 |
Степени окисления элементов
|
|
|
|
Отделение заочного обучения
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
По дисциплине
«ХИМИЯ»
Классы неорганических соединений
|
Санкт-Петербург
2012
Одобрено методическими комиссиями всех факультетов РГГМУ
УДК
Методические указания по дисциплине «Химия». Специальности: 020804 – Геоэкология, 020602 – Метеорология, 020601 – Гидрология, 020603 – Океанология, 090106 - Информационная безопасность телекоммуникационных систем, 180304 – Морские информационные системы и оборудование, 180800 – Корабельное вооружение, 080502 – Экономика и управление на предприятии. – СПб.: изд. РГГМУ, 2012. – 38 с.
В МУ даются указания по изучению разделов дисциплины и выполнению контрольной работы, приведена рекомендованная литература.
Составитель: к.х.н. Гончаров А.В., доцент РГГМУ
Дурягина Е.Г., старший преподаватель РГГМУ
Ответственный редактор: д.х.н. Скакальский Б.Г., профессор РГГМУ
Ó Гончаров А.В., Дурягина Е.Г., 2012
Ó Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ), 2012
ВВЕДЕНИЕ
Конспект лекций для слушателей отделения заочного обучения и подготовительных групп составлены с целью, оказать помощь в период подготовки к обучению и экзамену по химии в РГГМУ. В нем отражены только наиболее важные разделы темы «Классы неорганических соединений», даны примеры решения задач, а также литература, которую целесообразно использовать при обучении и подготовке к экзамену.
|
|
|
Пособие может быть полезно для студентов, не имеющих достаточных навыков в написании химических формул неорганических соединений и уравнений химических реакций, необходимых при изучении курса общей химии.
Пособие содержит минимальный объем информации, усвоение которой позволит начать успешное изучение курса общей химии.
Пособие рекомендуется студентам первых курсов всех факультетов РГГМУ
СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
Качественный и количественный состав веществ выражают при помощи химических формул. Например, формула H2SO4 показывает, что это молекула серной кислоты; которая состоит из 2 атомов водорода, 1 атома серы и 4 атомов кислорода. Числа, стоящие справа внизу, после символов элементов в формуле, показывают, сколько атомов данного элемента содержится в молекуле.
Формулы веществ составляют на основании валентностей (степеней окисления) элементов, образующих данное вещество. Валентностью называется способность атомов данного элемента присоединять или замещать определенное число атомов других элементов. За единицу валентности принята валентность атомов водорода. Таким образом, валентность элементов в соединениях с водородом определяется числом атомов водорода, присоединяемых одним атомом данного элемента. Кислород соединяется с двумя атомами водорода, следовательно, он двухвалентен. Это дает возможность определять валентность элемента и из его соединения с кислородом.
Если строение сложного вещества неизвестно, то часто нет возможности установить истинную валентность всех атомов, входящих в состав структурной единицы этого вещества, поскольку количество и порядок связей между ними не определены. В таких случаях удобно пользоваться понятием степень окисления элемента.
Таким образом, составление эмпирических формул и образование названий химических соединений основано на знании и правильном использовании понятия степень окисления элементов.
|
|
|
Степень окисления элемента представляет собой величину условную, которая возникла из предположения о том, что молекулы всех неорганических соединений состоят из положительно и отрицательно заряженных частиц.
Алгебраическая сумма зарядов всех частиц в молекуле равна нулю, т.е. молекула в целом является электрически нейтральной частицей. Степени окисления элементов в простых веществах, например, А1, С, S, H2, O2, N2 и т. п., также принимаются равными нулю.
Таким образом, свободные атомы и молекулы всегда имеют степень окисления (заряд) равную нулю, обозначать которую при написании химических формул и уравнений не принято. При рассмотрении возможных степеней окисления химических элементов, степень окисления «0» обычно, также, не упоминается.
Химические элементы могут иметь единственное (кроме нуля) значение степени окисления в соединениях или несколько в зависимости от их природы. Так, например, элементы главных подгрупп I, II и III групп Периодической системы элементов имеют единственные значения степеней окисления, соответствующие номеру группы, т.е. +1, +2 и +3. Элементы первых трех групп Периодической системы элементов являются металлами, поэтому отрицательных степеней окисления иметь не могут.
Все элементы побочных подгрупп не имеют отрицательных степеней окисления, поскольку, также являются металлами, но имеют несколько значений положительных величин степеней окисления.
Большинство элементов Периодической системы элементов имеют несколько значений величин степеней окисления в соединениях, поэтому необходимо уметь рассчитывать эту величину.
Сера, например, в соединениях бывает в степенях окисления +6 (SO3, H2SO4), +4 (SO2, Na2SO3), ноль (элементарная сера) и -2 (H2S).
Для расчета степени окисления принимают следующее:
- атомы и молекулы заряда не имеют (0),
- водород в соединениях имеет, как правило, степень окисления +1,
- кислород в соединениях имеет, как правило, степень окисления -2. Исключением является перекись водорода Н2О2 и ее производные, в которых кислород имеет степень окисления -1.
Степень окисления других элементов рассчитывают исходя из того, что алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, образующих молекулу, должна быть равна нулю.
|
|
|
Zм,а = nа1*Zа1 + nа2*Zа2 + ….. nаi*Zаi
Где:
Zм,а = 0, заряд свободных атомов или молекул,
nаi*Zаi произведение числа атомов каждого вида, составляющих молекулу, на их заряд (степень окисления).
Например, рассчитаем степень окисления фосфора в соединении Р2О3:
0= np*Zp + no*Zo = 2* Zp + 3*(-2) = 2* Zp –6
2* Zp = 6 Zp = +3
в соединении РН3 степень окисления фосфора -3,
в соединении НВО2 степень окисления бора +3.
Положительные значения степеней окисления иногда называют валентностью по кислороду, а отрицательные значения степеней окисления – валентностью по водороду. Эти термины следует понимать следующим образом:
· Элементы, имеющие положительные значения степеней окисления способны образовывать химические связи с элементами, степени, окисления которых отрицательны (частицы с разноименными зарядами притягиваются).
· При образовании молекулы суммы положительных и отрицательных степеней окисления (суммарные заряды на атомах одного вида) должны быть равны.
В рассмотренном выше примере с молекулой Р2О3 суммарный заряд на атомах фосфора равен +6 (2* «+3»= +6), на атомах кислорода –6 (3* «-2»= -6). Суммарный заряд молекулы равен «0».
Для правильного изображения формул химических соединений следует помнить следующее:
1. Атомы соединяются в молекулы в соответствии с их валентностью. Для изображения формул химических соединений достаточно понимать под валентностью величину степени окисления без знака. Например, степени окисления +1 соответствует валентность 1, и степени окисления –1 соответствует валентность 1.
2. При образовании неорганических соединений в молекуле не может быть свободных валентностей. Например, в молекуле Р2О3, два атома фосфора соединяются с тремя атомами кислорода из-за того, что два атома фосфора образуют 6 химических связей (2*3=6), и три атома кислорода образуют 6 химических связей (3*2=6). В то же время молекула, состоящая из одного атома 3-х валентного фосфора и одного атома 2-х валентного кислорода, образоваться не может (у атома фосфора одна валентность останется свободной).
|
|
|
3. Численный индекс, стоящий в формуле химического соединения справа снизу от атома, указывает на число атомов данного вида, входящих в молекулу. Например, химическую формулу Р2О3, следует понимать как молекулу состоящую из двух атомов фосфора и трех атомов кислорода.
|
|
|
