Методические рекомендации по изучению темы: «ВАЛЕНТНОСТЬ, СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ».

Министерство образования Пензенской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

Пензенской области

«Пензенский колледж архитектуры и строительства»

Методические рекомендации по изучению темы:

«ВАЛЕНТНОСТЬ, СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ».

Выполнила преподаватель химии: Андронова Н.М.

г. Пенза, 2020 г.

Методические рекомендации по изучению материала.

При изучении темы обратите внимание, что нужно:

Знать:

1) определения химических понятий:

б) валентность

в) степень окисления

2) понятие электроотрицательности

3) разновидности валентности

4) виды степени окисления

Уметь:

Определять валентность и степень окисления химических элементов в различных соединениях.

Теоретическая поддержка темы: «ВАЛЕНТНОСТЬ, СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ».

Валентность (валентное число)

определяет число [ковалентных] химических связей, которыми данный атом соединен с другими атомами {показывает число присоединенных или отданных электронов (число обобществленных пар электронов или число неспаренных электронов, имеющихся в его атоме)}. Она не может быть нулевой или иметь знак '+' или '-' (вследствие этого выражение «нулевая валентность» некорректно). Различают стехиометрическую, структурную (координационное число) и электронную валентность. Валентность может быть:
₁₎ постоянной - у элементов главных подгрупп {например: Ag (I), Zn (II), Al (III) и др.)}
₂₎ переменной - у элементов побочных подгрупп {например: Cu (I) и (II), Fe (II) и (III), Mn (II), (III), (IV), (VI) и (VII)}, которая - в свою очередь - может быть:

А) высшей (равна номеру группы)

Б) низшей [равной '8 минус номер группы'; например: сера (S) может иметь кроме

основной валентности (6) еще и валентность (2): 8 - 6 = 2]

Примечание.

Дробная валентность не существует, а в интерметаллических соединениях  понятие валентности вообще неприменимо.

Валентность по смыслу отличается от степени окисления даже если их абсолютные значения совпадают (степень окисления характеризует смещения электронов при образовании химических связей). Например, кислород в воде и в пероксиде водорода двухвалентен, а степень окисления его различна: в воде - (минус 2), а в пероксиде - (минус 1)

Кроме того, истинные (экспериментально определенные) заряды атомов в соединениях не имеют ничего общего со степенями окисления этих элементов. К примеру, действительные заряды атомов водорода и хлора в молекуле HCl соответственно равны (+0.17 V) и (-0.17 V), а степени окисления (+1) и (-1). Аналогично, в кристаллах сульфида цинка ZnS заряды атомов цинка и серы равны (+0.86 V) и (-0.86 V), a формальные степени окисления (+2) и (-2).

Несоответствие химической валентности степени окисления видна также на примере так называемых «нуль-валентных» соединений (типа карбонилов металлов [Cr(CO)₆], [Fe(CO)₅], [Ti(CO)₇], аммиакатов Pt(NH₃)₄ и др), у которых атом металла связан исключительно с нейтральными молекулами. Так как у атомов (С) и (N) в молекулах (CO) и (NH₃) нет неспаренных электронов, у них вообще отсутствует классическое валентное взаимодействие (связь осуществляется только за счет координационных валентностей атома металла и молекул лигандов). Это же различие видно и на примере аниона [W₂Cl₉]^3-, у которого имеются 9 ковалентных связей: три из них образованы по обменному механизму, а 6 (с шестью атомами хлора) - по донорно-акцепторному.

Для установления валентности атома требуется знание химического строения, а степень окисления можно рассчитать строго формально (в отрыве от структуры вещества).

Валентность наивысшая (максимальная)

обычно равна общему числу имеющихся в атоме неcпарeнных или слабо спаренных электронов (совпадает с номером группы элемента в Периодической системе). Максимальное ее значение равно 8. Ее могут иметь всего 3 элемента: рутений, осмий и ксенон, образующие высшие оксиды вида RuO₄, OsO₄, XeO₄ и соединения XeF₈, Na₂XeO₅ и Ba₂XeO₆.

Валентность переменная

валентность, проявляемая химическим элементом при связывании более одного атома равновалентного водороду элемента (например, сера может связывать 2, 4 или 6 атомов равновалентного водороду элемента). Она обусловлена строением внешнего электронного слоя соответствующих атомов и связана с общим числом неспаренных электронов атома, образующихся при его последовательном возбуждении (иначе ее называют 'спин-валентностью'). Причиной проявления переменной валентности является последовательность разъединения спаренных электронов. Такую валентность проявляют достаточно много элементов (Cl, Mn, Mo, Re, S, V, и др.), причем у одних элементов (например, у серы) она четная (возбуждение атома, сопровождающееся распариванием пары электронов, приводит к увеличению числа одиночных электронов сразу на '2'), у других (например, у хлора) - нечетная. Переменная валентность р-элементов объясняется способностью их атомов образовывать химические связи в стационарном и возбужденном состояниях. Элементы, проявляющие переменную валентность, образуют многочисленные и разнообразные химические соединения. Атомы одного и того же элемента могут иметь отличающуюся валентность в различных соединениях. Например, в соединениях H₂S и CuS сера 2-хвалентна, в SO₂ и SF₄ - 4-хвалентна, а в SO₃ и SF₆ - 6-тивалентна.

В настоящее время установлено, что подавляющее большинство элементов могут проявлять переменную валентность с образованием всего ряда 'валентноненасыщенных' соединений со всеми ее значениями от единицы до максимальной (с шагом '1'), образуя, например, молекулы: BF, BF₂ и BF₃; CF, CF₂, CF₃ и CF₄, и др.)

Степень окисления.

Это условный электрический заряд, возникающий у атома, если электроны, обеспечивающие его химическую связь с соседними атомами, полностью переместить в сторону более электроотрицательного элемента. Степень окисления фактически описывает состояние атома в соединении. Степень окисления атома в простом веществе и суммарная степень окисления всех атомов в молекуле (в том числе неполярных: H₂, O₂, Cl₂ и др.) равны нулю. Если атом отдает электроны, его степень окисления считается положительной (число со знаком '+'), в противном случае - знак ('-'). Степень окисления любого иона равна его заряду, например: H⁺(+1), Fe³⁺(+3), F^-(-1). Максимальная степень окисления элемента численно равна номеру группы Периодической системы. Металлы могут иметь несколько степеней окисления, но не имеют ее отрицательных значений. Степень окисления указывается над символом элемента, например:

    Na⁺¹Cl^-1,  N^-3H₃⁺¹,  H⁺¹N⁺⁵O₃^-2,  О₃⁰

    H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2 = (+1_*2)+(+6_*1)+(-2_*4)=0

Некоторые соединения {например, двойной оксид (Fe^(II)Fe₂^(III))O₄} содержат атомы железа в двух разных степенях окисления и при взаимодействии с кислотными гидроксидами он может образовывать не одну, а две разные соли.

Степень окисления может быть:

   А) положительной - у атомов, отдающих свои электроны другим атомам (связующее электронное облако оттянуто от них). К ним относят металлы в соединениях. Например, степень окисления щелочных металлов равна (+1), щелочноземельных - (+2), в соединениях (Cl₂O), (ClO₂) и (Cl₂O₇) хлор также проявляет положительную степень окисления. Максимальная степень окисления, достигнутая в настоящее время (для элементов Ru, Os, Xe) равна (+8), причем между номером группы и наивысшей валентностью элементов наблюдается отчетливая корреляция

   Б) отрицательной - у атомов, присоединяющих электроны от других атомов (в их сторону смещено связующее электронное облако). Отрицательные степени окисления обычно проявляют элементы, начиная с углерода, кремния и германия. Их значения (или низшие степени окисления) равны числу электронов, недостающих до 8. Отрицательная степень окисления проявляется также у амфотерных металлов (олова, полония, сурьмы и др.)

   В) нулевой - у атомов в молекулах простых веществ в свободном (элементарном) состоянии. Например, в молекулах Cl₂, H₂, N₂ и др. электронное облако принадлежит в равной степени обоим атомам. У вещества, находящегося в атомном состоянии, степень окисления его атомов также равна нулю. Пример соединения с нулевой степенью окисления - динитрозил никеля Ni(NO)₂

хлор может иметь 7 степеней окисления (-1, +1, +3, +4, +5, +6 и +7). Известны вещества, в которых атомы проявляют максимальную степень окисления, равную 8 (например, IO₄). Углерод в молекуле СO₂ имеет степень окисления (+4), а в молекуле СН₄ - (минус 4), хотя валентность его в обоих соединениях одинакова и равна (IV)

Задания для самоконтроля.

Тест.

1. Валентность каких из перечисленных ниже элементов в соединениях равна IV:

а) СН4 б) S0₂ в) N0 г) Р₂0₅.

2. Укажите элементы высшая валентность которых равна семи:

а) С б) Вг в) С1 г) N.

3. Валентность каких из перечисленных ниже элементов в соединениях равна III

a) Fe₂0₃ б) СаС1₂ в)NH₃ г) СН₄

1. Степень окисления бывает:

а) только отрицательной;

б) только положительной;

в) отрицательной и положительной;

г) отрицательной, положительной и нулевой.

5.Процесс присоединения электронов атомом, молекулой, в окислительно-восстановителных реакциях называют:

а) восстановлением; в) электричеством;

б) окислением; г) электрофильностью.

6.. Реакции, в которых происходят изменения степеней окисления у атомов

исходных и образующихся веществ, называются:

а) термохимическими;

б) окислительно-восстановительными;

в) не окислительно-восстановительными;

г) обратимыми.

7. Степень окисления азота в молекуле азота ( N2 ) равна:

а) +5 в) -3

б) +3 г) 0

8. Определите степень окисления атомов в молекулах:

а) CH4 ; б) SO2 .

9.Определите степень окисления атомов в молекулах:

а) H3PO4 ; б) KClO3 .

10. Степень окисления - это:

а) количество химических связей в молекуле;

б) валентность атомов;

в) условный заряд атома в молекуле;

г) внутренняя энергия атома.

11.Процесс присоединения электронов атомом, молекулой, в окислительно-восстановителных реакциях называют:

а) восстановлением; в) электричеством;

б) окислением; г) электрофильностью.

Литература

О.С.Габриелян, И.Г. Остроумов «Химия для профессий и специальностей технического профиля»; Москва, издательский центр «Академия», 2015г.