§ 15. Валентность и степень окисления

Степень окисления

В случае веществ с ионными или полярными связями для характеристики состояния атомов, образующих эти связи, используют понятие степень окисления. Как вы уже знаете из материала параграфа § 11, степень окисления атома — это условный заряд, который приписывают атому в предположении, что он образует с соседними атомами только ионные связи.

Численное значение степени окисления атома в конкретном соединении определяют по количеству электронов, смещённых при образовании связи или переданных соседним атомам. Так, cтепень окисления атомов азота в молекулах простого вещества равна 0 (электроны не смещены, связь ковалентная неполярная). В молекуле аммиака азот проявляет степень окисления –3, так как к атому азота сместились три электрона от атомов водорода. Атомы водорода при этом имеют степень окисления +1.

При вычислениях учитывают, что алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в соединении равна 0.

Не следует забывать, что атомы некоторых элементов имеют постоянное значение степени окисления в своих соединениях (, , , и др.). Наиболее электроотрицательные атомы в конкретном соединении обычно имеют низшую степень окисления.

Так, в молекуле CF₄ более электроотрицателен фтор, его атомы имеют степень окисления –1. Следовательно, углерод находится в степени окисления +4, то есть .

В перманганате калия KMnO₄ калий имеет постоянную степень окисления, кислород как наиболее электроотрицательный элемент находится в низшей степени окисления –2, поэтому степень окисления марганца можно найти из равенства 0 = (+1) + х + 4(–2), то есть .

Во многих ковалентных соединениях абсолютная величина степени окисления элементов равна их валентности. Например, азот в молекуле аммиака имеет валентность 3 и степень окисления –3. В случае ионных соединений атомов металлов с р-элементами V–VII-групп используют понятие «степень окисления». Например, в хлориде кальция СаCl₂ степень окисления хлора –1, а кальция — +2.

Валентность может отличаться от степени окисления. Это характерно, например, для простых веществ, в молекулах которых степень окисления атомов всегда равна нулю, а валентность — числу общих электронных пар.

Так, в молекуле кислорода валентность кислорода равна 2, а степень окисления 0. В качестве другого примера приведём молекулу пероксида водорода . В ней кислород двухвалентен, а водород одновалентен. В то же время степени окисления обоих элементов по абсолютной величине равны 1: . Не совпадают значения степени окисления и валентности азота в ионе аммония (–3, 4)  молекуле азотной кислоты (+5, 4) .

Степень окисления атомов определяет характер возможных химических взаимодействий с участием этих атомов. Так, элемент в низшей степени окисления (в данном случае азот в степени окисления –3) может выступать только как восстановитель:

Элемент в высшей степени окисления (азот, +5) может быть только окислителем:

В промежуточной степени окисления элемент (азот, +2) может быть как окислителем, так и восстановителем:

    (азот — восстановитель, окисляется);

(азот — окислитель, восстанавливается).

Высшая степень окисления атомов А-групп равна номеру группы (за исключением благородных газов, фтора и кислорода). Низшая, отрицательная, степень окисления равна номеру А-группы минус 8.