Степень окисления мышьяка (As): в соединениях, как определить, примеры

Теория:

Степень окисления мышьяка (As) в наиболее устойчивых соединениях принимает значения -3, +3 и +5.

В отличие от германия, мышьяк — это типичный неметалл, что определяет его склонность к захвату электронов.

Значения 0, +3 и +5 встречаются чаще всего. Состояние +3 характерно для оксида As₂O₃, который проявляет амфотерные свойства, а состояние +5 соответствует высшей окислительной способности элемента.

Мышьяк находится в 15-й группе (главная подгруппа V группы) и является p-элементом 4-го периода.

Как p-элемент, он обладает электронной конфигурацией [Ar] 3d¹⁰4s²4p³. На его внешнем p-слое находится три неспаренных электрона, что делает его активным участником химических реакций.

Мышьяк проявляет преимущественные степени окисления +3 и +5.

Это связано с возможностью атома задействовать либо только три p-электрона, либо все пять валентных электронов (два 4s и три 4p) для образования связей.

В отличие от азота, мышьяк легче переходит в состояние +5, однако его высшие оксиды являются более сильными окислителями, чем аналогичные соединения фосфора.

Чтобы определить возможные значения, используют электронную формулу.

Например:

Для мышьяка (1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³) — потеря всех пяти внешних электронов дает СО +5, а присоединение трех электронов до октета дает СО -3.
Для германия (1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p²) — наличие только двух p-электронов ограничивает его способность к захвату электронов по сравнению с мышьяком.

Рис. 1. Возможные степени окисления мышьяка: -3, 0, +3, +5. Также в редких случаях он может проявлять СО +2 или +4 в нестабильных комплексах.

На их формирование влияют электронное строение (три p-электрона), положение в 15-й группе и значение электроотрицательности 2,18 по шкале Полинга.

Содержание страницы

Почему у мышьяка переменные степени окисления?

Причина гибкости мышьяка — наличие пяти валентных электронов, которые могут либо уходить к более электроотрицательным атомам, либо дополняться до полной оболочки.

В простом веществе (As⁰): Заряд равен 0. Конфигурация: 4s [↑↓] 4p [↑][↑][↑].
В ионе (As⁺³): Мышьяк отдает 3 электрона с 4p-уровня. Конфигурация 4s [↑↓] 4p [ ][ ][ ].
В ионе (As⁺⁵): Мышьяк отдает все 5 валентных электронов. Конфигурация 4s [ ] 4p [ ][ ][ ].

Рис. 2. Процесс окисления мышьяка: атом As ([Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³) теряет внешние электроны, достигая различных устойчивых состояний.

Степень окисления мышьяка в соединениях

Соединения мышьяка подчеркивают его неметаллический характер и высокую токсичность во всех формах:

Оксид мышьяка(V) (As₂O₅): As +5, O -2.
Оксид мышьяка(III) (As₂O₃): As +3, O -2.
Арсенат натрия (Na₃AsO₄): As +5.
Сульфид мышьяка(III) (As₂S₃): As +3, S -2.
Арсин (AsH₃): As -3, H +1 (крайне ядовитый газ).

Высшая степень окисления

Высшая степень окисления мышьяка равна +5. Она соответствует номеру его группы (VА) в таблице Менделеева.

Низшая степень окисления

Низшая равна -3. Она проявляется в соединениях с водородом (арсинах) и металлами (арсенидами).

Важно: Отрицательная степень окисления -3 для мышьяка является очень устойчивой, что сближает его по химическим свойствам с фосфором.

Почему степень окисления может быть положительной или отрицательной?

Знак заряда зависит от разности электроотрицательности (ЭО).

Положительная СО (+): Мышьяк отдает электроны кислороду, сере или фтору (ЭО As = 2,18).
Отрицательная СО (-): Проявляется в соединениях с водородом (AsH₃) или металлами (GaAs — арсенид галлия), где мышьяк выступает как окислитель.
Нулевая СО (0): Характерна для серого (металлического), желтого или черного мышьяка.

Для сравнения способностей атомов притягивать электроны воспользуйся таблицей электроотрицательности .

Как определить степень окисления мышьяка

По таблице Менделеева

Мышьяк (As) в таблице Менделеева находится в 15-й группе, период — 4. Проявляет характерные степени окисления -3, +3 и +5.

Семейство: p-элемент (группа азота).
Валентные электроны: 5 (2 на s-уровне и 3 на p-уровне).
Атомная масса мышьяка: 74,92 а.е.м. Для сравнения масс других элементов используй таблицу атомных масс.
Типичные СО: +3, +5.

Для полного ознакомления воспользуйся полной таблицей периодической системы элементов , где указаны символ, название, группа и период для всех элементов.

По валентности (Число связей)

Валентность мышьяка чаще всего равна III или V.

Валентность V: Соответствует высшей СО +5.
- Пример: As₂O₅. Здесь мышьяк пятивалентен.

По электронной конфигурации

Электронная формула мышьяка: [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³. Для просмотра квантовых чисел используй таблицу квантовых чисел.
Наличие трех p-электронов объясняет стабильность СО +3, а вовлечение всей оболочки — СО +5.

По химическому соединению (Алгебраический расчет)

Высшая степень окисления мышьяка в сложных веществах с кислородом равна +5.

Это помогает находить СО других элементов. Рассмотрим пример с расчетом неизвестного значения.

Пример для H₃AsO₄ (мышьяковая кислота):

Сумма всех СО равна 0. Обозначим СО мышьяка за x. У водорода она +1, у кислорода -2.

3 · (+1) + 1 · x + 4 · (-2) = 0
3 + x — 8 = 0 ⇒ x = +5

Примеры степеней окисления мышьяка

СО	Цвет соединений	Примеры соединений (с индексами)
+5	Белый (кристаллический)	As₂O₅, Na₃AsO₄
+3	Белый / Желтый	As₂O₃, AsCl₃, As₂S₃
0	Серый / Черный	As (Мышьяк)
-3	Бесцветный газ	AsH₃, GaAs, AlAs

Для ознакомления со значениями других элементов воспользуйся полной таблицей степеней окисления.

Шпаргалка для мышьяка

-3 — крайне ядовитый газ арсин (AsH₃).
+3 — белый мышьяк (As₂O₃), классический яд и реактив.
+5 — высшая форма, соли которой называются арсенатами.
Металлические свойства — серый мышьяк проводит ток, хотя химически остается неметаллом.

Мышьяк химический элемент: свойства, получение в промышленности и применение в микроэлектронике.

Пример решения задачи:

▶️ Дано:

Соединение: As₂O₃.

⌕ Найти:

Определите СО мышьяка.

✨ Решение:

Кислород (O) имеет СО −2. Следовательно: 2 · x + 3 · (−2) = 0 → 2x = 6 → x = +3.

✅ Ответ:

As(+3).

Проверка знаний

Отметьте правильные утверждения для Мышьяка (As):

1) Мышьяк находится в 15-й группе.

2) Низшая степень окисления мышьяка равна -5.

3) Высшая степень окисления мышьяка равна +5.

4) Арсин (AsH₃) — это безопасный газ.

5) Электроотрицательность мышьяка выше, чем у германия.

Показать ответы

Правильные ответы: 1, 3, 5.

Разбор ошибок:
2 — неверно: низшая СО равна -3.
4 — неверно: арсин чрезвычайно ядовит.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между арсенитами и арсенатами?

Арсениты — это соли мышьяковистой кислоты (As +3), а арсенаты — соли мышьяковой кислоты (As +5). Арсенаты обычно более стабильны.

Почему у германия есть отрицательная степень окисления и положительная?

Способность мышьяка (As) проявлять как положительные, так и отрицательные степени окисления обусловлена его положением в таблице Менделеева и особенностями строения его атома.

Отрицательные степени окисления: Чтобы полностью заполнить внешний электронный слой до стабильного состояния (октета), атому мышьяка не хватает 3 электронов.

При взаимодействии с менее электроотрицательными элементами (например, металлами или водородом) мышьяк притягивает эти 3 электрона к себе.

Положительные степени окисления: При взаимодействии с более электроотрицательными элементами (кислород, фтор, хлор) мышьяк, наоборот, отдает свои электроны.

Какая степень окисления мышьяка самая устойчивая?

Наиболее устойчивой степенью окисления мышьяка является +3.

Это обусловлено «эффектом инертной электронной пары»: паре электронов на 4s-подуровне энергетически выгоднее оставаться при атоме, чем участвовать в образовании связей.