Степень окисления — таблица для определения степени окисления химических элементов

Степень окисления - одно из фундаментальных понятий в химии. Зная степени окисления элементов в соединениях, можно предсказывать направление окислительно-восстановительных реакций и составлять уравнения реакций. Но для этого необходимо уметь правильно определять степени окисления, а здесь на помощь приходит таблица степеней окисления.

Что такое степень окисления и зачем она нужна

Степень окисления - это условный заряд атома в молекуле, показывающий, сколько электронов атом может отдать или принять в ходе химической реакции. Степень окисления тесно связана с электроотрицательностью - чем выше электроотрицательность элемента, тем больше его способность отнимать электроны у других атомов.

Знание степеней окисления необходимо для понимания механизмов окислительно-восстановительных реакций. Элемент с более высокой положительной или более низкой отрицательной степенью окисления является окислителем. Элемент, степень окисления которого повышается в реакции, восстанавливается. Например, рассмотрим реакцию натрия с хлором:

• Na⁰ + Cl₂⁰ → 2Na⁺¹Cl^-1

В этой реакции натрий восстанавливается (его степень окисления повышается с 0 до +1), а хлор окисляется (степень окисления снижается с 0 до -1).

Какие бывают степени окисления

Степень окисления может принимать три значения:

1. Положительная (элемент-восстановитель)
2. Отрицательная (элемент-окислитель)
3. Нулевая (простые вещества)

Примеры положительных степеней окисления: Na⁺¹, Mg⁺², Al⁺³, Fe⁺², Fe⁺³.

Примеры отрицательных степеней окисления: F^-1, O^-2, S^-2, Cl^-1.

Для некоторых элементов характерна постоянная степень окисления, например для F, Na, Mg, Al. Другие элементы проявляют переменные степени окисления, например Fe, S, Cl.

Металлы в подавляющем большинстве случаев выступают в роли восстановителей, а неметаллы - окислителей. Однако бывают исключения, когда металлы проявляют отрицательные степени окисления (например, хром в CrO₃), а неметаллы - положительные (например, селен в H₂Se).

Таблица степеней окисления элементов

Чтобы легче определять степени окисления элементов в соединениях, используют таблицу степеней окисления. В ней для каждого элемента указаны все возможные степени окисления, которые он может проявлять в реакциях.

Исключения: щелочные и щелочноземельные металлы

Для щелочных (IA группа) и щелочноземельных металлов (IIA группа) характерна постоянная степень окисления, равная соответственно +1 и +2. Исключением являются Be (+2) и Mg (+1, +2).

Элементы с переменными степенями окисления

Большинство элементов имеют несколько переменных степеней окисления, которые нужно запоминать или определять по таблице степеней окисления. К таким элементам относятся s- и d-элементы.

Примеры элементов с переменными степенями окисления

Рассмотрим несколько элементов, которые демонстрируют переменные степени окисления в соединениях:

• Сера (S): -2, +4, +6
• Железо (Fe): +2, +3
• Марганец (Mn): -3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +6, +7
• Хром (Cr): -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6

Для определения конкретной степени окисления таких элементов в веществе используют таблицу степеней окисления химии или выводят из периодической таблицы Менделеева.

Зависимость степени окисления от электроотрицательности

Чем выше электроотрицательность элемента, тем выше вероятность того, что в соединениях он будет проявлять отрицательные степени окисления, являясь окислителем.

Решение задач на определение степени окисления

Для закрепления умения определять степени окисления полезно решать соответствующие задачи. Рассмотрим примеры.

Подводные камни определения степеней окисления

Несмотря на кажущуюся простоту, на практике бывают сложности в определении степеней окисления. Разберем типичные ошибки.

Пример задачи на нахождение степени окисления

Рассмотрим классический пример задачи на определение степени окисления:

В соединении H2CO3 найдите степень окисления углерода.

Решение:

1. Степень окисления водорода известна - +1.
2. Обозначим степень окисления углерода буквой x.
3. Запишем уравнение: 2(+1) + x + 3(-2) = 0
4. Решаем уравнение: x = +4

Ответ: степень окисления C в H2CO3 равна +4.

Задачи на нахождение нескольких степеней окисления

Более сложный вариант - когда в соединении необходимо найти сразу несколько элементов с неизвестными степенями окисления.

Особенности органических соединений

В органической химии für каждый атом углерода определяют степень окисления отдельно в зависимости от еро связей в молекуле.

Пути решения проблемных ситуаций

Иногда возникают трудности в определении степеней окисления. Рассмотрим способы их преодоления.