Ступінь окислення. Визначення ступеня окислення атома елемента за хімічною формулою сполуки. Складання формули сполуки за відомими ступенями окиснення атомів елементів
Ступінь окислювання елемента - це умовний заряд атома в речовині, обчислений з припущенням, що вона складається з іонів. Для визначення ступеня окислення елементів необхідно запам'ятати певні правила:
1. Ступінь окислювання може бути позитивним, негативним або рівним нулю. Він позначається арабською цифрою із знаком «плюс» чи «мінус» над символом елемента.
2. При визначенні ступенів окислення виходять з електронегативності речовини: сума ступенів окислення всіх атомів у сполуці дорівнює нулю.
3. Якщо з'єднання утворена атомами одного елемента (в простій речовині), то ступінь окислення цих атомів дорівнює нулю.
4. Атомам деяких хімічних елементів зазвичай приписують стали ступеня окислення. Наприклад, ступінь окислення фтору в з'єднаннях завжди дорівнює -1; літію, натрію, калію, заліза і цезію +1; магнію, кальцію, стронцію, барію і цинку +2, алюмінію +3.
5. Ступінь окислювання водню в більшості з'єднань +1, і тільки в з'єднаннях з деякими металами він дорівнює -1 (KH, BaH2).
6. Ступінь окислювання кисню в більшості з'єднань -2, і лише в деяких з'єднаннях йому приписують ступінь окислення -1 (H2 O2. Na2 O2 або +2 (OF2).
7. Атоми багатьох хімічних елементів надають змінні ступеня окислення.
8. Ступінь окислювання атома металу в сполуках позитивний і чисельно дорівнює його валентності.
9. Максимальний позитивний ступінь окислення елемента, як правило, дорівнює номеру групи в періодичній системі, в якій знаходиться елемент.
10. Мінімальна ступінь окислення для металів дорівнює нулю. Для неметалів в більшості випадків нижче негативний ступінь окислення дорівнює різниці між номером групи та цифрою вісім.
11. Ступінь окислювання атома утворює простий іон (складається з одного атома), дорівнює заряду цього іона.
Користуючись наведеними правилами, визначимо ступеня окислення хімічних елементів в складі H2 SO4. Це складна речовина, що складається з трьох хімічних елементів - водню Н, сірки S і кисню О. Відзначимо ступеня окислення тих елементів, для яких вони є постійними. У нашому випадку це водень Н і кисень Про:.
Визначимо невідомий ступінь окислення сірки. Нехай ступінь окислення сірки в цій сполуці дорівнює х:.
Складемо рівняння, помноживши для кожного елемента його індекс в ступінь окислення і добуту суму прирівняємо до нуля: 2 · (+1) + x + 4 · (-2) = 0
Отже, ступінь окислення сірки дорівнює плюс шість:.
У наступному прикладі з'ясуємо, як можна скласти формулу сполуки з відомими ступенями окиснення атомів елементів. Складемо формулу ферум (III) оксиду. Слово «оксид» означає, що праворуч від символу заліза треба записати символ кисню: FeO.
Відзначимо ступеня окислення хімічних елементів над їх символами. Ступінь окислення заліза вказана в назві в дужках (III), отже, дорівнює +3, ступінь окислення кисню в оксидах -2:.
Знайдемо найменше спільне кратне для чисел 3 і 2, це 6. Розділимо число 6 на 3, отримаємо число 2 - це індекс для заліза. Розділимо число 6 на 2, отримаємо число 3 - це індекс для кисню:.
У наступному прикладі з'ясуємо, як можна скласти формулу сполуки з відомими ступенями окиснення атомів елементів і зарядами іонів. Складемо формулу кальцій ортофосфата. Слово «ортофосфат» означає, що праворуч від символу Кальцію треба записати кислотний залишок ортофосфатноі кислоти: CaPO4.
Відзначимо ступінь окислення кальцію (правило номер чотири) і заряд кислотного залишку (за таблицею розчинності):.
Знайдемо найменше спільне кратне для чисел 2 і 3, це 6. Розділимо число 6 на 2, отримаємо число 3 - це індекс для кальцію. Розділимо число 6 на 3, отримаємо число 2 - це індекс для кислотного залишку:.
Кристалічні решітки. Атомні, молекулярні та іонні кристали. Залежність фізичних властивостей речовин від типів кристалічних решіток
У кристалічних речовинах атоми, молекули і іони розташовані впорядковано, на певних відстанях. Таке закономірне розташування частинок в кристалах називають кристалічною решіткою. Залежно від того, які частки знаходяться в вузлах цієї решітки, розрізняють іонні, атомні і молекулярні кристалічні решітки. Відомі також і металеві кристалічні решітки.
Іонні кристалічні решітки характерні для сполук з іонним типом хімічного зв'язку. У вузлах таких грат знаходяться протилежно заряджені іони. Сили міжіонноі взаємодії є досить значними, тому речовини з таким типом кристалічної решітки є нелетучими, твердими, тугоплавкими, їх розчини і розплави проводять електричний струм. Типовими представниками таких з'єднань є солі, наприклад, натрію хлорид, калію нітрат та інші.
Атомні кристалічні решітки характерні для сполук з ковалентним типом хімічного зв'язку. У вузлах таких грат знаходяться окремі атоми, пов'язані ковалентними зв'язками. Все зв'язку рівноцінні і міцними, тому речовини з таким типом кристалічної решітки характеризуються великою твердістю, високими температурами плавлення, хімічної інертністю. Такий тип кристалічної решітки характерно для алмазу, кремній (IV) оксиду, бору.
Молекулярні кристалічні решітки характерні для сполук з ковалентним типом хімічного зв'язку. У вузлах таких грат знаходяться неполярні або полярні молекули. Внаслідок слабких сил взаємодії речовини з таким типом кристалічної решітки мають незначну твердість, низькі температури плавлення і кипіння, характеризуються летючість. Такий тип кристалічної решітки характерно для кисню, йоду, води, глюкози, спиртів, нафталіну.
Таким чином, існує певний зв'язок між типом кристалічної решітки і фізичними властивостями речовини. Тому, якщо відома будова речовини, то можна прогнозувати її властивості і, навпаки, якщо відомі властивості речовини, то можна визначити її будова.
Ковалентний зв'язок, його види - полярний і неполярний. Утворення ковалентного неполярного зв'язку. Утворення ковалентного полярного зв'язку. Електронні формули молекул речовин
Ковалентний зв'язок - це хімічний зв'язок, що утворюється за рахунок загальних електронних пар.
Розглянемо механізм утворення ковалентного зв'язку на прикладі молекули водню H2. Атоми водню мають електронну формулу: 1 H 1s 1.
При зближенні двох атомів водню відбувається взаємодія двох електронів з антипаралельними спинами (позначаються електрони стрілками з різними напрямками) з формуванням загальної (поділеної) електронної пари.
Схему утворення ковалентного зв'язку можна уявити, позначаючи неспарених електронів зовнішнього рівня однією точкою, а загальну електронну пару - двома точками. Загальну електронну пару, тобто ковалентний зв'язок, часто позначають рисою. Загальна електронна пара утворюється в результаті перекривання s-орбіталей атомів водню, при цьому в області перекривання орбіталей створюється підвищена електронна щільність.
Розглянемо освіту ковалентного зв'язку в молекулі хлору Cl2. Атоми хлору мають електронну формулу: 17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5.
Атом хлору має сім електронів на зовнішньому енергетичному рівні, причому на 3p - підрівні знаходиться один неспарених електронів. При зближеному двох атомів хлору відбувається перекриття 3p - орбіталей з неспареними електронами і утворення спільної електронної пари. У кожного атома хлору в молекулі Cl2 зберігаються три нерозділені електронні пари (які належать одному атому).
У молекулі водню H2, як і в молекулі хлору Cl2. утворюється простий (одинарний) зв'язок. Існують молекули, в яких між двома атомами виникають дві або три електронні пари. Такі ковалентні зв'язки називають, відповідно, подвійними або потрійними. Загальна назва подвійних і потрійних зв'язків - кратні зв'язку.
Наприклад, розглянемо утворення ковалентного зв'язку в молекулі кисню O2. Атоми кисню мають електронну формулу: 8 O 1s 2 2s 2 2p 4.
Атом кисню має шість електронів на зовнішньому енергетичному рівні, причому на 2p - підрівні знаходиться два неспарених електрона. В утворенні хімічного зв'язку в молекулі O2 беруть участь по два електрона кожного атома кисню. В даному випадку утворюються дві загальні електронні пари (подвійний зв'язок). У кожного атома кисню в молекулі O2 зберігаються дві нерозділені електронні пари.
При утворенні ковалентного зв'язку в молекулі водню кожен з атомів водню є стійкою двохелектронноі конфігурації за рахунок утворення спільної електронної пари. В інших випадках при утворенні ковалентного зв'язку, наприклад, в молекулах хлору і кисню кожен з атомів є стійкою конфігурації, що складається з восьми електронів.
У разі всіх трьох розглянутих молекул (водню, хлору і кисню) ковалентний зв'язок утворився між атомами з однаковою електронегативністю. Така взаємодія спостерігається при утворенні простих речовин-неметалів, молекули яких складаються з двох однакових атомів. У цьому випадку загальні електронні пари розташовуються симетрично між ядрами атомів, з'єднуються. Внаслідок цього утворюються молекули, в яких центри позитивних і негативних зарядів збігаються.
Отже, ковалентний зв'язок, яка утворюється між атомами з однаковою електронегативністю за рахунок загальних електронних пар, називають ковалентним неполярной зв'язком. Треба запам'ятати, що такий тип хімічного зв'язку утворюється в простих речовинах-неметалів. Як приклади речовин з ковалентним неполярной типом зв'язку можна назвати фтор F2. бром Br2. йод I2. азот N2.
Якщо атоми, які взаємодіють, мають різну електронегативність (атоми різних хімічних елементів), то загальна електронна пара буде зміщуватися до атома з більшою електронегативність. При цьому на атомі з більшою електронегативність формується частковий негативний заряд, а на атомі з меншою електронегативність - частковий позитивний заряд. Ці часткові заряди за абсолютним значенням менше одиниці.
Наприклад, при утворенні молекули водень хлориду HCl відбувається перекривання s-орбіталі атома водню і p-орбіталі атома хлору. Загальна електронна пара розташована несиметрично щодо центрів атомів, які взаємодіють. Вона зміщується в більш електронегативного хлору. На атомі хлору формується частковий негативний заряд, а на атомі водню - частковий позитивний заряд. В цьому випадку в молекулі центри позитивних і негативних зарядів не збігаються. Такі молекули називають полярними, або диполями. Диполь - це система з двох зарядів, які є однаковими за величиною, але протилежними за знаком.
Отже, ковалентний зв'язок, яка утворюється між атомами, електронегативності яких відрізняються, але незначно, називають ковалентним полярної зв'язком. Треба запам'ятати, що такий тип хімічного зв'язку утворюється в складних речовинах, утворених атомами неметалів. Як приклади речовин з ковалентним полярним типом зв'язку можна назвати водень фторид HF, вода H2 O, аміак NH3. метан CH4. карбон (IV) оксид CO2.
Для молекули з ковалентним типом хімічного зв'язку можна записати електронну і структурну (графічну) формулу. Електронна формула складається з символів хімічних елементів, навколо яких точками позначені електрони зовнішнього рівня, а між атомами - загальні електронні пари. Структурна (графічна) формула - це формула, в якій кожна загальна електронна пара зображується рисою. Як електронна, так і структурна формули показують порядок повідомлення атомів в молекулі, їх взаємозв'язок.