Правила определения степеней окисления
Степень окисления — условный заряд атома в соединении, если считать, что общие электронные пары полностью перешли к более электроотрицательному атому. Чтобы определить её, используют несколько правил и условие электронейтральности вещества.
Что такое степень окисления
Степень окисления обозначают римской цифрой со знаком: \(+1\), \(-2\), \(0\). Знак ставят перед числом. В ионе степень окисления совпадает с его зарядом: в ионе \(\mathrm{Na^+}\) она равна \(+1\), в \(\mathrm{S^{2-}}\) — \(-2\). В сложном веществе степень окисления относится к отдельному атому элемента, а не ко всей формуле.
Степень окисления — условный заряд атома в веществе, рассчитанный при допущении, что все химические связи являются ионными, а общие электроны принадлежат более электроотрицательному элементу.
Не следует смешивать степень окисления с валентностью. Валентность показывает число связей атома, а степень окисления — условное распределение электронов и может быть положительной, отрицательной или нулевой. Подробное определение понятия приведено на странице «Степень окисления».
Основные правила определения
1. В простых веществах степень окисления каждого элемента равна \(0\): \(\mathrm{O_2}\), \(\mathrm{H_2}\), \(\mathrm{Fe}\), \(\mathrm{S_8}\).\n2. В нейтральном сложном веществе сумма степеней окисления всех атомов равна \(0\).\n3. В сложном ионе сумма степеней окисления равна заряду иона.\n4. У фтора степень окисления в соединениях равна \(-1\).\n5. Кислород обычно имеет степень окисления \(-2\). Исключения: пероксиды, например \(\mathrm{H_2O_2}\), где кислород имеет \(-1\), и соединения кислорода с фтором.\n6. Водород обычно имеет \(+1\), но в гидридах активных металлов, например \(\mathrm{NaH}\), его степень окисления равна \(-1\).\n7. Щелочные металлы в соединениях имеют \(+1\), щёлочноземельные — \(+2\), алюминий обычно \(+3\).
Для металлов главных подгрупп положительную степень окисления часто определяют по номеру группы: натрий — \(+1\), магний — \(+2\), алюминий — \(+3\). У элементов с переменной степенью окисления значение находят из формулы вещества и суммы степеней окисления.
| Элемент или группа | Обычно | Важное исключение |
|---|---|---|
| F | −1 | почти всегда −1 |
| O | −2 | в пероксидах −1; с фтором положительная |
| H | +1 | в гидридах металлов −1 |
| Щелочные металлы | +1 | — |
| Щёлочноземельные металлы | +2 | — |
| Al | +3 | — |
Алгоритм для сложного вещества
Расчёт удобно проводить по одному плану. Сначала записывают известные степени окисления, затем обозначают неизвестную буквой \(x\), учитывают индексы в формуле и составляют уравнение по сумме степеней окисления.
- Определите, является ли вещество простым, нейтральным соединением или ионом.
- Запишите известные степени окисления элементов.
- Не забудьте умножить степень окисления на индекс атома: в \(\mathrm{Al_2O_3}\) вклад кислорода равен \(3\cdot(-2)\).
- Составьте сумму степеней окисления и приравняйте её к \(0\) или заряду иона.
- Решите уравнение и проверьте результат.
После расчёта перемножьте найденную степень окисления на число атомов элемента и сложите все вклады. Для нейтральной формулы результат должен быть \(0\), а для иона — его заряд.
Сера в серной кислоте имеет степень окисления \(+6\). Проверка: два атома водорода дают \(+2\), четыре атома кислорода — \(-8\), а сера — \(+6\); сумма равна \(0\). Это пример соединения, в котором переменную степень окисления находят по общей формуле.
Какова степень окисления азота в ионе \(\mathrm{NO_3^-}\)?
Особые случаи и средняя степень окисления
В простых веществах, даже если молекула состоит из двух или нескольких одинаковых атомов, степень окисления равна нулю: \(\mathrm{Cl_2}\), \(\mathrm{P_4}\), \(\mathrm{O_3}\). Подробнее это правило разобрано на странице «Степень окисления в простых веществах».
Если в веществе атомы одного элемента находятся в разных степенях окисления, по общей формуле иногда получают только среднее значение. Например, в \(\mathrm{Fe_3O_4}\): \(3x+4\cdot(-2)=0\), поэтому средняя степень окисления железа равна \(x=+\frac{8}{3}\). Это не означает, что реальный атом железа имеет дробную степень окисления: в соединении присутствуют железо со степенями \(+2\) и \(+3\). См. страницу «Средняя степень окисления».
У пероксидов кислород имеет \(-1\). Например, в \(\mathrm{H_2O_2}\): \(2\cdot(+1)+2x=0\), откуда \(x=-1\). В \(\mathrm{OF_2}\) фтор имеет \(-1\), поэтому кислород получает \(+2\): \(x+2\cdot(-1)=0\).
• Считать кислород всегда равным \(-2\), не проверяя пероксиды и соединения с фтором.\n• Забывать индексы: в \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) вклад кислорода равен \(4\cdot(-2)\), а не \(-2\).\n• Принимать индекс элемента за его степень окисления.\n• Ставить сумму \(0\) для иона: у \(\mathrm{NH_4^+}\) сумма равна \(+1\).\n• Путать степень окисления с валентностью.\n• Делать вывод о единственной степени окисления элемента по дробному среднему значению.
Связь со следующими темами
При химической реакции степень окисления может увеличиваться или уменьшаться. Увеличение означает окисление, уменьшение — восстановление; способы анализа такого изменения собраны на странице «Изменение степени окисления». Эти значения используют при расстановке коэффициентов в ОВР, а особый случай одновременного окисления и восстановления одного элемента рассматривается в теме «Диспропорционирование». Для определения возможных предельных значений полезны страницы «Высшая степень окисления» и «Низшая степень окисления».
Быстрая проверка
Главное
- В простых веществах степень окисления элемента равна \(0\).
- Сумма степеней окисления в нейтральном веществе равна \(0\), а в ионе — его заряду.
- Индексы в формуле учитывают как множители степеней окисления.
- Обычно O имеет \(-2\), H — \(+1\), F — \(-1\), но есть исключения.
- Дробное значение, найденное для одного элемента, может быть средней степенью окисления.
- Алгоритм: известные значения → уравнение суммы → решение → проверка.