Степень окисления хрома (Cr): в соединениях, как определить, примеры

Теория:

Степень окисления хрома (Cr) в наиболее устойчивых соединениях равна +3 и +6, а также 0, +2. (СО +4 и +5 встречаются редко и неустойчивы).

Это определяется его положением в периодической системе: хром — элемент 6‑й группы (побочная подгруппа), 4‑го периода.

Как переходный металл, он имеет шесть валентных электронов. Особенность хрома — «провал» электрона: один электрон с 4s-подуровня переходит на 3d, образуя конфигурацию 3d⁵4s¹.

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

Чтобы определить все возможные значения, используют электронную формулу.

Например:

Для кремния (1s²2s²2p⁶3s²3p²) формула объясняет наличие четырех валентных электронов и возможность проявлять СО от -4 до +4;
Для марганца (1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²) — возможность достижения высшей степени окисления +7 за счёт участия всех семи валентных электронов.

Хром наиболее стабилен в степенях окисления +3 (самая химически устойчивая) и +6 (высшая, соответствующая номеру группы).

Рис. Степень окисления хрома 0, +2, +3, +6, а также не стабильные +1, +4, +5. Факторы, влияющие на СО — наличие пяти d-электронов и одного s-электрона вследствие «провала».

Содержание страницы

Почему у хрома переменные степени окисления?

Причина — наличие шести валентных электронов на 3d и 4s подуровнях и их ступенчатая отдача.

В простом веществе (Cr⁰): Все 6 электронов на месте. Заряд равен 0. 3d [↑][↑][↑][↑][↑] 4s [↑].
В соединениях (Cr⁺⁶): Хром отдаёт все 6 электронов, достигая конфигурации аргона. 3d [ ][ ][ ][ ][ ] 4s [ ].

Рис. 2 Схема окисления атома хрома: атом Cr ([Ar] 3d⁵ 4s¹) последовательно теряет электроны до высшего состояния +6.

Степень окисления хрома в соединениях

Соединения хрома резко меняют свойства в зависимости от СО: от основных (Cr+2) до амфотерных (Cr+3) и кислотных (Cr+6).

Оксид хрома(VI) (CrO₃): Cr +6, O -2. (Кислотный)
Дихромат калия (K₂Cr₂O₇): Cr +6, O -2. (Оранжевый)
Оксид хрома(III) (Cr₂O₃): Cr +3, O -2. (Зеленый, амфотерный)
Хлорид хрома(II) (CrCl₂): Cr +2, Cl -1. (Синий, восстановитель)

Высшая степень окисления

Высшая СО хрома равна +6 (номер группы). Соединения Cr(+6) — сильнейшие окислители.

Низшая степень окисления

Низшая равна 0 (металлический хром).

Промежуточные степени окисления

+2 — сильный восстановитель, быстро окисляется на воздухе.
+3 — самая устойчивая форма. В этой СО хром находится в большинстве минералов.

Как определить степень окисления хрома

По таблице Менделеева

Хром (Cr) в таблице Менделеева находится в 6-й группе (VIB), период — 4, блок — d-элемент. Высшая СО — +6.

По электронной конфигурации

Электронная формула хрома: [Ar] 3d⁵ 4s¹, подробнее о квантовых числах → [таблица].
Сначала уходит 1 электрон с 4s-уровня и 1 с 3d (СО +2), затем еще один (+3), и при полной потере всех 6 электронов — высшая СО +6.

По валентности (Число связей)

Валентность хрома в высших соединениях равна VI. Это означает образование шести химических связей.

В хроматах (CrO₄^2-) атом хрома образует связи, эквивалентные валентности VI.

По электроотрицательности

Степень окисления хрома зависит от того, какой элемент сильнее притягивает электроны. Сравните значения в таблице электроотрицательности.

Алгоритм расчета:

Выпишите известные степени (у Кислорода -2, у Металлов I-II групп +1/+2).
Умножьте заряды на количество атомов.
Найдите неизвестное X для Хрома так, чтобы сумма всей молекулы стала равной 0.

Пример: в соединении CrO₃ кислород (ЭО 3.44) сильнее Хрома (ЭО 1.66), поэтому забирает все 6 электронов, делая хром Cr⁺⁶.

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

Пример для K₂CrO₄ (хромат калия): Калий всегда +1, кислород -2. Сумма = 0.

2 · (+1) + x + 4 · (-2) = 0 → 2 + x — 8 = 0 ⇒ x = +6.

Примеры степеней окисления хрома

СО	Характер свойств	Цвет	Примеры
+6	Кислотный, окислитель	Оранжевый/Желтый	CrO₃, K₂Cr₂O₇
+3	Амфотерный, устойчивый	Темно-зеленый	Cr₂O₃, CrCl₃
+2	Основный, восстановитель	Небесно-синий	CrO, CrCl₂

Шпаргалка для определения степени окисления хрома

Представьте хром как кошелёк, где 6 монет (4s¹ 3d⁵). Одна лежит в кармашке (s), пять — в основном отделении (d).

0 — «кошелёк полный» (металл Cr).
+2 — «потеряли s-монету и одну d-монету» (нестабильно, хочет отдать еще).
+3 — «самый экономный баланс» (наиболее стабильное состояние).
+6 — «пустой кошелёк» (отдали всё, конфигурация аргона).

Хром химический элемент: химические, физические свойства, придает сталям твердость и блеск, используется в гальванике.

Пример решения задачи:

▶️ Дано:

Соединение: K₂Cr₂O₇.

⌕ Найти:

Определите СО хрома.

✨ Решение:

K (+1), O (-2). Расчет: 2·(+1) + 2x + 7·(-2) = 0 → 2 + 2x — 14 = 0 → 2x = 12 → x = +6.

✅ Ответ:

Cr(+6).

Проверка знаний

Отметьте три правильных утверждения для Хрома (Cr):

1) Порядковый номер 24.

2) Имеет электронную конфигурацию 3d⁴ 4s².

3) Проявляет высшую СО +6.

4) Устойчивое состояние в природе — +3.

5) Является типичным неметаллом.

Показать верные ответы

Правильные ответы: 1, 3, 4 (2 — неверно из-за провала электрона, 5 — хром это металл).

Часто задаваемые вопросы

Может ли хром иметь отрицательную СО?

Нет, хром — металл с низкой электроотрицательностью, он только отдает электроны.

Какие степени окисления хрома самые устойчивые?

Хром проявляет много состояний, но «рабочими» и стабильными являются три:

+2: проявляет основные свойства (например, Cr⁺²O — оксид хрома II).

+3: самая устойчивая форма, амфотерная (оксид Cr₂⁺³O₃ зеленого цвета).

+6: высшая степень, проявляет сильные кислотные свойства (ангидрид Cr⁺⁶O₃ и дихроматы).

Почему хром называют «хамелеоном» в химических реакциях?

Это связано с его способностью легко менять степень окисления в зависимости от среды. В кислой среде оранжевый дихромат (Cr⁺⁶) легко превращается в зеленый сульфат хрома (Cr⁺³).

Этот переход — классика задач на ОВР (окислительно-восстановительные реакции), где хром выступает мощнейшим окислителем.