2.5. Валентність і ступінь окиснення

Валентність – загальне число хімічних зв’язків атома, які він утворює з іншими атомами в даній сполуці.

Максимальне значення валентності елемента за Оксигеном збігається з номером групи періодичної системи, де він розміщений.

Номер групи	І	ІІ	ІІІ	IV	V	VI	VII
Валентність у сполуках з Оксигеном	І	ІІ	ІІІ	IV	V	VI	VII
Валентність у сполуках з Гідрогеном (для елементів головних підгруп)				IV	III	II	I

Ступінь окиснення — це умовний заряд атома в сполуці, обчислений за припущення, що вона складається тільки з йонів.

Ступінь окиснення може мати додатне, від’ємне або нульове значення, яке позначають арабськими цифрами із знаком «+» або «-» і ставлять над символом елемента.

Наприклад, Оксиген у сполуках може мати такі ступені окиснення: H₂O^–2, H₂O^–1₂, O⁰₂, O⁺¹₂F₂, O⁺²F₂.

Від’ємне значення ступеня окиснення мають атоми, які приєднали електрони від інших атомів, (або до яких змістилась електронна густина).
Додатне значення ступеня окиснення мають атоми, що віддають свої електрони іншим атомам (або електронна хмара зміщена від них).
Нульове значення ступеня окиснення мають атоми в молекулах простих речовин, оскільки зв’язуюча електронна пара не зміщена, а розташована симетрично.

Багато атомів мають декілька значень ступенів окиснення. Наприклад, атом Сульфуру проявляє валентність II в незбудженому стані, а також IV або VI у збудженому. У той же час атом Сульфуру утворює сполуки, у яких проявляє такі ступені окиснення: S⁺⁴O₂, S⁺⁶O₃, Na₂S^–2. Атом у вільному стані електронейтральний (S⁰).

В залежності від умов реакції неметалічні елементи можуть віддавати всі електрони зовнішнього шару або частинами, а приєднують стільки, скільки їм не вистачає до октету.

При обчисленні ступеня окиснення слід пам’ятати:	Приклад
1. Ступінь окиснення Гідрогену в сполуках з неметалічними елементами +1, а в сполуках із металічними елементами –1	H⁺¹₂O, MeH⁺¹
2. Ступінь окиснення Оксигену в сполуках –2 (виняток H₂O^–1₂, O⁺²₂F₂)	CO^–2₂
3. Ступінь окиснення Флуору в сполуках –1
4. Ступінь окиснення металічних елементів позитивний, чисельно рівний валентності	Na⁺¹, Cl^–1
5. Ступінь окиснення вільних атомів, простих речовин, неполярних молекул рівний нулю	Zn⁰, H⁰₂
6. Ступінь окиснення неметалічних елементів, які в бінарних сполуках стоять на другому місці – негативний і рівний числу електронів, які атом прийняв до утворення октету (8 мінус номер групи)	Zn⁺²S^–2
7. Максимальний позитивний ступінь окиснення елемента збігається з номером групи, в якій він знаходиться
8. У молекулах складних речовин сума позитивного заряду дорівнює сумі негативно заряду, молекула електронейтральна (алгебраїчна сума ступенів окиснення атомів у сполуці завжди дорівнює нулю, а в складному йоні – заряду йона). У формулі речовини KMnO₄ ступінь окиснення K⁺¹, O^–2. Число атомів Оксигену чотири, тому сумарний негативний заряд 8 (2 • 4), а отже сумарний позитивний заряд тоже повинен бути рівний восьми. Від сумарного позитивного заряду віднімаємо позитивний заряд Калію (8 – 1 = 7), то Манган у цій сполуці повинен мати заряд +7.	K⁺¹Mn⁺⁷O^–2₄

Ступінь окиснення елементів не слід ототожнювати з валентністю навіть у тих випадках, коли їх абсолютні значення збігаються. Наприклад, у NaCl ступінь окиснення Na⁺¹ і Cl^–1, а валентність I. У молекулі Cl₂ – валентність I, але ступінь окиснення рівний нулю.

Завдання для самоконтролю

■189. Визначити ступені окиснення елементів за формулами сполук: HClO₄, SO₂, H₂SO₄, KNO₃, H₂, HCl, K₂Cr₂O₇, NO₂, N₂O₅, SO₃, H₂S, Cu, H₂SO₃, NH₃, HI, CS₂, K₂MnO₄, KMnO₄, NaHSO₄, NCl₃, KClO₃, SiBr₄, F₂, Mg, CaCl₂, PbF₂, NaClO₄, PCl₅, Mg₃N₂, AlOHCl₂, CaH₂, O₂, N₂.

▲● 190. Ступінь окиснення Гідрогену в сполуках: а) -1; б) +1; в) 0.

191. Ступінь окиснення елементів а простих речовинах: а) +1; б) -1; в) 0.

192. У якій сполуці Оксиген виявляє нульовий ступінь окиснення: а) CuO; б) CO₂; в) O₂?

193. У якій сполуці ступінь окиснення Нітрогену найнижчий: а) NO; б) NO₂; в) N₂O₃; г) N₂O₅?

●● 194. Визначіть ступінь окиснення Мангану в сполуках: Mn, MnO, KMnO₄, MnO, Mn₂O₇.

195. Запишіть формули сполук, у яких ступені окиснення Карбону +2, +4, -4.

196. Випишіть окремо сполуки Карбону з позитивним і окремо з негативним ступенями окиснення: CS₂, CH₄, CO₂, CCl₄, Al₃C₄, COCl₂, H₂CO₃.

197. Складіть формули сполук за поставленими над елементами ступенями окиснення: S⁺⁴O^–2, Ca⁺²Si^-4, O⁺²F^–1, Ca⁺²H^–1, Mg⁺²N^–3, Al⁺³N^–3.

198. Вкажіть формули сполук, в яких Нітроген проявляє найнижчий ступінь окиснення: NO₂, Ca(NO₃)₂, N₂, NH₃, NH₄Cl.

199. Вкажіть формули сполук, в яких: а) хлор проявляє максимальний ступінь окиснення: Cl₂O₅, Cl₂O₇, HclO₄, CaCl₂, HCl, Cl₂; б) сульфур найнижчий: S, CuS, SO₂, K₂SO₃, H₂SO₄, Na₂S; в) хром максимальний: Cr₂O₃, CrO₃, CrO, Cr₂(SO₄)₃, Cr(OH)₂, K₂Cr₂O₇.

●●● 200. Складіть формули сполук, в яких: а) Сульфур має такі ступені окиснення: +4, +6, -2; б) Нітроген: –-3, +2, +4, +5.

201. Що означають такі позначення: Cl⁰, Cl₂, Cl^–, ₁₇Cl³⁵, ₁₇Cl³⁷?

202. Складіть електронні схеми реакцій сполучення з Нітрогеном таких елементів: Натрію, Кальцію, Алюмінію. Вкажіть тип хімічного зв’язку.

●●●● 203. Який радіус більший: атома Барію чи його йона. Поясніть чому? Який ступінь окиснення Бору в кожному випадку?

204. Порівняйте механізм утворення зв’язку між натрій хлоридом і хлор гідрогеном.

205. Що є спільним у електронній бідові частинок Карбону, Нітрогену і Магнію з такими ступенями окиснення: C^–4, N^–3, Mg⁺²? Відповідь обґрунтуйте.

206. Вищий солетворний оксид елемента має відносну молекулярну масу 108 і містить 74,08% Оксигену. Що це за елемент? До якої групи і підгрупи він належить?

207. Напишіть рівняння реакцій між простими речовинами, утвореними елементами, електронні формули атомів яких мають таке закінчення: … 3d¹⁰4s¹ і … 3s²3p⁴. вкажіть окисник і відновник.

208. Складіть електронну формулу йона, який має 18 електронів та 17 протонів. Який це йон?

209. Загальна формула кислоти HЕO₄. електронна оболонка кислотоутворюючого елемента має три енергетичні рівні. Назвіть кислоту і складіть формулу оксиду, що відповідає наведеній кислоті. Хімічний зв’язок і будова речовин.