعة الفرعية الثانوية للمجموعة الثامنة ، وكذلك الأكسجين والفلور.

العناصر الكيميائية التي لا يتطابق رقم مجموعتها مع أعلى حالة أكسدة لها (إلزامي للحفظ)

6) أدنى حالة أكسدة للمعادن هي دائمًا صفر ، ويتم حساب أدنى حالة أكسدة للغير المعادن بالصيغة:

أدنى حالة أكسدة غير معدنية = رقم المجموعة - 8

بناءً على القواعد المذكورة أعلاه ، من الممكن تحديد درجة أكسدة عنصر كيميائي في أي مادة.

إيجاد حالات أكسدة العناصر في المركبات المختلفة

مثال 1

تحديد حالات الأكسدة لجميع العناصر في حامض الكبريتيك.

حل:

لنكتب صيغة حمض الكبريتيك:

حالة أكسدة الهيدروجين في جميع المواد المعقدة هي +1 (باستثناء هيدرات المعادن).

حالة أكسدة الأكسجين في جميع المواد المعقدة هي -2 (باستثناء بيروكسيدات وفلوريد الأكسجين 2). لنرتب حالات الأكسدة المعروفة:

دعونا نشير إلى حالة أكسدة الكبريت x:

جزيء حامض الكبريتيك ، مثل جزيء أي مادة ، محايد كهربائيًا بشكل عام ، لأنه. مجموع حالات الأكسدة لجميع الذرات في الجزيء هو صفر. من الناحية التخطيطية ، يمكن تصوير ذلك على النحو التالي:

أولئك. حصلنا على المعادلة التالية:

لنحلها:

وبالتالي ، فإن حالة أكسدة الكبريت في حامض الكبريتيك هي +6.

مثال 2

تحديد حالة الأكسدة لجميع العناصر في ثنائي كرومات الأمونيوم.

حل:

لنكتب صيغة ثنائي كرومات الأمونيوم:

كما في الحالة السابقة يمكننا ترتيب حالات أكسدة الهيدروجين والأكسجين:

ومع ذلك ، نرى أن حالات الأكسدة لعنصرين كيميائيين في وقت واحد ، النيتروجين والكروم ، غير معروفة. لذلك ، لا يمكننا العثور على حالات الأكسدة بنفس الطريقة كما في المثال السابق (لا تحتوي معادلة واحدة ذات متغيرين على حل فريد).

دعونا ننتبه إلى حقيقة أن المادة المشار إليها تنتمي إلى فئة الأملاح ، وبالتالي لها بنية أيونية. ثم يمكننا القول بحق أن تكوين ثنائي كرومات الأمونيوم يتضمن NH 4 + كاتيونات (يمكن رؤية شحنة هذا الكاتيون في جدول الذوبان). لذلك ، نظرًا لوجود كاتيونات NH 4 + موجبة الشحنة أحادية الشحنة في وحدة صيغة ثنائي كرومات الأمونيوم ، فإن شحنة أيون ثنائي كرومات هي -2 ، نظرًا لأن المادة ككل متعادلة كهربائيًا. أولئك. تتكون المادة من NH4 + كاتيونات و Cr 2 O 7 2- الأنيونات.

نحن نعرف حالات أكسدة الهيدروجين والأكسجين. مع العلم أن مجموع حالات الأكسدة لذرات جميع العناصر في الأيون يساوي الشحنة ، ويشير إلى حالات الأكسدة للنيتروجين والكروم xو ذوفقًا لذلك ، يمكننا أن نكتب:

أولئك. نحصل على معادلتين مستقلتين:

حل الذي نجد xو ذ:

وهكذا ، في ثنائي كرومات الأمونيوم ، تكون حالات أكسدة النيتروجين هي -3 ، الهيدروجين +1 ، الكروم +6 ، والأكسجين -2.

كيفية تحديد حالات أكسدة العناصر في المواد العضويةيمكن قراءتها.

التكافؤ

يُشار إلى تكافؤ الذرات بالأرقام الرومانية: I ، II ، III ، إلخ.

تعتمد احتمالات التكافؤ للذرة على الكمية:

1) الإلكترونات غير المزاوجة

2) أزواج الإلكترون غير المشتركة في مدارات مستويات التكافؤ

3) مدارات الإلكترون الفارغة لمستوى التكافؤ

احتمالات التكافؤ لذرة الهيدروجين

دعنا نصور الصيغة الرسومية الإلكترونية لذرة الهيدروجين:

قيل أن هناك ثلاثة عوامل يمكن أن تؤثر على احتمالات التكافؤ - وجود إلكترونات غير متزاوجة ، ووجود أزواج إلكترونية غير مشتركة على المستوى الخارجي ، ووجود مدارات (فارغة) شاغرة المستوى الخارجي. نرى إلكترونًا واحدًا غير مزدوج في مستوى الطاقة الخارجي (فقط). بناءً على ذلك ، يمكن أن يكون للهيدروجين بالضبط تكافؤ مساوٍ لـ I ومع ذلك ، عند مستوى الطاقة الأول ، يوجد مستوى فرعي واحد فقط - س،أولئك. لا تحتوي ذرة الهيدروجين على المستوى الخارجي على أزواج إلكترونية غير مشتركة أو مدارات فارغة.

وبالتالي ، فإن التكافؤ الوحيد الذي يمكن أن تظهره ذرة الهيدروجين هو أنا.

تكافؤ احتمالات ذرة الكربون

يعتبر الهيكل الإلكترونيذرة كربون. في الحالة الأرضية ، يكون التكوين الإلكتروني لمستواه الخارجي كما يلي:

أولئك. في الحالة الأرضية ، يحتوي مستوى الطاقة الخارجية لذرة كربون غير مستثارة على إلكترونين غير متزاوجين. في هذه الحالة ، يمكن أن تظهر تكافؤًا يساوي II. ومع ذلك ، فإن ذرة الكربون تنتقل بسهولة إلى حالة الإثارة عندما يتم نقل الطاقة إليها ، ويتخذ التكوين الإلكتروني للطبقة الخارجية في هذه الحالة الشكل:

على الرغم من أن بعض الطاقة يتم إنفاقها في عملية إثارة ذرة الكربون ، إلا أن النفقات يتم تعويضها أكثر من خلال تكوين أربع روابط تساهمية. لهذا السبب ، يعتبر التكافؤ الرابع أكثر خصائص ذرة الكربون. لذلك ، على سبيل المثال ، يحتوي الكربون على التكافؤ الرابع في جزيئات ثاني أكسيد الكربون وحمض الكربونيك وجميع المواد العضوية تمامًا.

بالإضافة إلى الإلكترونات غير المزاوجة وأزواج الإلكترون المنفردة ، فإن وجود () مدارات شاغرة لمستوى التكافؤ يؤثر أيضًا على احتمالات التكافؤ. يؤدي وجود مثل هذه المدارات في المستوى المملوء إلى حقيقة أن الذرة يمكن أن تعمل كمتقبل لزوج الإلكترون ، أي تشكل روابط تساهمية إضافية بواسطة آلية المتبرع المتلقي. لذلك ، على سبيل المثال ، خلافًا للتوقعات ، في جزيء أول أكسيد الكربون CO ، فإن الرابطة ليست مزدوجة ، بل ثلاثية ، وهو ما يظهر بوضوح في الرسم التوضيحي التالي:

احتمالات التكافؤ لذرة النيتروجين

دعنا نكتب صيغة الرسم الإلكتروني لمستوى الطاقة الخارجية لذرة النيتروجين:

كما يتضح من الرسم التوضيحي أعلاه ، تحتوي ذرة النيتروجين في حالتها الطبيعية على 3 إلكترونات غير مقترنة ، وبالتالي فمن المنطقي أن نفترض أنها يمكن أن تظهر تكافؤًا يساوي III. في الواقع ، لوحظ تكافؤ ثلاثة في جزيئات الأمونيا (NH 3) ، وحمض النيتروز (HNO 2) ، وثلاثي كلوريد النيتروجين (NCl 3) ، إلخ.

قيل أعلاه أن تكافؤ ذرة عنصر كيميائي لا يعتمد فقط على عدد الإلكترونات غير المزدوجة ، ولكن أيضًا على وجود أزواج إلكترونية غير مشتركة. هذا يرجع إلى حقيقة أن التساهمية رابطة كيميائيةيمكن تشكيلها ليس فقط عندما تزود ذرتان بعضهما البعض بإلكترون واحد لكل منهما ، ولكن أيضًا عندما تحتوي ذرة واحدة على زوج غير مشترك من الإلكترونات - يقوم المتبرع () بتزويدها إلى ذرة أخرى بمدار شاغر () من مستوى التكافؤ (متقبل). أولئك. بالنسبة لذرة النيتروجين ، يكون التكافؤ الرابع ممكنًا أيضًا بسبب رابطة تساهمية إضافية تكونت بواسطة آلية متلقي المانح. لذلك ، على سبيل المثال ، لوحظت أربع روابط تساهمية ، واحدة منها تتشكل بواسطة آلية متلقي المانح ، أثناء تكوين كاتيون الأمونيوم:

على الرغم من حقيقة أن إحدى الروابط التساهمية تتشكل بواسطة آلية المتبرع المتقبل ، إلا أن الكل سندات NHفي كاتيون الأمونيوم متطابقة تمامًا ولا تختلف عن بعضها البعض.

التكافؤ يساوي V ، ذرة النيتروجين غير قادرة على الظهور. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الانتقال إلى الحالة المثارة أمر مستحيل بالنسبة لذرة النيتروجين ، حيث يحدث الاقتران بين إلكترونين مع انتقال أحدهما إلى مدار حر ، وهو الأقرب في مستوى الطاقة. ذرة النيتروجين لا تحتوي على د-المستوى الفرعي ، والانتقال إلى المدار 3s مكلف للغاية بحيث لا يتم تغطية تكاليف الطاقة من خلال تكوين روابط جديدة. قد يتساءل الكثيرون ، ما هو إذن تكافؤ النيتروجين ، على سبيل المثال ، في جزيئات حمض النيتريك HNO 3 أو أكسيد النيتريك N 2 O 5؟ الغريب أن التكافؤ موجود أيضًا IV ، كما يتضح من الصيغ الهيكلية التالية:

يُظهر الخط المنقط في الرسم التوضيحي ما يسمى ب غير محدد π -اتصال. لهذا السبب ، لا يمكن تسمية أي روابط نهائية بـ "واحد ونصف". تم العثور أيضًا على روابط نصف ونصف مماثلة في جزيء الأوزون O 3 ، والبنزين C 6 H 6 ، إلخ.

تكافؤ احتمالات الفوسفور

دعونا نصور صيغة الرسم الإلكتروني لمستوى الطاقة الخارجية لذرة الفوسفور:

كما نرى ، فإن بنية الطبقة الخارجية من ذرة الفوسفور في الحالة الأرضية وذرة النيتروجين هي نفسها ، وبالتالي فمن المنطقي توقع ذرة الفوسفور ، وكذلك بالنسبة لذرة النيتروجين ، التكافؤات الممكنة التي تساوي I و II و III و IV ، وهو ما يتم ملاحظته في الممارسة العملية.

ومع ذلك ، على عكس النيتروجين ، تمتلك ذرة الفوسفور أيضًا د-المستوى الفرعي مع 5 مدارات شاغرة.

في هذا الصدد ، يمكن أن تنتقل إلى حالة الإثارة ، مما يؤدي إلى تبخير الإلكترونات 3 س-وربيتال:

وبالتالي ، فإن التكافؤ V لذرة الفوسفور ، والذي يتعذر الوصول إليه للنيتروجين ، ممكن. لذلك ، على سبيل المثال ، تحتوي ذرة الفوسفور على تكافؤ خمسة في جزيئات مركبات مثل حمض الفوسفوريك ، وهاليدات الفوسفور (V) ، وأكسيد الفوسفور (V) ، إلخ.

احتمالات التكافؤ لذرة الأكسجين

صيغة الرسم الإلكتروني لمستوى الطاقة الخارجية لذرة الأكسجين لها الشكل:

نرى إلكترونين غير مزدوجين في المستوى الثاني ، وبالتالي فإن التكافؤ II ممكن للأكسجين. وتجدر الإشارة إلى أن تكافؤ ذرة الأكسجين يتم ملاحظته في جميع المركبات تقريبًا. أعلاه ، عند النظر في احتمالات التكافؤ لذرة الكربون ، ناقشنا تكوين جزيء أول أكسيد الكربون. الرابطة في جزيء ثاني أكسيد الكربون ثلاثية ، وبالتالي ، فإن الأكسجين ثلاثي التكافؤ هناك (الأكسجين متبرع بزوج الإلكترون).

يرجع ذلك إلى حقيقة أن ذرة الأكسجين ليس لها مستوى خارجي د- المستويات الفرعية ، وإضعاف الإلكترونات سو ص-المدارات مستحيلة ، وهذا هو السبب في أن قدرات التكافؤ لذرة الأكسجين محدودة مقارنة بالعناصر الأخرى من مجموعتها الفرعية ، على سبيل المثال ، الكبريت.

احتمالات التكافؤ لذرة الكبريت

خارجي مستوى الطاقةذرة الكبريت في الحالة غير المستثارة:

تحتوي ذرة الكبريت ، مثل ذرة الأكسجين ، على إلكترونين غير متزاوجين في حالتهما الطبيعية ، لذلك يمكننا أن نستنتج أن التكافؤ اثنين ممكن للكبريت. في الواقع ، يحتوي الكبريت على التكافؤ II ، على سبيل المثال ، في جزيء كبريتيد الهيدروجين H 2 S.

كما نرى ، فإن ذرة الكبريت في المستوى الخارجي لها دالمستوى الفرعي مع المدارات الشاغرة. لهذا السبب ، فإن ذرة الكبريت قادرة على توسيع قدرات التكافؤ ، على عكس الأكسجين ، بسبب الانتقال إلى حالات الإثارة. لذلك ، عند إلغاء إقران زوج إلكترون وحيد 3 ص- المستوى الفرعي ، تكتسب ذرة الكبريت التكوين الإلكتروني للمستوى الخارجي بالشكل التالي:

في هذه الحالة ، تحتوي ذرة الكبريت على 4 إلكترونات غير مقترنة ، والتي تخبرنا عن إمكانية إظهار ذرات الكبريت تكافؤًا يساوي IV. في الواقع ، يحتوي الكبريت على تكافؤ IV في جزيئات SO 2 و SF 4 و SOCl 2 ، إلخ.

عند إلغاء اقتران زوج الإلكترون الوحيد الثاني الموجود في 3 س- المستوى الفرعي ، يكتسب مستوى الطاقة الخارجية التكوين التالي:

في مثل هذه الحالة ، يصبح مظهر التكافؤ السادس ممكنًا بالفعل. مثال على المركبات التي تحتوي على كبريت VI- التكافؤ هي SO 3 ، H 2 SO 4 ، SO 2 Cl 2 إلخ.

وبالمثل ، يمكننا النظر في احتمالات التكافؤ للعناصر الكيميائية الأخرى.