Oxidačný stav je konvenčná hodnota používaná na zaznamenávanie redoxných reakcií. Na určenie oxidačného stavu sa používa oxidačná tabuľka chemických prvkov.

Význam

Oxidačný stav hlavných chemických prvkov je založený na ich elektronegativite. Hodnota sa rovná počtu elektrónov vytesnených v zlúčeninách.

Oxidačný stav sa považuje za pozitívny, ak sú elektróny z atómu vytesnené, t.j. prvok daruje elektróny v zlúčenine a je redukčným činidlom. Medzi tieto prvky patria kovy, ich oxidačný stav je vždy kladný.

Keď sa elektrón presunie do atómu, hodnota sa považuje za zápornú a prvok sa považuje za oxidačné činidlo. Atóm prijíma elektróny pred dokončením vonkajšej energetickej hladiny. Väčšina nekovov sú oxidačné činidlá.

Jednoduché látky, ktoré nereagujú, majú vždy nulový oxidačný stav.

Ryža. 1. Tabuľka oxidačných stavov.

V zlúčenine má atóm nekovu s nižšou elektronegativitou kladný oxidačný stav.

Definícia

Maximálny a minimálny oxidačný stav (koľko elektrónov môže atóm dať a prijať) môžete určiť pomocou periodickej tabuľky.

Maximálny výkon sa rovná počtu skupiny, v ktorej sa prvok nachádza, alebo počtu valenčných elektrónov. Minimálna hodnota je určená vzorcom:

č. (skupina) - 8.

Ryža. 2. Periodická tabuľka.

Uhlík patrí do štvrtej skupiny, preto má najvyšší oxidačný stav +4 a najnižší -4. Maximálny oxidačný stav síry je +6, minimálny -2. Väčšina nekovov má vždy premenlivý - pozitívny a negatívny - oxidačný stav. Výnimkou je fluór. Jeho oxidačný stav je vždy -1.

Malo by sa pamätať na to, že toto pravidlo neplatí pre alkalické kovy a kovy alkalických zemín skupiny I a II. Tieto kovy majú konštantný kladný oxidačný stav - lítium Li +1, sodík Na +1, draslík K +1, berýlium Be +2, horčík Mg +2, vápnik Ca +2, stroncium Sr +2, bárium Ba +2. Ostatné kovy môžu vykazovať rôzne oxidačné stavy. Výnimkou je hliník. Napriek tomu, že patrí do skupiny III, jeho oxidačný stav je vždy +3.

Ryža. 3. Alkalické kovy a kovy alkalických zemín.

Zo skupiny VIII môže vykazovať najvyšší oxidačný stav +8 iba ruténium a osmium. Zlato a meď v skupine I vykazujú oxidačné stavy +3 a +2.

Nahrávanie

Na správne zaznamenanie oxidačného stavu je potrebné mať na pamäti niekoľko pravidiel:

  • inertné plyny nereagujú, preto je ich oxidačný stav vždy nulový;
  • v zlúčeninách závisí premenlivý oxidačný stav od premenlivej valencie a interakcie s inými prvkami;
  • vodík v zlúčeninách s kovmi vykazuje negatívny oxidačný stav - Ca +2 H 2 -1, Na +1 H -1;
  • kyslík má vždy oxidačný stav -2, okrem fluoridu a peroxidu kyslíka - O +2 F 2 -1, H 2 +1 O 2 -1.

Čo sme sa naučili?

Oxidačný stav je podmienená hodnota, ktorá ukazuje, koľko elektrónov bolo prijatých alebo odovzdaných atómom prvku v zlúčenine. Hodnota závisí od počtu valenčných elektrónov. Kovy v zlúčeninách majú vždy kladný oxidačný stav, t.j. sú redukčné činidlá. Pre alkalické kovy a kovy alkalických zemín je oxidačný stav vždy rovnaký. Nekovy, okrem fluóru, môžu mať kladný a záporný oxidačný stav.

Pri definovaní tohto konceptu sa bežne predpokladá, že väzbové (valenčné) elektróny sa prenášajú na viac elektronegatívnych atómov (pozri Elektronegativita), a preto zlúčeniny pozostávajú, ako keby, z kladne a záporne nabitých iónov. Oxidačný stav môže byť nulový, negatívny alebo pozitívny, ktoré sú zvyčajne umiestnené nad symbolom prvku v hornej časti.

Atómom prvkov, ktoré sú vo voľnom stave, napríklad: Cu, H 2, N 2, P 4, S 6, sa priraďuje nulová hodnota oxidačného stavu. Záporná hodnota oxidačného stavu sú tie atómy, ku ktorým sa presúva väzobný elektrónový oblak (elektrónový pár). Pre fluór vo všetkých jeho zlúčeninách sa rovná -1. Atómy, ktoré darujú valenčné elektróny iným atómom, majú kladný oxidačný stav. Napríklad pre alkalické kovy a kovy alkalických zemín je to +1 a +2. V jednoduchých iónoch ako Cl -, S 2–, K +, Cu 2+, Al 3+ sa rovná náboju iónu. Vo väčšine zlúčenín je oxidačný stav atómov vodíka +1, ale v hydridoch kovov (ich zlúčeniny s vodíkom) - NaH, CaH 2 a ďalších - sa rovná -1. Kyslík je charakterizovaný oxidačným stavom -2, ale napríklad v kombinácii s fluórom OF 2 bude +2 a v peroxidových zlúčeninách (BaO 2 atď.) -1. V niektorých prípadoch možno túto hodnotu vyjadriť ako zlomkové číslo: pre železo v oxide železa (II, III) Fe 3 O 4 je to +8/3.

Algebraický súčet oxidačných stavov atómov v zlúčenine je nula a v komplexnom ióne je náboj iónu. Pomocou tohto pravidla vypočítame napríklad oxidačný stav fosforu v kyseline fosforečnej H 3 PO 4. Označením x a vynásobením oxidačného stavu vodíka (+1) a kyslíka (−2) počtom ich atómov v zlúčenine dostaneme rovnicu: (+1) 3 + x + (- 2) 4 = 0, kde x = + 5 ... Podobne vypočítame oxidačný stav chrómu v ióne Cr 2 O 7 2−: 2x + (- 2) 7 = −2; x = + 6. V zlúčeninách MnO, Mn 2 O 3, MnO 2, Mn 3 O 4, K 2 MnO 4, KMnO 4 bude oxidačný stav mangánu +2, +3, +4, +8/3, +6, + 7, resp.

Najvyšší oxidačný stav je jeho najvyššia kladná hodnota. Pre väčšinu prvkov sa rovná číslu skupiny v periodickom systéme a je dôležitou kvantitatívnou charakteristikou prvku v jeho zlúčeninách. Najmenšia hodnota oxidačného stavu prvku, ktorá sa vyskytuje v jeho zlúčeninách, sa zvyčajne nazýva najnižší oxidačný stav; všetky ostatné sú stredné. Takže pre síru je najvyšší oxidačný stav +6, najnižší -2 a stredný je +4.

Zmena oxidačných stavov prvkov podľa skupín periodického systému odráža frekvenciu zmien ich chemických vlastností s nárastom poradového čísla.

Pojem oxidačný stav prvkov sa používa pri klasifikácii látok, popise ich vlastností, zostavovaní vzorcov zlúčenín a ich medzinárodných názvov. Ale je obzvlášť široko používaný pri štúdiu redoxných reakcií. Pojem „oxidačný stav“ sa často používa v anorganickej chémii namiesto pojmu „valencia“ (pozri.

Úloha určenia oxidačného stavu môže byť tak jednoduchou formalitou, ako aj zložitou hádankou. V prvom rade to bude závisieť od vzorca chemickej zlúčeniny, ako aj od dostupnosti základných vedomostí z chémie a matematiky.

Keď poznáte základné pravidlá a algoritmus sekvenčných logických akcií, o ktorých sa bude diskutovať v tomto článku, pri riešení problémov tohto typu sa s touto úlohou každý ľahko vyrovná. A potom, čo si precvičíte a naučíte sa určovať oxidačné stavy rôznych chemických zlúčenín, môžete sa bezpečne pustiť do vyrovnávania zložitých redoxných reakcií zostavením elektronických váh.

Koncept oxidačného stavu

Aby ste sa naučili určiť oxidačný stav, musíte najprv zistiť, čo tento pojem znamená?

  • Oxidačný stav sa využíva pri zázname pri redoxných reakciách, kedy dochádza k prenosu elektrónov z atómu na atóm.
  • Oxidačný stav určuje počet prenesených elektrónov, čo znamená podmienený náboj atómu.
  • Oxidačný stav a valencia sú často rovnaké.

Toto označenie je napísané navrchu chemického prvku v jeho pravom rohu a je to celé číslo so znamienkom „+“ alebo „-“. Nulová hodnota oxidačného stavu nenesie znamienko.

Pravidlá určovania oxidačného stavu

Zvážte základné kánony na určenie oxidačného stavu:

  • Jednoduché elementárne látky, teda tie, ktoré pozostávajú z jedného typu atómu, budú mať vždy nulový oxidačný stav. Napríklad Na0, H02, P04
  • Existuje množstvo atómov, ktoré majú vždy jeden, konštantný, oxidačný stav. Najlepšie sa zapamätajú hodnoty v tabuľke.
  • Ako vidíte, jedinou výnimkou je vodík v kombinácii s kovmi, kde získava nezvyčajný oxidačný stav "-1".
  • Kyslík tiež nadobúda oxidačný stav "+2" v chemickej kombinácii s fluórom a "-1" vo formuláciách peroxidov, superperoxidov alebo ozonidov, kde sú atómy kyslíka navzájom spojené.


  • Kovové ióny majú niekoľko hodnôt oxidačného stavu (a iba kladné), preto sú určené susednými prvkami v zlúčenine. Napríklad v FeCl3 má chlór oxidačný stav "-1", má 3 atómy, takže vynásobíme -1 3, dostaneme "-3". Aby bol súčet oxidačných stavov zlúčeniny "0", železo musí mať oxidačný stav "+3". Vo vzorci FeCl2 železo zodpovedajúcim spôsobom zmení svoj stupeň na „+2“.
  • Matematickým sčítaním oxidačných stavov všetkých atómov vo vzorci (berúc do úvahy znamienka) by sa mala vždy získať nulová hodnota. Napríklad v kyseline chlorovodíkovej H + 1Cl-1 (+1 a -1 = 0) a v kyseline sírovej H2 + 1S + 4O3-2 (+1 * 2 = +2 pre vodík, + 4 pre síru a -2 * 3 = - 6 pre kyslík; +6 a -6 sa sčítajú do 0).
  • Oxidačný stav monatomického iónu sa bude rovnať jeho náboju. Napríklad: Na +, Ca + 2.
  • Najvyšší oxidačný stav spravidla zodpovedá číslu skupiny v periodickom systéme D.I. Mendelejeva.


Algoritmus akcií na určenie oxidačného stavu

Postup na zistenie oxidačného stavu nie je náročný, ale vyžaduje si pozornosť a určité akcie.

Úloha: usporiadať oxidačné stavy v zlúčenine KMnO4

  • Prvý prvok, draslík, má konštantný oxidačný stav „+1“.
    Pre kontrolu si môžete pozrieť periodickú tabuľku, kde je draslík v 1. skupine prvkov.
  • Zo zostávajúcich dvoch prvkov kyslík zvyčajne preberá oxidačný stav "-2".
  • Dostaneme nasledujúci vzorec: K + 1MnxO4-2. Zostáva určiť oxidačný stav mangánu.
    Takže x je neznámy oxidačný stav mangánu. Teraz je dôležité venovať pozornosť počtu atómov v zlúčenine.
    Počet atómov draslíka je 1, mangánu je 1 a kyslíka je 4.
    Berúc do úvahy elektroneutralitu molekuly, keď je celkový (celkový) náboj nulový,

1 * (+ 1) + 1 * (x) + 4 (-2) = 0,
+ 1 + 1x + (- 8) = 0,
-7 + 1x = 0,
(pri prenose zmeňte znamienko)
1x = +7, x = +7

Oxidačný stav mangánu v zlúčenine je teda "+7".

Úloha: usporiadať oxidačné stavy v zlúčenine Fe2O3.

  • Kyslík, ako viete, má oxidačný stav "-2" a pôsobí ako oxidačné činidlo. Pri zohľadnení počtu atómov (3) je celková hodnota kyslíka "-6" (-2 * 3 = -6), t.j. vynásobte oxidačný stav počtom atómov.
  • Na vyváženie vzorca a jeho uvedenie na nulu budú mať 2 atómy železa oxidačný stav „+3“ (2 * + 3 = + 6).
  • Celkovo dostaneme nulu (-6 a +6 = 0).

Úloha: usporiadať oxidačné stavy v zlúčenine Al (NO3) 3.

  • Atóm hliníka je jeden a má konštantný oxidačný stav "+3".
  • Atómov kyslíka v molekule je 9 (3 * 3), oxidačný stav kyslíka, ako viete, je "-2", čo znamená, že vynásobením týchto hodnôt dostaneme "-18".
  • Zostáva vyrovnať záporné a kladné hodnoty, čím sa určí stupeň oxidácie dusíka. -18 a +3, + 15 nestačí. A vzhľadom na to, že existujú 3 atómy dusíka, je ľahké určiť jeho oxidačný stav: vydeľte 15 3 a získajte 5.
  • Oxidačný stav dusíka je „+5“ a vzorec bude vyzerať takto: Al + 3 (N + 5O-23) 3
  • Ak je ťažké určiť požadovanú hodnotu týmto spôsobom, môžete zostaviť a vyriešiť rovnice:

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


Oxidačný stav je teda v chémii pomerne dôležitým pojmom, ktorý symbolizuje stav atómov v molekule.
Bez znalosti určitých ustanovení alebo zásad, ktoré vám umožňujú správne určiť oxidačný stav, nie je možné zvládnuť túto úlohu. Preto existuje len jeden záver: dôkladne sa zoznámiť a preštudovať si pravidlá na zistenie oxidačného stavu, ktoré sú jasne a stručne uvedené v článku, a odvážne pokračovať po náročnej ceste chemickej múdrosti.

V škole chémia stále zaujíma miesto jedného z najťažších predmetov, ktorý vzhľadom na to, že v sebe skrýva mnohé úskalia, vyvoláva u žiakov (spravidla v období od 8. do 9. ročníka) viac nenávisti a ľahostajnosti k štúdiu ako úrok. To všetko znižuje kvalitu a kvantitu vedomostí o danej problematike, hoci mnohé oblasti si stále vyžadujú špecialistov v tejto oblasti. Áno, v chémii sú niekedy ešte ťažšie chvíle a nepochopiteľné pravidlá, ako sa zdá. Jedna z otázok, ktorá zaujíma väčšinu študentov, je, čo je oxidačný stav a ako určiť oxidačné stavy prvkov.

Dôležitým pravidlom je pravidlo umiestnenia, algoritmy

Veľa sa tu hovorí o zlúčeninách, ako sú oxidy. Na začiatok sa musí každý študent naučiť stanovenie oxidov- Sú to zložité zlúčeniny dvoch prvkov, obsahujú kyslík. Oxidy sa označujú ako trieda binárnych zlúčenín z toho dôvodu, že kyslík je v algoritme druhý v poradí. Pri určovaní indikátora je dôležité poznať pravidlá umiestnenia a vypočítať algoritmus.

Algoritmy pre kyslé oxidy

Oxidačné stavy - ide o číselné vyjadrenia valencie prvkov. Napríklad kyslé oxidy sa tvoria podľa určitého algoritmu: najprv sú nekovy alebo kovy (ich valencia je zvyčajne od 4 do 7) a potom prichádza kyslík, ako by mal byť, druhý v poradí, jeho valencia je dve . Určuje sa jednoducho - podľa periodickej tabuľky chemických prvkov Mendelejeva. Je tiež dôležité vedieť, že oxidačný stav prvkov je indikátorom, ktorý naznačuje kladné alebo záporné číslo.

Na začiatku algoritmu je spravidla nekovový a jeho oxidačný stav je kladný. Nekovový kyslík v oxidových zlúčeninách má stabilnú hodnotu -2. Ak chcete určiť správnosť usporiadania všetkých hodnôt, musíte vynásobiť všetky dostupné čísla indexmi pre jeden konkrétny prvok, ak sa súčin, berúc do úvahy všetky mínusy a plusy, rovná 0, potom je usporiadanie spoľahlivé. .

Konštelácia v kyselinách obsahujúcich kyslík

Kyseliny sú komplexné látky sú spojené s nejakým kyslým zvyškom a obsahujú jeden alebo viac atómov vodíka. Výpočet stupňa si tu vyžaduje zručnosti v matematike, pretože ukazovatele potrebné na výpočet sú digitálne. Pre vodík alebo protón je to vždy rovnaké - +1. Záporný kyslíkový ión má negatívny oxidačný stav -2.

Po vykonaní všetkých týchto akcií môžete určiť oxidačný stav a centrálny prvok vzorca. Výrazom na jeho výpočet je vzorec vo forme rovnice. Napríklad pre kyselinu sírovú bude rovnica s jednou neznámou.

Základné pojmy v OVR

ORP je redukčno-oxidačná reakcia.

  • Oxidačný stav ktoréhokoľvek atómu – charakterizuje schopnosť tohto atómu pripájať alebo darovať elektróny iónov (alebo atómov) iným atómom;
  • Všeobecne sa uznáva, že buď nabité atómy alebo nenabité ióny sú oxidačné činidlá;
  • Redukčným činidlom budú v tomto prípade nabité ióny alebo naopak nenabité atómy, ktoré pri chemickej interakcii strácajú elektróny;
  • Oxidácia je darovanie elektrónov.

Ako usporiadať oxidačný stav v soliach

Soli sa skladajú z jedného kovu a jedného alebo viacerých kyslých zvyškov. Postup stanovenia je rovnaký ako pri kyslých kyselinách.

Kov, ktorý priamo tvorí soľ, sa nachádza v hlavnej podskupine, jeho stupeň sa bude rovnať číslu jeho skupiny, to znamená, že vždy zostane stabilným pozitívnym ukazovateľom.

Ako príklad zvážte usporiadanie oxidačných stavov v dusičnane sodnom. Soľ sa tvorí pomocou prvku hlavnej podskupiny skupiny 1, oxidačný stav bude pozitívny a rovný jednej. V dusičnanoch má kyslík jednu hodnotu - -2. Aby sa získala číselná hodnota, najprv sa zostaví rovnica s jednou neznámou, pričom sa zohľadnia všetky plusy a mínusy hodnôt: + 1 + X-6 = 0. Po vyriešení rovnice môžete prísť k tomu, že číselný indikátor je kladný a rovná sa + 5. Toto je indikátor dusíka. Dôležitým kľúčom na výpočet oxidačného stavu je tabuľka.

Pravidlo usporiadania v zásaditých oxidoch

  • Oxidy typických kovov v akýchkoľvek zlúčeninách majú stabilný oxidačný index, vždy nie je väčší ako +1, alebo v iných prípadoch +2;
  • Digitálny indikátor kovu sa vypočíta pomocou periodickej tabuľky. Ak je prvok obsiahnutý v hlavnej podskupine skupiny 1, jeho hodnota bude +1;
  • Hodnota oxidov, berúc do úvahy ich indexy, po vynásobení by mala byť sčítaná na nulu, pretože molekula v nich je neutrálna, častica je bez náboja;
  • Kovy hlavnej podskupiny skupiny 2 majú tiež stabilný pozitívny ukazovateľ, ktorý je +2.

Elektronegativita, podobne ako iné vlastnosti atómov chemických prvkov, sa periodicky mení so zvyšovaním poradového čísla prvku:

Vyššie uvedený graf ukazuje frekvenciu zmien elektronegativity prvkov hlavných podskupín v závislosti od poradového čísla prvku.

Pri pohybe nadol po podskupine periodickej tabuľky elektronegativita chemických prvkov klesá, pri pohybe doprava pozdĺž periódy sa zvyšuje.

Elektronegativita odráža nemetalitu prvkov: čím vyššia je hodnota elektronegativity, tým viac má prvok nekovové vlastnosti.

Oxidačný stav

Ako vypočítať oxidačný stav prvku v zlúčenine?

1) Oxidačný stav chemických prvkov v jednoduchých látkach je vždy nulový.

2) Existujú prvky, ktoré vykazujú konštantný oxidačný stav v komplexných látkach:

3) Existujú chemické prvky, ktoré v drvivej väčšine zlúčenín vykazujú konštantný oxidačný stav. Tieto prvky zahŕňajú:

Element

Oxidačný stav takmer všetkých zlúčenín

Výnimky
vodík H +1 Hydridy alkalických kovov a kovov alkalických zemín, napríklad:
kyslík O -2 Peroxidy vodíka a kovov:

Fluorid kyslíku -

4) Algebraický súčet oxidačných stavov všetkých atómov v molekule je vždy nula. Algebraický súčet oxidačných stavov všetkých atómov v ióne sa rovná náboju iónu.

5) Najvyšší (maximálny) oxidačný stav sa rovná číslu skupiny. Výnimky, ktoré nespadajú pod toto pravidlo, sú prvky vedľajšej podskupiny skupiny I, prvky vedľajšej podskupiny skupiny VIII, ako aj kyslík a fluór.

Chemické prvky, ktorých číslo skupiny sa nezhoduje s ich najvyšším oxidačným stavom (treba si zapamätať)

6) Najnižší oxidačný stav kovov je vždy nula a najnižší oxidačný stav nekovov sa vypočíta podľa vzorca:

najnižší oxidačný stav nekovu = číslo skupiny - 8

Na základe vyššie uvedených pravidiel môžete určiť oxidačný stav chemického prvku v akejkoľvek látke.

Zisťovanie oxidačných stavov prvkov v rôznych zlúčeninách

Príklad 1

Určte oxidačné stavy všetkých prvkov v kyseline sírovej.

Riešenie:

Napíšme vzorec pre kyselinu sírovú:

Oxidačný stav vodíka vo všetkých komplexných látkach je +1 (okrem hydridov kovov).

Oxidačný stav kyslíka vo všetkých zložitých látkach je -2 (okrem peroxidov a fluoridu kyslíka OF 2). Zoraďme známe oxidačné stavy:

Označme oxidačný stav síry ako X:

Molekula kyseliny sírovej, podobne ako molekula akejkoľvek látky, je vo všeobecnosti elektricky neutrálna, pretože súčet oxidačných stavov všetkých atómov v molekule je nula. Schematicky to možno znázorniť takto:

Tie. dostali sme nasledujúcu rovnicu:

Poďme to vyriešiť:

Oxidačný stav síry v kyseline sírovej je teda +6.

Príklad 2

Určte oxidačný stav všetkých prvkov v dichrómane amónnom.

Riešenie:

Zapíšme si vzorec pre dichróman amónny:

Rovnako ako v predchádzajúcom prípade môžeme usporiadať oxidačné stavy vodíka a kyslíka:

Vidíme však, že oxidačné stavy sú neznáme pre dva chemické prvky naraz – dusík a chróm. Preto nemôžeme nájsť oxidačné stavy rovnakým spôsobom ako v predchádzajúcom príklade (jedna rovnica s dvoma premennými nemá jednoznačné riešenie).

Venujme pozornosť skutočnosti, že uvedená látka patrí do triedy solí, a preto má iónovú štruktúru. Potom môžeme právom povedať, že katióny NH 4 + sú súčasťou dvojchrómanu amónneho (náboj tohto katiónu nájdete v tabuľke rozpustnosti). V dôsledku toho, keďže v jednotke vzorca dvojchrómanu amónneho sú dva kladne nabité katióny NH4+, náboj dvojchrómanu je -2, pretože látka ako celok je elektricky neutrálna. Tie. látka je tvorená katiónmi NH 4 + a aniónmi Cr 2 O 7 2-.

Poznáme oxidačné stavy vodíka a kyslíka. Vedieť, že súčet oxidačných stavov atómov všetkých prvkov v ióne sa rovná náboju, a oxidačné stavy dusíka a chrómu označovať ako X a r podľa toho môžeme napísať:

Tie. dostaneme dve nezávislé rovnice:

Riešenie, ktoré nájdeme X a r:

V dichrómane amónnom sú teda oxidačné stavy dusíka -3, vodík +1, chróm +6 a kyslík -2.

Môžete si prečítať, ako určiť oxidačný stav prvkov v organických látkach.

Valence

Valencia atómov je označená rímskymi číslicami: I, II, III atď.

Valencia atómu závisí od množstva:

1) nepárové elektróny

2) osamelé elektrónové páry v orbitáloch valenčných hladín

3) prázdne elektrónové orbitály valenčnej hladiny

Valenčné schopnosti atómu vodíka

Znázornime elektrónový vzorec atómu vodíka:

Bolo povedané, že valenčné schopnosti môžu ovplyvniť tri faktory – prítomnosť nepárových elektrónov, prítomnosť osamelých elektrónových párov na vonkajšej úrovni a prítomnosť prázdnych (prázdnych) orbitálov vonkajšej úrovne. Vidíme jeden nepárový elektrón na vonkajšej (a jedinej) energetickej úrovni. Na základe toho môže mať vodík presne valenciu rovnajúcu sa I. Avšak na prvej energetickej úrovni existuje iba jedna podúroveň - s, tie. atóm vodíka na vonkajšej úrovni nemá ani osamelé elektrónové páry, ani prázdne orbitály.

Jediná valencia, ktorú môže atóm vodíka vykazovať, je teda I.

Valenčné schopnosti atómu uhlíka

Zvážte elektrónovú štruktúru atómu uhlíka. V základnom stave je elektronická konfigurácia jeho vonkajšej úrovne nasledovná:

Tie. v základnom stave na vonkajšej energetickej úrovni nevybudeného atómu uhlíka sú 2 nepárové elektróny. V tomto stave môže vykazovať valenciu rovnajúcu sa II. Atóm uhlíka však veľmi ľahko prechádza do excitovaného stavu, keď sa mu dodáva energia, a elektronická konfigurácia vonkajšej vrstvy má v tomto prípade podobu:

Napriek tomu, že určité množstvo energie sa vynakladá na proces excitácie atómu uhlíka, odpad je viac ako kompenzovaný vytvorením štyroch kovalentných väzieb. Z tohto dôvodu je valencia IV oveľa charakteristickejšia pre atóm uhlíka. Takže napríklad uhlík valencie IV má v molekulách oxidu uhličitého, kyseliny uhličitej a úplne všetkých organických látok.

Okrem nepárových elektrónov a osamelých elektrónových párov ovplyvňuje valenčné možnosti aj prítomnosť voľných () orbitálov valenčnej hladiny. Prítomnosť takýchto orbitálov na zaplnenej úrovni vedie k tomu, že atóm môže pôsobiť ako akceptor elektrónového páru, t.j. na vytvorenie ďalších kovalentných väzieb mechanizmom donor-akceptor. Takže napríklad v rozpore s očakávaniami v molekule oxidu uhoľnatého CO nie je väzba dvojitá, ale trojitá, čo je jasne znázornené na nasledujúcom obrázku:

Valencia atómu dusíka

Zapíšme si elektronicko-grafický vzorec úrovne vonkajšej energie atómu dusíka:

Ako je možné vidieť z vyššie uvedenej ilustrácie, atóm dusíka má vo svojom normálnom stave 3 nepárové elektróny, a preto je logické predpokladať jeho schopnosť vykazovať valenciu rovnajúcu sa III. V skutočnosti sa v molekulách amoniaku (NH 3), kyseliny dusnej (HNO 2), chloridu dusitého (NCl 3) atď.

Vyššie bolo povedané, že valencia atómu chemického prvku závisí nielen od počtu nespárovaných elektrónov, ale aj od prítomnosti osamelých elektrónových párov. Je to spôsobené tým, že kovalentná chemická väzba môže vzniknúť nielen vtedy, keď si dva atómy navzájom poskytnú jeden elektrón, ale aj vtedy, keď jeden atóm, ktorý má osamelý elektrónový pár - donor () ho poskytne inému atómu s voľným ( ) orbitálna valenčná hladina (akceptor). Tie. pre atóm dusíka je valencia IV tiež možná vďaka ďalšej kovalentnej väzbe vytvorenej mechanizmom donor-akceptor. Napríklad pri tvorbe amónneho katiónu sa pozorujú štyri kovalentné väzby, z ktorých jedna je tvorená donorovo-akceptorovým mechanizmom:

Napriek tomu, že jedna z kovalentných väzieb je tvorená donorovo-akceptorovým mechanizmom, všetky N-H väzby v amónnom katióne sú absolútne identické a navzájom sa nelíšia.

Atóm dusíka nie je schopný vykazovať valenciu rovnú V. Je to spôsobené tým, že prechod do excitovaného stavu je nemožný pre atóm dusíka, v ktorom dochádza k deparácii dvoch elektrónov s prechodom jedného z nich do voľného orbitálu, ktorý je energeticky najbližší. Atóm dusíka nemá č d-podúroveň, a prechod na 3s-orbitál je energeticky taký nákladný, že náklady na energiu nepokryje tvorba nových väzieb. Mnohí si môžu položiť otázku, aká je potom mocnosť dusíka napríklad v molekulách kyseliny dusičnej HNO 3 alebo oxidu dusnatého N 2 O 5? Napodiv, valencia je tiež IV, čo možno vidieť z nasledujúcich štruktúrnych vzorcov:

Bodkovaná čiara na obrázku znázorňuje tzv delokalizované π -spojenie. Z tohto dôvodu možno terminálne väzby NO nazvať „jeden a pol“. Podobné jeden a pol väzby sa nachádzajú aj v molekule ozónu O 3, benzénu C 6 H 6 atď.

Schopnosť valencie fosforu

Predstavme si elektronicko-grafický vzorec úrovne vonkajšej energie atómu fosforu:

Ako vidíme, štruktúra vonkajšej vrstvy atómu fosforu v základnom stave a atómu dusíka je rovnaká, a preto je logické očakávať pre atóm fosforu, ako aj pre atóm dusíka, že možné valencie sa rovnajú až I, II, III a IV, ako sa pozoruje v praxi.

Na rozdiel od dusíka má však aj atóm fosforu d-podúroveň s 5 voľnými orbitálmi.

V tomto ohľade je schopný prejsť do excitovaného stavu odparovaním elektrónov 3 s-orbitály:

Je teda možná valencia V neprístupná dusíku pre atóm fosforu. Napríklad atóm fosforu má v molekulách zlúčenín, ako je kyselina fosforečná, halogenidy fosforu (V), oxid fosforečný (V) atď.

Valencia atómu kyslíka

Elektronický grafický vzorec pre úroveň vonkajšej energie atómu kyslíka je:

Na 2. úrovni vidíme dva nepárové elektróny, a preto je pre kyslík možná valencia II. Je potrebné poznamenať, že táto valencia atómu kyslíka sa pozoruje takmer vo všetkých zlúčeninách. Vyššie, pri zvažovaní valenčných schopností atómu uhlíka sme diskutovali o tvorbe molekuly oxidu uhoľnatého. Väzba v molekule CO je trojitá, preto je tam kyslík trojmocný (kyslík je donorom elektrónového páru).

Vzhľadom na to, že atóm kyslíka nemá žiadnu vonkajšiu úroveň d-podúroveň, elektrónové naparovanie s a p- orbitály je nemožné, a preto sú valenčné schopnosti atómu kyslíka v porovnaní s inými prvkami jeho podskupiny, napríklad sírou, obmedzené.

Valenčné schopnosti atómu síry

Vonkajšia energetická hladina atómu síry v neexcitovanom stave:

Atóm síry, podobne ako atóm kyslíka, má vo svojom normálnom stave dva nepárové elektróny, takže môžeme dospieť k záveru, že pre síru je možná dvojmocnosť. V skutočnosti má síra valenciu II, napríklad v molekule sírovodíka H2S.

Ako vidíme, atóm síry sa objavuje na vonkajšej úrovni d-podúroveň s prázdnymi orbitálmi. Z tohto dôvodu je atóm síry schopný rozširovať svoje valenčné schopnosti, na rozdiel od kyslíka, vďaka prechodu do excitovaných stavov. Takže pri naparovaní osamelého elektrónového páru 3 p-podúrovňový atóm síry nadobúda elektronickú konfiguráciu vonkajšej úrovne nasledujúcej formy:

V tomto stave má atóm síry 4 nepárové elektróny, čo nám hovorí o možnosti prejavu valencie atómov síry rovnej IV. V skutočnosti má síra valenciu IV v molekulách SO 2, SF 4, SOCl 2 atď.

Keď druhý osamelý elektrónový pár, ktorý sa nachádza na 3 s- podúroveň, úroveň vonkajšej energie nadobúda konfiguráciu:

V tomto stave je možný prejav valencie VI. Príklady zlúčenín s VI-valentnou sírou sú SO 3, H 2 SO 4, SO 2 Cl 2 atď.

Podobne môžete zvážiť valenčné schopnosti iných chemických prvkov.