Степень окисления.

Валентность не учитывает электроотрицательность атомов, соседних с данным, и не имеет знака. Но в соединении электроны, образующие химическую связь, смещены к атому, имеющему большую электрсотрицательность, и, следовательно, данный атом приобретает определенный заряд.

Для характеристики атома в молекуле введено понятие о степени окисления. Степень окисления отдельных атомов, образующих молекулу, получается, если заряды атомов распределяются так, что их валентные электроны оказываются принадлежащими более электроотрицательному из них. Иначе: степень окисления атома в молекуле есть тот электрический заряд, который мог бы возникнуть у атома, если бы общая электронная пара двух атомов различных элементов была бы полностью смещена к более электроотрицательному атому. А электронная пара, принадлежащая двум атомам одного и того же элемента, была бы поделена пополам.

Степень окисления (английский термин oxidation number буквально — «окислительное число») выражает величину электрического заряда данного атома и основывается на предположении, что электроны в каждой связи в молекуле (или ионе) полностью принадлежат более электроотрицательному атому. В качестве синонима к термину «окислительное число атомов» встречается название «электрохимическая валентность». Таким образом, под степенью окисления атомов в соединениях понимается заряд иона элемента, вычисленный исходя из допущения, что молекула состоит только из ионов.

Кислород в соединениях проявляет главным образом степень окисления, равную -2(в и пероксидах степень окисления кислорода равна +2 и —1). Для водорода характерна степень окисления +1, но встречается -1 (в гидридах металлов).

Принимая во внимание, что молекулы электронейтральны, легко определить степень окисления элементов в них. Так, например, в соединениях и степени окисления серы равны соответственно -2, +4 и +6;марганец в имеет степени окисления +7, +6, +4 и +2. Хлор в виде простого вещества и в соединениях с другими элементами проявляет соответственно следующие степени окисления: 0, -1, +1, +3, +4, +5, +6, +7.

Если молекула образована за счет ковалентной связи, как, например, , степень окисления более электроотрицательного атома обозначается со знаком минус, а менее электроотрицательного атома — со знаком плюс.

Так, в степень окисления серы +4, а кислорода —2.

Степень окисления элемента в свободном состоянии, т. е. в виде простых веществ, равна нулю, например . В соединениях и степень окисления соответственно равна +5, +6. В ионе аммония ковалентность атома азота равна 4, а степень окисления —3.

Для комплексных соединений обычно указывают степень окисления центрального иона. Например, в и степень окисления железа равна +3, никеля +2 и платины +4.

Степень окисления может быть и дробным числом; так, например, если в и для кислорода она равна —2 и -1, то в и она соответственно и .

Степень окисления нередко не равна валентности данного элемента. Например, степень окисления селена в виде простого вещества равна 0, валентность в основном состоянии равна 2, а в возбужденном может быть 2, 4 и 6.

В органических соединениях — метане , метиловом спирте , формальдегиде , муравьиной кислоте НСООН, а также в двуокиси углерода степени окисления углерода соответственно -4, -2, 0, +2, +4, тогда как валентность углерода во всех указанных веществах равна четырем.

Понятие о степени окисления, хотя и является формальным и часто не характеризует настоящее состояние атомов в соединениях, тем не менее очень полезно и удобно при классификации различных веществ и при рассмотрении окислительно-восстановительных процессов. Зная степень окисления атома данного элемента в соединении, можно определить, восстановителем или окислителем является это соединение. Так, например, элементы шестой главной подгруппы — сера, селен и теллур в своей высшей степени окисления +6 в соединениях являются только окислителями (и относительно сильными).

В отличие от атомов в степени окисления +6, атомы элементов в промежуточной степени +4 в соединениях типа могут быть в зависимости от условий как восстановителями, так и окислителями, при этом является главным образом восстановителем.

Сера, селен и теллур в низшей степени окисления —2 в соединениях и проявляют только восстановительные свойства. Таким образом, мы видим, что рассмотренные атомы элементов в степени окисления +6 проявляют аналогичные свойства и значительно отличаются от атомов, находящихся в степени окисления +4 или тем более в степени -2. Это относится к другим главным и побочным подгруппам периодической системы Д. И. Менделеева, в которых элементы проявляют различную степень окисления.

Понятие о степени окисления особенно плодотворно при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций. Окисление какого-либо атома в молекуле характеризуется повышением его степени окисления и наоборот восстановление атома — уменьшением его степени окисления (см. схему).

Изменение степени окисления атомов в результате окислительно-восстановительных реакций

Следовательно, окислительно-восстановительные реакции сопровождаются изменением степеней окисления атомов или ионов. Например, в реакции

селен в степени +4 (в соединении , точнее ) является восстановителем; он окислился, и степень окисления его повысилась до +6 , перманганат калия (точнее ) является окислителем, марганец в степени окисления +7 восстановился, и его степень окисления уменьшилась до +2 . Приведем несколько примеров:

Ниже, в табл. 14, приведены степени окисления элементов.

Таблица 14. Степень окисления элементов

Продолжение табл. 14

Продолжение табл. 14

Продолжение табл. 14