Электроотрицательность. Степень окисления и валентность химических элементов

Электроотрицательность химических элементов

Электроотрицательность (ЭО) – свойство атомов элементов оттягивать на себя электроны от другого атома в соединении.

На ЭО влияет несколько факторов: радиус атома и расстояние между ядром и валентными электронами. Численные значения ЭО приблизительные. Часто используют шкалу определения ЭО по Полингу. 

Относительная электроотрицательность атомов элементов по Полингу

Относительная электроотрицательность атомов элементов по Полингу

Анализируя данную шкалу можно выявить ряд закономерностей, перекликающихся с периодическим законом (ПЗ).

  1. В периодической системе химических элементов (ПСХЭ) ЭО в периоде увеличивается слева направо и уменьшается в главной подгруппе.
  2. ЭО связана с окислительно-восстановительными свойствами элементов, поэтому типичные неметаллы характеризуются высокой ЭО, а металлы – низкой. Самая высокая ЭО у фтора, потому что он самый сильный окислитель.

В зависимости от значения электроотрицательности образуются вещества с различным видом химической связей: если между атомами нет разности в электроотрицательности, образуются простые вещества (состоящие из одного вида атомов), чем больше разность, тем полярность молеклы возрастает: образуются молекулы веществ с полярной связью и ионной связью.

Степень окисления химических элементов и ее вычисление

Степень окисления (СО) – условный заряд атомов химических элементов в соединении на основании того, что все связи ионные.

Степень окисления может иметь отрицательное, положительное или нулевое значение, которое обычно помещается над символом элемента в верхней части.

При определении СО следует руководствоваться следующими правилами:

  1. Сумма СО в химическом соединении всегда равна нулю, так как молекулы электронейтральны; в сложном ионе  соответствует заряду иона.
  2. СО всех простых веществ соответствует нулю;
  3. Высшая положительная СО определяется по номеру группы; низшая отрицательная равна восемь минус номер группы;
  4. Элементы с наибольшей ЭО имеют отрицательную СО, с наименьшей – положительную;
  5. Постоянную СО имеют фтор (-1), щелочные металлы (+1), щелочноземельные, а также бериллий, магний, цинк (+2), алюминий (+3). У кислорода СО равна -2, исключение пероксиды (+2). У водорода +1, исключение соединения с металлами (гидриды) -1.

 Применяя эти правила можно рассчитать степени окисления элементов в сложном веществе. 

К примеру, определим степени окисления элементов в фосфорной кислоте H3PO4.

  • Найдем и проставим известные степени окисления у водорода и кислорода, а СО  фосфора  примем за «х».  — H+1PO-24
  • Используя эти значения составим и решим уравнение с одной неизвестной. (+1) * 3 + (x) * 1 + (-2) * 4 = 0 Следовательно, x=5 или +5. Таким образом, СО у фосфора +5.

Рассчитаем степени окисления у элементов в нитрате алюминия Al(NO3)3.

  • Проставим известные СО элементов – алюминий и кислород, у азота примем СО за «x». Al+3 (NxO-23)3
  • Составим и решим уравнение — (+3) * 1 + 3x + 9 * (-2) = 0. В итоге получаем x=+5, то есть СО у азота в соединении +5.

Валентность. Валентные возможности атомов

Валентность - это способность атома присоединять ряд других атомов для образования химической связи.

Валентность может быть определена числом химических связей, образующих атом, или числом неспаренных электронов.

Валентность обозначается римскими цифрами и указывается над химическим элементом справа вверху и не имеет знака (+ или -). Может быть постоянной или переменной.

Для определения валентности применяются определенные правила:

  1. У металлов главных подгрупп валентность всегда постоянная и определяется по номеру группы.
  2. У металлов побочных подгрупп и неметаллов валентность переменная. Высшая валентность = номеру группы, а низшая = 8 - номер группы.

Валентность может совпадать со степенью окисления, но не имеет знака «+» или «-», не может быть равна нулю.

Валентность. Валентные возможности атомов

Валентные возможности атомов могут определяться:

  1. Количеством неспаренных электронов;
  2. Наличием свободных орбиталей;
  3. Наличием неподеленных пар электронов.

Валентные возможности атомов

Валентные возможности водорода

Валентные возможности водорода

Валентные возможности водорода определяются одним неспаренным электроном на единственной орбитали. Водород обладает слабой способностью отдавать или принимать электроны, поэтому для него характерны в основном ковалентные химические связи. Ионные связи он может создавать с металлами, образуя гидриды. Ковалентные химические связи образуются за счет общих электронных пар. Поскольку у водорода всего один электрон, он способен образовывать только одну связь. По этой причине для него характерна валентность равная I.

Валентные возможности углерода

На внешнем энергетическом уровне у углерода 4 электрона: 2 спаренных и 2 неспаренных. Это состояние атома называется основным. По числу неспаренных электронов можно сказать, что углерод проявляет валентность равную II. Однако такая валентность проявляется только в некоторых соединениях.

В органических соединениях и некоторых органических веществах углерод проявляет валентность равную IV. Эта валентность характерна для возбужденного состояния С. Из основного в возбужденное состояние он может переходить при получении дополнительной энергии.   Один электрон с s-подуровня переходит на p-подуровень, где есть свободная орбиталь.

Валентные возможности углерода

Атом С способен присоединять и отдавать электроны с образованием ковалентных связей. Валентные возможности углерода очень широкие, он может принимать значение степени окисления от +4 до -4.

Валентные возможности азота

Валентные возможности азота

У азота на валентном энергетическом уровне находится 5электронов: 3 неспаренных и 2 спаренных. Исходя из этого, валентность азота может быть равна III. В возбужденное состоянии атом азота не может переходить. Однако азот может выступать в качестве донора при образовании ковалентных химических связей, обеспечивая своей электронной паре атом, имеющий свободную орбиталь. В этом случае валентность у азота будет равна IV, причем для азота, как элемента пятой группы, это максимальная валентность. Валентность V он проявлять не способен.

Валентные возможности фосфора

В отличие от азота,  фосфор имеет свободные 3d-орбитали, на которые могут переходить электроны. На внешнем энергетическом уровне находятся 3 неспаренных электрона. Атом фосфора способен переходить из основного состояния в возбужденное. Электроны с p-подуровня переходят на d-подуровень. В этом случае атом Р приобретает валентность, равную V. Таким образом, строение электронной оболочки атома увеличивает валентные возможности Р, по сравнению с азотом, от I до V.

Валентные возможности фосфора

Валентные возможности кислорода

Валентные возможности кислорода

На последнем энергетическом уровне у кислорода 2 неспаренных электрона. В соединениях чаще всего проявляет валентность II. У кислорода нет d-подуровня, поэтому переход электронов  невозможен. Валентные возможности очень ограничены – проявляет      II и III валентности.

Валентные возможности серы

Сера, так же, как и кислород, р в VI группе главной подгруппе ПСХЭ. Поэтому на валентном энергетическом уровне у серы 2 неспаренных электрона. Напрашивается вывод, что валентность серы равна II. Однако у серы есть и d-подуровень, который расширяет ее валентные возможности. Сера способна переходить из основного состояния в возбужденное, при этом может быть либо 4 неспаренных электрона, либо 6.

Валентные возможности серы

Таким образом, сера способна проявлять валентности II, IV, VI.

Опираясь на этот материал, можно определить все возможные валентности для любого химического элемента.


 

Смотри также:

 

 

15 сентября 2020, 11:32

Комментарии

Для добавления комментариев необходимо авторизоваться.