最高の酸化状態 7. 原子価と酸化状態 - 化学試験の準備

電気陰性度は、化学元素の原子の他の特性と同様、元素の原子番号が増加するにつれて周期的に変化します。

上のグラフは、元素の原子番号に応じた主要サブグループの元素の電気陰性度の変化の周期性を示しています。

周期表の下位群に移動すると、化学元素の電気陰性度は減少し、周期に沿って右に移動すると増加します。

電気陰性度は元素の非金属性を反映します。電気陰性度の値が高いほど、元素の非金属性が高くなります。

酸化状態

化合物内の元素の酸化状態を計算するにはどうすればよいですか?

1) 単体の化学元素の酸化状態は常にゼロです。

2) 複雑な物質には一定の酸化状態を示す元素があります。

3) ほとんどの化合物には一定の酸化状態を示す化学元素が存在します。 これらの要素には次のものが含まれます。

要素	ほぼすべての化合物の酸化状態	例外
水素H	+1	アルカリ金属およびアルカリ土類金属の水素化物、例:
酸素O	-2	水素および金属過酸化物: フッ化酸素 -

4) 分子内のすべての原子の酸化状態の代数和は常に 0 です。 イオン内のすべての原子の酸化状態の代数的合計は、イオンの電荷に等しくなります。

5) 最も高い (最大) 酸化状態は、グループ番号と同じです。 この規則に当てはまらない例外は、I 族の 2 番目の亜族の元素、VIII 族の 2 番目の亜族の元素、および酸素とフッ素です。

グループ番号が最高の酸化状態と一致しない化学元素 (必ず覚えておいてください)

6) 金属の最低酸化状態は常にゼロであり、非金属の最低酸化状態は次の式で計算されます。

非金属の最低酸化状態 = 族番号 − 8

上記のルールに基づいて、あらゆる物質の化学元素の酸化状態を確立できます。

さまざまな化合物中の元素の酸化状態を調べる

例1

硫酸中のすべての元素の酸化状態を決定します。

解決：

硫酸の式を書いてみましょう。

すべての錯体物質における水素の酸化状態は +1 です (金属水素化物を除く)。

すべての複合物質の酸素の酸化状態は -2 です (過酸化物とフッ化酸素 OF 2 を除く)。 既知の酸化状態を整理してみましょう。

硫黄の酸化状態を次のように表します。 バツ:

硫酸分子は、他の物質の分子と同様、一般に電気的に中性です。 分子内のすべての原子の酸化状態の合計はゼロです。 これは概略的には次のように表すことができます。

それらの。 次の方程式が得られました。

それを解決しましょう:

したがって、硫酸中の硫黄の酸化状態は +6 です。

例 2

重クロム酸アンモニウムのすべての元素の酸化状態を決定します。

解決：

重クロム酸アンモニウムの式を書いてみましょう。

前のケースと同様に、水素と酸素の酸化状態を整理できます。

しかし、窒素とクロムという 2 つの化学元素の一度の酸化状態は不明であることがわかります。 したがって、前の例と同様に酸化状態を求めることはできません (2 つの変数を持つ 1 つの方程式には単一の解が存在しません)。

この物質は塩のクラスに属しており、したがってイオン構造を持っているという事実に注意を向けましょう。 したがって、重クロム酸アンモニウムの組成には NH 4 + カチオンが含まれていると正しく言えます (このカチオンの電荷は溶解度表で確認できます)。 したがって、重クロム酸アンモニウムの式単位には 2 つの正の一価の NH 4 + カチオンが含まれており、物質全体が電気的に中性であるため、重クロム酸イオンの電荷は -2 に等しくなります。 それらの。 この物質は、NH 4 + カチオンと Cr 2 O 7 2- アニオンによって形成されます。

私たちは水素と酸素の酸化状態を知っています。 イオン内のすべての元素の原子の酸化状態の合計は電荷に等しいことがわかっており、窒素とクロムの酸化状態は次のように表されます。 バツそして yしたがって、次のように書くことができます。

それらの。 2 つの独立した方程式が得られます。

どれを解決するとわかりますか バツそして y:

したがって、重クロム酸アンモニウムでは、窒素の酸化状態は -3、水素 +1、クロム +6、酸素 -2 になります。

有機物質中の元素の酸化状態を決定する方法を読むことができます。

ヴァランス

原子の価数は、I、II、III などのローマ数字で示されます。

原子の原子価能力は量によって異なります。

1) 不対電子

2) 価電子準位の軌道内の孤立電子対

3) 価電子準位の空の電子軌道

水素原子の原子価可能性

水素原子の電子図形式を描いてみましょう。

3 つの要因が価電子の可能性に影響を与える可能性があると言われています。それは、不対電子の存在、外側準位の孤立電子対の存在、外側準位の空軌道の存在です。 外側（唯一）のエネルギー準位に 1 つの不対電子が見えます。 これに基づいて、水素は間違いなく I 価を持つことができます。ただし、最初のエネルギー準位にはサブ準位が 1 つだけあります。 さん、それらの。 外側準位の水素原子には孤立電子対も空の軌道もありません。

したがって、水素原子が示すことができる唯一の原子価は I です。

炭素原子の原子価の可能性

炭素原子の電子構造を考えてみましょう。 基底状態では、その外側レベルの電子配置は次のとおりです。

それらの。 励起されていない炭素原子の外側のエネルギーレベルの基底状態では、2 つの不対電子があります。 この状態では、II 価を示すことができます。 ただし、炭素原子はエネルギーが与えられると非常に簡単に励起状態になり、この場合の外層の電​​子配置は次のような形になります。

炭素原子の励起プロセスにある程度のエネルギーが費やされるという事実にもかかわらず、その消費は 4 つの共有結合の形成によって十分に補われます。 このため、価数 IV は炭素原子の特徴をより強く表します。 たとえば、二酸化炭素、炭酸、およびすべての有機物質の分子において、炭素は価数 IV を持っています。

不対電子と孤立電子対に加えて、空の（）価電子準位軌道の存在も価数の可能性に影響を与えます。 充填準位にそのような軌道が存在することは、原子が電子対アクセプターとして機能することができるという事実につながります。 ドナー-アクセプター機構を通じて追加の共有結合を形成します。 たとえば、予想に反して、次の図に明確に示されているように、一酸化炭素 CO 分子では結合は二重ではなく三重です。

窒素原子の原子価可能性

窒素原子の外部エネルギー準位の電子グラフィック式を書いてみましょう。

上の図からわかるように、通常の状態の窒素原子には 3 個の不対電子があるため、III 価を示すことができると考えるのが論理的です。 実際、アンモニア (NH 3)、亜硝酸 (HNO 2)、三塩化窒素 (NCl 3) などの分子には 3 価が観察されます。

化学元素の原子の価数は、不対電子の数だけでなく、孤立電子対の存在にも依存すると上で述べました。 これは、共有結合は、2 つの原子が互いに 1 つの電子を提供する場合だけでなく、孤立電子対を持つ 1 つの原子 - ドナー () が空の () を持つ別の原子に提供する場合にも形成されるという事実によるものです。 ) 軌道価数レベル (アクセプター)。 それらの。 窒素原子の場合、ドナー-アクセプター機構によって形成される追加の共有結合により、価数 IV も可能です。 たとえば、アンモニウム カチオンの形成中に 4 つの共有結合が観察され、そのうちの 1 つはドナー - アクセプター機構によって形成されます。

共有結合の 1 つがドナー - アクセプター機構に従って形成されるという事実にもかかわらず、アンモニウム カチオンのすべての NH 結合は完全に同一であり、互いに違いはありません。

窒素原子は V に等しい価数を示すことができません。 これは、窒素原子が、2 つの電子が対になり、そのうちの 1 つがエネルギー準位に最も近い自由軌道に遷移する励起状態に遷移することが不可能であるという事実によるものです。 窒素原子には何もありません d 3s 軌道への移行はエネルギー的に非常に高価であるため、新しい結合の形成ではエネルギーコストをカバーできません。 たとえば、硝酸 HNO 3 や一酸化窒素 N 2 O 5 の分子における窒素の価数は何なのか、疑問に思う人も多いかもしれません。 奇妙なことに、次の構造式からわかるように、価数も IV です。

図の点線は、いわゆる 非局在化された π -繋がり。 このため、末端 NO 結合は「1.5 結合」と呼ぶことができます。 同様の 1.5 結合は、オゾン O 3 やベンゼン C 6 H 6 などの分子にも存在します。

リンの原子価可能性

リン原子の外部エネルギー準位の電子グラフィック式を描いてみましょう。

ご覧のとおり、基底状態のリン原子と窒素原子の外層の構造は同じであるため、窒素原子と同様にリン原子についても次の原子価が考えられると予想するのは論理的です。実際に観察された I、II、III、IV。

ただし、窒素とは異なり、リン原子には次の特徴があります。 d- 5 つの空の軌道を持つサブレベル。

この点において、電子を蒸気にして励起状態に遷移することができます 3 s-軌道:

したがって、窒素にアクセスできないリン原子の価数 V が可能です。 たとえば、リン酸、ハロゲン化リン (V)、酸化リン (V) などの化合物の分子では、リン原子は 5 価を持ちます。

酸素原子の原子価可能性

酸素原子の外部エネルギー準位の電子グラフ式は次の形式になります。

第 2 準位には 2 つの不対電子が見られるため、酸素は価数 II である可能性があります。 この酸素原子の価数は、ほとんどすべての化合物で観察されることに注意してください。 上では、炭素原子の価数能力を考慮する際に、一酸化炭素分子の形成について説明しました。 CO 分子内の結合は三重であるため、そこにある酸素は 3 価になります (酸素は電子対供​​与体です)。

酸素原子には外部の酸素原子がないため、 d-サブレベル、電子対形成 sそして p-軌道は不可能です。そのため、酸素原子の価数能力は、そのサブグループの他の元素 (硫黄など) と比較して制限されます。

硫黄原子の原子価の可能性

非励起状態の硫黄原子の外部エネルギー準位:

硫黄原子は、酸素原子と同様に、通常 2 つの不対電子を持っているため、硫黄には 2 価の電子が存在する可能性があると結論付けることができます。 実際、硫化水素分子 H 2 S では、硫黄は価数 II を持っています。

ご覧のとおり、硫黄原子は外部レベルに現れます。 d-空の軌道を持つサブレベル。 このため、硫黄原子は、酸素とは異なり、励起状態への遷移により価数能力を拡大することができます。 したがって、孤立電子対を形成する場合 3 p-サブレベルでは、硫黄原子は次の形式の外側レベルの電子配置を取得します。

この状態では、硫黄原子には 4 個の不対電子があり、硫黄原子が IV の価数を示すことができることがわかります。 実際、硫黄は分子 SO 2、SF 4、SOCl 2 などで価数 IV を持っています。

3番目に位置する2番目の孤立電子対をペアリングする場合 s-sublevel、外部エネルギー レベルは次の構成を取得します。

この状態では、VI価の発現が可能となります。 VI 価の硫黄を含む化合物の例は、SO 3、H 2 SO 4、SO 2 Cl 2 などです。

同様に、他の化学元素の原子価の可能性を検討できます。

この概念を定義する際、従来、結合 (価電子) 電子はより電気陰性度の高い原子に移動すると考えられており (電気陰性度を参照)、したがって化合物は正と負に帯電したイオンから構成されると考えられています。 酸化数にはゼロ、負、正の値があり、通常は上部の元素記号の上に表示されます。

ゼロ酸化状態は、Cu、H2、N2、P4、S6 などの自由状態の元素の原子に割り当てられます。 接続する電子雲 (電子対) が移動する原子は、負の酸化状態値を持ちます。 すべての化合物中のフッ素の場合、それは -1 に等しくなります。 他の原子に価電子を与える原子は、正の酸化状態を持ちます。 たとえば、アルカリ金属とアルカリ土類金属の場合、それはそれぞれ +1 と +2 に等しくなります。 Cl−、S2−、K+、Cu2+、Al3+ などの単純なイオンでは、イオンの電荷と等しくなります。 ほとんどの化合物では、水素原子の酸化状態は +1 ですが、金属水素化物 (水素との化合物) - NaH、CaH 2 などでは -1 です。 酸素の酸化状態は -2 ですが、たとえばフッ素 OF2 と組み合わせると +2 になり、過酸化物化合物 (BaO2 など) では -1 になります。 場合によっては、この値は分数で表すことができます。酸化鉄 (II、III) Fe 3 O 4 内の鉄の場合、+8/3 に等しくなります。

化合物内の原子の酸化状態の代数和はゼロであり、錯イオンではそれがイオンの電荷になります。 この規則を使用して、たとえば、オルトリン酸 H 3 PO 4 中のリンの酸化状態を計算します。 これを x で表し、水素 (+1) と酸素 (-2) の酸化状態に化合物内のそれらの原子の数を掛けると、次の式が得られます: (+1) 3+x+(-2) 4=0 、ここで x=+5 です。 同様に、Cr 2 O 7 2- イオンにおけるクロムの酸化状態を計算します。2x+(-2) 7=-2; x=+6。 化合物 MnO、Mn 2 O 3、MnO 2、Mn 3 O 4、K 2 MnO 4、KMnO 4 では、マンガンの酸化状態は +2、+3、+4、+8/3、+6、それぞれ+7。

最も高い酸化状態は、その最大の正の値です。 ほとんどの元素では、これは周期表の族番号に等しく、その化合物における元素の重要な定量的特性です。 化合物内で発生する元素の酸化状態の最低値は、通常、最低酸化状態と呼ばれます。 他のすべては中間です。 したがって、硫黄の場合、最高の酸化状態は +6、最低は -2、中間は +4 になります。

周期系のグループごとの元素の酸化状態の変化は、原子番号の増加に伴う化学的性質の変化の周期性を反映しています。

元素の酸化状態の概念は、物質の分類、その特性の説明、化合物の式とその国際名の編集に使用されます。 しかし、酸化還元反応の研究では特に広く使用されています。 無機化学では、「価数」の概念の代わりに「酸化状態」の概念がよく使用されます (「酸化状態」を参照)。

現在、元素の化学の説明は、電子式、特別な価電子の同定、化合物中の元素が示す酸化状態に関する情報から始まります。 .

価電子の数とそれらが存在する軌道の種類によって、化合物を形成するときに元素が示す酸化状態が決まります。 .

酸化状態金属は、より多くの電気陰性元素 (酸素、ハロゲン、硫黄など) との結合の形成に関与する電子の数によって決まります。 元素の酸化状態を表します彼。 可能な最大（最大）酸化度は、価電子の総数によって決まります。 化合物を形成するとき、金属はその価電子をすべて使用できない場合があり、その場合、金属は何らかの中間酸化状態になります。 さらに、p ブロックおよび d ブロックの金属は、通常、いくつかの酸化状態によって特徴付けられます。 各金属について、中間の酸化状態の中で最も特徴的なものを区別できます。 一般的で比較的安定した化合物の金属によって示される酸化状態。

s-金属およびp-金属が示す酸化状態

すべての S 要素 価電子の総数に一致する酸化状態は 1 つだけあり、それらの . グループ 1 のすべての S 元素は酸化状態を持っています+1、2 番目のグループの要素 +2。

p 元素では、最後の層の s 軌道と p 軌道のエネルギーの違いにより、2 つの酸化状態が区別されます。 一方の酸化状態は外側の p 軌道の電子の数によって決まり、もう一方の酸化状態は価電子の総数によって決まります。 。 のみ p要素の場合 グループ 13 は、T1 を除き、1 つの酸化状態 +3 で安定ですより安定した酸化状態を持つ+1.

14 族の p 元素には 2 つの酸化状態があります: +2 と +4.

Bi には 2 つの酸化状態があります+3 と +5.

原子核に対する s 電子の特別な「感受性」は、原子核の電荷が大きいと s 電子がより強く原子核に保持されるという事実につながり、酸化状態が p 電子のみの損失に関連する理由を説明します。期間 6 の p 要素で安定します。 第6期のp要素は安定しています 酸化状態: Tl の場合は +1、Pb の場合は +2、 + 3- ビで。
表は、s ブロック金属と p ブロック金属が示す酸化状態を示しています。

s-ブロック金属およびp-ブロック金属が示す酸化状態

期間	ランク	グループ
		1	2	13	14	15
V.e-		ns1	ns2	ns 2 np 1	ns 2 np 2	ns 2 np 3
Ⅱ		李 +1	なれ +2
Ⅲ	3	ナ +1	マグネシウム +2	アル (1), 3
Ⅳ	4	K +1	Ca +2	ガ (1), 3
V	5	Rb +1	シニア +2	で (1), 3	SN 2 , 4
VI	6	Cs +1	バ +2	TL 1 , 3	鉛 2 , 4	ビ 3 , 5

d-メタルの酸化状態

グループ 3 とグループ 12 の d 元素のみがそれぞれ 1 つの酸化状態を持ちます。 13 族の元素の場合、これは電子の総数に等しくなります。 +3。 12 族元素では、d 軌道は電子で完全に満たされており、外側の s 軌道からの 2 つの電子のみが化学結合の形成に関与するため、12 族元素は 1 つの酸化状態 +2 を持ちます。

電子の総数によって決定される最大の酸化状態は、3×7 グループの d 元素によってのみ示されます。 また、Os と Ru も酸化状態 +8 を示します。 一連の遷移の終わりに近づくにつれ、d 軌道内の電子の数が増加し、有効核電荷が増加するため、最高の酸化状態は価電子の総数よりも少なくなります。

第4期のd要素と第5期、第6期の要素には大きな違いがある.

s電子4層とd電子3層のエネルギーの違いにより 期間 4 のすべての要素 (除く) Sc 、酸化状態を示す+2、外側の ns 軌道からの 2 つの電子の損失に関連します。 多くの元素には酸化状態があります +2 は安定しており、列の最後に向かうにつれて安定性が増します。

第 4 周期の d 元素では、低酸化状態が最も安定します。+2, +3, +4 .

核電荷が大きいと、s 電子はより強く保持され、ns 軌道と (n-1)d 軌道のエネルギーの差が減少します。これにより、周期 5 と (n-1)d の d 元素については図６に示すように、３×７基の最も高い酸化状態が最も安定となる。 まったく、 期間 5 および 6 の d 元素は安定した高い酸化状態を示します。 4 . 例外は、グループ 3、11、および 12 の d 要素です。

以下の表は、d メタルの特徴的な酸化状態を示しており、最も安定なものが赤で強調表示されています。 この表には、希少で不安定な化合物の金属が示す酸化状態は含まれていません。
元素の化学を説明するときは、その特徴的な酸化状態を示す必要があります。

第 4 期 d 元素の価電子と最も特徴的な酸化状態

グループ	3	4	5	6	7	8	9	10	11	I2
金属 4 期間	21 Sc	22 ティ	23 V	24 Cr	25 ん	26 鉄	27 コ	28 ニ	29 銅	30 亜鉛
でe-	3D 14秒2	3D24秒2	3D34秒2	3d 54秒1	3d 54秒2	3D 64秒2	3D 74秒2	3D 84秒2	3D 104秒1	3D 104秒2
バツ最大	3	4	5	6	7	6	3 (4)	3 (4)	2 (3)	2
ほとんど 特性 バツ	3	2, 3,4	2, 3, 4,5	2,3,6	2, 3, 4 6, 7	2, 3, 6	2, 3	2, 3	1, 2	2
ほとんど 持続可能な バツ	3	4	4, 5	3	2, 4	2, 3	2	2	2	2
バツ 天然化合物中で	3	4	4, 5	3, 6	4, 2, 3	3, 2	2	2	2, 1	2

期間 5 および 6 の d 元素の最も特徴的な酸化状態

グループ	3	4	5	6	7	8	9	10	11	I2
金属 5 期間	39 Y	40 ジル	41 注意	42 モー	43 Tc	44 ル	45 Rh	46 PD	47 銀	48 CD
でe-	4d15秒2	4d25秒2	4D 4 5秒1	4d55秒1	4D 6 5秒1	4D 7 5秒1	4D 8 5秒1	4D 10 5秒0	4d 105 s1	4d 105秒2
バツ最大	3	4	5	6	7	8	6	4	3	2
ほとんど 特性 バツ	3	4	5	4, 6	4, 7	4 , 6,7,8	3, 4,5,6	2, 4	1, 2,3	2
ほとんど 持続可能な バツ	3	4	5	6	7	4	3	2	1	2
バツ天然化合物中で	3	4	5	4, 6	自然界ではない	0	0	0	0, 1	2
金属 6 期間	57 ラ	72 Hf	73 タ	74 W	75 リ	76 オス	77 イル	78 ポイント	79 アウ	80 水銀
でe-	5d16秒2	5d26秒2	5d36秒2	5d46秒2	5d56秒2	5日66秒2	5日76秒2	5日96秒1	5日106秒1	5日106秒2
バツ最大	3	4	5	6	7	8	6	4 (6)	3	2
ほとんど 特性 バツ	3	4	4, 5	4, 5, 6	4 ,5 6,7	4 , 6,7,8	3,4 ,5,6	2 ,4 , 6	1 , 3	2
もっと 持続可能な バツ	3	4	5	6	7, 4	4	4	4	1	2
バツ天然化合物中で	3	4	5	6	4	0	0	0	0	2

正の酸化状態にあるすべての金属化合物は、酸化特性を示し、還元されることができます。 金属は、天然または天然鉱物から以前に得られた金属化合物を還元することによって得られます。

最大酸化状態未満の元素を含む化合物は、酸化して電子を失い、還元特性を示す可能性があります。

酸化状態が低く不安定な金属を含む化合物は、顕著な還元特性を持っています。 たとえば、化合物 Ti(+2)、V(+2)、Cr(+2) は水を還元します。

2VO + 2H2O = 2VOOH + H2

酸化状態 6 および 7 の Mn および Cr 化合物など、高くて不安定な酸化状態で元素を含む物質は、通常、強い酸化特性を示します。 PbO 2 酸化物および Bi(+5) 塩は、強い酸化特性を示します。 これらの元素のより高い酸化状態は不安定です。

グループ 1 のすべての s 要素は +1 の酸化状態を持ち、

2 番目のグループの s 要素 +2。

第 3 族元素を除いて、P 元素は 2 つの酸化状態によって特徴付けられます。 1 つの酸化状態は外側の p 軌道の電子の数によって決まり、もう 1 つは価電子の総数によって決まります。

• グループ 13 の p 元素の場合、より安定な酸化状態 +1 を持つ T1 を除いて、1 つの安定な酸化状態は +3 です。
• 14 族の p 元素には、+2 と +4 の 2 つの酸化状態があります。
• Bi には +3 と +5 の 2 つの酸化状態があります。

価電子の数が多いため、d ブロック金属はさまざまな酸化状態を示します。

• 第4期のd要素と第5期、第6期の要素には大きな違いがあります。
• Sc を除くすべての周期 4 の元素は、外側の ns 軌道から 2 個の電子が失われることに伴う +2 の酸化状態を示します。 多くの元素では、+2 の酸化状態は安定しており、その安定性は系列の終わりに向かって増加します。
• 期間 4 の d 要素では、低酸化状態 +2、+3、+4 がより安定します。
• 期間 5 と 6 の d 元素は、安定した高酸化状態 3 4 を持ちます。例外は、グループ 3、11、および 12 の d 元素です。
• 電子の総数によって決定される最大の酸化状態は、+8 の酸化状態を示す Os および Ru と同様に、3×7 グループの d 元素によってのみ示されます。
• 金属の特徴的な酸化状態を表に示します。
• 酸化状態は、化合物の化学式を書くことを可能にする重要な化学量論的パラメーターです。
• 化合物の酸化還元分類は酸化の程度に基づいています。 酸化度は、その化合物の酸化還元特性を予測する際に、金属の最も重要な特性であることがわかります。
• 酸化物と水酸化物の酸塩基分類も金属の酸化状態に基づいています。 +5 を超える高い酸化状態は酸性の特性を提供し、+4 を超える酸化状態は塩基性の特性を提供します。
• 酸化状態は元素の化学構造を説明する上で大きな役割を果たし、通常、化合物は酸化状態によってグループ化されます。

目標： 原子価の勉強を続けてください。 酸化状態の概念を教えてください。 酸化状態の種類 (正、負、ゼロ値) を考慮してください。 化合物内の原子の酸化状態を正しく決定する方法を学びます。 研究中の概念を比較し、一般化するためのテクニックを教えます。 化学式を使用して酸化の程度を決定するスキルを開発します。 自立した仕事のスキルを開発し続ける。 論理的思考の発達を促進します。 寛容の精神（他人の意見に対する寛容さと尊重）と相互扶助の精神を養うこと。 美的教育を実施する（プレゼンテーションを使用する場合、ボードやノートのデザインを通じて）。

授業中

私。 開催時間

生徒のレッスン参加状況を確認しています。

Ⅱ。 レッスンの準備中。

レッスンには、D.I.メンデレーエフの周期表、教科書、ワークブック、ペン、鉛筆が必要です。

Ⅲ。 宿題の確認.

正面からの調査、カードを使用してボードで作業する人、テスト、そしてこの段階の結論は知的なゲームになります。

1. カードを扱う。

カード1枚

二酸化炭素中の炭素と酸素の質量分率 (%) を求めます。 (CO 2 ) .

2カード

H 2 S 分子の結合の種類を決定し、分子の構造式と電子式を書きます。

2. 正面調査

1. 化学結合とは何ですか?
2. どのような種類の化学結合を知っていますか?
3. どの結合を共有結合と呼びますか?
4. どの共有結合が区別されますか?
5. 価数とは何ですか?
6. 価数はどのように定義すればよいでしょうか?
7. 原子価が変化する元素 (金属および非金属) はどれですか?

3. テスト

1. どの分子に非極性の共有結合が存在しますか?

2 . 非極性の共有結合が形成されると三重結合を形成する分子はどれですか?

3 。 正に荷電したイオンは何と呼ばれますか?

A) カチオン

B) 分子

B) アニオン

D) 結晶

4. イオン性化合物の物質は何列目にありますか?

A) CH4、NH3、Mg

B) Cl2、MgO、NaCl

B) MgF2、NaCl、CaCl2

D) H 2 S、HCl、H 2 O

5 。 価数は次のように決定されます。

A) グループ番号別

B) 不対電子の数による

B) 化学結合の種類別

D) 期間番号による。

4. 知的ゲーム「三目並べ」 »

極性の共有結合を持つ物質を見つけます。

Ⅳ。 新しい教材の学習

酸化状態は、分子内の原子の状態の重要な特性です。 原子価は、原子の励起の過程でのみ、原子内の不対電子の数、孤立電子対を持つ軌道によって決まります。 通常、元素の最高価数はグループ番号と同じです。 異なる化学結合を持つ化合物の酸化の程度は、異なる方法で形成されます。

異なる化学結合を持つ分子の酸化状態はどのように形成されるのでしょうか?

1) イオン結合を持つ化合物では、元素の酸化状態はイオンの電荷と等しくなります。

2) 非極性の共有結合を持つ化合物 (単体の分子) では、元素の酸化状態は 0 です。

N 2 0、C私 2 0 , F 2 0 , S 0 , A.I. 0

3) 極性共有結合を持つ分子の場合、酸化状態はイオン性化学結合を持つ分子と同様に決定されます。

元素の酸化状態 分子がイオンで構成されていると仮定した場合、 は分子内の原子の条件付き電荷です。

原子の酸化状態には、価数とは異なり、符号があります。 正、負、ゼロのいずれかになります。

価数は元素記号の上にあるローマ数字で示されます。

Ⅱ	私	Ⅳ
鉄	銅	S,

酸化状態は元素記号の上に電荷を付けたアラビア数字で示されます ( Mg +2 、Ca +2 、N+1、C.I.ˉ¹).

正の酸化状態は、これらの原子に与えられた電子の数に等しい。 原子は、最高の酸化状態を示しながら（ОF 2 を除く）、元素が位置するグループの数に対応するすべての価電子（主要グループの場合、これらは外側準位の電子）を放棄できます。例: グループ II の主要なサブグループの最高の酸化状態は +2 ( 亜鉛 +2) 正の程度は、F、He、Ne を除く金属と非金属の両方で示されます。例: C+4、ナ+1 , アル+3

負の酸化状態は、特定の原子が受け取る電子の数に等しく、非金属でのみ示されます。 非金属原子は、外部準位を完成させるために不足している電子を追加するため、負の次数を示します。

IV 〜 VII 族の主なサブグループの元素の場合、最小酸化状態は数値的には以下に等しくなります。

例えば：

最高の酸化状態と最低の酸化状態の間の酸化状態の値は、中間と呼ばれます。

より高い	中級	最低
	C +3、C +2、C 0、C -2

非極性の共有結合を持つ化合物 (単体の物質の分子) では、元素の酸化状態は 0 です。 N 2 0 、 と私 2 0 , F 2 0 , S 0 , A.I. 0

化合物内の原子の酸化状態を判断するには、次のようないくつかの規定を考慮する必要があります。

1. 酸化状態Fすべての接続で「-1」に等しくなります。ナ +1 F -1 , H +1 F -1

2. ほとんどの化合物の酸素の酸化状態は (-2) です。例外: OF 2 、酸化状態は O +2 です。F -1

3. ほとんどの化合物中の水素の酸化状態は +1 ですが、活性金属を含む化合物では酸化状態が (-1) になります。 ナ +1 H -1

4. 主要サブグループの金属の酸化度私, Ⅱ, Ⅲすべての化合物の基は +1、+2、+3 です。

一定の酸化状態を持つ元素は次のとおりです。

A) アルカリ金属 (Li、Na、K、Pb、Si、Fr) - 酸化状態 +1

B) (Hg) を除くグループの II 主要サブグループの元素: Be、Mg、Ca、Sr、Ra、Zn、Cd - 酸化状態 +2

B) III 族元素: Al - 酸化状態 +3

化合物で式を構成するためのアルゴリズム:

片道

1 。 電気陰性度が低い元素が 1 番目に書かれ、電気陰性度が高い元素が 2 番目に書かれます。

2 。 1番目に書かれた元素はプラスの電荷「+」を持ち、2番目に書かれた元素はマイナスの電荷「-」を持ちます。

3 。 各元素の酸化状態を示します。

4 。 酸化状態の公倍数を求めます。

5. 最小公倍数を酸化状態の値で割って、得られた指数を対応する元素の記号の後の右下に割り当てます。

6. 酸化状態が偶数から奇数の場合、右下の記号の横に「+」と「-」記号のない十字が表示されます。

7. 酸化状態の値が偶数の場合は、まず酸化状態の最低値まで減じて、「+」と「-」記号のないバツ印を付ける必要があります。 C +4 O -2

方法 2

1 。 N の酸化状態を X で表し、O の酸化状態を示します。 N 2 バツ○ 3 -2

2 。 負の電荷の合計を決定するには、酸素の酸化状態に酸素指数を掛けます: 3 · (-2) = -6

3 分子が電気的に中性であるためには、正電荷の合計を決定する必要があります: X2 = 2X

4 .代数方程式を作成します。

N 2 + 3 ○ 3 –2

V。 統合

1) 「Snake」というゲームで話題を補強します。

ゲームのルール: 教師がカードを配ります。 各カードには 1 つの質問と、別の質問に対する 1 つの回答が含まれています。

先生がゲームを始めます。 質問が読み上げられると、私の質問に対する答えがカードに書かれている生徒が手を挙げて答えます。 答えが正しければ、質問を読み、この質問に対する答えを持っている生徒が手を挙げて答える、などです。 正解の蛇が形成されます。

1. 化学元素の原子の酸化状態はどこでどのように示されるのでしょうか?
   答え: 電荷「+」と「-」を持つ元素記号の上にあるアラビア数字。
2. 化学元素の原子ではどのような種類の酸化状態が区別されますか?
   答え： 中級
3. 金属はどの程度の強度を示しますか?
   答え: 正、負、ゼロ。
4. 非極性の共有結合を持つ単体物質や分子はどの程度の強度を示しますか?
   答え： ポジティブ
5. カチオンとアニオンはどのような電荷を持っていますか?
   答え： ヌル。
6. 正の酸化状態と負の酸化状態の間にある酸化状態の名前は何でしょう。
   答え: ポジティブ、ネガティブ

2) 次の要素からなる物質の式を書け

1. NとH
2. RとO
3. 亜鉛と塩素

3) 酸化状態が変化しない物質を見つけて取り除きます。

Na、Cr、Fe、K、N、Hg、S、Al、C

VI。 レッスンのまとめ。

コメント付きの評価

Ⅶ。 宿題

§23、pp.67-72、§23-page 72 No. 1-4 の後にタスクを完了します。

統一国家試験コードのトピック:電気陰性度。 化学元素の酸化状態と価数。

原子が相互作用して形成されるとき、原子の性質が異なるため、ほとんどの場合、原子間の電子は不均一に分布します。 もっと 電気陰性 原子は電子密度をより強く自分自身に引き寄せます。 電子密度を引き寄せた原子は部分的に負の電荷を帯びます δ — 、その「パートナー」は部分的に正電荷です δ+ 。 結合を形成する原子の電気陰性度の差が 1.7 を超えない場合、その結合を 共有結合極性 。 化学結合を形成する電気陰性度の差が 1.7 を超える場合、そのような結合を「化学結合」と呼びます。 イオン性の .

酸化状態 は、化合物内の元素原子の補助条件電荷であり、すべての化合物がイオンで構成されている (すべての極性結合がイオンである) という仮定に基づいて計算されます。

「条件付き料金」とはどういう意味ですか? 私たちは、物事を少し単純化することに同意するだけです。極性結合は完全にイオンであるとみなします。また、実際にはそうではないとしても、電子はある原子から別の原子へ完全に出入りしていると仮定します。 そして、条件付きで電子が、より電気陰性度の低い原子からより電気陰性度の高い原子へと移動します。

例えば、H-Cl 結合では、水素は条件付きで電子を「放棄」し、その電荷は +1 になり、塩素は電子を「受け取り」、その電荷は -1 になったと考えられます。 実際、これらの原子にはそのような総電荷は存在しません。

確かに、存在しないものをなぜ発明するのかという疑問があるでしょう。 これは化学者の陰湿な計画ではなく、すべてが単純です。このモデルは非常に便利です。 要素の酸化状態に関するアイデアはコンパイル時に役立ちます。 分類化学物質、その特性の説明、化合物の式と命名法の編集。 酸化状態は、処理する場合に特によく使用されます。 酸化還元反応.

酸化状態があります より高い, 劣ったそして 中級.

より高い酸化状態は、プラス記号を付けた基番号と同じです。

最低はグループ番号から 8 を引いたものとして定義されます。

そして 中級酸化数は、最低の酸化状態から最高の酸化状態までのほぼすべての整数です。

例えば, 窒素の特徴は、最高の酸化状態は +5、最低の酸化状態は 5 - 8 = -3、中間の酸化状態は -3 から +5 です。 たとえば、ヒドラジン N 2 H 4 では、窒素の酸化状態は中間の -2 です。

ほとんどの場合、複雑な物質内の原子の酸化状態は、最初に記号で示され、次に数字で示されます。 +1, +2, -2 等 イオンの電荷について話すときは (イオンが化合物中に実際に存在すると仮定して)、最初に数値を示し、次に符号を示します。 例えば：Ca 2+ 、CO 3 2- 。

酸化状態を調べるには、次のコマンドを使用します。 ルール :

1. 原子の酸化状態 単体物質 ゼロに等しい。
2. で 中性分子 酸化状態の代数和はゼロであり、イオンの場合、この和はイオンの電荷に等しい。
3. 酸化状態 アルカリ金属 化合物中の (主要サブグループのグループ I の元素) が +1、酸化状態 アルカリ土類金属 化合物中の（主要サブグループのグループ II の元素）は +2 です。 酸化状態 アルミニウム接続では +3 に等しくなります。
4. 酸化状態 水素金属との化合物 (- NaH、CaH 2 など) では、次と等しいです。 -1 ; 非金属との化合物 () +1 ;
5. 酸化状態 酸素に等しい -2 . 例外補う 過酸化物– –O-O- 基を含む化合物。酸素の酸化状態は次のとおりです。 -1 、および他のいくつかの化合物 ( スーパーオキシド、オゾン化物、フッ化酸素 OF 2や。。など。）;
6. 酸化状態 フッ化物すべての複雑な物質は等しい -1 .

酸化状態を考慮した場合の状況を上記に示します 絶え間ない . 他のすべての化学元素は酸化状態を持っています — 変数、化合物内の原子の順序と種類によって異なります。

例:

エクササイズ: 重クロム酸カリウム分子内の元素の酸化状態を決定します: K 2 Cr 2 O 7 。

解決：カリウムの酸化状態は+1、クロムの酸化状態は次のように表されます。 バツ、酸素の酸化状態は -2 です。 分子内のすべての原子のすべての酸化状態の合計は 0 に等しくなります。+1*2+2*x-2*7=0 という式が得られます。 これを解くと、クロム +6 の酸化状態が得られます。

二元化合物では、電気陰性度が高い元素は負の酸化状態を持ち、電気陰性度が低い元素は正の酸化状態を持ちます。

ご了承ください 酸化状態の概念は非常に恣意的です。 酸化数は原子の実際の電荷を示すものではなく、実際の物理的な意味はありません。 これは、化学反応方程式の係数を均等化する必要がある場合や、物質の分類をアルゴリズム化する必要がある場合などに効果的に機能する単純化されたモデルです。

酸化数は価数ではありません! 酸化状態と価数は一致しない場合が多くあります。 たとえば、単体 H2 の水素の価数は I に等しく、規則 1 に従って酸化状態は 0 に等しくなります。

これらは、ほとんどの場合、化合物内の原子の酸化状態を決定するのに役立つ基本的な規則です。

状況によっては、原子の酸化状態を判断するのが難しい場合があります。 これらの状況のいくつかを見て、それらを解決する方法を見てみましょう。

1. 複（塩状）酸化物では、通常、原子の次数は 2 つの酸化状態になります。 たとえば、鉄スケール Fe 3 O 4 では、鉄には +2 と +3 の 2 つの酸化状態があります。 どちらを指定すればよいでしょうか? 両方。 簡単にするために、この化合物を塩、Fe(FeO 2) 2 として想像できます。 この場合、酸性残基は酸化状態 +3 の原子を形成します。 または、複酸化物は次のように表すことができます: FeO*Fe 2 O 3。
2. ペルオキソ化合物では、一般に、非極性共有結合によって結合された酸素原子の酸化状態が変化します。 たとえば、過酸化水素 H 2 O 2 およびアルカリ金属過酸化物では、酸素の酸化状態は -1 です。 結合の 1 つは非極性共有結合 (H-O-O-H) です。 別の例はペルオキソ一硫酸 (カロ酸) H 2 SO 5 (図を参照) で、酸化状態が -1 の 2 つの酸素原子が含まれており、残りの原子は酸化状態が -2 であるため、次のエントリの方が理解しやすいでしょう。 2 SO 3 (O2)。 クロムペルオキソ化合物も知られており、例えば、クロム(VI)過酸化物CrO(O 2 ) 2 またはCrO 5 、その他多くの化合物が挙げられる。
3. あいまいな酸化状態を持つ化合物の別の例は、スーパーオキシド (NaO 2) と塩状オゾン化物 KO 3 です。 この場合、-1 の電荷を持つ分子イオン O 2 と -1 の電荷を持つ O 3 について話す方が適切です。 このような粒子の構造は、化学大学の初年度にロシアのカリキュラムで教えられるいくつかのモデル、つまりMO LCAO、原子価スキームを重ね合わせる方法などによって記述されます。
4. 有機化合物では、酸化状態の概念はあまり使いにくいです。 炭素原子間には非極性の共有結合が多数存在します。 しかし、分子の構造式を描くと、各原子の酸化状態は、その原子が直接結合している原子の種類と数によっても決まります。 たとえば、炭化水素中の第一級炭素原子の酸化状態は -3、第二級原子の酸化状態は -2、第三級原子の酸化状態は -1、第四級原子の酸化状態は -0 です。

有機化合物中の原子の酸化状態を決定する練習をしてみましょう。 これを行うには、原子の完全な構造式を描画し、最も近い環境、つまり炭素原子が直接接続されている原子を強調表示する必要があります。

• 計算を簡略化するために、最も一般的なイオンの電荷を示す溶解度テーブルを使用できます。 ほとんどのロシアの化学試験 (USE、GIA、DVI) では、溶解度表の使用が許可されています。 これは既成のチートシートであり、多くの場合、時間を大幅に節約できます。
• 複雑な物質中の元素の酸化状態を計算する場合、まず、確実にわかっている元素（酸化状態が一定の元素）の酸化状態を示し、酸化状態が変化する元素の酸化状態をxとします。 すべての粒子のすべての電荷の合計は、分子内ではゼロ、またはイオン内のイオンの電荷と等しくなります。 このデータから方程式を作成して解くのは簡単です。