Степень окисления индия (In): в соединениях, как определить, примеры

Теория:

Степень окисления индия (In) в большинстве соединений принимает значение +3, значительно реже встречаются состояния +1 и +2.

Также существуют крайне нестабильные 0 (в газообразном состоянии), отрицательных степеней не образует потому, что он типичный металл, а металлы не образуют таких СО.

Которые проявляются только в специфических условиях (например, в некоторых интерметаллидах со щелочными металлами).

Например для высшей СО +3: в соединении In₂O₃ (оксид индия) степень окисления металла равна +3.

Это происходит потому, что индий находится в 13-й группе и при взаимодействии с окислителями он задействует все свои 3 валентных электрона (5s² 5p¹), достигая максимально стабильного для него положительного заряда.

Для сравнения, низшая СО +1: встречается в таких соединениях, как InCl (хлорид индия I).

Здесь ситуация иная: из-за эффекта «инертной пары» s-электронов, индий отдает только один p-электрон.

Это состояние более характерно для индия, чем для его соседа сверху — галлия, так как с увеличением порядкового номера s-электроны прочнее удерживаются ядром.

Такие состояния (+1) часто неустойчивы в водных растворах и стремятся окислиться до +3 или диспропорционировать до металла и высшего оксида.

Промежуточные же степени окисления, такие как +2, являются «неудобными» для атома.

Обладая конфигурацией [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹, индию проще либо отдать один электрон, либо сразу три. Состояние +2 обычно реализуется в соединениях со связью металл-металл (In-In).

Именно поэтому промежуточные соединения часто склонны к превращениям — они самопроизвольно переходят в более устойчивые формы в зависимости от среды.

Рис. 1. Возможные степени окисления индия: от 0 до +3. Наиболее устойчивая форма — +3 (оксиды, сульфаты), состояние +1 характерно для некоторых галогенидов.

Почему у индия стабильная степень окисления?

Причина стабильности высшего состояния индия (+3) заключается в возможности полностью освободить 5s- и 5p-орбитали, оставляя под ними устойчивую заполненную 4d¹⁰ оболочку.

1. В простом веществе (In⁰): Заряд равен 0. Конфигурация: 5s [↑↓] 5p [↑][ ][ ].
2. В ионе (In⁺³): Индий отдает все 3 валентных электрона. Конфигурация: [Kr] 4d10.

Рис. 2. Процесс окисления индия: от металлического состояния до наиболее устойчивого состояния +3 в составе большинства солей.

Степень окисления индия в соединениях

В зависимости от реагентов, индий в соединениях проявляет степень окисления, которая меняет характер связи и физические свойства:

• Оксид индия(III) (In₂O₃): In +3, O -2.
• Хлорид индия(I) (InCl): In +1, Cl -1.
• Сульфид индия(III) (In₂S₃): In +3, S -2.
• Нитрат индия(III) (In(NO₃)₃): In +3.
• Дибромид индия (InBr₂): In +1 и +3 (фактически In[InBr₄]).

Высшая степень окисления

Высшая степень окисления индия равна +3. Это значение полностью соответствует номеру группы (13 или III-A) в периодической системе и является пределом для данного элемента в обычных условиях.

Низшая степень окисления

Для индия в редких интерметаллидах возможны степени окисления -1 и -2, однако степень окисления индия равна 0 в металлическом виде — это наиболее типичное низшее состояние для этого мягкого металла.

Промежуточные степени окисления

Степень окисления индия в веществах часто принимает значение +1, особенно в высокотемпературных фазах, но такие формы менее стабильны по сравнению с +3 и легко окисляются.

Важно: Состояние +3 в виде оксида (In₂O₃) — это наиболее коммерчески важная форма индия, используемая для создания прозрачных проводящих покрытий (ITO), где степень окисления индия формула соединения всегда +3.

Почему степень окисления чаще положительная?

Знак заряда определяется металлической природой элемента и его положением в таблице:

1. Положительная СО (+): Индий отдает электроны неметаллам, так как обладает типичными свойствами металлов подгруппы алюминия.
2. Нулевая СО (0): Характерна для чистого металла (слитки, фольга).
3. Отрицательная СО (-): Встречается крайне редко, только в соединениях с очень активными металлами.

Как определить степень окисления индия

По таблице Менделеева

1. Семейство: p-элемент.
2. Валентные электроны: 3 (2 на s-подуровне и 1 на p-подуровне).
3. Атомная масса индия: 114,8 а.е.м.

По валентности (Число связей)

В отличие от щелочных металлов, валентность индия может быть переменной, хотя чаще всего она равна III.

1. В оксиде (In₂O₃): Каждый атом индия образует три связи с кислородом. Его валентность — III, а степень окисления равна +3.
2. В монохлориде (InCl): Индий образует одну связь с хлором. Валентность — I, СО индия — +1.

По электронной конфигурации

1. Электронная формула индия: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p¹.
2. Атому индия степени окисления +3 достичь выгодно, так как это полностью очищает пятый энергетический уровень.

Для просмотра значений квантовых чисел электронов используй таблицу квантовых чисел.

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

Пример для In₂(SO₄)₃ (сульфат индия):

Сумма СО равна 0. Сульфат-ион (SO₄) целиком имеет заряд -2. Обозначим In как x.

2 · x + 3 · (-2) = 0
2x — 6 = 0 ⇒ x = +3

Примеры степеней окисления индия

Шпаргалка для индия

• +3 — высшая и самая устойчивая степень, встречается в большинстве минералов.
• Эффект инертной пары — причина появления устойчивых соединений индия в СО +1.
• Цвет — многие соли индия (+3) бесцветны, но оксид In₂O₃ имеет желтоватый оттенок.

Пример решения задачи:

Проверка знаний

1) Индий относится к 13-й группе периодической системы.

2) Высшая степень окисления индия (+3) совпадает с номером его группы.

3) Степень окисления +1 для индия более стабильна, чем для алюминия.

4) Оксид индия(III) имеет формулу InO₂.

5) Индий может проявлять отрицательные степени окисления в металлоорганических комплексах.

Часто задаваемые вопросы