Степень окисления элементов в химических соединениях.

Состояние каждого элемента в химическом соединении принято ха­рак­теризовать его степенью окисления – формальным за­ря­дом атома химического элемента в соединении, вычисленного ис­хо­дя из предположения об ионном строении соединения. Будучи формальной ве­ли­чи­ной, не соответствующей ни одной реальной характеристике атома элемента в со­е­динении, исторически сложившееся понятие о степени окисления широко ис­­пользуется в химической номенклатуре.

В формулах химических соединений степень окисления элементов может быть указана в виде верхнего правого индекса символа химического элемента араб­скими цифрами со знаком «+» или «-» перед цифрой: Na⁺₂S⁺⁶O^-2₄. Для отличия от степени окисления элемента заряд реально существующих простых и сложных ионов указывается справа от его величины: K⁺, Mg²⁺, Cl^-, SO₄^2-. В названиях химических соединений степень окисления элемента (если это необ­хо­димо) указывается римскими цифрами в круглых скобках: FeBr₂ – бромид же­леза (II).

Для определения степени окисления элемента в химическом соединении ис­пользуют ряд правил:

- степень окисления элемента в простых веществах равна нулю;

- алгебраическая сумма степеней окисления элементов в составе химического соединения равна заряду соединения – нулю в нейтральных соединениях (Na⁺₂S⁺⁶O^-2₄ – [2×(+1) + (+6) + 4×(-2) = 0]) и величине заряда сложного иона ([S⁺⁶O^-2₄]^2- - [(+6) + 4×(-2) = -2]);

- степень окисления фтора во всех соединениях (-1);

- за исключением солеобразных гидридов активных металлов (NaH, CaH₂ и др.), в которых сте­пень окис­ления водорода равна –1, степень окисле­ния водорода в соединениях равна +1;

- степень окисления кислорода в большинстве соединений –2. Исключение сос­тавляют: соединения со связью -О-О- - пероксиды (Na⁺₂O^-₂, Ca⁺²O^-₂), надпероксиды (Cs⁺O^-1/2₂) и озониды (K⁺O^-1/3₃), соединения с фто­ром (O⁺²F^-₂);

- степень окисления элементов главных подгрупп I, II и III (за исключением таллия Tl) группы пери­о­ди­чес­кой системы постоянна и равна номеру груп­пы: +1, +2, +3 соот­вет­ствен­но; таллий, наряду со степенью окисления +3, об­ра­зует также соединения со степенью окисления +1: Tl⁺³F^-₃ и Tl⁺F^-;

- переменные степени окисления элементов главных подгрупп IV, V, VI и VII группы хорошо согла­су­ют­ся с «менделеевским пра­ви­­лом (N-2) или четнос­ти, нечетности» – для элементов четных групп наи­бо­лее характерны соеди­не­ния с четными степенями окисления, а для элемен­тов нечетных групп – со­е­динения с нечетными степенями окисления; таким об­разом, для элемен­тов главных подгрупп IV, V, VI и VII наиболее харак­тер­­ные степени окис­ле­ния являются: высшая положительная, совпадающая с номером группы N (за исключением фтора и кислорода), промежуточные – (N-2), (N-4), (N-6) и низ­шая отрицательная степень окисления, равная (N-8);

- степень окисления элементов побочных подгрупп III и II (за исключением рту­­ти) группы постоянна и равна номеру группы N - +3 и +2 соответственно; ртуть, наряду со сте­пенью окисления +2 , образует соединения, содержащие ка­тион Hg₂²⁺ с фор­маль­ной степенью окисления +1;

- элементы побочных подгрупп I (за исключением серебра с постоянной сте­пенью окисления +1) , IV, V, VI и VII групп характеризуются пере­мен­ными по­ложительными степенями окисления, не согласующимися с «менде­леев­ским правилом»; для элементов IV, V, VI и VII груп­пы выс­шая степень окис­ления совпадает с номером груп­пы N; наиболее часто встречающиеся на прак­тике соединения элементов побочных подгрупп характеризуются следу­ю­щими степенями окисления: Cu (+1, +2), Au (+1,+3), Ti (+2, +4), V (+2, +3, +4, +5), Cr (+2, +3, +6), Mn (+2, +4, +6, +7), Fe (+2, +3), Co (+2, +3), Ni (+2).

Упражнения:

15. Какие элементы периодической системы имеют постоянные степени окис­ле­ния в соединениях?

16. В чем заключается менделеевское правило «четности» или «N-2»? Ка­кие степени окисления наиболее характерны для р-элементов IV-VII групп?

17. Чему равна высшая степень окисления элементов побочных подгрупп II-VII группы?

18. Приведите наиболее характерные степени окисления следующих элементов: Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg.

19. Какие степени окисления имеют элементы в следующих соединениях: O₃, OsO₄, N₂O, NiO, Na₂O₂, OF₂, PbO₂, Pb₃O₄, Na₂S₂O₇, Na₂S₂O₈, LiH₂PO₄, K₃PO₄, (NH₄)₂Cr₂O₇, KPHO₃, BaH₂, Al(OH)₂Cl, Hg₂(NO₃)₂, HIO₄, Ba(H₃IO₆), Ca(IO₃)₂, Mg(IO₂)₂, Ca(IO)₂, CaCl(ClO).