mozok.click

TEMAT 2. REAKCJE CHEMICZNE

Przypomnijcie sobie: ilość elektronów na zewnętrznym poziomie energetycznym

atomów s- z p-pierwiastków jest tożsama z numerem grupy w układzie okresowym

(dla wariantu skróconego).

Definicja stopnia utlenienia

Ważną cechą charakterystyczną cząsteczek w składzie związków chemicznych jest ilość oddanych albo przyjętych przez atom elektronów. Jeżeli dla substancji z wiązaniem jonowym w tym celu wystarczy znać ładunki utworzonych jonów, to w substancjach z wiązaniem kowalencyjnym określić to jest dosyć trudno. Dlatego dla wszystkich związków, niezależnie od typu ich wiązania chemicznego, stosuje się bardziej uniwersalne pojęcie - stopień utlenienia.

Stopień utlenienia określa się ilością oddanych albo przyjętych elektronów w substancjach z wiązaniem jonowym i ilością elektronów w składzie wspólnych par elektronowych, które warunkują spolaryzowane wiązanie kowalencyjne.

Stopień utlenienia - to umowny ładunek na atomie w molekule albo w krysztale, obliczony przy założeniu, że wszystkie wspólne pary elektronowe całkowicie są przemieszczone w stronę bardziej elektroujemnego pierwiastka.

W najprostszych związkach chemicznych stopień utlenienia jest tożsamy z ładunkami jonów, na przykład:

Rozpatrując związki chemiczne z polarnym wiązaniem kowalencyjnym, robimy przypuszczenie, że wspólna para elektronowa całkowicie przechodzi do bardziej elektroujemnego pierwiastka. W tym przypadku w fluorowodorze i wodzie stopnie utlenienia będą następujące:

Przypuszczalne stopnie utlenienia pierwiastków

Stopnie utlenienia, które pierwiastki mogą wykazywać w różnych związkach, w większości wypadków można określić przy pomocy budowy zewnętrznego poziomu elektronowego albo według miejsca pierwiastka w układzie okresowym pierwiastków.

Atomy pierwiastków metalicznych mogą tylko oddawać elektrony, dlatego w związkach wykazują one dodatnie stopnie utlenienia. Maksymalna wartość - wyższy stopień utlenienia - najczęściej równa się liczbie elektronów na zewnętrznym poziomie, tym samym i numerowi grupy w układzie okresowym.

Atomy pierwiastków niemetalicznych mogą wykazywać zarówno dodatni, jak i ujemny stopień utlenienia. Maksymalny dodatni stopień utlenienia - wyższy stopień utlenienia, podobnie jak dla pierwiastków metalicznych, równa się liczbie elektronów walencyjnych. A niższy stopień utlenienia określa się według tego, ile elektronów brakuje atomowi, żeby na zewnętrznym poziomie było ich osiem (tabl. 9).

Oprócz wyższego i niższego stopnia utlenienia wiele pierwiastków może też wykazywać pośrednie stopnie utlenienia. Wyznaczyć je dla s- i p-pierwiastków można przy pomocy tablicy 9.

Tabela 9. Najbardziej charakterystyczne stopnie utlenienia pierwiastków głównych podgrup (s- i p-pierwiastków)

Niektóre pierwiastki chemiczne nie podlegają tym prawom. Wśród nich jest wodór, tlen, fluor:

Określenie stopni utlenienia pierwiastków w związkach

Określając stopnie utlenienia pierwiastków w związkach, trzeba pamiętać:

1. Stopień utlenienia pierwiastka w substancji prostej równa się zeru.

2. Fluor - najbardziej elektroujemny pierwiastek chemiczny, dlatego stopień utlenienia fluoru we wszystkich związkach równa się -1.

3. Tlen - najbardziej elektroujemny pierwiastek po fluorze, dlatego

stopień utlenienia tlenu we wszystkich związkach, oprócz fluorków, jest ujemny: w większości przypadków równa się -2, a w nadtlenkach--1.

4. Stopień utlenienia wodoru w większości związków równa się +1,

a w związkach z pierwiastkami metalicznymi (wodorkach NaH, CaH₂ itp.)--1.

5. Stopień utlenienia pierwiastków metalicznych w związkach zawsze jest dodatni.

6. Pierwiastek bardziej elektroujemny zawsze ma ujemny stopień utlenienia.

7. Suma stopni utlenienia wszystkich pierwiastków w związku równa się zeru.

Algorytm określenia stopni utlenienia pierwiastków w związkach chemicznych

1. Zapisujemy wzory substancji
2. Podpisujemy stopnie utlenienia tlenu i wodoru, i pierwiastków metalicznych I—III grupy (tabl. 9)
3. Układamy równania dla obliczenia niewiadomego ładunku. Trzeba pamiętać, że stopień utlenienia — to ładunek na jednym atomie. Jeżeli atomów pewnego pierwiastka jest więcej niż jeden, to jego ładunek-trzeba pomnożyć na liczbę atomów
4. Rozwiązujemy ułożone równanie
5. Podpisujemy wyznaczony stopień utlenienia

Układanie wzorów związków według stopnia utlenienia pierwiastków

Wykorzystując stopnie utlenienia, łatwiej jest układać wzory związków binarnych, niż według wałencyjności. Układając wzory, trzeba kierować się zasadą elektroujemności.

Algorytm układania wzorów związków chemicznych według znanych stopni utlenienia pierwiastków

1. Zapisujemy symbole pierwiastków w niezbędnym porządku i piszemy nad nimi ich stopnie utlenienia
2. Wyznaczamy najmniejszą wspólną wielokrotność (NSK) dla wartości stopni utlenienia (na znak nie zwracamy uwagi)
3. Liczba atomów dowolnego pierwiastka równa się proporcji (NSK) do stopnia utlenienia tego pierwiastka
4. Zapisujemy indeksy po symbolach pierwiastków

Myśl główna

Stopień utlenienia charakteryzuje liczbę elektronów, które biorą udział w tworzeniu wiązań w związkach chemicznych.

Pytania kontrolne

164. Podajcie definicję pojęcia „stopień utlenienia".

165. Na czym polega identyczność i odmienność pojęć „stopień utlenienia" i „walencyjność"?

166. Jak można określić wyższy, niższy i pośredni stopień utlenienia pierwiastków według układu okresowego?

167. Czemu równa się niższy stopień utlenienia pierwiastków metalicznych?

168. Sformułujcie algorytm określenia stopni utlenienia pierwiastków w związkach.

169. Jaki jest stopień utlenienia pierwiastków w substancjach prostych? Dlaczego jest on właśnie taki?

Zadania utrwalające wiedzę

170. Według wzorów substancji określcie stopnie utlenienia wszystkich pierwiastków.

171. Według miejsca pierwiastków w układzie okresowym określcie możliwe stopnie utlenienia - wyższy, niższy i pośredni (jeżeli one występują) - dla pierwiastków: tlen, chlor, fosfor, sód, wapń, węgiel, ołów, glin.

172. Obliczcie stopnie utlenienia węgla w związkach: CH₄, CH₃CI, CH₂CI₂, C₂H₅CI,

C₂H₂CI₄, C₂CI₆. (weźcie pod uwagę, że we wszystkich tych związkach stopień utlenienia wodoru — +1, a chloru--1.)

173. Podajcie wzory związków azotu z dodatnim i ujemnym stopniem utlenienia tego pierwiastka chemicznego.

174*. Maksymalna walencyjność i stopień utlenienia tlenu i fluoru odróżniają się od numerów grup układu okresowego, w których są one umieszczone. Jak uważacie, czym to można objaśnić?

Źródło: Chemia podręcznik dla klasy 9 Hryhorowycz