Степень окисления (СО) химического элемента — это условный заряд,
который атом приобретает в соединении при представлении всех связей как
полностью ионных. Она отражает способность атома отдавать или принимать
электроны в химических реакциях. Степень окисления обозначается
арабскими цифрами со знаком «+» или «−» и играет ключевую роль в
составлении электронных формул и уравнений
окислительно-восстановительных реакций.
Основные правила
определения степени окисления
Элементы в свободном состоянии всегда имеют СО
равную 0. Примеры: O₂, H₂, N₂, Fe.
Моноатомные ионы имеют СО, равную заряду иона.
Например, Na⁺ → +1, Cl⁻ → −1.
В соединениях с металлами:
- Щелочные металлы (Li, Na, K и др.) всегда имеют +1;
- Щёлочноземельные металлы (Be, Mg, Ca и др.) — +2.
В соединениях с кислородом:
- Оксиген обычно имеет СО −2, кроме пероксидов (H₂O₂, где О = −1) и
соединений с фтором (OF₂, где О = +2).
В соединениях с водородом:
- Водород имеет СО +1 в соединениях с неметаллами и −1 в соединениях с
металлами (например, LiH).
Сумма степеней окисления всех атомов в молекуле
равна нулю, а в полиионных соединениях — заряду иона.
Особенности и исключения
- Фтор всегда имеет СО −1 во всех соединениях.
- В соединениях кислорода с более электроотрицательными элементами
(например, в OF₂) СО кислорода может быть положительной.
- В некоторых органических соединениях, таких как перфторуглеводороды,
СО атомов может принимать необычные значения, что важно учитывать при
анализе реакций окисления и восстановления.
Примеры расчета степени
окисления
- H₂O: H = +1, O = −2, суммарно 2·(+1) + (−2) =
0.
- KMnO₄: K = +1, O = −2, Mn = ? Расчет: +1 + Mn +
4·(−2) = 0 → Mn = +7.
- Fe₂(SO₄)₃: S = +6, O = −2, Fe = ? Расчет: 2·Fe +
3·(S + 4·O) = 0 → 2·Fe + 3·(+6 + 4·(−2)) = 0 → 2·Fe + 3·(−2) = 0 → Fe =
+3.
Значение степени окисления в
химии
Степень окисления является фундаментальным понятием для:
- Окислительно-восстановительных реакций, где она
помогает определить окисляющие и восстанавливающие агенты;
- Составления схем электронного баланса, позволяющего
правильно уравнивать реакции;
- Анализа химических свойств элементов в различных
соединениях, предсказания их реакционной способности;
- Органической химии, где изменения СО атомов
углерода позволяют классифицировать реакции как окисление или
восстановление.
Методы упрощенного
определения
- Использование таблиц электроотрицательности для
оценки направления смещения электронных пар.
- Применение алгебраического метода, где неизвестная
СО вводится как переменная, а сумма всех степеней окисления
приравнивается к заряду соединения.
- Систематический разбор правил для элементов главных
подгрупп, что особенно важно при работе с многоатомными
соединениями и комплексами.
Сложные случаи
- Комплексные соединения: СО металла определяется с
учетом зарядов всех лигандов. Например, в [Fe(CN)₆]³⁻: CN⁻ → −1,
суммарно 6·(−1) = −6, заряд комплекса −3 → Fe = +3.
- Соединения с переменной валентностью: железо, медь,
марганец и другие элементы могут проявлять несколько СО в разных
соединениях, что влияет на тип реакции и её механизм.
Степень окисления — это универсальный инструмент, позволяющий
систематизировать и предсказывать химическое поведение элементов и
соединений, обеспечивая строгую связь между электронной структурой и
реакционной способностью.