Текст учебника. Урок 6. Ковалентная полярная связь: характеристики

Ковалентная полярная связь: валентность и степень окисления

Ключевые вопросы:

• Что такое валентность и валентные возможности атома?

• Что называют степенью окисления и каковы правила её определения?

• Чем степень окисления отличается от валентности?

1. Валентность и валентные возможности атомов

Вы уже знаете, что атомы могут соединяться друг с другом, образуя химические связи. Количественной мерой этой способности является валентность.

Валентность – это способность атомов химических элементов образовывать определённое число химических связей с другими атомами.

С точки зрения строения атома, валентность определяется числом неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне, готовых к образованию общих электронных пар.

Рассмотрим примеры:

• Атом водорода H имеет на внешнем уровне один неспаренный электрон: H·. Его валентность равна I.

• Атом кислорода O имеет два неспаренных электрона: ·Ö·. Его валентность равна II (как в молекуле воды H₂O).

• Атом азота N имеет три неспаренных электрона, его валентность равна III (как в молекуле аммиака NH₃).

Валентные возможности атома – это максимальное число связей, которое он может образовать. Валентность не имеет знака (+ или -) и в большинстве соединений показывает просто число связей.

Запомните! Валентность – это реальная физическая характеристика, показывающая число связей.

2. Степень окисления. Правила определения

Для удобства описания состава веществ и классификации реакций в химии используют условное понятие – степень окисления.

Степень окисления – это условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что все связи в веществе являются ионными.

Степень окисления обозначается арабской цифрой со знаком «+» или «–», которая ставится над символом элемента, например: ⁺¹Na, ⁻²O.

Чтобы правильно определять степени окисления, необходимо знать основные правила.

Правила определения степеней окисления:

1. Степень окисления атомов в простых веществах (H₂, O₂, N₂, Fe, Cu) равна 0.

2. Кислород в большинстве своих соединений имеет степень окисления -2. Исключение: пероксиды (например, H₂O₂), где она равна -1.

3. Водород в своих соединениях имеет степень окисления +1. Исключение: гидриды активных металлов (NaH, CaH₂), где она равна -1.

4. Металлы во всех сложных веществах проявляют положительную степень окисления:

   • Щелочные металлы (Li, Na, K) – всегда +1.

   • Щелочноземельные металлы (Mg, Ca, Ba) – всегда +2.

   • Алюминий – +3.

5. Фтор – самый электроотрицательный элемент, поэтому во всех соединениях имеет степень окисления -1.

6. Для нейтральной молекулы алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов равна 0.

7. Для сложного иона (например, SO₄²⁻) алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов равна заряду иона.

Алгоритм расчёта степени окисления:

Рассмотрим его на примере серной кислоты H₂SO₄.

1. Проставим известные степени окисления:

   • Водород H: +1 (по правилу 3).

   • Кислород O: -2 (по правилу 2).

2. Обозначим неизвестную степень окисления серы (S) как x.

3. Запишем уравнение, используя правило 6 (сумма степеней окисления в молекуле равна 0):
   (+1) * 2 + (x) + (-2) * 4 = 0

4. Решим уравнение:
   2 + x - 8 = 0
x - 6 = 0
x = +6

5. Вывод: Степень окисления серы в серной кислоте равна +6. Запись: ⁺¹H₂⁺⁶S⁻²O₄.

Запомните! Степень окисления – это условный, вычисленный заряд. Он может быть положительным, отрицательным, равным нулю, а также целым или дробным числом.

3. Отличие степени окисления от валентности

Хотя иногда числовые значения валентности и степени окисления совпадают (как в воде H₂O), это разные понятия, которые важно различать.

Главный вывод: Валентность показывает, сколько связей образует атом, а степень окисления – какой условный заряд ему можно приписать. Степень окисления – это мощный инструмент для составления уравнений химических реакций, который вы будете активно использовать в дальнейшем.

Вопросы и задания для самоконтроля:

1. Дайте определения понятиям «валентность» и «степень окисления».

2. Сформулируйте правила определения степени окисления кислорода, водорода и металлов.

3. Определите степени окисления всех элементов в соединениях: CO₂, Na₃PO₄, K₂O, N₂, Fe(OH)₃.

4. Составьте формулы соединений по степеням окисления: оксид серы (IV), бромид алюминия, силан (соединение кремния с водородом, где кремний имеет ст. ок. -4).

5. Объясните на примере молекулы пероксида водорода H₂O₂, чем валентность кислорода отличается от его степени окисления.