Еще раз о степени окисления
Как известно, в химии есть понятие степени окисления атома в молекуле (или ионе. Или радикале. Обобщим все эти варианты одним понятием: химическая частица)
Определение которого таково: степень окисления – это воображаемый заряд атома, который он бы приобрёл, если бы пара обобщенных электронов, образующих связь между атомами, полностью бы стала принадлежать наиболее электротрицательному атому этой связи.
(в реальности такого не происходит, т.к. пара обобщенных электронов хоть и смещаЕтся по направлению к более электроотрицательному атому, но частично, поэтому и заряды у атомов возникают частичные. Почему происходит это смещение электронной пары и как эти частичные заряды определить – этому будет посвящена следующая моя статья на эту тему.)
Известно также, что степень окисления не всегда равна валентности атома, взятой со знаком плюс или минус. Поэтому возникает вопрос: как же определять степень окисления каждого атома в данной химической частице. Один из алгоритмов таков (и именно ему учат в средней школе) Пусть формула химической частицы АаБбВв (где А, Б, В – это обозначения элементов, а а, б, в – соответственно количество их атомов в химической частице) Тогда получаем следующее уравнение:
а*с(А)+б*с(Б)+в*с(В)=з(АаБбВв),
Где с – это степень окисления,
з – заряд (химической частицы) (понятно, что если это молекула или радикал, то их заряд=0, если ион, то заряду иона)
Далее, поскольку существуют элементы, атомы которых проявляют только одну валентность, то и степень окисления их по модулю может быть только одна.
А именно, это щелочные металлы (валентность=1) и щелочно-земельные металлы (валентность=2) Поскольку металлы способны образовывать связь только с неметаллами, электроотрицательность которых всегда больше, то у атомов этих групп элементов и степень окисления всегда одна и равна +1 и +2 соответственно.
Следующая группа таких элементов – это галогены (7-ая группа таблицы Д.И.Менделеева), но только в связях в металлами. Тогда их степень окисления = -1.
Поскольку в общем неметаллы проявляют много валентностей (например, хлор может быть 1, 3, 5
и 7-валентным, сера – 4 и 6-валентной, углерод – 2 и 4-валентным), то и степени окисления их в связях с неметаллами (ибо только в них они способны проявлять такую валентность) могут быть разными, причём как по модулю, так и по знаку (и это зависит от электроотрицательности того атома, с которым устанавЛивается связь)
В итоге мы получаем 3 группы опорных элементов: щелочные металлы, щелочно-земельные металлы, галогены в соединениях с металлами.
Кислород, кроме соединений с фтором и не в пероксидах (то есть в таких химчастицах, в которых имеются кислородные цепочки. Подробнее об этом позже) также имеет единственную степень окисления, равную -2.
Водород, поскольку он в 1-ой группе, имеет единственную валентность=1, но степень окисления, как неметалл, может иметь как +1, так и -1 (в зависимости от электроотрицательности атома, с которым он образует связь)
Поэтому и кислород и водород (при выполнении оговорённых выше условий) могут быть отнесены к опорным элементам, при определении степени окисления.
Итак, если в химической частице АаБбВв элементы А и В, например, опорные, то остаётся решить уравнение а*с(А)+б*с(Б)+в*с(В)=з(АаБбВв) относительно с(Б) (то есть неопорного элемента), и дело в шляпе.
Впрочем, сюда еще следует добавить, что если формула химчастицы Аа, где а>1, то правило опорных элементов не действует, а с(А) (для всех атомов данной х-частицы)=0 (т.к. сдвиг электронной пары связи при равных электроотрицательностях связываемых атомов не происходит)
Но вот вопрос: а если в исходной химчастице неопорных элементов более 1, то что делать? Как определить их степени окисления? Ведь для этого 1 уравнения недостаточно, нужны еще уравнения. Как их составить?
А в связи с добавлением еще вопрос: а если структурная формула х-частицы – А-Б1-Б2-А (где Б1 и Б2 – разные атомы элемента Б), то действует ли это добавление (а значит, с(Б1)=с(Б2)=0) или нет?
И по 2-му вопросу интуиция подсказывает: поскольку структура А-Б1-Б2-А, как и структура Б1-Б2 осесимметрична, то, наверное, в ней также с(Б1)=с(Б2), но не с(Б2)=0. Как же в таком случае определить с(Б2)? Да опять таки разрешив вышеприведённое уравнение относительно неопорного (в данном случае) элемента. Например, для молекулы пероксида водорода H-O-O-H (женщины хорошо с ней знакомы, т.к. раньше она весьма активно использовалась для обесцвечивания волос. Но, поскольку она проявляет кислотные свойства, хоть и слабые, но в концентрированных растворах её активно проедает (разрушает) все ткани. Поэтому сейчас придуманы новые средства.)
решение этого уравнения даёт с(О)=-1, т.к. с(Н)=+1, и точка. (ибо кислород – более электротрицателен, чем водород)
Но давайте усложним задачу. Для чего возьмём молекулу А-Б1-Б2-В.
Для неё очевидно, что, поскольку данная молекула не осесмметрична, то с(Б1)=/=с(Б2).
Но возьмём для примера молекулу H-O1-O2-Na. Она не осесимметрична, поэтому с(О1)=/=с(О2). Но, полагая, в соответствии с определением понятия степень окисления, что с(Н)=+1, с(Na)=+1, получаем, также как и предыдущем примере, что с(О1)=с(О2)=-1.
Хотя понятно, что это не совсем точно: атом О2 должен иметь меньшую степень окисления, чем атом О1, т.к. он непосредственно связан с менее электроотрицательным атомом (Na), чем атом О1 (H))
Почему же, в соответствии с выше приведенным алгоритмом, этого различия не обнаруживается?
Хотя ведь понятно, что если в х-частице есть несколько атомов одного элемента и они находятся в разных (качественно) позициях в структуре х-частицы, то не факт, что степени их окисления будут одинаковы.
вперёд http://www.proza.ru/2017/05/28/65