Возможная степень окисления натрия. Степень окисления натрия в соединениях

Натрий, обозначаемый химическим символом Na, является одним из самых распространенных химических элементов на Земле. Этот мягкий и очень активный металл широко используется в промышленности и в быту. Однако далеко не все знают о его удивительных окислительно-восстановительных свойствах, которые во многом определяются такой фундаментальной характеристикой как степень окисления.

Общая характеристика натрия

Натрий - химический элемент первой группы периодической системы с атомным номером 11. Это серебристо-белый металл, который при стандартных условиях находится в твердом агрегатном состоянии. Натрий обладает высокой химической активностью, легко взаимодействует с кислородом и галогенами. В природе в свободном виде практически не встречается, обычно находится в составе различных минералов и солей.

Важнейшие физические свойства натрия:

• Атомная масса - 22,99 г/моль
• Плотность - 0,97 г/см3
• Температура плавления - 97,8 °C
• Температура кипения - 883 °C

Соединения натрия играют важнейшую роль в биологических процессах и имеют широкое применение в промышленности. Например, хлорид натрия (поваренная соль) используется в пищевой промышленности, гидроксид натрия (едкий натр) - в мыловарении и органическом синтезе, карбонат натрия - для производства стекла.

Понятие степени окисления в химии

Степень окисления - это условный заряд атома элемента в молекуле или ионе, определяемый исходя из представления об ионном характере химической связи.

Степень окисления показывает, сколько электронов атом элемента отдал другим атомам или сколько электронов атом элемента принял от других атомов при образовании химических связей.

В отличие от валентности, степень окисления может принимать не только положительные, но и отрицательные значения.

Возможные степени окисления натрия

Как и другие щелочные металлы, степень окисления натрия в большинстве соединений равна +1. Это обусловлено тем, что натрий легко отдает свой единственный валентный электрон и переходит в одновалентный катион Na+.

В элементарном (металлическом) состоянии степень окисления натрия равна нулю, поскольку атомы натрия имеют нейтральный электрический заряд.

В некоторых редких случаях атомы натрия могут проявлять отрицательную степень окисления натрия, равную -1. Это происходит при образовании интерметаллидов и некоторых органических соединений.

Таким образом, возможные значения степени окисления натрия следующие:

• 0 - в простом веществе (металлический натрий)
• +1 - в большинстве соединений
• -1 - в некоторых интерметаллидах и органических соединениях (редко)

Рассмотрим подробнее степень окисления натрия в соединениях на конкретных примерах. Рассмотрим несколько типичных примеров определения степени окисления натрия в различных неорганических соединениях.

Соединения натрия с галогенами

В бинарных соединениях натрия с галогенами (фтор, хлор, бром, йод) степень окисления натрия всегда равна +1. Например:

• В хлориде натрия NaCl степень окисления натрия равна +1;
• В фториде натрия NaF степень окисления натрия равна +1.

Кислородсодержащие соли натрия

В кислородсодержащих солях натрия, таких как Na2SO4, NaNO 3, Na2CO3, степень окисления натрия также равна +1:

• В Na₂SO₄ степень окисления натрия равна +1;
• В NaNO₃ степень окисления натрия равна +1;
• В Na₂CO₃ степень окисления натрия равна +1.

Соединения натрия, содержащие элементы с переменной степенью окисления

Если в соединении натрия присутствует элемент с переменной степенью окисления (сера, железо, марганец и др.), то степень окисления натрия по-прежнему равна +1, а неизвестную степень окисления второго элемента можно определить из электронейтральности соединения.

Например, в Na₂S степень окисления натрия равна +1, а степень окисления серы рассчитывается по формуле: 2 × (+1) + х = 0. Отсюда х = -2.

Степень окисления натрия в органических соединениях

В органических соединениях натрия также в подавляющем большинстве случаев реализуется степень окисления +1. Рассмотрим на примерах.

• Органические соли натрия. В солях карбоновых кислот, таких как ацетат натрия CH3COONa и формиат натрия HCOONa, степень окисления натрия равна +1.
• Производные ароматических соединений. Степень окисления натрия, связанного с ароматическим циклом в соединениях типа C6H5Na, также составляет +1.
• Органические комплексные соединения. В органических комплексных соединениях с участием натрия и лигандов типа краун-эфиров степень окисления натрия как правило тоже равна +1.

Однако в некоторых органических соединениях возможна низшая степень окисления натрия, равная -1. Это происходит, например, при образовании связи Na-C в ацетилуридах натрия R-C≡C-Na.

Применение знаний о степени окисления натрия

Знание возможных степеней окисления натрия позволяет решать ряд важных практических задач. Расчет химических формул и написание уравнений реакций с участием соединений натрия

Используя данные о степени окисления, можно рассчитать элементный состав соединения по его молекулярной или ионной формуле. Например, в NaNO 3 степень окисления натрия равна +1, азота +5, кислорода -2. Из электронейтральности следует формула NaNO 3.

Аналогично, зная степени окисления реагентов, можно составить уравнение окислительно-восстановительной реакции с их участием.

Анализ окислительно-восстановительных свойств соединений натрия

Положительное значение степени окисления натрия указывает, что в окислительно-восстановительных реакциях атомы натрия в подавляющем большинстве случаев являются восстановителями, отдавая электроны другим атомам.

Поскольку в большинстве соединений реализуется степень окисления натрия +1, можно предположить преимущественно ионный характер связей между атомом Na и атомами других элементов.

Экспериментальные методы определения степени окисления

Кроме теоретических расчетов, существуют и экспериментальные методы определения степени окисления натрия в различных соединениях.

• Спектральные методы. Методы оптической спектроскопии, такие как ИК-, УФ- и видимая спектроскопия, позволяют косвенно оценить заряд ионов и степень окисления атомов в соединении по сдвигам полос поглощения.
• Электрохимические методы. С помощью потенциометрии и вольтамперометрии можно непосредственно определить заряд ионов натрия в растворе и соответствующую ему степень окисления.

Данные о расстояниях между атомами в кристаллической решетке позволяют также косвенно судить о степени окисления натрия в твердом веществе.