Степень окисления кальция (Са): в соединениях, как определить, примеры

Теория:

Степень окисления кальция в соединениях равна +2. Это определяется его положением в периодической системе: кальций — элемент 2‑й группы (главная подгруппа), 4‑го периода.

Как щелочноземельный металл, он имеет два электрона на внешнем уровне (4s²), которые стабильно отдаёт в химических реакциях.

В отличие от кальция, для многих других элементов положение в таблице даёт лишь базовую информацию о степенях окисления.

Чтобы определить все возможные значения, используют электронную формулу.

Например:

для серы (1s²2s²2p⁶3s²3p⁴) электронная формула показывает возможность распаривания электронов и проявления степеней окисления +4 и +6;
для хлора (1s²2s²2p⁶3s²3p⁵) — возможность степени окисления +7 за счёт вакантных d‑орбиталей.

Кальций же не демонстрирует таких вариаций: его электронная конфигурация ([Ar]4s²) и низкая электроотрицательность (1,00 по шкале Полинга) гарантируют единственную степень окисления +2.

Рис. Степень окисления кальция 0, +2. Факторы, влияющие на СО — принадлежность к щелочноземельным металлам, электронная конфигурация [Ar] 4s² и стремление к достижению оболочки аргона.

Содержание страницы

Почему у кальция такие степени окисления?

Причина постоянства степени окисления кальция — наличие двух валентных электронов на внешнем уровне: 4s².

В простом веществе (Ca⁰): Два валентных электрона удерживаются ядром. Заряд атома равен 0. 4s [↑↓]. Примечание: Как и у всех металлов, в свободном состоянии степень окисления кальция нулевая.
В соединениях (Ca⁺²): Кальций отдаёт оба электрона, чтобы достичь сверхстабильной оболочки инертного газа аргона. Подуровень 4s становится пустым: 4s [ ].

Рис. 2. Схема взаимодействия валентных орбиталей Ca и Cl: передача двух электронов и переход атомов в ионное состояние (Ca²⁺) с образованием устойчивой оболочки. Так как атом теряет две отрицательно заряженные частицы, его заряд всегда становится +2.

Степень окисления кальция в соединениях

В сложных веществах кальций всегда имеет степень окисления +2. Это одно из самых надежных правил в химии элементов главных подгрупп.

Оксид кальция (CaO): Ca +2, O -2.
Хлорид кальция (CaCl₂): Ca +2, Cl -1.
Карбонат кальция (CaCO₃): Ca +2, C +4, O -2.

Примечание: В отличие от калия, кальций не склонен к образованию стабильных надпероксидов, его основная форма в кислородных соединениях — оксид.

Высшая и низшая степени окисления

Высшая степень окисления кальция равна +2 (номер группы). Низшая равна 0 (металл).

Примечание: Кальций — типичный металл, он не принимает электроны и не проявляет отрицательных степеней окисления.

Как определить степень окисления кальция

По таблице Менделеева

Кальций (Ca) в таблице Менделеева находится во 2-й группе (IIA), период — 4, блок — s-элемент. Базовая (и единственная стабильная) степень окисления Кальция (Ca) в соединениях — +2.

Щелочноземельный металл: Обладает высокой восстановительной активностью, хотя и уступает в этом калию.
Электроотрицательность: По Полингу составляет 1,00, что предопределяет его роль как донора электронов.

По электронной конфигурации

Электронная формула кальция: [Ar] 4s².
На внешнем уровне 2 s-электрона.
Квантовые числа валентных электронов: n=4, l=0, m_l=0, m_s=±½.

Примечание: Наличие вакантных d-орбиталей на 3-м уровне не влияет на СО кальция, так как он легко достигает стабильности, просто отдавая 4s-электроны.

По валентности (Число связей)

Валентность кальция в соединениях практически всегда равна II. Это означает, что кальций образует две химические связи, передавая два электрона более электроотрицательным атомам.

В гидроксиде кальция (Ca(OH)₂) кальций связан с двумя группами OH, валентность — II, СО = +2.
В сульфате кальция (CaSO₄) атом кальция двухвалентен, СО = +2.

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

Степень окисления кальция во всех солях, основаниях и оксидах принята за +2.

Пример для Ca₃(PO₄)₂ (фосфат кальция): Сумма СО равна 0. Обозначим СО фосфора за x. Кальций +2, кислород -2. 3 · (+2) + 2 · x + 8 · (-2) = 0 6 + 2x — 16 = 0 ⇒ 2x = 10 ⇒ x = +5 (СО фосфора).

Пример для Ca (чистый металл): Степень окисления кальция как простого вещества равна 0. x = 0

Примеры степеней окисления кальция

СО	Класс соединений	Примеры
+2	Оксиды, основания (известь), соли	CaO, Ca(OH)₂, CaCl₂, CaCO₃, CaSO₄
0	Простое вещество (металл)	Ca

Кальций химический элемент: физические, химические свойства, биологическая роль, нахождение в минералах (кальцит, гипс), применение в строительстве и металлургии.

Пример решения задачи:

▶️ Дано:

Соединение: Ca(ClO₃)₂ (хлорат кальция).

⌕ Найти:

Определите СО хлора, зная СО кальция.

✨ Решение:

Ca — элемент II группы, СО всегда = +2. O — кислород в солях имеет СО = −2. Расчет: +2 + 2 · (x + 3 · (−2)) = 0 → 2 + 2x − 12 = 0 → 2x − 10 = 0 → x = +5.

✅ Ответ:

Cl(+5).

Проверка знаний: Кальций в химии

Отметьте правильные утверждения для Кальция (Ca):

1) Является s-элементом 4-го периода.

2) В соединениях может проявлять СО +1 и +2.

3) Степень окисления в оксиде CaO равна +2.

4) Электронная конфигурация валентного слоя: 4s².

Показать верные ответы и пояснения

Правильные ответы: 1, 3, 4

Кальций находится в 4-м периоде и s-блоке. В оксиде кальция СО всегда +2. Два электрона на 4s орбитали — основа химии кальция.

Ошибка в 2: Кальций — элемент с постоянной степенью окисления (+2).

Часто задаваемые вопросы

Почему у кальция степень окисления +2, а не +1?

Кальцию энергетически выгоднее отдать оба 4s-электрона сразу, чтобы получить завершенную электронную оболочку аргона.

Состояние со степенью окисления +1 для кальция крайне нестабильно и в обычных условиях не встречается.

Как кальций реагирует с водородом?

При нагревании кальций реагирует с водородом, образуя гидрид кальция (CaH₂). В этом соединении кальций имеет СО +2, а водород — СО -1.

Какова степень окисления кальция в мраморе и меле?

Мрамор, мел и известняк состоят в основном из карбоната кальция (CaCO₃), где кальций имеет постоянную степень окисления +2.