Химическая формула и валентность. Степень окисления

14 терминов

Химическая формула — запись состава вещества знаками элементов и индексами: \(\ce{H2SO4}\) — молекула из 2 атомов \(\ce{H}\), 1 атома \(\ce{S}\) и 4 атомов \(\ce{O}\). Индекс — число атомов (справа внизу), коэффициент — число молекул (перед формулой): \(\ce{3H2O}\) — три молекулы воды, всего 6 атомов \(\ce{H}\) и 3 атома \(\ce{O}\). Формула показывает качественный (какие элементы) и количественный (сколько атомов) состав.

Валентность — способность атома присоединять определённое число других атомов (число связей).

Высшая валентность неметалла равна номеру группы (\(\ce{S}\) — VI, \(\ce{Cl}\) — VII; исключения \(\ce{O}\), \(\ce{F}\), \(\ce{N}\)), валентность в летучем водородном соединении \(= 8 - \) номер группы (\(\ce{H2S}\) — II, \(\ce{HCl}\) — I).

Задача	Правило	Пример
Составить формулу по валентности	найти НОК валентностей и разделить его на валентность каждого элемента — это индексы	\(\ce{P}\)(V) и \(\ce{O}\)(II): НОК 10 → \(\ce{P2O5}\); \(\ce{Al}\)(III) и \(\ce{O}\)(II): НОК 6 → \(\ce{Al2O3}\)
Определить валентность по формуле	произведение валентности на индекс одинаково для обоих элементов	\(\ce{Fe2O3}\): \(\ce{O}\) — II, \(3 \cdot 2 = 6\), \(6 : 2 = 3\) → \(\ce{Fe}\)(III); \(\ce{SO3}\) → \(\ce{S}\)(VI); \(\ce{Cl2O7}\) → \(\ce{Cl}\)(VII)

Лайфхак. Формулу по валентности пишут «крест-накрест»: валентность одного элемента становится индексом другого, потом индексы сокращают. \(\ce{Al}\)(III) и \(\ce{O}\)(II) → \(\ce{Al2O3}\); \(\ce{C}\)(IV) и \(\ce{O}\)(II) → \(\ce{C2O4}\) → \(\ce{CO2}\).

Ловушка ОГЭ. Высшая валентность азота — IV, хотя высшая степень окисления +5: в \(\ce{HNO3}\) у азота четыре связи. Валентность и степень окисления совпадают не всегда: в \(\ce{O2}\) валентность кислорода II, а степень окисления 0; в \(\ce{H2O2}\) — II и −1.

Из истории. Мысль, что атом присоединяет строго определённое число других атомов, высказал английский химик Э. Франкленд в 1852 году; слово «валентность» (от латинского valentia — «сила») вошло в науку в 1860-х годах.

Степень окисления (с. о.) — условный заряд атома в соединении, если считать все связи ионными; записывают над символом со знаком впереди: \(\ce{\overset{+2}{Ca}\overset{-1}{Cl}2}\).

Правило	Примеры
Степень окисления простого вещества равна 0	\(\ce{O2}\), \(\ce{Fe}\), \(\ce{H2}\), \(\ce{S}\)
Фтор всегда −1; степень окисления кислорода −2 (кроме \(\ce{OF2}\) +2 и пероксидов \(\ce{H2O2}\) −1)	\(\ce{H2\overset{-2}{O}}\), \(\ce{H2\overset{-1}{O}2}\)
Степень окисления водорода +1 (в гидридах металлов −1)	\(\ce{\overset{+1}{H}Cl}\), \(\ce{Na\overset{-1}{H}}\), \(\ce{CaH2}\)
Металлы всегда положительны: щелочные +1, IIA и \(\ce{Zn}\) +2, \(\ce{Al}\) +3	\(\ce{\overset{+1}{Na}}\), \(\ce{\overset{+2}{Mg}}\), \(\ce{\overset{+3}{Al}}\)
Сумма с. о. всех атомов в соединении равна 0, в ионе — заряду иона	\(\ce{H2SO4}\): \(2 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0\), \(x = +6\); \(\ce{KMnO4}\) → \(\ce{Mn}\) +7; \(\ce{NH3}\) и \(\ce{NH4+}\) → \(\ce{N}\) −3; \(\ce{NO3-}\) → \(\ce{N}\) +5

Высшая степень окисления = +номер группы (\(\ce{S}\) +6, \(\ce{N}\) +5, \(\ce{Cl}\) +7; исключения \(\ce{O}\), \(\ce{F}\), \(\ce{Cu}\), \(\ce{Ag}\), \(\ce{Au}\)); низшая степень окисления неметалла = номер группы − 8 (\(\ce{S}\) −2, \(\ce{N}\) −3, \(\ce{Cl}\) −1). В соединении отрицательную с. о. имеет более электроотрицательный элемент. Электроотрицательность — способность атома оттягивать к себе электроны связи; ряд по убыванию:

Лайфхак. Степень окисления в сложном ионе находят как неизвестное в уравнении: сумма всех с. о. равна заряду иона. В \(\ce{Cr2O7^{2-}}\): \(2x + 7 \cdot (-2) = -2\), \(x = +6\). Начинайте с «надёжных» элементов: \(\ce{H}\) +1, \(\ce{O}\) −2, щелочные металлы +1.

Ловушка ОГЭ. В \(\ce{NH3}\) и \(\ce{NH4+}\) у азота с. о. −3, в \(\ce{HNO2}\) +3, в \(\ce{NO2}\) +4, в \(\ce{HNO3}\) +5 — в одном задании азот может встретиться в разных степенях окисления. В гидридах металлов (\(\ce{NaH}\), \(\ce{CaH2}\)) водород −1, а в пероксидах кислород −1.

Интересный факт. Самая высокая известная степень окисления — +9: её обнаружили в 2014 году у иридия в частице \(\ce{IrO4+}\). А самая низкая у неметаллов — −4, как у углерода в метане \(\ce{CH4}\) и у кремния в силане \(\ce{SiH4}\).

Как это спрашивают на ОГЭ. Задание 4 — выбрать два вещества, в которых элемент проявляет одинаковую валентность (или степень окисления), или установить соответствие «формула — степень окисления»; в задании 20 без верных с. о. не составить электронный баланс.

Правило	Примеры
Степень окисления водорода +1 (в гидридах металлов −1)	\(\ce{\overset{+1}{H}Cl}\), \(\ce{Na\overset{-1}{H}}\), \(\ce{CaH2}\)

Закрепите теорию: 14 терминов с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Пройти урок arrow_forward