экзотическая химия — экстремальные степени окисления, соединения элемента с самим собой: dudenkov — LiveJournal
СТРАНИЦА ХИМИЧЕСКИХ РЕКОРДОВ №1
Мой острый интерес всегда вызывали и вызывают крайние проявления строения и свойств веществ. Своего рода химический экстремизм… Надеюсь, я не одинок в этом интересе и найдутся желающие пополнить свое образование или поделиться информацией. Некоторые из приводящихся ниже фактов общеизвестны из учебных курсов, но преобладают такие, которые отражают новейшие научные данные или оригинальные теоретические представления автора (последнее оговаривается). При необходимости всегда готов поделиться источниками этих фактов, но скорость не гарантирую (бумажный архив большой, а многое вношу сюда по памяти). Итак…
НАИВЫСШАЯ ДОСТИГНУТАЯ СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ +VIII известна для ксенона, рутения и осмия в составе (XeO6)-4, XeO4, RuO4, OsO4, [OsO4(OH)2]-2, (OsO3N)-1, OsO3F2, (Os2O9)-2, (OsO3F3)-1 и некоторых других соединений. НАИВЫСШИЕ ВОЗМОЖНЫЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ +IX и +X на основании квантовохимических расчетов предсказывались для (IrO4)+1, IrH9 и (PtO4)+2.
Я считаю, что предлагавшийся в литературе путь получения этих степеней окисления применением сильных окислителей в щелочных средах, просто абсурден. Если бы химики мыслили менее стереотипно, может быть, соли (IrO4)+1 (например, с SbF6-1, BF4-1, PtF6-1) давно уже были получены. Дело в том, что вследствие геометрически обусловленной ограниченности координационных чисел КЧ, в бинарных соединениях вида АБx при росте степени окисления А вдоль периодов таблицы Менделеева при фиксированном Б может наступить момент, когда из-за насыщения КЧ(А) предшествовавший РОСТ КИСЛОТНОСТИ (подробно описываемый в учебниках) «неожиданно» РЕЗКО СМЕНЯЕТСЯ ИНЕРТНОСТЬЮ (примеры — CF4, CCl4, SiCl4, SiBr4, SF6, SeF6 и относительно инертные RuO4, OsO4, TeF6, следующие за сильнокислыми BF3, BCl3, AlCl3, AlBr3, PF5, AsF5, Tc2O7, Re2O7, SbF5). Мало того, при дальнейшем росте степени окисления A ВОЗНИКАЮТ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА! (Примеры: (PBr4)+1Br-1, (NF4)+1(HF2)-1, соли катионов (ClF6)+1, (BrF6)+1). При наличии высокоэнергетичных, но еще достижимых повышенных КЧ(А), возможна АМФОТЕРНОСТЬ, наиболее ярко проявляющаяся в ионной структуре (примеры — (NO2)+1(NO3)-1, (PCl4)+1(PCl6)-1).
Подобную амфотерность можно ожидать и для гипотетического Ir2O9, но он (как и соли IrO5-1), может оказаться кинетически неустойчив из-за значительно меньших энергий связи, чем в (IrO4)+1. А электрохимический синтез последнего (например, в среде суперкислот) должен быть затруднен тем, что на аноде будет возникать неблагоприятная основная среда, а на катоде, притягательном для иридиевого сырья, возможно только выделение металла. Но другие пути получения Ir(+IX) возможны! У меня давно созрел замысел, пока только нет времени, сырья и оборудования. Не исключаю возможность серьезного сотрудничества с желающими, имеющими опыт работы с этим элементом (и, разумеется, лицензия на такую работу) и потребность быть соавторами хорошо цитируемых публикаций.
НИЗШИЕ ДОСТОВЕРНО ДОСТИГНУТЫЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ -V для B, Ga, In, Tl (соединения BeAlB, Al3BC, Mg5Ga2, Mg5In2, Mg5Tl2, LiMg2Ga), -VI для Zn, Hg (соединения Ca3Zn, Mg3Hg, Ca3Hg, Sr3Hg, Ba3Hg). В ряде других известных интерметаллидов, для которых мне пока не удалось собрать достаточно полную информацию о составах и структурах, МОГУТ ПРИСУТСТВОВАТЬ ЕЩЕ БОЛЕЕ НИЗКИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ -VII (для Cu, Ag и Au в соединениях приблизительного состава Si7Cu4, Al7Au3, Mg7Ag2), -VIII (для Ni, Pd и Pt в соединениях приблизительного состава Be4Ni, Be4Pd, Be4Pt, Si2Ni, Al8Pt3, Mg4Pd, Ln7Pt3, Ln7Pd3), -IX (для Co, Rh, Ir в соединениях приблизительного состава Be9Co2, Ln3Co, Ln3Rh, Ln3Ir, Si9Co4, Th9Co4) и даже -X (в соединениях приблизительного состава Be5Fe, Th5Fe2, Th5Ru2, Th5Rh3).
Хотя представления о наличии металлических анионов в полярных интерметаллидах развита давно (автор Цинтль, Zintl) и ныне широко признаны, гипотезу о наличии одноатомных анионов подобного рода в соединениях перечисленного списка мне удалось найти в литературе только применительно к ртути и другим металлам 13 подгруппы. Я обратил внимание, что особенно наглядно доказывает наличие экстремальных, сверхнизких степеней окисления сравнение бинарных соединений магния с одноатомными анионами: Mgh3, MgF2, MgCl2, MgBr2, MgI2, MgO, MgS, MgSe, MgTe, MgPo, Mg3N2, Mg3P2, Mg3As2, Mg3Sb2, Mg3Bi2, Mg2C? (синтез при высоком давлении), Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, Mg2Pb, Mg5Ga2, Mg5In2, Mg5Tl2, Mg3Hg. Во всех этих соединениях анионы образуют плотноупакованную или очень близкую к ней решетку, а важнейшие свойства типа длин связей, ширин запрещенных зон изменяются плавно, что говорит и о плавном изменении типа связи от чисто ионного к ионно-металлическому. Переход же к металлическому типу связи обычно происходит резко и встречается при наименьшей разности электроотрицательностей, обычно только при плавлении.
А вот Mg5In2 при нагревании еще до плавления обратимо переходит в фазу типично металлического строения с широкой областью гомогенности, а Mg3Cd представляет такую фазу уже при обычных условиях, а при нагревании дает бесспорно металлический твердый раствор магния и кадмия.
ЭЛЕМЕНТЫ-ПСЕВДОСОЕДИНЕНИЯ — это как бы «соединения элемента с собой», в котором часть атомов имеет положительную степень окисления, а остальная часть — отрицательную (или же часть атомов образуют анионы, а остальные — катионы). Из вузовского учебника неорганической химии Ахметова известна трактовка озона O3 как ОКСИДА КИСЛОРОДА (IV) OO2, что согласуется с его строением, подобным SO2, и распределением эффективных зарядов.
Другим примером должен оказаться НИТРИД АЗОТА (V) N3N5, для которого я ожидаю ионное строение (N2N3)+1(NN2)-1 (азид азидодиазония (N5)+1(N3)-1, или в терминологии Ахметова — динитридонитрат (V) тринитридодинитрония (V)). Из числа его компонентов, азид ион давно и хорошо известен, а соли азидодиазония (предсказанные мной вместе со способом синтеза (из N2F2, (N3)-1 и AsF5) и свойствами в неопубликованной работе 1991 года, обсуждавшейся с друзьями) успешно получены именно этим способом к 1999 году другими авторами.
Проведенный мной квантовохимический расчет полуэмпирическим методом PM3, пригодным для описания вандерваальсовых сил, показал, что химическое связывание (N5)+1 и (N3)-1 в нейтральную молекулу N8 со строением диазидодиазина или азидопентазола хотя и выгодно, но барьер должен быть достаточно высоким, чтобы азид азидодиазония (pentanitrogen azide) мог быть выделен в индивидуальном состоянии.
Другими примерами являются три из четырех аллотропов элементарного бора, содержащие в полостях трехмерной сетки, состоящей из соединенных обычными двухцентровыми связями пространственно-ароматических икосаэдрических и родственных им кластеров, катионоподобные атомы бора B+3 или группы (B2)+4. То есть, эти полиморфы бора по существу представляют собой ПОЛИБОРИДЫ БОРА! Например, строение наиблее термостойкой формы бора — бета-ромбоэдрического бора — приблизительно таково: (B+3)19/9((B2)+4)2/3((B12)-2)4((B27)B(B2
Икосаэдрический ион B12h22-2 и его разнообразные замещенные, известные с 1962 года, обладают экстремально высокой химической и термической стойкостью, что позволяет говорить о борном аналоге органической химии. Например, соль Na2B12h22 устойчива в любых водных растворах (кроме азотной кислоты), абсолютно нетоксична (у нас нет ферментов, способных разрушать этот анион) и могла бы служить заменой поваренной соли, если бы не ее цена, а на ионообменной колонке можно получить сильную кислоту (h4O)2B12h22 в форме гигроскопичного кристаллогидрата. Соль Cs2B12h22 устойчива в вакууме до 800 градусов Цельсия, что гораздо выше температуры разложения бензола. Если у бензола 2 резонансные формы, то у аниона B12h22-2 их целых 240. Водород в этом анионе может замещаться на разнообразные группы — F, Cl, Br, I, OH, OR, OR2+1, Nh4+1, NR3+1, PR3+1, Ch4, SH, SCN, SeCN, S2BS-1, Se2BSe-1, HgOOCCF3, CN, NCR+1, OOCR, N(H)C(OH)R+1, CO+, C(OH)2+1, причем для части из этих групп (галогены, OH, Ch4, ртуть- и халькогенсодержащие) известно полное замещение.
Родственная молекула B10Cl8(N2)2 содержит диазониевые заместители, стабильные вплоть до 180 градусов Цельсия. От аниона B12h22-2 производится семейство сверхслабокоординирующих анионов, в последние годы позволивших выделить в твердом состоянии многие экзотические анионы. Так что ионное строение бора в действительности скорее закономерность, чем экзотика.
Могут ли у других элементов быть аллотропы-псевдосоединения? Это вопрос. Есть основания ожидать предполагать у серы возможность ОЗОНОПОДОБНОЙ ФОРМЫ — СУЛЬФИДА СЕРЫ (IV) SS2, поскольку она будет логическим завершением ряда из двух известных изоструктурных соединений — диоксида серы SO2 и ОКСОСУЛЬФИДА СЕРЫ (IV) SSO. Однако имеющаяся у газообразного SSO склонность к полимеризации при низкотемпературной конденсации, дает основание для достаточно драматичного прогноза о степени кинетической устойчивости SS2. Я предлагаю следующий возможный способ «поймать» SS2 — экстрагировать четыреххлористым углеродом или другими инертными растворителями серу из продуктов взаимодействия SSF2 (ТИОФТОРИДА СЕРЫ (IV)) с сульфидами активных металлов.
Но шансов мало — SS2 сам должен быть весьма реакционноспособен, давая полисульфид …
Всеохватывающие соединения с водой | Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев
Всеохватывающие СОЕДИНЕНИЯ С ВОДОЙ
Здрасти!! Помогите пожалуйста отыскать ответ на таковой вопрос: «Процессы комплексообразования в гидросфере. Природные и синтетические комплексообразователи».
Заблаговременно спасибо.
Процессы комплексообразования в гидросфере
Природные и синтетические комплексообразователи
Здрасти, Мария.
Это целое отдельное исследование, информацию по которому можно отыскать в специальной литературе. При анализе данной трудности необходимо знать гидрохимию, высококачественный и количественный состав гидросферы, способность ионов металлов и томных металлов в составе гидросферы к гидролизу и гидролитической полимеризации, также лигандный состав самой гидросферы — наличие в ней органических гуминовых кислот и, как следует, формы существования в их комплексообразующих ионов металлов.
Всеохватывающие соединения — это частички (нейтральные молекулы либо ионы), которые образуются в итоге присоединения к данному иону (либо атому), именуемому комплексообразователем, нейтральных молекул либо других ионов, именуемых лигандами.
Лигандами могут быть частички, до образования всеохватывающего соединения представлявшие собой молекулы (h3O, CO, Nh4 и др.), анионы (OH, Cl, PO43 и др.), также катион водорода. Различают унидентатные либо монодентатные лиганды (связанные с центральным атомом через один из собственных атомов, другими словами, одной -связью), бидентатные (связанные с центральным атомом через два собственных атома, другими словами, 2-мя -связями), тридентатные и т. д.
По заряду всеохватывающие частички могут быть катионами, анионами, также нейтральными молекулами. Всеохватывающие соединения, включающие такие частички, могут относиться к разным классам хим веществ (кислотам, основаниям, солям). Примеры: (h4O)[AuCl4] – кислота, [Ag(Nh4)2]OH – основание, Nh5Cl и K3[Fe(CN)6] – соли.
Обычно комплексообразователь – атом элемента, образующего металл, но это может быть и атом кислорода, азота, серы, йода и других частей, образующих неметаллы. Степень окисления комплексообразователя может быть положительной, отрицательной либо равной нулю; при образовании всеохватывающего соединения из более обычных веществ она не изменяется.
Координационное число определяется количеством лигандов и находится в зависимости от электрического строения центрального атома, от его степени окисления, размеров центрального атома и лигандов, критерий образования всеохватывающего соединения, температуры и других причин. КЧ может принимать значения от 2 до 12. В большинстве случаев оно равно 6, несколько пореже – четырем.
Пример всеохватывающего соединения
Под действием создаваемого ионом электронного поля молекулы воды спецефическим образом ориентируются и потом притягиваются к иону обратно заряженным концом диполя. За счет такового притяжения в растворе появляется гидратированный ион.
Если потом раствор будет концентрироваться из него станут выделяться кристаллы растворенного вещества, заключающие в собственном составе данный ион. Если при всем этом конкретно окружающие его в молекулы воды связаны с ним некрепко, то вода не войдет в состав кристалла. Если связь иона с молекулами воды довольно высокопрочна, то в состав кристалла он войдет с неким числом молекул связанной «кристаллизационной» воды. В итоге получится кристаллогидрат данного вещества, представляющий из себя всеохватывающее соединение. К примеру, фиолетовый кристаллогидрат СrСl3 ·6Н2 О является в реальности всеохватывающим соединением [Сr(ОН2 )6 ]Сl3 , в каком комплексообразующий ион (Сr3+) держит во внутренней сфере 6 молекул воды. Схожим же образом как всеохватывающие соединения следует рассматривать и многие другие кристаллогидраты солей.
Образование всеохватывающего соединения может происходить при содействии иона не только лишь с водой в аква среде, да и с другими нейтральными молекулами. К примеру, при действии аммиака на аква раствор СuСl2 появляется комплекс состава [Cu(Nh4 )4 ]Cl2 , диссоциирующий на ионы [Cu(Nh4 )4 ]2+и 2Сl–.
Комплексообразование не непременно должно протекать в аква растворе – всеохватывающие соединения нередко образуются и при содействии жестких веществ с газообразными. К примеру, безводный СаСl2 в атмосфере газообразного аммиака дает комплекс состава [Ca(Nh4 )8 ]Cl2 . При всем этом суть самого процесса остается при всем этом той же самой и заключается в присоединении нейтральных молекул к тому либо иному иону соли за счет возникающего меж ними обоюдного притяжения.
Употребляются два вида структурных формул всеохватывающих частиц: с указанием формального заряда центрального атома и лигандов, либо с указанием формального заряда всей всеохватывающей частички. Примеры:
Для свойства формы всеохватывающей частички употребляется представление о координационном многограннике (полиэдре).
Входящие в состав всеохватывающих соединений всеохватывающие частички достаточно многообразны. Потому для их систематизации употребляется несколько классификационных признаков: число центральных атомов, тип лиганда, координационное число и другие.
По числу центральных атомов всеохватывающие частички делятся на одноядерные и многоядерные. Центральные атомы многоядерных всеохватывающих частиц могут быть связаны меж собой или конкретно, или через лиганды. И в том, и в другом случае центральные атомы с лигандами образуют единую внутреннюю сферу всеохватывающего соединения:
По типу лигандов всеохватывающие частички делятся на
1) Аквакомплексы, другими словами всеохватывающие частички, в каких в качестве лигандов находятся молекулы воды. Более либо наименее устойчивы катионные аквакомплексы [M(h3O)n]m, анионные аквакомплексы неустойчивы. Все кристаллогидраты относятся к соединениям, содержащим аквакомплексы, к примеру:
Mg(ClO4)2.6h3O по сути [Mg(h3O)6](ClO4)2;
BeSO4.4h3O по сути [Be(h3O)4]SO4;
Zn(BrO3)2.6h3O по сути [Zn(h3O)6](BrO3)2;
CuSO4.5h3O по сути [Cu(h3O)4]SO4.h3O.
2) Гидроксокомплексы, другими словами всеохватывающие частички, в каких в качестве лигандов находятся гидроксильные группы, которые до вхождения в состав всеохватывающей частички были гидроксид-ионами, к примеру: [Zn(OH)4]2, [Cr(OH)6]3, [Pb(OH)3].
Гидроксокомплексы образуются из аквакомплексов, проявляющих характеристики катионных кислот:
[Zn(h3O)4]2 + 4OH = [Zn(OH)4]2 + 4h3O
3) Аммиакаты, другими словами всеохватывающие частички, в каких в качестве лигандов находятся группы Nh4 (до образования всеохватывающей частички – молекулы аммиака), к примеру: [Cu(Nh4)4]2, [Ag(Nh4)2], [Co(Nh4)6]3.
Аммиакаты также могут быть получены из аквакомплексов, к примеру:
[Cu(h3O)4]2 + 4Nh4 = [Cu(Nh4)4]2 + 4 h3O
Расцветка раствора в данном случае изменяется с голубой до ультрамариновой.
4) Ацидокомплексы, другими словами всеохватывающие частички, в каких в качестве лигандов находятся кислотные остатки как бескислородных, так и кислородсодержащих кислот (до образования всеохватывающей частички – анионы, к примеру: Cl, Br, I, CN, S2, NO2, S2O32, CO32, C2O42 и т. п.).
Примеры образования ацидокомплексов:
Hg2 + 4I = [HgI4]2
AgBr + 2S2O32 = [Ag(S2O3)2]3 + Br
Последняя реакция употребляется в фото для удаления с фотоматериалов непрореагировавшего бромида серебра.
(При проявлении фотопленки и фотобумаги незасвеченная часть бромида серебра, содержащегося в фотографической эмульсии, не восстанавливается проявителем. Для ее удаления и употребляют эту реакцию ( процесс носит заглавие «фиксирования», потому что неудаленный бромид серебра в предстоящем на свету равномерно разлагается, разрушая изображение)
5) Комплексы, в каких лигандами являются атомы водорода, делятся на две совсем различные группы: гидридные комплексы и комплексы, входящие в состав ониевых соединений.
При образовании гидридных комплексов – [Bh5], [Alh5], [Gah5] – центральный атом является акцептором электронов, а донором – гидридный ион. Степень окисления атомов водорода в этих комплексах равна –1.
В ониевых комплексах центральный атом является донором электронов, а акцептором – атом водорода в степени окисления +1. Примеры: h4O либо [Oh4] – ион оксония, Nh5 либо [Nh5] – ион аммония. Не считая того есть и замещенные производные таких ионов: [N(Ch4)4] – ион тетраметиламмония, [As(C6H5)4] – ион тетрафениларсония, [OH(C2H5)2] – ион диэтилоксония и т.
п.
6) Карбонильные комплексы – комплексы, в каких в качестве лигандов находятся группы CO (до образования комплекса – молекулы монооксида углерода), к примеру: [Cr(CO)6], [Fe(CO)5], [Ni(CO)4] и др.
7) Анионгалогенатные комплексы – комплексы типа [I(I)2].
По типу лигандов выделяют и другие классы всеохватывающих частиц. Не считая того есть всеохватывающие частички с разными по типу лигандами; простой пример – аква-гидроксокомплекс [Zn(h3O)3(OH)].
Таким макаром, всеохватывающие соединения могут быть очень многообразны, так и химия всеохватывающих соединений.
К.х.н. О. В. Мосин
числа окисления
числа окисленияНомера окисления
Часто полезно следить за химическими реакциями, наблюдая за изменениями в окислении
числа атомов в каждом соединении во время реакции. Окислительные числа также играют важную роль.
важную роль в систематической номенклатуре химических соединений. По определению окисление Число атома — это заряд, который атом имел бы, если бы соединение состояло из
ионы.
1. Степень окисления атома равна нулю в нейтральном веществе, содержащем атомы. только одного элемента. Таким образом, атомы в O 2 , O 3 , P 4 , S 8 , и металлический алюминий имеют степень окисления 0,
.2. Степень окисления простых ионов равна заряду иона. окисление число натрия в ионе Na + равно +1, например, а степень окисления хлор в Cl — ион равен -1.
4. Степень окисления водорода равна -1, когда он соединяется с металлом как в. LiH, NaH, CaH 2 и LiAlH 4 .
5. Металлы группы IA образуют соединения (такие как Li 3 N и Na 2 С) в котором атом металла имеет степень окисления +1.
6. Элементы группы IIA образуют соединения (такие как Mg 3 N 2 и
CaCO 3 ), в котором атом металла имеет степень окисления +2.
7. Кислород обычно имеет степень окисления -2. Исключение составляют молекулы и многоатомные ионы, содержащие связи O-O, такие как O 2 , O 3 , H 2 O 2 , и О 2 2- ион.
8. Элементы группы VIIA часто образуют соединения (такие как AlF 3 , HCl и ZnBr 2 ), в котором неметалл имеет степень окисления -1.
9. Сумма степеней окисления нейтрального соединения равна нулю.
Н 2 О: 2(+1) + (-2) = 0
10. Сумма степеней окисления в многоатомном ионе равна заряду на ион. Степень окисления атома серы в SO 4 2- ионное сусло быть +6, например, потому что сумма степеней окисления атомов в этом ионе должна равно -2.
SO 4 2- : (+6) + 4(-2) = -2
11. Элементы в нижнем левом углу периодической таблицы.
с большей вероятностью имеют положительные степени окисления, чем те, которые расположены в правом верхнем углу
угол стола.
Сера имеет положительную степень окисления в SO 2
SO 2 : (+4) + 2(-2) = 0
| Практическая задача 6: Назовите следующие ионные соединения. (а) Fe(NO 3 ) 3 (б) SrCO 3 (в) Na 2 SO 3 (г) Ca(ClO) 2 Нажмите здесь, чтобы проверить свой ответ на практическое задание 6 |
| Практическая задача 7: Присвойте степени окисления атомов в следующих соединениях. (а) Ал 2 О 3 (б) XeF 4 (в) K 2 Cr 2 O 7 Нажмите здесь, чтобы проверить свой ответ на практическое задание 7 |
| Практическая задача 8: Расположите следующие соединения в
порядке возрастания степени окисления атома углерода. (а) СО (б) СО 2 (с) Н 2 СО (г) CH 3 OH (д) CH 4 Нажмите здесь, чтобы проверьте свой ответ на практическое задание 8 |
СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ (ЧИСЛА ОКИСЛЕНИЯ) На этой странице объясняется, что такое степени окисления (степени окисления), как их рассчитать и использовать. Степени окисления легко определить и использовать, но довольно сложно определить, что они представляют собой каким-либо быстрым способом. Объяснение того, что такое степени окисления (степени окисления) Степени окисления упрощают весь процесс определения того, что окисляется и что восстанавливается в окислительно-восстановительных реакциях. | ||||||||||||||||||||||
Примечание: Если вы не уверены ни в одном из этих вопросов, возможно, вам стоит просмотреть страницы, посвященные определениям окислительно-восстановительного потенциала и полууравнениям для электронов. Вероятно, было бы лучше прочитать и вернуться к этим ссылкам, если вы чувствуете, что вам это нужно. | ||||||||||||||||||||||
Мы рассмотрим несколько примеров из химии ванадия. Если вы ничего не знаете о ванадии, это не имеет ни малейшего значения. Ванадий образует ряд различных ионов, например, V 2+ и В 3+ . Если вы думаете о том, как они могут быть получены из металлического ванадия, ион 2+ будет сформирован путем окисления металла путем удаления двух электронов:
Теперь говорят, что ванадий находится в степени окисления +2. Удаление другого электрона дает ион V 3+ :
Ванадий теперь имеет степень окисления +3. Удаление другого электрона дает более необычный ион, VO 2+ .
Теперь ванадий имеет степень окисления +4. Обратите внимание, что степень окисления — это не просто подсчет заряда иона (это верно для первых двух случаев, но не для этого). Положительная степень окисления подсчитывает общее количество электронов, которые необходимо удалить, начиная с элемента. Также можно удалить пятый электрон, чтобы получить другой ион (легко спутать с предыдущим!). Степень окисления ванадия теперь +5.
Каждый раз, когда вы окисляете ванадий, удаляя из него еще один электрон, его степень окисления увеличивается на 1,9. Совершенно очевидно, что если вы снова начнете добавлять электроны, степень окисления упадет. В конечном итоге вы могли бы вернуться к элементу ванадия, который имел бы нулевую степень окисления. Что, если бы вы продолжали добавлять электроны к элементу? На самом деле вы не можете сделать это с ванадием, но можете с таким элементом, как сера.
Сера имеет степень окисления -2. Сводка Степень окисления показывает общее количество электронов, которые были удалены из элемента (положительная степень окисления) или добавлены к элементу (отрицательная степень окисления), чтобы получить его текущее состояние.
Распознавание этой простой закономерности — самая важная вещь в концепции степеней окисления. Определение степеней окисления Вы не вычисляете степени окисления, подсчитывая количество переданных электронов. Это заняло бы слишком много времени. Вместо этого вы изучаете несколько простых правил и решаете очень простые задачи!
| ||||||||||||||||||||||
Примечание: Мне было указано, что существует несколько малоизвестных соединений элементов натрия с цезием, где металл образует отрицательный ион, например, Na — . Это дало бы степень окисления -1. Вы можете игнорировать их, если изучаете химию на уровне A или его эквиваленте. Обобщение, что металлы группы 1 всегда имеют степень окисления +1, справедливо для всех соединений, которые вы, вероятно, встретите. Если вас интересуют эти необычные соединения, выполните поиск в Интернете по запросу алкалиды . | ||||||||||||||||||||||
Причины исключений Водород в гидридах металлов Гидриды металлов включают такие соединения, как гидрид натрия, NaH. В нем водород присутствует в виде иона гидрида, H —. Степень окисления простого иона, такого как гидрид, равна заряду иона, в данном случае -1. В качестве альтернативы можно представить, что сумма степеней окисления в нейтральном соединении равна нулю. Кислород в пероксидах Пероксиды включают пероксид водорода, H 2 O 2 . Это электрически нейтральное соединение, поэтому сумма степеней окисления водорода и кислорода должна быть равна нулю. Поскольку каждый водород имеет степень окисления +1, каждый кислород должен иметь степень окисления -1, чтобы сбалансировать его. Кислород в F 2 O Проблема в том, что кислород не самый электроотрицательный элемент. Фтор более электроотрицательный и имеет степень окисления -1. В этом случае кислород имеет степень окисления +2. Хлор в соединениях с фтором или кислородом Существует так много различных степеней окисления, которые может иметь хлор в них, что безопаснее просто помнить, что хлор не имеет степени окисления -1 в них, и определять его фактическую степень окисления, когда вам нужно. Внимание! Не зацикливайтесь на этих исключениях. В большинстве случаев, с которыми вы столкнетесь, они неприменимы!Примеры определения степеней окисления Какова степень окисления хрома в Cr 2+ ? Это просто! Для такого простого иона степень окисления — это заряд иона, другими словами: +2 (не забывайте знак +). Какова степень окисления хрома в CrCl 3 ? Это нейтральное соединение, поэтому сумма степеней окисления равна нулю. Хлор имеет степень окисления -1. Если степень окисления хрома н :
Какова степень окисления хрома в Cr(H 2 O) 6 3+ ? Это ион, поэтому сумма степеней окисления равна заряду иона. Существует короткий путь для определения степеней окисления в таких сложных ионах, когда атом металла окружен электрически нейтральными молекулами, такими как вода или аммиак. Сумма степеней окисления в присоединенной нейтральной молекуле должна быть равна нулю. Это означает, что вы можете игнорировать их, когда делаете сумму. Это будет по существу то же самое, что и неприсоединенный ион хрома, Cr 3+ . Степень окисления +3. Какова степень окисления хрома в дихромат-ионе, Cr 2 O 7 2- ? Степень окисления кислорода равна -2, а сумма степеней окисления равна заряду иона. Не забывайте, что присутствуют 2 атома хрома.
| ||||||||||||||||||||||
Предупреждение: Поскольку это простые суммы, заманчиво попытаться вычислить их в уме. Если это имеет значение (например, на экзамене), запишите их, используя столько шагов, сколько вам нужно, чтобы не было шансов сделать ошибки по невнимательности. Ваши экзаменаторы не будут впечатлены вашей арифметикой в уме — все, что им нужно, это правильный ответ! Если вам нужны еще примеры для практики, вы найдете их в большинстве учебников, включая мою книгу расчетов по химии. | ||||||||||||||||||||||
Какова степень окисления меди в CuSO 4 ? К сожалению, не всегда возможно определить степени окисления, просто используя приведенные выше правила. Проблема в этом случае заключается в том, что соединение содержит два элемента (медь и сера), степень окисления которых может изменяться. Единственный способ обойти это — знать простую химию! Есть два способа приблизиться к этому. (Могут быть и другие, но я не могу о них сейчас думать!)
Использование степеней окисления В названиях соединений Вы наверняка встречали такие названия, как сульфат железа(II) и хлорид железа(III). (II) и (III) представляют собой степени окисления железа в двух соединениях: +2 и +3 соответственно. Это говорит о том, что они содержат ионы Fe 2+ и Fe 3+ . Это также может быть распространено на отрицательный ион. Сульфат железа(II) FeSO 4 . Существует также соединение FeSO 3 со старым названием сульфит железа(II). Современные названия отражают степени окисления серы в двух соединениях. Сульфат-ион SO 4 2- . Степень окисления серы +6 (попробуй!). Этот ион правильнее называть ионом сульфата (VI). Сульфит-ион SO 3 2- . Степень окисления серы равна +4 (и это тоже учтите!). Этот ион правильнее называть ионом сульфата (IV). 9Окончание 0003 или просто показывает, что сера находится в отрицательном ионе. Таким образом, FeSO 4 правильно называется сульфатом железа (II) (VI), а FeSO 3 — сульфатом железа (II) (IV). Фактически, из-за легкой путаницы между этими названиями старые названия сульфат и сульфит обычно все еще используются во вводных курсах химии. | ||||||||||||||||||||||
Примечание: Даже это не полное имя! Следует также идентифицировать кислород в отрицательных ионах. FeSO 4 правильно называется тетраоксосульфатом (VI) железа (II). Все это немного выходит из-под контроля при повседневном использовании обычных ионов. | ||||||||||||||||||||||
Использование степеней окисления для определения того, что было окислено, а что восстановлено Это наиболее распространенное использование степеней окисления. Помните:
В каждом из следующих примеров мы должны решить, включает ли реакция окислительно-восстановительный процесс, и если да, то что было окислено, а что восстановлено. Пример 1: Это реакция между магнием и соляной кислотой или газообразным хлористым водородом:
Изменились ли степени окисления чего-либо? Да, они есть — у вас есть два элемента, которые находятся в соединениях с одной стороны уравнения и в виде несвязанных элементов с другой. Проверьте все степени окисления, чтобы быть уверенным:. Повысилась степень окисления магния — он окислился. Степень окисления водорода упала — он восстановился. Хлор находится в одинаковой степени окисления в обеих частях уравнения — он не окисляется и не восстанавливается. Пример 2: Реакция между гидроксидом натрия и соляной кислотой:
Проверка всех степеней окисления: Ничего не изменилось. Это не окислительно-восстановительная реакция. Пример 3: Это подлый! Реакция между хлором и холодным разбавленным раствором гидроксида натрия:
Очевидно, хлор изменил степень окисления, потому что он оказался в соединениях, начиная с исходного элемента. Проверка всех степеней окисления показывает: Хлор — это единственная вещь, которая изменила степень окисления. Он окислился или восстановился? Да! Оба! Один атом был восстановлен, потому что его степень окисления упала. Второй окислился. Это хороший пример реакции диспропорционирования . Реакция диспропорционирования – это реакция, при которой одно вещество одновременно окисляется и восстанавливается. Использование степеней окисления для идентификации окислителя и восстановителя Это небольшое дополнение к последнему разделу. Если вы знаете, что окислялось, а что восстанавливалось, то вы можете легко определить, что такое окислитель и восстановитель. Пример 1 Это реакция между ионами хрома (III) и металлическим цинком:
Хром перешел из степени окисления +3 в +2 и, таким образом, был восстановлен. Цинк перешел от нулевой степени окисления в элементе к +2. Он был окислен. Так что же делает сокращение? Это цинк — цинк отдает электроны ионам хрома (III). Таким образом, цинк является восстановителем. Точно так же вы можете решить, что окислителем должны быть ионы хрома (III), потому что они забирают электроны у цинка. Пример 2 Это уравнение реакции между ионами манганата(VII) и ионами железа(II) в кислой среде. Это проработано ниже на странице. MnO 4 — + 8H + + 5Fe 2+ Mn 2+ + 4H 2 O + 5Fe 3+ При быстром рассмотрении видно, что ионы железа(II) окислились до ионов железа(III). Водород все еще находится в степени окисления +1 до и после реакции, но ионы манганата (VII) явно изменились. Если посчитать степень окисления марганца, то она упала с +7 до +2 — восстановление. Итак, ионы железа(II) окислились, а ионы манганата(VII) восстановились. Что восстановило ионы манганата(VII) — однозначно это ионы железа(II). Железо — единственное, что имеет измененную степень окисления. Таким образом, ионы железа (II) являются восстановителем. Точно так же ионы манганата(VII) должны быть окислителями. Использование степеней окисления для расчета пропорций реакции Это иногда бывает полезно, когда вам нужно определить реакционные пропорции для использования в реакциях титрования, когда у вас недостаточно информации для расчета полного ионного уравнения. Помните, что каждый раз, когда степень окисления изменяется на одну единицу, передается один электрон. Что-то еще в реакции должно терять эти электроны. Любое понижение степени окисления одного вещества должно сопровождаться таким же повышением степени окисления чем-то другим. Этот пример основан на информации из старого вопроса уровня AQA A’. Ионы, содержащие церий в степени окисления +4, являются окислителями. (Они сложнее, чем просто Ce 4+ .) Они могут окислять ионы, содержащие молибден, от степени окисления +2 до +6 (от Mo 2+ до MoO 4 2-). В процессе церий восстанавливается до степени окисления +3 (Ce 3+ ). Каковы пропорции реакции? Степень окисления молибдена увеличивается на 4. Это означает, что степень окисления церия должна упасть на 4, чтобы компенсировать это. Но степень окисления церия в каждом из его ионов падает только с +4 до +3 — падение на 1. Реагирующие пропорции: 4 церийсодержащих иона на 1 ион молибдена. Или, если взять более распространенный пример, включающий ионы железа (II) и ионы манганата (VII). . . Раствор манганата калия(VII), KMnO 4 , подкисленный разбавленной серной кислотой, окисляет ионы железа(II) до ионов железа(III). При этом ионы манганата(VII) восстанавливаются до ионов марганца(II). Используя степени окисления, составьте уравнение реакции. Степень окисления марганца в манганат-ионе (VII) равна +7. Название говорит вам об этом, но попробуйте еще раз, просто для практики! При переходе к ионам марганца (II) степень окисления марганца упала на 5. Каждый реагирующий ион железа (II) увеличивает свою степень окисления на 1. Это означает, что должно быть пять ионов железа (II), реагирующих на каждый ион манганата(VII). Таким образом, левая часть уравнения будет:
Правая часть будет:
После этого вам придется гадать, как сбалансировать оставшиеся атомы и заряды. | ||||||||||||||||||||||
Однако для целей этого введения было бы полезно, если бы вы знали о:
Если вы знаете, как изменяется степень окисления элемента во время реакции, вы можете мгновенно сказать, окисляется он или восстанавливается, без необходимости работать с полууравнениями электронов и переносами электронов.
ниже)
Так как металлы 1 группы в своих соединениях всегда имеют степень окисления +1, то из этого следует, что водород должен иметь степень окисления -1 (+1 -1 = 0).
это. Пример этого вы найдете ниже.
Каждый из них потерял электрон, а их степень окисления увеличилась с +2 до +3.
Если степень окисления одного вещества в реакции падает на 2, это означает, что оно приобрело 2 электрона.
Таким образом, очевидно, что на каждый ион молибдена должно приходиться 4 иона церия.