Степень окисления и валентность

Степень окисления и валентность

Валентность — это число химических связей, которые образует атом данного элемента с другими атомами в молекуле. Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, вычисленный в предположении, что все связи являются ионными, то есть все общие электронные пары полностью смещены к более электроотрицательному атому. Эти два понятия тесно связаны и часто численно совпадают, но различать их совершенно необходимо: они отражают разные стороны строения вещества.

В чём принципиальная разница

Валентность не имеет знака и традиционно обозначается римскими цифрами: I, II, III, IV. Она показывает только количество связей и не может быть отрицательной. Степень окисления, напротив, имеет знак (плюс или минус) и записывается арабскими цифрами над символом элемента: Na(+1), O(-2), Cl(-1). В простом веществе валентность атома может быть не равной нулю, а степень окисления всегда равна нулю, ведь атомы одного элемента имеют одинаковую электроотрицательность и не оттягивают друг у друга электроны. Например, в молекуле азота N≡N валентность каждого атома азота равна III (три связи), а степень окисления равна 0.

Правила определения степени окисления

Чтобы быстро находить степень окисления, пользуются набором надёжных правил:

• Степень окисления элемента в простом веществе равна 0 (O_2, Fe, S_8, H_2).
• У водорода в большинстве соединений она равна +1, но в гидридах металлов -1 (например, NaH).
• У кислорода обычно -2, в пероксидах -1 (H_2O_2), а во фториде кислорода +2.
• У металлов главных подгрупп степень окисления постоянна и равна номеру группы.
• Фтор во всех соединениях имеет степень окисления -1, так как это самый электроотрицательный элемент.
• Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна 0, а в ионе равна заряду этого иона.

Разбор примера

Определим степень окисления серы в серной кислоте H_2SO_4. Водород даёт +1 (два атома, всего +2), кислород — -2 (четыре атома, всего -8). Пусть степень окисления серы равна x. Составим уравнение по правилу нейтральности молекулы:

2·(+1) + x + 4·(-2) = 0 → 2 + x - 8 = 0 → x = +6

Значит, сера в серной кислоте имеет степень окисления +6. Точно так же можно найти степень окисления любого элемента в сложном соединении, если известны значения остальных.

Частая ошибка: путать знак степени окисления с валентностью. У серы в H_2SO_4 валентность равна VI (шесть связей), а степень окисления составляет +6. Здесь числа совпали, но это разные характеристики, и такое совпадение бывает не всегда. Например, в молекуле пероксида водорода валентность кислорода равна II, а степень окисления — -1.

Кратко о главном

• Валентность — это число связей атома, она без знака; степень окисления — условный заряд, со знаком.
• В простом веществе степень окисления равна нулю, а валентность нулю не равна.
• Сумма степеней окисления в молекуле равна нулю, а в ионе равна его заряду.
• Степень окисления неизвестного элемента находят, решая простое алгебраическое уравнение.