Степень окисления

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Сте́пень окисле́ния (окислительное число, формальный заряд) — вспомогательная условная величина для записи процессов окисления, восстановления и окислительно-восстановительных реакций, численная величина электрического заряда, приписываемого атому в молекуле в предположении, что электронные пары, осуществляющие связь, полностью смещены в сторону более электроотрицательных атомов (т.е. исходя из предположения, что соединение состоит только из ионов).

Представления о степени окисления положены в основу классификации и номенклатуры неорганических соединений.

Описание[править | править исходный текст]

Степень окисления соответствует заряду иона или формальному заряду атома в молекуле или в формульной единице, например:

~\mathrm{\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{Cl}, \stackrel{+2}{Mg}\stackrel{-1}{Cl}_2, \stackrel{-3}{N}\stackrel{+1}{H}_3, \stackrel{+2}{C}\stackrel{-2}{O}, \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O}_2, \stackrel{+1}{Cl}\stackrel{-1}{F}, \stackrel{+1}{H}\stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O}_3, \stackrel{-4}{C}\stackrel{+1}{H}_4, \stackrel{+1}{K}\stackrel{+7}{Mn}\stackrel{-2}{O}_4.}

Степень окисления указывается сверху над символом элемента. В отличие от указания заряда иона, при указании степени окисления первым ставится знак, а потом численное значение, а не наоборот[источник не указан 153 дня]:

 \stackrel{+1}{\mbox{H}} \stackrel{+3}{\mbox{N}} \stackrel{-2}{\mbox{O}}_{2}  — степень окисления,

 {\mbox{H}}^{+} {\mbox{N}}^{3+} {\mbox{O}}_{2}^{2-}  — заряды.

Степень окисления атома в простом веществе равна нулю, например:

~\mathrm{\stackrel{0}{O}_3, \stackrel{0}{Br}_2, \stackrel{0}{C}.}

Алгебраическая сумма степеней окисления атомов в молекуле всегда равна нулю:

 \stackrel{+1}{\mbox{H}}_{2} \stackrel{+6}{\mbox{S}} \stackrel{-2}{\mbox{O}}_{4},

 (+1 \cdot 2)+(+6 \cdot 1) + (-2 \cdot 4) = +2 +6 -8 = 0

Понятие степени окисления вполне применимо и для нестехиометрических соединений (КС8, Mo5Si3, Nb3B4 и др.). Например в известной реакции обжига пирита:
4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
удобнее всего принять в исходном соединении степень окисления у железа +3 (хотя реально атом железа смещает от себя 2 электрона, то есть степень окисления железа +2), а у серы −3/2 (на самом деле сера в S22−-анионе имеет степень окисления −1), что совсем не противоречит определению степени окисления, как условной единицы и позволяет так же просто, как и в случае других окислительно-восстановительных процессов, уравнять реакцию.

Условность[править | править исходный текст]

Следует помнить, что степень окисления является сугубо условной величиной, не имеющей физического смысла, но характеризующей образование химической связи межатомарного взаимодействия в молекуле.

Степень окисления в ряде случаев не совпадает с валентностью. Например, в органических соединениях углерод всегда четырёхвалентен, а степень окисления атома углерода в соединениях метана CH4, метилового спирта CH3OH, формальдегида HCOH, муравьиной кислоты HCOOH и диоксида углерода CO2, соответственно, равна −4, −2, 0, +2 и +4.

Степень окисления зачастую не совпадает с фактическим числом электронов, которые участвуют в образовании связей. Обычно это молекулы с различными электрондефицитными химическими связями и делокализацией электронной плотности. Например, в молекуле азотной кислоты степень окисления центрального атома азота равна +5, тогда как формальная валентность - 4, а координационое число - 3. В молекуле озона, имеющей сходное с SO2 строение, атомы кислорода характеризуется нулевой степенью окисления (хотя часто говорят, что центральный атом кислорода имеет степень окисления +4).

Степень окисления в большинстве случаев не отражает также действительный характер и степень электрической поляризации атомов (истинного заряда атомов, определённых экспериментальным путём). Так, и в HCl, и в NaCl степень окисления Хлора принимается равной −1, тогда как на самом деле поляризация его атома (эффективный заряд δ) в этих соединениях различна: δCl(HCl) = −0,17 единицы заряда, δCl(NaCl) = −0,9 единицы заряда (абсолютного заряда электрона); Водорода и Натрия – соответственно +0,17 и +0,90.
А в кристаллах сульфида цинка ZnS заряды атомов цинка и серы равны соответственно +0,86 и −0,86, вместо степеней окисления +2 и −2.[1]

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]