Правила определения степеней окисления

Диапазон степеней окисления неметалла: высшая = номер группы (\(\ce{S}\) \(+6\), \(\ce{N}\) \(+5\), \(\ce{Cl}\) \(+7\), \(\ce{C}\) \(+4\)), низшая = номер группы \(-\ 8\) (\(\ce{S}\) \(-2\), \(\ce{N}\) \(-3\), \(\ce{Cl}\) \(-1\), \(\ce{C}\) \(-4\)). Металлы отрицательных степеней окисления не проявляют.

Степень окисления записывают со знаком перед числом: \(+2\), \(-3\); заряд иона — наоборот, число перед знаком: \(\ce{Ca^{2+}}\), \(\ce{N^{3-}}\). Неизвестную степень окисления находят из того, что сумма степеней окисления в молекуле равна нулю:

\[ \ce{K2Cr2O7}:\quad 2\cdot(+1) + 2x + 7\cdot(-2) = 0, \qquad x = +6. \]

Исключения из правила «высшая степень окисления = номер группы» нужно знать наизусть. Кислород проявляет положительную степень окисления только во фториде \(\ce{OF2}\), поэтому его высшая степень окисления \(+2\), а не \(+6\). Фтор положительных степеней окисления не проявляет; его высшей степенью окисления в заданиях считают \(0\) (простое вещество \(\ce{F2}\)). Гелий, неон и аргон соединений не образуют. Железо стоит в VIII группе, но его высшая степень окисления \(+6\), а не \(+8\). Бром и иод достигают \(+7\) (\(\ce{HBrO4}\), \(\ce{HIO4}\)), но высших оксидов \(\mathrm{Э_2O_7}\) не образуют. Номер группы понимают в короткой форме таблицы: хром и сера оба в VI группе \((+6)\), марганец и хлор — в VII \((+7)\).

Низшая степень окисления неметалла равна номеру группы минус 8; у водорода она \(-1\) (\(\ce{NaH}\)), у бора \(-3\) (борид магния \(\ce{Mg3B2}\)). Металлы отрицательных степеней окисления не проявляют, и их низшей степенью окисления считают \(0\) — степень окисления в простом веществе. Эту условность принимают задания ФИПИ, когда спрашивают о разности высшей и низшей степеней окисления. У неметаллов IV–VII групп (кроме кислорода и фтора) эта разность всегда равна 8: у серы \(+6 - (-2) = 8\), у хлора \(+7 - (-1) = 8\). У металла она равна высшей степени окисления: \(\ce{Na}\) — 1, \(\ce{Mg}\) — 2, \(\ce{Al}\) — 3. Особые значения у кислорода \((+2 - (-2) = 4)\), фтора \((0 - (-1) = 1)\) и водорода \((+1 - (-1) = 2)\) — это ловушки, потому что они совпадают с разностью у металлов: у фтора она та же, что у натрия, у водорода — что у магния.

Постоянную степень окисления во всех соединениях проявляют щелочные металлы \((+1)\), бериллий, магний, щёлочноземельные металлы и цинк \((+2)\), алюминий \((+3)\) и фтор \((-1)\). Остальные элементы проявляют переменную степень окисления: неметаллы (кроме фтора; в банке ФИПИ и бор — \(+3\) и \(-3\)), а также хром, марганец, железо, медь, олово. Знак степени окисления определяется положением элемента: металлы проявляют только положительные степени окисления, фтор — только отрицательную, остальные неметаллы, включая водород, кислород и бор, — и положительные, и отрицательные. Гелий, неон и аргон соединений не образуют, их степень окисления всегда \(0\): они не проявляют ни положительной, ни отрицательной степени окисления. Поэтому на вопрос «какие элементы не проявляют положительной степени окисления» отвечают фтор и благородные газы, а «не проявляют отрицательной» — металлы.

Степень окисления в оксидах. Оксиды — бинарные соединения элементов с кислородом в степени окисления \(-2\); когда спрашивают о степени окисления элемента «в оксидах», имеют в виду второй элемент. В пероксидах (\(\ce{H2O2}\), \(\ce{Na2O2}\), \(\ce{BaO2}\)) кислород проявляет \(-1\), а второй элемент — обычную степень окисления: натрий \(+1\), барий \(+2\). Разную степень окисления в оксидах проявляют элементы, образующие два оксида и более: углерод (\(\ce{CO}\), \(\ce{CO2}\)), азот (от \(\ce{N2O}\) до \(\ce{N2O5}\)), фосфор (\(\ce{P2O3}\), \(\ce{P2O5}\)), сера и селен (\(\mathrm{ЭO_2}\), \(\mathrm{ЭO_3}\)), хлор (\(\ce{Cl2O}\), \(\ce{Cl2O7}\)), мышьяк, хром (\(\ce{CrO}\), \(\ce{Cr2O3}\), \(\ce{CrO3}\)), марганец (\(\ce{MnO}\), \(\ce{MnO2}\), \(\ce{Mn2O7}\)), железо (\(\ce{FeO}\), \(\ce{Fe2O3}\)), медь (\(\ce{Cu2O}\), \(\ce{CuO}\)), олово (\(\ce{SnO}\), \(\ce{SnO2}\)). Металлы IА и IIА групп сюда не относятся: в \(\ce{Na2O}\) и \(\ce{Na2O2}\) натрий проявляет \(+1\). Неустойчивые оксиды фосфора и бора со степенью окисления \(+2\) и оксид серы со степенью окисления \(+3\) в заданиях не рассматривают.