Ступінь окиснення кисню. Ступінь окиснення Кисень виявляє позитивний ступінь окиснення в поєднанні
(повторення)
II. Ступінь окиснення (новий матеріал)
Ступінь окислення- Це умовний заряд, який отримує атом в результаті повної віддачі (прийняття) електронів, виходячи з умови, що всі зв'язки в поєднанні іонні.
Розглянемо будову атомів фтору та натрію:
F +9) 2) 7
Na +11) 2) 8) 1
- Що можна сказати про завершеність зовнішнього рівня атомів фтору та натрію?
- Якому атому легко прийняти, а якому легко віддати валентні електрони з метою завершення зовнішнього рівня?
Обидва атоми мають незавершений зовнішній рівень?
Тому натрію легше віддавати електрони, фтору – прийняти електрони до завершення зовнішнього рівня.
F 0 + 1? → F -1 (нейтральний атом приймає один негативний електрон і набуває ступеня окислення «-1», перетворюючись на негативно заряджений іон - аніон )
Na 0 – 1? → Na +1 (нейтральний атом віддає один негативний електрон і набуває ступеня окиснення «+1», перетворюючись на позитивно заряджений іон - катіон )
Як визначити рівень окислення атома в ПСХЕ Д.І. Менделєєва?
Правила визначення ступеня окиснення атома в ПСХЕ Д.І. Менделєєва:
1. Водень зазвичай виявляє ступінь окиснення (СО) +1 (виключення, з'єднання з металами (гідриди) – у водню СО дорівнює (-1) Me + n H n -1)
2. Кисень зазвичай виявляє СО -2 (виключення: Про +2 F 2 , H 2 O 2 -1 – перекис водню)
3. Метали виявляють лише + n позитивну СО
4. Фтор виявляє завжди СО рівну -1 (F-1)
5. Для елементів головних підгруп:
Вища СО (+) = номер групи N групи
Нижча СО (-) = N групи – 8
Правила визначення ступеня окиснення атома у поєднанні:
I. Ступінь окиснення вільних атомів та атомів у молекулах простих речовин дорівнює нулю - Na 0 , P 4 0 , O 2 0
ІІ. В складній речовині алгебраїчна сума З усіх атомів з урахуванням їх індексів дорівнює нулю = 0 , а в складному іоні його заряду.
Наприклад, H +1 N +5 O 3 -2 : (+1)*1+(+5)*1+(-2)*3 = 0
2- : (+6)*1+(-2)*4 = -2
Завдання 1 – визначте ступеня окиснення всіх атомів у формулі сірчаної кислоти H 2 SO 4 ?
1. Проставимо відомі ступені окислення у водню та кисню, а СО сірки приймемо за «х»
H +1 S x O 4 -2
(+1)*1+(х)*1+(-2)*4=0
Х=6 або (+6), отже, у сірки C +6, тобто. S+6
Завдання 2 – визначте ступеня окиснення всіх атомів у формулі фосфорної кислоти H 3 PO 4 ?
1. Проставимо відомі ступені окислення у водню та кисню, а СО фосфору приймемо за «х»
H 3 +1 P x O 4 -2
2. Складемо і розв'яжемо рівняння, згідно з правилом (II):
(+1)*3+(х)*1+(-2)*4=0
Х=5 або (+5), отже, у фосфору C +5, тобто. P+5
Завдання 3 - Визначте ступеня окиснення всіх атомів у формулі іону амонію (NH 4) + ?
1. Проставимо відомий рівень окислення у водню, а СО азоту приймемо за «х»
Хімічний елемент у поєднанні, обчислений з припущення, що всі зв'язки мають іонний тип.
Ступені окиснення можуть мати позитивне, негативне або нульове значення, тому алгебраїчна сума ступенів окиснення елементів у молекулі з урахуванням числа їх атомів дорівнює 0, а в іоні – заряду іона.
1. Ступені окиснення металів у з'єднаннях завжди позитивні.
2. Вищий ступінь окислення відповідає номеру групи періодичної системи, де знаходиться даний елемент (виняток становлять: Au +3(І група), Cu +2(II), з VIII групи ступінь окислення +8 може бути тільки у осмію Osта рутенія Ru.
3. Ступені окислення неметалів залежать від того, з яким атомом він з'єднаний:
- якщо з атомом металу, то ступінь окиснення негативна;
- якщо з атомом неметалу то ступінь окиснення може бути і позитивним, і негативним. Це залежить від електронегативності атомів елементів.
4. Вищий негативний ступінь окиснення неметалів можна визначити відніманням з 8 номери групи, у якій перебуває цей елемент, тобто. вищий позитивний ступінь окиснення дорівнює числу електронів на зовнішньому шарі, що відповідає номеру групи.
5. Ступені окиснення простих речовин дорівнюють 0, незалежно від того метал це або неметал.
Елементи з постійними ступенями окиснення.
|
Елемент |
Характерний ступінь окиснення |
Винятки |
|
Гідриди металів: LIH-1 |
||
|
Ступенем окисненняназивають умовний заряд частки у припущенні, що зв'язок повністю розірваний (має іонний характер). H- Cl = H + + Cl - , Зв'язок у соляній кислоті ковалентний полярний. Електронна пара більшою мірою зміщена у бік атома Cl - , т.к. він більш електронегативний елемент. Як визначити ступінь окиснення?Електронегативність- Це здатність атомів притягати до себе електрони інших елементів. Ступінь окиснення вказується над елементом: Br 2 0 , Na 0 , O +2 F 2 -1 ,K + Cl - і т.д. Вона може бути негативною та позитивною. Ступінь окиснення простої речовини (незв'язаний, вільний стан) дорівнює нулю. Ступінь окиснення кисню у більшості сполук дорівнює -2 (виняток становлять пероксиди Н 2 Про 2, де вона дорівнює -1 та з'єднання з фтором - O +2 F 2 -1 , O 2 +1 F 2 -1 ). - Ступінь окисленняпростого одноатомного іона дорівнює його заряду: Na + , Ca +2 . Водень у своїх сполуках має ступінь окислення рівну +1 (виключення складають гідриди - Na + H - та з'єднання типу C +4 H 4 -1 ). У зв'язках «метал-неметал» негативний ступінь окислення має той атом, який має більшу електрооприцільність (дані про елекронегативність наведені в шкалі Полінга): H + F - , Cu + Br - , Ca +2 (NO 3 ) - і т.д. Правила визначення ступеня окиснення у хімічних сполуках.Візьмемо з'єднання KMnO 4 , необхідно визначити ступінь окиснення у атома марганцю. Міркування:
До +Mn X O 4 -2 Нехай Х- невідомий нам ступінь окислення марганцю. Кількість атомів калію – 1, марганцю – 1, кисню – 4. Доведено, що молекула в цілому електронейтральна, тому її загальний заряд має дорівнювати нулю. 1*(+1) + 1*(X) + 4(-2) = 0, Х = +7 Отже, ступінь окислення марганцю перманганаті калію = +7. Візьмемо інший приклад оксиду Fe 2 O 3. Необхідно визначити рівень окислення атома заліза. Міркування:
2*(Х) + 3*(-2) = 0, Висновок: ступінь окислення заліза у цьому оксиді дорівнює +3. приклади.Визначити ступеня окиснення всіх атомів у молекулі. 1. K 2 Cr 2 O 7. Ступінь окислення До +1, кисню О -2. Враховуючи індекси: О=(-2)×7=(-14), К=(+1)×2=(+2). Т.к. алгебраїчна сума ступенів окиснення елементів у молекулі з урахуванням числа їх атомів дорівнює 0, то число позитивних ступенів окиснення дорівнює числу негативних. Ступені окиснення К+О=(-14)+(+2)=(-12). На цьому випливає, що з атома хрому число позитивних ступенів дорівнює 12, але атомів у молекулі 2, отже один атом припадає (+12):2=(+6). Відповідь: До 2 + Cr 2 +6 O 7 -2. 2.(AsO 4) 3- . У разі сума ступенів окислення дорівнюватиме вже не нулю, а заряду іона, тобто. - 3. Складемо рівняння: х+4×(- 2)= - 3 . Відповідь: (As +5 O 4 -2) 3-. |
Окисно-відновні процеси мають велике значення для живої та неживої природи. Наприклад, процес горіння можна зарахувати до ОВР з участю кисню повітря. У цій реакції окиснення-відновлення він виявляє свої неметалеві властивості.
Також прикладами ОВР є травні, дихальні процеси, фотосинтез.
Класифікація
Залежно від того, чи відбувається зміна значення ступеня окислення у елементів вихідної речовини та продукту реакції, прийнято поділяти всі хімічні перетворення на дві групи:
- окиснювально-відновні;
- без зміни ступенів окиснення.
Як приклади другої групи виступають іонні процеси, що протікають між розчинами речовин.
Реакції окиснення-відновлення - це процеси, пов'язані зі зміною ступеня окиснення атомів, що входять до складу вихідних сполук.
Що таке ступінь окиснення
Це умовний заряд, який набуває атом у молекулі в тому випадку, коли відбувається зміщення електронних пар хімічних зв'язків до більш електронегативного атома.
Наприклад, у молекулі фториду натрію (NaF) максимальну електронегативність виявляє фтор, тому його ступінь окиснення є негативною величиною. Натрій у цій молекулі буде позитивним іоном. Сума ступенів окиснення в молекулі дорівнює нулю.
Варіанти визначення
Яким іоном є кисень? Позитивні ступеня окислення йому нехарактерні, але це означає, що це елемент їх виявляє у певних хімічних взаємодіях.
Саме поняття ступеня окиснення має формальний характер, воно пов'язане з ефективним (дійсним) зарядом атома. Їм зручно користуватися при класифікації хімічних речовин, а також при записі процесів, що відбуваються.
Правила визначення
Для неметалів виділяють нижчий і вищий ступінь окиснення. Якщо визначення першого показника з номера групи віднімають вісім, то друга величина переважно збігається з номером групи, у якій розташовується даний хімічний елемент. Наприклад, у з'єднаннях зазвичай дорівнює -2. Такі сполуки називають оксидами. Наприклад, таких речовин можна віднести вуглекислий газ (діоксид вуглецю), формула якого - СО 2 .
Максимальний ступінь окиснення неметали часто виявляють у кислотах та солях. Наприклад, у хлорній кислоті HClO 4 галоген має валентність VII (+7).
Пероксиди
Ступінь окиснення атома кисню в сполуках зазвичай дорівнює -2, виняток становлять пероксиди. Ними вважають кисневі сполуки, в яких міститься не повністю відновлений іон у вигляді 2 2- , 4 2- , 2 -.
Пероксидні сполуки поділяють на дві групи: прості та комплексні. Простими вважають ті сполуки, в яких пероксидна група з'єднується з атомом або іоном металу атомним або іонним хімічним зв'язком. Такі речовини утворюються лужними та лужноземельними металами (крім літію та берилію). Зі зростанням електронегативності металу всередині підгрупи спостерігається перехід від іонного виду зв'язку до ковалентної структури.
Крім пероксидів виду Me 2 O 2 у представників першої групи (головної підгрупи) також існують пероксиди у вигляді Me 2 O 3 та Me 2 O 4 .
Якщо з фтором кисень виявляє позитивний рівень окислення, у поєднанні з металами (в пероксидах) цей показник -1.
Комплексними перокосполуками вважають речовини, де ця група виступає як ліганди. Утворюються такі речовини елементами третьої групи (головної підгрупи), а також наступними групами.
Класифікація комплексних пероксогруп
Виділяють п'ять груп таких складних сполук. Першу складають пероксокислоти, що мають загальний вигляд [Еп(О 2 2-) x L y] z-. Пероксид-іони в цьому випадку входять у комплексний іон або виступають у вигляді монодентантного (Е-О-О-), місткового (Е-О-О-Е) ліганду, утворюючи багатоядерний комплекс.
Якщо з фтором кисень виявляє позитивний ступінь окиснення, у поєднанні зі лужними та лужноземельними металами він є типовим неметалом (-1).
Прикладом такої речовини є кислота Каро (пероксомономерна кислота) виду H2SO5. Лігандна пероксидної групи в таких комплексах виступає як містковий зв'язок між атомами неметалів, наприклад, в пероксодисерной кислоті виду H 2 S 2 O 8 - кристалічній речовині білого кольору з невисокою температурою плавлення.
Другу групу комплексів виробляють речовини, у яких пероксогруппа входить до складу комплексного іона чи молекули.
Вони представлені формулою [Е n (O 2) x L y] z.
Інші три групи - це пероксиди, у яких є кристалізаційна вода, наприклад, Na 2 O 2 ×8H 2 O, або кристалізаційний пероксид водню.
Як типові властивості всіх перекисних речовин виділимо їх взаємодію Космосу з розчинами кислот, виділення при термічному розкладанні активного кисню.
Як джерело кисню можуть виступати хлорати, нітрати, перманганати, перхлорати.
Дифторид кисню
Коли кисень виявляє позитивний ступінь окиснення? У поєднанні з більш електронегативним киснем) OF 2. Вона становить +2. Вперше це поєднання було отримано Полем Лебо на початку ХХ століття, вивчено трохи пізніше Руффом.
Кисень виявляє позитивний ступінь окиснення у поєднанні з фтором. Його електронегативність дорівнює 4, тому електронна щільність у молекулі зміщується у бік атома фтору.
Властивості фториду кисню
Ця сполука знаходиться в рідкому агрегатному стані, необмежено змішується з рідким киснем, фтором, озоном. Розчинність у холодній воді мінімальна.
Як пояснюється позитивний ступінь окиснення? Велика енциклопедія нафти пояснює, що можна визначити найвищий + (позитивний) ступінь окислення за номером групи в таблиці Менделєєва. Ця величина визначається найбільшим числом електронів, які при повному окисленні віддавати нейтральний атом.
Отримують фторид кисню за лужним способом, який передбачає пропускання через водний розчин лугу газоподібного фтору.
У цьому, крім фториду кисню, також утворюється озон і пероксид водню.
Альтернативним варіантом одержання фториду кисню є проведення електролізу розчину фтороводородної кислоти. Частково це з'єднання також утворюється при горінні в атмосфері фтору води.
Процес протікає за радикальним механізмом. Спочатку здійснюється ініціація вільних радикалів, що супроводжується утворенням бірадикалу кисню. На наступному етапі йде домінуючий процес.
Дифторид кисню виявляє яскраві окисні властивості. За силою його можна порівняти з вільним фтором, а за механізмом протікання окисного процесу – з озоном. Реакція потребує високої енергії активації, оскільки першої стадії йде формування атомарного кисню.
Термічне розкладання цього оксиду, в якому кисень характеризується позитивним ступенем окиснення, є мономолекулярною реакцією, що починається за температурних показників від 200 °C.
Відмінні характеристики
При попаданні фториду кисню у гарячу воду протікає гідроліз, продуктами якого будуть звичайний молекулярний кисень, і навіть фтороводород.
Процес істотно прискорюється у лужному середовищі. Суміш води та пари дифториду кисню є вибухонебезпечною.
Це з'єднання інтенсивно реагує з металевою ртуттю, але в благородних металах (золоті, платині) утворює лише тонку фторидну плівку. Ця властивість пояснює можливість використання цих металів за нормальної температури для контакту з фторидом кисню.
У разі підвищення температурного показника йде окиснення металів. Найкращими металами для роботи з цим з'єднанням фтору вважають магній і алюміній.
Несуттєво змінюють свій первісний зовнішній вигляд під впливом фториду кисню нержавіючі сталі, сплави міді.
Висока енергія активації розкладання даного кисневого з'єднання з фтором дозволяє змішувати його безпечно з різними вуглеводнями, чадним газом, пояснює можливість використання фториду кисню як відмінний окисник ракетного палива.
Висновок
Хіміками проведено низку експериментів, які підтвердили доцільність застосування цієї сполуки в газодинамічних лазерних установках.
Питання, пов'язані з визначенням ступенів окиснення кисню та інших неметалів, включені до шкільного курсу хімії.
Такі навички важливі, оскільки дозволяють старшокласникам справлятися із завданнями, які пропонуються в тестах єдиного державного іспиту.
ВИЗНАЧЕННЯ
Кисень– восьмий елемент Періодичної таблиці. Розташований у другому періоді VI групи A підгрупи. Позначення – O.
Природний кисень складається з трьох стабільних ізотопів 16 O (99,76%), 17 O (0,04%) та 18 O (0,2%).
Найбільш стійка двоатомна молекула кисню O2. Вона парамгнітна і слабо поляризується. Температури плавлення (-218,9 o З) та кипіння (-183 o З) кисню дуже низькі. Кисень погано розчиняється у воді. За нормальних умов кисень є газом без кольору і запаху.
Рідкий та твердий кисень притягується магнітом, т.к. його молекули парамагнітні. Твердий кисень синього кольору, а рідкий – блакитного. Забарвлення обумовлене взаємним впливом молекул.
Кисень існує у вигляді двох алотропних модифікацій – кисню O 2 та озону O 3 .
Ступінь окиснення кисню у сполуках
Кисень утворює двоатомні молекули складу O 2 за рахунок наведення ковалентних неполярних зв'язків, а, як відомо, у з'єднаннях з неполярними зв'язками ступінь окислення елементів дорівнює нулю.
Для кисню характерно досить має високе значення електронегативності, тому найчастіше він виявляє негативний ступінь окислення рівний (-2) (Na 2 O -2 , K 2 O -2 , CuO -2 , PbO -2 , Al 2 O -2 3 , Fe 2 O -2 3 , NO -2 2 , P 2 O -2 5 , CrO -2 3, Mn 2 O -2 7).
У сполуках перекисного типу кисень виявляє ступінь окиснення (-1) (H 2 O -1 2).
У поєднанні складу OF 2 кисень виявляє позитивний ступінь окислення рівний (+2) , Оскільки фтор є найбільш електронегативним елементом і його ступінь окиснення завжди дорівнює (-1).
Як похідний, в якому кисень виявляє ступінь окислення (+4) можна розглядати алотропічну модифікацію кисню - озон O 3 (O +4 O 2).
Приклади розв'язання задач
ПРИКЛАД 1
СТУПЕНЬ ОКИСЛЕННЯ - це заряд, який міг би виникнути в атома в молекулі або іоні, якби всі його зв'язки з іншими атомами розірвалися, а загальні електронні пари пішли з більш електронегативними елементами.
У якому з сполук кисень виявляє позитивний рівень окислення: Н2О; Н2О2; СО2; ОF2?
OF2. цій сполукі кисень має ступінь окислення + 2
Яка речовина є тільки відновником: Fe; SO3; Cl2; HNO3?
оксид сірки (IV) - SO 2
Який елемент у III періоді Періодичної системи Д.І. Менделєєва, будучи у вільному стані, є найсильнішим окислювачем: Na; Al; S; Сl2?
Сl хлор
V-частина
До яких класів неорганічних сполук відносяться такі речовини: HF, PbO2, Hg2SO4, Ni(OH)2, FeS, Na2CO3?
Складні речовини. Оксиди
Складіть формули: а) кислих калієвих солей фосфорної кислоти; б) основної цинкової солі вугільної кислоти Н2СО3.
Які речовини виходять при взаємодії: а) кислот із сіллю; б) кислот із основою; в) солі із сіллю; г) основи із сіллю? Наведіть приклади реакцій.
а) оксиди металів, солі металів.
В) солі (тільки у розчині)
Г) утворюється нова сіль, нерозчинна основа та водень
З якими з наведених нижче речовин реагуватиме соляна кислота: N2O5, Zn(OH)2, CaO, AgNO3, H3PO4, H2SO4? Складіть рівняння можливих реакцій.
Zn(OH)2 + 2 HCl = ZnCl + H2O
CaO + 2 HCl = CaCl2 + H2O
Вкажіть, до якого типу оксидів належить оксид міді, та доведіть це за допомогою хімічних реакцій.
Оксид металу.
Оксид міді (II) CuO – кристали чорного кольору, кристалізуються в моноклінній сингонії, щільність 6,51 г/см3, температура плавлення 1447 ° С (під тиском кисню). При нагріванні до 1100°С розкладається з утворенням оксиду міді (I):
4CuO = 2Cu2O + O2.
У воді не розчиняється та не реагує з нею. Має слабовиражені амфотерні властивості з величезним переважанням основних.
У водних розчинах аміаку утворює гідроксид тетрааммінмеді (II):
CuO + 4NH3 + H2O = (OH)2.
Легко реагує з розведеними кислотами з утворенням солі та води:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O.
При сплавленні з лугами утворює купрати:
CuO + 2KOH = K2CuO2 + H2O.
Відновлюється воднем, чадним газом та активними металами до металевої міді:
CuO + H2 = Cu + H2O;
CuO+CO=Cu+CO2;
CuO + Mg = Cu + MgO.
Виходить при прожарюванні гідроксиду міді (II) при 200°С:
Cu(OH)2 = CuO + H2OОтримання оксиду та гідроксиду міді (II)
або при окисленні металевої міді на повітрі при 400-500 ° С:
2Cu + O2 = 2CuO.
6. Закінчіть рівняння реакцій:
Mg(OH)2 + H2SO4 = MgSO4+2H2O
Mg(OH)2^- +2H^+ + SO4^2-=Mg^2+ + SO4^2- +2H2O
Mg(OH)2^- +2H^+ = Mg^2+ +2H2O^-
NaOH + Н3РО4 = NaH2PO4+H2O ФЕ=1
Н3РО4+2NaOH=Na2HPO4+2H2O ФЕ =1/2
Н3РО4+3NaOH=Na3PO4+3H2O ФЕ =1/3
в першому випадку 1 моль фосфорної кислоти гм. еквівалентний 1 протону. значить, фактор еквівалентності 1
відсоткова концентрація - маса речовини в грамах, що міститься в 100 г розчину. якщо 100 г розчину міститься 5 г солі, скільки треба для 500 г?
титр - маса речовини в грамах, що міститься в 1 мл розчину. 0,3 г вистачить 300 мл.
Са(ОН)2 + Н2СО3 = СаО + Н2О 2/ характерна реакція - реакція нейтралізації Са/ОН/2 + Н2СО3 = СаСО3 + Н2О 3/ реагують із кислотними оксидами Са/ОН/2 +СО2 = СаСО3 +Н2О 4/ з кислими солями Са/ОН/2 + 2КНСО3 = К2СО3 +СаСО3 + 2Н2О 5/ луги вступають у обмінну реакцію із солями. якщо при цьому утворюється осад 2NaOH + CuCl2 = 2NaCl + Cu/OH/2 /осад/ 6/ розчини лугів реагують з неметалами.а також з алюмінію або цинком. ОВР.
Назвіть три способи одержання солей. Відповідь підтвердіть рівняннями реакцій
А) Реакція нейтралізації.. Після випарювання води одержують кристалічну сіль. Наприклад:
Б) Реакція основ із кислотними оксидами(Див. параграф 8.2). Це також варіант реакції нейтралізації:
В) Реакція кислот із солями. Цей спосіб підходить, наприклад, у тому випадку, якщо утворюється нерозчинна сіль, що випадає в осад:
Які з наведених нижче речовин можуть реагувати між собою: NaOH, H3PO4, Аl(ОН)3, SО3, H2О, СаО? Відповідь підтвердіть рівняннями реакцій
2 NaOH + H3PO4 = Na2HPO4 + 2H2O
CaO + H2O = Ca(OH)2
Al(OH)3 +NaOH = Na(Al(OH)4) або NaAlO2 + H2O
SO3 + H2O = H2SO4
VI- частина
Ядро атома (протони, нейтрони).
Атом - це найменша частка хімічного елемента, що зберігає його хімічні властивості. Атом складається з ядра, що має позитивний електричний заряд, та негативно заряджених електронів. Заряд ядра будь-якого хімічного елемента дорівнює добутку Z на e де Z - порядковий номер даного елемента в періодичній системі хімічних елементів, е - величина елементарного електричного заряду.
Протони- стабільні елементарні частинки, мають одиничний позитивний електричний заряд і масу, в 1836 разів більшу, ніж маса електрона. Протон є ядро атома найлегшого елемента - водню. Число протонів в ядрі дорівнює Z. Нейтрон- нейтральна (яка не має електричного заряду) елементарна частка з масою, дуже близькою до маси протона. Оскільки маса ядра складається з маси протонів і нейтронів, число нейтронів в ядрі атома дорівнює А - Z, де А - масове число даного ізотопу (див. Періодична система хімічних елементів). Протон і нейтрон, що входять до складу ядра, називаються нуклонами. У ядрі нуклони пов'язані особливими ядерними силами.
Електрони
Електрон- дрібна частка речовини з негативним електричним зарядом е=1,6·10 -19 кулона, прийнятим за елементарний електричний заряд. Електрони, обертаючись навколо ядра, розташовуються на електронних оболонках, L, М і т. д. К - оболонка, найближча до ядра. Розмір атома визначається розміром його електронної оболонки.
Ізотопи
Ізотоп - атом одного і того ж хімічного елемента, ядро якого має те ж число протонів (позитивно заряджених частинок), але різна кількість нейтронів, а сам елемент має той самий атомний номер, що і основний елемент. Внаслідок цього ізотопи мають різні атомні маси.
При утворенні зв'язків з менш електронегативними атомами (для фтору це всі елементи, для хлору все, крім фтору і кисню) валентність усіх галогенів дорівнює. Ступінь окислення -1 та заряд іона 1-. Позитивні ступеня окиснення неможливі для фтору. Хлор виявляє різні позитивні ступеня окислення аж до +7 (номер групи). Приклади з'єднань наведено у Довідковій частині.
У більшості сполук хлор як електронегативний елемент (ЕО =3,0) виступає в негативному ступені окислення -1. У сполуках з більш електронегативними фтором, киснем і азотом він виявляє позитивні ступеня окислення. Особливо різноманітні сполуки хлору з киснем, у яких ступеня окиснення хлору +1, -f3, +5 та +7, а також +4 та Ч-6.
У порівнянні з хлором фтор F набагато активніший. Він реагує майже з усіма хімічними елементами, з лужними та лужноземельними металами навіть на холоді. Деякі метали (Mg, Al, Zn, Fe, Сі, Ni) на холоді стійкі до дії фтору через утворення плівки фторидів. Фтор - найсильніший окисник із усіх відомих елементів. Він єдиний з галогенів не здатний виявляти позитивні ступені окислення. При нагріванні фтор реагує з усіма металами, у тому числі із золотом та платиною. Він утворює ряд сполук з киснем, причому це єдині сполуки, у яких кисень електропозитивний (наприклад, дифторид кисню OFa). На відміну від оксидів, ці сполуки називають фторидами кисню.
Елементи підгрупи кисню значною мірою від кисню за властивостями. Головна їх відмінність полягає у здатності виявляти позитивні ступені окислення, аж до
Найбільш помітні відмінності галогенів між собою у сполуках, де вони виявляють позитивні ступені окислення. В основному це сполуки галогенів з найбільш електронегативними елементами - фтором та киснем, які
Атом кисню має електронну конфігурацію [Не]25 2р. Оскільки цей елемент за своєю електронегативністю поступається лише фтору, він майже завжди має в сполуках негативний ступінь окислення. Єдиними сполуками, де кисень має позитивний ступінь окиснення, є фторвмісні сполуки Ор2 і ОР.
У 1927 р. непрямим шляхом було отримано кисневу сполуку фтору, в якій у кисню позитивний ступінь окиснення дорівнює двом
Оскільки атоми азоту в аміаку сильніше притягають електрони, ніж у елементному азоті, кажуть, що вони негативна ступінь окислення. У діоксид азоту, де атоми азоту слабше притягують електрони, ніж в елементному азоті, він має позитивний ступінь окислення. В елементному азоті або елементному кисні кожен атом має нульовий ступінь окиснення. (Нульовий ступінь окиснення приписується всім елементам у незв'язаному стані.) Ступінь окиснення - корисне поняття для розуміння окисно-відновних реакцій.
Хлор утворює цілу серію оксианіонів СЮ, СЮ, СЮ3 та СЮд, у яких виявляє послідовний ряд позитивних ступенів окиснення. Хлорид-іон, С1, має електронну структуру благородного газу Аг з чотирма парами валентних електронів. Зазначені вище чотири оксианіону хлору можна уявити як продукти реакції хлорид-іона, СГ, як льюісова основи з одним, двома, трьома або чотирма атомами кисню, кожен з яких має властивості акцептора електронів, тобто. льюїсової кислоти
Хімічні властивості сірки, селену та телуру багато в чому відрізняються від властивостей кисню. Одна з найважливіших відмінностей полягає в існуванні у цих елементів позитивних ступенів окиснення аж до -1-6, які зустрічаються, наприклад
Електронна конфігурація ns np дає можливість елементам цієї групи виявляти ступені окислення -І, +11, +IV та +VI. Оскільки до утворення зміни інертного газу не вистачає лише двох електронів, то ступінь окислення -II з'являється дуже легко. Це особливо притаманно легких елементів групи.
Справді, кисень відрізняється від усіх елементів групи легкістю, з якою його атом набуває два електрони, утворюючи двозарядний негативний іон. За винятком незвичайних негативних ступенів окиснення кисню в перекисах (-1), надперекисах (-Va) та озонідах (7з), сполуках, у яких є зв'язки кисень - кисень, а також станів + 1 і -+II у сполуках O. Fa і ОРз кисень у всіх сполуках має ступінь окиснення -І. Для інших елементів групи негативний ступінь окислення стає поступово менш стійкою, а позитивні - стійкішими. У важких елементів переважають нижчі позитивні ступені окислення.
Відповідно до природи елемента в позитивному ступені окислення характер оксидів у періодах та групах періодичної системи закономірно змінюється. У періодах зменшується негативний ефективний заряд на атомах кисню та здійснюється поступовий перехід від основних через амфотерні оксиди до кислотних, наприклад
Nal, Mg b, AIF3, ZrBf4. При визначенні ступеня окиснення елементів у з'єднаннях з полярними ковалентними зв'язками порівнюють значення їх електронегативностей (див. 1.6) Оскільки при утворенні хімічного зв'язку електрони зміщуються до атомів більш електронегативних елементів, то останні мають у з'єднаннях негативний ступінь окиснення Фтор, що характеризується найбільшим значенням електронегативності , у з'єднаннях завжди має постійний негативний ступінь окиснення -1.
я кисню, також має високе значення електронегативності, характерна негативна ступінь окислення зазвичай -2, пероксидах -1. Виняток становить з'єднання OF2, у якому ступінь окиснення кисню 4-2. Лужні та лужноземельні елементи, для яких властиво відносно невисоке значення електронегативності, завжди мають позитивний ступінь окислення, рівний відповідно +1 та +2. Постійний ступінь окиснення (+ 1) у більшості сполук виявляє водень, наприклад
За величиною електронегативності кисень поступається тільки фтору. Сполуки кисню з фтором є унікальними, тому що тільки в цих сполуках кисень має позитивний ступінь окиснення.
Похідні позитивного ступеня окиснення кисню є найсильнішими енергоємними окисниками, здатними виділяти хімічну енергію, що в них запасається в певних умовах. Їх можна використовувати як ефективні окисники ракетного палива.
А належать до неметал, зазначений стан є для них найбільш поширеним. Однак елементи групи 6А, за винятком кисню, нерідко перебувають у станах з позитивним ступенем окиснення аж до + 6, що відповідає узагальнення всіх шести валентних електронів з атомами електронегативних елементів.
Усі елементи цієї підгрупи, крім полонію, неметали. У своїх сполуках вони виявляють як негативний, і позитивний ступінь окислення. У з'єднаннях з металами і воднем їх ступінь окислення, як правило, дорівнює -2. У з'єднаннях з неметалами, наприклад, з киснем, вона може мати значення +4 або -)-6. Виняток у своїй становить сам кисень. За величиною електронегативності він поступається тільки фтору, тому тільки в поєднанні з цим елементом (ОРг) його ступінь окислення позитивна (-1-2). У з'єднаннях з усіма іншими елементами ступінь окиснення кисню негативний і зазвичай дорівнює -2. У пероксиді водню та її похідних вона дорівнює -1.
Азот поступається але електронегативності тільки кисню та фтору. Тому він виявляє позитивні ступені окислення лише у з'єднаннях із цими двома елементами. В оксидах і оксіаніонах ступінь окиснення азоту набуває значення від +1 до -Ь5.
У сполуках з більш електронегативними елементами релементи VI групи мають позитивний ступінь окислення. Для них (крім кисню) найбільш характерні ступені окислення -2, +4, -4-6, що відповідає поступовому нарощуванню числа неспарених електронів при збудженні атома елемента.
Особливо добре відомі комплексні аніони з кисневими лігандами – оксокомплекси. Їх утворюють атоми переважно неметалевих елементів у позитивних ступенях окиснення (металевих - лише у високих ступенях окиснення). Оксокомплекси отримують при взаємодії ковалентних оксидів відповідних елементів з негативно поляризованим атомом кисню основних оксидів або води, наприклад
Оксиди та гідроксиди. Оксиди та гідроксиди р-елементів можна розглядати як сполуки з найвищим позитивним ступенем окислення, р-елементи з киснем.
О, СЮг, СЬО), у яких хлор виявляє позитивний ступінь окиснення. Азот при високій температурі безпосередньо з'єднується з киснем і, отже, виявляє відновлювальні властивості
У з'єднаннях з киснем елементи можуть виявляти вищий позитивний ступінь окислення, рівну номеру групи. Оксиди елементів в залежності від їх положення в періодичній системі та від ступеня окислення елемента можуть проявляти основні або кислотні властивості.
Крім цього, дані елементи здатні виявляти і позитивні ступеня окиснення аж до +6, крім кисню (лише до + 2). Елементи підгрупи кисню відносяться до неметалів.
До найбільш поширених окисників відносяться галогени, кисень і такі оксіаніони, як, наприклад, МПО4, СгзО, і N0 , в яких центральний атом має високий позитивний ступінь окиснення. Як окислювачі іноді
З'єднання ОгРг і ОРг - сильні окислювачі, тому що в них кисень знаходиться в позитивному ступені окислення - -1 і +2, а тому, володіючи болючим запасом енергії (великою спорідненістю до електрона), вони будуть сильно притягувати електрони внаслідок прагнення кисню перейти в найбільш стійкі йому стану.
Іонізовані атоми неметалів у позитивному ступені окислення та іони металів у високому ступені окислення з киснем утворюють нейтральні молекули оксидів СО, СОг, N0, N02, ЗОг, 5102, 5п02, МпОа складні кисневмісні іони N0 , 0 .
Валя-ниї електрочрій рівень атомів цих елементів відповідає формулі па пр Кисень-другий по електроотрица-тсльності елемент (після найбільш негативного фтору), йому можна приписати стійкий ступінь окислення в сполуках, рівну (-І) у фторидах кисню його ступінь окислення позитивна. Інші елементи VIA групи виявляють у своїх сполуках ступеня окиснення (-І), (+ IV) і (Ч VI), причому для сірки стійкий ступінь окиснення (+ VI), а для інших елементів (4-IV). По електронегативності
При взаємодії О2 з найсильнішим окислювачем Р1Рв утворюється речовина 02[Р1Рб], у якому катіоном є молекулярний іон Ог». Сполуки, в яких кисень має позитивний ступінь окиснення, є найсильнішими енергоємними окисниками, здатними виділяти за певних умов запасену хімічну енергію. Їх можна використовувати як ефективні окисники ракетного палива.
Проте здатність до приєднання електронів виражена вони значно слабкіше, ніж у відповідних елементів VI і VII груп. З киснем вони утворюють оксиди типу RjOj, виявляючи вищий позитивний ступінь окиснення, що дорівнює +5.
Бром і йод виявляють позитивні ступеня окислення в сврих з'єднаннях з киснем і більш електронегативними галогенами. Добре Вивчено такі кисневмісні кислоти (і їх солі) цих елементів, як НОВГ (бромноватиста, солі-гіброброміти) і HOI (іодноватиста, солі - гіпоіодити) НВгОз (бромновата, солі - бромати) і НЮз (йодновата, солі , а також НбЮб (орто-йодна, солі - орто-періодати).
