Степени окисления - это какая величина? Как определить степень окисления элементов?

Видео: Видеоурок по химии "Валентные возможности атомов. Степень окисления"

Такой предмет школьной программы как химия вызывает многочисленные затруднения у большинства современных школьников, мало кто может определить степень окисления в соединениях. Наибольшие сложности у школьников, которые изучают неорганическую химию, то есть учеников основной школы (8-9 классы). Непонимание предмета приводит к возникновению неприязни у школьников к данному предмету.

Педагоги выделяют целый ряд причин такой «нелюбви» учеников средних и старших классов к химии: нежелание разбираться в сложных химических терминах, неумение пользоваться алгоритмами для рассмотрения конкретного процесса, проблемы с математическими знаниями. Министерством образования РФ были внесены серьезные изменение в содержание предмета. К тому же "урезали" и количество часов на преподавание химии. Это негативно сказалось на качестве знаний по предмету, снижению интереса к изучению дисциплины.

Какие темы курса химии даются школьникам труднее всего?

По новой программе в курс учебной дисциплины «Химия» основной школы включено несколько серьезных тем: периодическая таблица элементов Д. И. Менделеева, классы неорганических веществ, ионный обмен. Труднее всего дается восьмиклассникам определение степени окисления оксидов.

Видео: валентность и степень окисления

Правила расстановки

Прежде всего ученики должны знать, что оксиды являются сложными двухэлементными соединениями, в состав которых включен кислород. Обязательным условием принадлежности бинарного соединения к классу оксидов является расположение кислорода вторым в данном соединении.

Рассчитать такой показатель в любых формулах данного класса получится, только если школьник владеет определенным алгоритмом.

Алгоритм для кислотных оксидов

Для начала заметим, что степени окисления это численные выражения валентности элементов. Кислотные оксиды образованы неметаллами либо металлами с валентностью от четырех до семи, вторым в таких оксидах обязательно стоит кислород.

В оксидах валентность кислорода всегда соответствует двум, определить ее можно по периодической таблице элементов Д. И. Менделеева. Такой типичный неметалл как кислород, находясь в 6 группе главной подгруппы таблицы Менделеева, принимает два электрона, чтобы полностью завершить свой внешний энергетический уровень. Неметаллы в соединениях с кислородом чаще всего проявляют высшую валентность, которая соответствует номеру самой группы. Важно напомнить, что степень окисления химических элементов это показатель, предполагающий положительное (отрицательное) число.

Неметалл, стоящий в начале формулы, обладает положительной степенью окисления. Неметалл кислород же в оксидах стабилен, его показатель -2. Для того чтобы проверить достоверность расстановки значений в кислотных окислах, придется перемножить все поставленные вами цифры на индексы у конкретного элемента. Расчеты считаются достоверными, если суммарный итог всех плюсов и минусов поставленных степеней получается 0.

Составление двухэлементных формул

Степень окисления атомов элементов дает шанс создавать и записывать соединения из двух элементов. При создании формулы, для начала оба символа прописывают рядом, обязательно вторым ставят кислород. Сверху над каждым из записанных знаков прописывают значения степеней окисления, затем между найденными числами находится то число, что будет без какого-либо остатка делиться на обе цифры. Данный показатель необходимо поделить по отдельности на числовое значение степени окисления, получая индексы для первого и второго компонентов двухэлементного вещества. Высшая степень окисления равна численно значению высшей валентности типичного неметалла, идентична номеру группы, где стоит неметалл в ПС.

Алгоритм постановки числовых значений в основных оксидах

Подобными соединениями считаются оксиды типичных металлов. Они во всех соединениях имеют показатель степени окисления не более +1 либо +2. Для того чтобы понять, какую будет иметь степень окисления металл, можно воспользоваться периодической системой. У металлов основных подгрупп первой группы, данный параметр всегда постоянный, он аналогичен номеру группы, то есть +1.

Металлы основной подгруппы второй группы также характеризуются стабильной степенью окисления, в цифровом выражении +2. Степени окисления оксидов в сумме с учетом их индексов (числа) должны давать нуль, поскольку химическая молекула считается нейтральной, лишенной заряда, частицей.

Расстановка степеней окисления в кислородсодержащих кислотах

Кислоты представляют собой сложные вещества, состоящими из одного или нескольких атомов водорода, которые связаны с каким-то кислотным остатком. Учитывая, что степени окисления это цифровые показатели, для их вычисления потребуются некоторые математические навыки. Такой показатель для водорода (протона) в кислотах всегда стабилен, составляет +1. Далее можно указать степень окисления для отрицательного иона кислорода, она также стабильная, -2.

Лишь только после этих действий, можно вычислять степень окисления у центрального компонента формулы. В качестве конкретного образца рассмотрим определение степени окисления элементов в серной кислоте H2SO4. Учитывая, что в молекуле данного сложного вещества содержится два протона водорода, 4 атома кислорода, получаем выражение такого вида +2+X-8=0. Для того чтобы в сумме образовывался ноль, у серы будет степень окисления +6

Расстановка степеней окисления в солях

Соли представляют собой сложные соединения, состоящие из ионов металла и одного либо нескольких кислотных остатков. Методика определения степеней окисления у каждого из составных частей в сложной соли такая же, как и в кислородсодержащих кислотах. Учитывая, что степень окисления элементов - это цифровой показатель, важно правильно обозначить степень окисления металла.

Если металл, образующий соль, располагается в главной подгруппе, его степень окисления будет стабильной, соответствует номеру группы, является положительной величиной. Если же в соли содержится металл подобной подгруппы ПС, проявляющий разные валентности, определить валентность металла можно по кислотному остатку. После того как установлена будет степень окисления металла, ставят степень окисления кислорода (-2), далее вычисляют степень окисления центрального элемента, воспользовавшись химическим уравнением.

В качестве примера рассмотрим определение степеней окисления у элементов в нитрате натрия (средней соли). NaNO3. Соль образована металлом главной подгруппы 1 группы, следовательно, степень окисления натрия будет +1. У кислорода в нитратах степень окисления составляет -2. Для определения численного значения степени окисления составляет уравнение +1+X-6=0. Решая данное уравнение, получаем, что X должен быть +5, это и есть степень окисления азота.

Основные термины в ОВР

Для окислительного, а также восстановительного процесса существуют специальные термины, которые обязаны выучить школьники.

Степень окисления атома это его непосредственная способность присоединять к себе (отдавать иным) электроны от каких-то ионов или же атомов.

Окислителем считают нейтральные атомы или заряженные ионы, в ходе химической реакции присоединяющие себе электроны.

Восстановителем станут незаряженные атомы или заряженные ионы, что в процессе химического взаимодействия теряют собственные электроны.

Окисление представляется как процедура отдачи электронов.

Восстановление связано с принятием дополнительных электронов незаряженным атомом или ионом.

Окислительно-восстановительны процессом характеризуется реакция, в ходе которой обязательно меняется степень окисления атома. Это определение позволяет понять, как можно определить, является ли реакция ОВР.

Правила разбора ОВР

Пользуясь данным алгоритмом, можно расставить коэффициенты в любой химической реакции.

1. Для начала нужно расставить в каждом химическом веществе степени окисления. Учтите, что в простом веществе степень окисления равна нулю, так как отсутствует отдача (присоединение) отрицательных частичек. Правила расстановки степеней окисления в бинарных и трехэлементных веществ были нами рассмотрены выше.

2. Затем нужно определить те атомы либо ионы, у которых в ходе произошедшего превращения, изменились степени окисления.

3. 
   
   
   

   Из левой части записанного уравнения выделяют атомы либо заряженные ионы, которые поменяли свои степени окисления. Это необходимо для составления баланса. Над элементами обязательно указывают их значения.

4. Далее записываются те атомы либо ионы, которые образовались в ходе реакции, указывается знаком + количество принятых атомом электронов, - число отданных отрицательных частиц. Если после процесса взаимодействия уменьшаются степени окисления. Это означает, что электроны были приняты атомом (ионом). При повышении степени окисления атом (ион) в ходе реакции отдают электроны.

5. Наименьшее общее число делят сначала на принятые, потом на отданные в процессе электроны, получают коэффициенты. Найденные цифры и будут искомыми стереохимическими коэффициентами.

   Видео: Степень окисления. Учимся определять степень окисления по формулам.

6. Определяют окислитель, восстановитель, процессы, протекающие в ходе реакции.

   Видео: Определение степени окисления

7. Последним этапом будет расстановка стереохимических коэффициентов в рассматриваемой реакции.

   Пример ОВР

Рассмотрим практическое применение данного алгоритма на конкретной химической реакции.

Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

Рассчитываем показатели у всех простых и сложных веществ.

Так как Fe и Cu являются простыми веществами, их степень окисления равна 0. В CuSO4, то Cu+2, тогда у кислорода-2, а у серы +6. В FeSO4: Fe +2, следовательно, для О-2, по расчетам S +6.

Теперь ищем элементы, что смогли поменять показатели, в нашей ситуации ими окажутся Fe и Cu.

Так как после реакции значение у атома железа стала +2, в реакции было отдано 2 электрона. Медь поменяла свои показатели с +2 до 0, следовательно, медь приняла 2 электрона. Теперь определяем количество принятых и отданных электронов атомом железа и катионом двухвалентной меди. В ходе превращения взято два электрона катионом двухвалентной меди, столько же электронов отдано атомом железа.

В данном процессе нет смысла определять минимальное общее кратное, поскольку принято и отдано в ходе превращения равное количество электронов. Стереохимические коэффициенты будут также соответствовать единице. В реакции свойства восстановителя будет проявлять железо, при этом оно окисляется. Катион двухвалентной меди восстанавливается до чистой меди, в реакции у нее высшая степень окисления.

Применение процессов

Формулы степени окисления должны быть известны каждому школьнику 8-9 класса, так как данный вопрос включен в задания ОГЭ. Любые процессы, которые протекают с окислительными, восстановительными признаками, играют важное значение в нашей жизни. Без них невозможны обменные процессы в организме человека.