Степень окисления йода (I): примеры соединений, валентность и электронное строение

Теория

Йод (I) — это химический элемент 17-й группы (галогены), который, в отличие от своего соседа фтора, обладает внушительным «арсеналом» степеней окисления (−1, 0, +1, +3, +5, +7).

Являясь самым тяжелым из стабильных галогенов, он занимает пограничное положение между типичными неметаллами и металлоидами.

Благодаря большому радиусу атома и наличию вакантных 5d-орбиталей, йод проявляет уникальную электронную пластичность.

Он способен как принимать один электрон для завершения октета, так и последовательно отдавать до семи электронов, переходя в возбужденные состояния.

Рис. Спектр степеней окисления йода. Благодаря наличию пяти электронов на p-подуровне и вакантных d-орбиталей 5-го уровня, йод способен последовательно распаривать электронные пары, образуя соединения в нечетных окислительных состояниях от −1 до +7.

Содержание страницы

Степень окисления йода в соединениях

В химических связях йод ведет себя гибко. С металлами и водородом он выступает как типичный окислитель, забирая электроны.

Однако в паре с более электроотрицательными элементами (кислород, фтор, хлор) йод сам становится донором электронов, проявляя положительные степени окисления.

Высшая степень окисления йода

Высшая степень окисления йода равна +7. Она соответствует номеру группы (VIIA) и означает, что атом задействовал все свои валентные электроны.

Это состояние характерно для очень сильных окислителей, таких как периодическая кислота и её соли (периодаты).

Низшая степень окисления йода

Низшая степень окисления йода — −1. Как и всем галогенам, йоду не хватает всего одного электрона до завершения внешнего электронного слоя (до конфигурации благородного газа ксенона).

Это самое устойчивое и часто встречающееся состояние йода в природе (йодиды).

Как определить степень окисления йода

Определение степени окисления (СО) йода требует комплексного подхода, так как этот элемент может проявлять разные свойства в зависимости от окружения.

По таблице Менделеева (Границы группы)

Йод (I) в Периодической системе находится в 17 (устаревшая VIIA группа, галогены), период — 5, блок — p-элемент. Это определяет все его ключевые химические характеристики.

Низшая СО: Чтобы достроить внешний уровень до восьми электронов («октета»), йоду не хватает одного электрона. Поэтому его типичная низшая степень окисления — -1.
Высшая СО: Она совпадает с номером группы и равна +7. Это состояние, когда йод максимально «отдал» или сместил все свои 7 валентных электронов.

По валентности (Число связей)

Валентность йода показывает количество химических связей, которые образует атом.

В йодидах (например, HI) йод одновалентен, и его СО -1.
В кислородных кислотах (например, HIO₃) йод образует 5 связей. Поскольку кислород сильнее притягивает электроны, СО будет положительной и равной числу связей — +5.

Важно: Помните, что валентность — это количество связей («рук»), а степень окисления — это их заряд («направление»).

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

Это самый точный метод для сложных молекул. В его основе лежит правило: сумма всех зарядов в нейтральной молекуле всегда равна 0.

Алгоритм: Сначала расставьте известные заряды (у металлов I-II групп, водорода +1, кислорода -2), а йод обозначьте за x.
Пример для KIO₃ (йодат калия):
У калия (K) всегда +1, у кислорода (O) всегда -2.

(+1) + x + 3 • (-2) = 0

1 + x — 6 = 0 ⇒ x — 5 = 0 ⇒ x = +5

По электронной конфигурации и квантовым числам

Этот метод объясняет природу степеней окисления через поведение электронов.

Электронная формула йода: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵.
На внешнем уровне (n = 5) у йода 7 электронов.
Наличие вакантного 5d-подуровня (l = 2) позволяет электронам с s и p подуровней распариваться.
Квантовая логика: Последовательное распаривание электронов на d-орбитали объясняет характерный ряд нечетных степеней окисления: +1, +3, +5, +7. Каждое «возбуждение» атома увеличивает число неспаренных электронов.

По электроотрицательности (Сравнение с партнерами)

Это «правило силы», которое определяет знак заряда (+ или -).
Йод + Металл/Водород: Йод более электроотрицателен, он забирает электроны себе. СО всегда отрицательная (-1).
Йод + Кислород/Фтор/Хлор: Эти элементы стоят в таблице выше или правее йода, они сильнее. В паре с ними йод отдает электроны, и его СО становится положительной (+1, +3, +5, +7).
Простое вещество (I₂): Силы атомов равны, смещения нет, СО всегда 0.

Совет: Если вы видите йод в середине сложной формулы с кислородом — используйте алгебраический расчет. Если йод стоит в конце формулы после металла — это почти всегда -1.

Возможные степени окисления йода

Йод проявляет нечетные степени окисления: −1, 0, +1, +3, +5, +7.

Четные состояния (например, +4 или +6) для него крайне нехарактерны и встречаются только в нестабильных промежуточных соединениях.

Такая «нечетность» связана с последовательным распариванием электронных пар с p- и s-подуровней на d-подуровень.

Примеры всех степеней окисления йода

СО	Класс соединений	Примеры
−1	Йодоводород, йодиды	HI, NaI, MgI₂
0	Простое вещество	I₂ (кристаллический йод)
+1	Йодноватистая кислота, гипойодиты	HIO, KIO, ICl
+3	Йодистая кислота (неуст.), соли	HIO₂, ICl₃, IF₃
+5	Йодноватая кислота, йодаты	HIO₃, KIO₃, I₂O₅
+7	Периодическая кислота, периодаты	HIO₄, H₅IO₆, KIO₄

Почему проявляет такие степени окисления

Разнообразие степеней окисления йода объясняется его электронным строением (5s² 5p⁵).

Достройка октета: Принимая 1 электрон на 5p-подуровень, йод достигает стабильности (СО −1).
Распаривание электронов: В отличие от фтора, у йода на 5-м энергетическом уровне есть вакантные (пустые) 5d-орбитали. При возбуждении атома пары электронов с 5p и 5s подуровней «перепрыгивают» на d-орбитали.
- Одно распаривание дает 3 неспаренных электрона (СО +3).
- Два распаривания дают 5 электронов (СО +5).
- Полное распаривание всех валентных пар дает 7 электронов (СО +7).

Из-за большого расстояния от ядра до внешних электронов (большой радиус), йод удерживает их слабее, чем хлор или бром, что делает его отличным восстановителем в высших степенях окисления.

Йод химический элемент: атомное строение, физические свойства, реакционная способность и роль в современной полупроводниковой промышленности.

Пример решения, задача:

▶️ Дано:

Соединение: KIO₄ (Периодат калия).

⌕ Найти:

Определите степень окисления йода в этой соли.

✨ Решение:

Это ионное соединение, состоящее из ионов K⁺ и IO₄⁻. Сумма всех степеней окисления в нейтральной молекуле равна 0.

1) У калия (K) как щелочного металла всегда: +1.

2) У кислорода (O) в оксидах и солях: −2.

3) Расчет для KIO₄: (+1) + x + (4 · −2) = 0 → 1 + x − 8 = 0 → x = +7.

✅ Ответ:

Йод в данном соединении проявляет высшую степень окисления: +7.

Проверка знаний: Как определить Йод по таблице Менделеева

Отметьте три правильных утверждения, которые однозначно определяют Йод (I) в Периодической системе.

По каким признакам можно безошибочно установить, что речь идёт именно о Йоде?

1) В атомном ядре содержится ровно 53 протона.

2) Является твердым веществом, которое при нагревании образует фиолетовые пары (сублимация).

3) Находится в пятом горизонтальном ряду (периоде) и семнадцатом вертикальном столбце (группе VII A) таблицы Менделеева.

4) Конфигурация внешнего электронного слоя описывается формулой: 5s² 5p⁵.

5) Относится к группе галогенов и имеет электроотрицательность 2,66.

6) Находится в 5-м периоде и имеет 5 электронных оболочек.

Показать верные ответы и пояснения

Правильные ответы: 1, 3, 4

1) В атомном ядре содержится ровно 53 протона.
Порядковый номер (Z=53) уникален — это «паспорт» элемента, определяющий его место в системе.
3) Находится в 5-м периоде и 17-й группе (VII A).
Это точные координаты в таблице, которые указывают на 5 слоев и 7 валентных электронов.
4) Формула внешнего слоя: 5s² 5p⁵.
Эта запись характерна только для йода, так как сумма электронов (7) и номер уровня (5) полностью его идентифицируют.
2, 5, 6 — являются верными свойствами йода, но не уникальными «паспортами» (например, 5 оболочек есть у всех элементов 5-го периода, а возгонка характерна и для других веществ).

Часто задаваемые вопросы

Почему у йода так много степеней окисления?

Йод — галоген (VII группа). На внешнем уровне 7 электронов, поэтому он может:

Принимать 1 электрон (степень окисления −1).

Отдавать 1, 3, 5 или 7 электронов при возбуждении (степени окисления +1, +3, +5, +7).

Какая степень окисления у йода в простом веществе I₂?

0 (как у любого простого вещества).

Как меняется степень окисления йода в реакциях окисления‑восстановления?

Восстановительные свойства: I⁻ → I₂ → IO₃⁻ → IO₄⁻ (степень окисления растёт).

Окислительные свойства: IO₄⁻ → IO₃⁻ → I₂ → I⁻ (степень окисления снижается).