"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. и др.
Валентность и степень окисления помогают описывать атомы в соединениях, но показывают разные стороны их поведения. Валентность указывает, сколько связей образует атом, а степень окисления условно показывает, кому приписывают общие электроны. Эти величины нужны, чтобы составлять формулы веществ и разбирать химические реакции. Научись различать их обозначения, учитывать электроотрицательность и проверять сумму степеней окисления — и ты сможешь находить неизвестные значения в формулах.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Валентность — способность атома образовывать определённое число химических связей с другими атомами. Её обычно обозначают римской цифрой без знака, например I, II или III. Валентность показывает, сколько связей образует атом, а не то, какой заряд он приобретает. Это понятие помогает сопоставлять атомы при составлении формул веществ.
Степень окисления — условный заряд атома в соединении, рассчитанный так, будто общие электронные пары полностью смещены к одному из атомов. Её записывают арабской цифрой со знаком, например +2 или −1. Это значение условное: оно не всегда равно настоящему заряду атома. Степень окисления нужна, чтобы учитывать распределение электронов и анализировать химические реакции.
Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общие электронные пары. Если электроотрицательность атомов в связи различается, более электроотрицательному приписывают отрицательную степень окисления, а другому — положительную. Если нужно определить знаки степеней окисления, сравни именно электроотрицательность связанных атомов. Это позволяет понять, в какую сторону условно смещаются электроны.
Электронейтральность соединения означает, что суммарный заряд нейтральной формулы равен нулю. Поэтому сумма степеней окисления всех атомов в такой формуле тоже должна быть нулевой. При подсчёте учитывают число атомов каждого элемента, указанное индексом. Это правило помогает найти неизвестную степень окисления.
Валентность отражает число химических связей атома, а степень окисления описывает условное распределение электронов. Эти характеристики отвечают на разные вопросы: сколько связей образовано и кому приписывают общие электроны. Поэтому их числа могут не совпадать, хотя обе величины относятся к одному атому. Например, в H₂SO₄ валентность серы равна VI, а степень окисления — +6; совпадение чисел в этом случае не означает, что понятия одинаковы.
Чтобы назначить степень окисления в связи, мысленно относят общую электронную пару к более электроотрицательному атому. Такой атом получает отрицательное значение, потому что ему приписали электроны; менее электроотрицательный получает положительное. Если электроотрицательность одинакова, как у атомов одного элемента, электронного преимущества нет. Этот условный способ позволяет единообразно описывать распределение электронов в соединениях.
В простом веществе все атомы состоят из одного и того же элемента и имеют одинаковую электроотрицательность. Поэтому ни один из связанных атомов не притягивает общую пару сильнее другого. При условном распределении электроны остаются поровну, и степень окисления каждого атома принимают равной нулю. Это верно, например, для O₂, H₂ и металлов в простом веществе.
В большинстве соединений водороду назначают степень окисления +1, а кислороду −2. Эти правила удобны, потому что позволяют сначала подставить известные значения, а затем найти неизвестное. Но в гидридах металлов водород получает −1, а в пероксидах кислород — −1: окружение атома в таких веществах отличается от обычного. Поэтому правило нужно применять с учётом типа соединения, а не механически.
В нейтральном соединении степени окисления всех атомов в сумме дают ноль, так как общий заряд формулы равен нулю. Если атомов одного элемента несколько, его степень окисления учитывают столько раз, сколько показывает индекс. Например, для H₂SO₄ вклад двух атомов H записывают как 2 · (+1), а четырёх атомов O — как 4 · (−2). Приравняв сумму вместе с неизвестным значением к нулю, можно составить уравнение и найти его.
| Свойство | Валентность | Степень окисления |
|---|---|---|
| Что характеризует | Число химических связей атома | Условное распределение электронов, выраженное как заряд |
| Как обозначается | Римской цифрой | Арабской цифрой со знаком |
| Может ли иметь знак | Нет | Да, плюс или минус |
| Как определяется | По числу связей атома с другими атомами | По условному смещению электронов и правилам для соединений |
| Пример для серы в H₂SO₄ | VI | +6 |
Сначала реши, какую характеристику просит задача: число связей или условный заряд. Затем выбери соответствующее обозначение и способ определения. Последняя строка показывает, что значения у серы здесь численно совпали, но смысл у них разный.
Кислород в большинстве соединений имеет степень окисления −2. Молекула SO₂ нейтральна, значит, сумма значений для всех атомов должна равняться нулю. Обозначим степень окисления серы через x и учтём, что атомов кислорода два.
Ответ: степень окисления серы в SO₂ равна +4. Проверка: +4 + 2 · (−2) = 0, формула остаётся электронейтральной.
Валентность показывает число связей, поэтому число связей, которое образуют атомы одного элемента, должно соответствовать числу связей атомов другого элемента. Одного атома Al приходится на два атома O так, что значения валентностей дают равное общее число. Для проверки удобно перемножить число атомов на валентность каждого элемента.
Ответ: формула соединения — Al₂O₃. Индексы 2 и 3 показывают число атомов, а не валентность и не заряд.
Здесь нужно найти две разные характеристики одного атома. Сначала определим степень окисления с помощью известных значений для водорода и кислорода, а затем отдельно посчитаем связи серы с кислородом. В формуле один атом S, два атома H и четыре атома O.
Ответ: валентность серы — VI, степень окисления — +6. Первое значение относится к числу связей, второе — к условному распределению электронов.
Смешивать валентность и степень окисления. Так делают, потому что обе характеристики относятся к атому в соединении и иногда имеют одинаковое числовое значение. Но валентность показывает число связей, а степень окисления — условный заряд. Проверь себя: спроси, требуется ли посчитать связи или распределить электроны.
Ставить знак у валентности. Путаница возникает из-за того, что степени окисления записываются со знаками и часто встречаются в тех же формулах. Валентность обозначают римской цифрой без знака, а плюс или минус ставят у степени окисления. Сверь обозначение с тем, какую величину нужно найти.
Не учитывать индексы в сумме степеней окисления. Иногда известную степень окисления записывают один раз, хотя атомов элемента в формуле несколько. Из-за этого сумма получается неверной. Перед вычислением проверь каждый индекс и умножь значение на число атомов, как в записи 2 · (+1) для H₂.
Считать правила для водорода и кислорода абсолютными. Обычно H имеет +1, а O — −2, поэтому исключения легко упустить. Однако в гидридах металлов водород имеет −1, а в пероксидах кислород — −1. Перед расчётом выясни, не относится ли вещество к этим случаям, и проверь сумму по формуле.
Чтобы применять правила, нужно уметь читать химические формулы, различать индекс и коэффициент и считать атомы каждого элемента. Знание электроотрицательности и химической связи объясняет, почему общие электроны условно относят к одному из атомов. Валентность помогает составлять формулы, а степени окисления — разбирать окислительно-восстановительные реакции и расставлять коэффициенты в уравнениях. Поэтому эта тема соединяет запись состава вещества с описанием химических превращений.
Чем валентность отличается от степени окисления?
Валентность показывает число химических связей атома и записывается римской цифрой без знака. Степень окисления — условный заряд атома, поэтому у неё ставят знак плюс или минус. Эти характеристики могут не совпадать.
Почему степень окисления называют условным зарядом?
При её определении общие электроны в каждой связи мысленно полностью передают более электроотрицательному атому. В настоящей связи электроны обычно не переходят целиком, поэтому полученное значение не обязательно является реальным зарядом атома.
Как определить неизвестную степень окисления в формуле?
Умножь известные степени окисления на число соответствующих атомов и сложи полученные значения. Для нейтрального соединения общая сумма равна нулю; составь уравнение с неизвестной степенью окисления и реши его.
Почему у атомов простого вещества степень окисления равна нулю?
В простом веществе соединены атомы одного элемента, у которых одинаковая электроотрицательность. Поэтому общие электроны не смещаются преимущественно к одному из атомов, и условный заряд каждого равен нулю.
Всегда ли водород имеет степень окисления +1, а кислород −2?
Нет, это обычные значения, но есть исключения. В гидридах металлов водород имеет степень окисления −1, а в пероксидах кислород — −1. Поэтому сначала учитывай состав вещества и возможные исключения.
§ 54. Валентность и степень окисления
