Степень окисления химических элементов

Теория:

Степень окисления (СО) — это формальное значение заряда атома (условный заряд атома) в определённом соединении.

Рассчитанное исходя из предположения, что все ковалентные связи в этом соединении имеют ионный характер.

(СО) равна числу электронов, которые были смещены от атома (положительная СО) или к атому (отрицательная СО).
Смещение электронов всегда происходит к атому с большей электроотрицательностью.
Значение СО указывается со знаком над символом элемента (например, Ca⁺²O^-2).

Важно: степень окисления — не то же самое, что валентность.

◊ Валентность отражает реальное число ковалентных связей атома в молекуле (определяется электронной конфигурацией).

◊ Степень окисления — условная величина, вводимая для удобства расстановки коэффициентов в окислительно‑восстановительных реакциях.

Пример: в NH₃ азот имеет валентность  III (три связи с водородом), но степень окисления −3.

Содержание страницы

Общие правила

В простых веществах (например, Fe, O₂, S₈) СО атомов всегда равна 0.
Правило суммы: Сумма СО всех атомов в нейтральной молекуле равна 0. В ионе сумма СО равна заряду иона (например, в SO₄^2- сумма СО равна —2).

Степень окисления металлов

Атомы металлов всегда имеют положительную степень окисления в сложных веществах, так как они обладают низкой электроотрицательностью и как правило, отдают электроны.

Максимальная СО: Для большинства металлов она равна номеру группы (I — VIII).

Исключения для металлов:

В редких случаях в комплексных соединениях (например, в анионах типа [Fe(CO)₄]^2-) формально можно приписать металлам отрицательную СО.

Но это экзотические случаи, не входящие в базовый курс химии.

Металлы главных подгрупп (постоянная СО)

Группа, элементы	Степень окисления, примеры
IA: Li, Na, K	+1: Na⁺¹Cl^-1, Li₂⁺¹O^-2
IIA: Mg, Ca, Ba	+2: Ca⁺²Cl₂^-1, Ba⁺²O^-2
IIIA: Al	+3: Al₂⁺³O₃^-2

Исключения:

Tl (III A) может быть +1 и +3,
Sn и Pb (IV A) проявляют +2 и +4.

Металлы побочных подгрупп (переменная СО)

Большинство переходных металлов (побочные подгруппы) проявляют переменные степени окисления, примером может служить железо (Fe):

Fe⁺²O^-2 (оксид железа II)

Fe₂⁺³O₃^-2 (оксид железа III)

Степень окисления неметаллов

Атомы неметаллов могут проявлять как отрицательную, так и положительную степень окисления.

Фиксированные и постоянные СО

Элемент, степень окисления	Примеры
Фтор (F), -1	H⁺¹F^-1, K⁺¹F^-1
Кислород (О), -2	Н₂⁺¹О^-2, С⁺⁴О₂^-2
Водород (Н), +1	H⁺¹Br^-1, N^-3H₃⁺¹

Исключения для кислорода и водорода

Кислород (O):

В пероксидах СО = -1 (H₂O₂^-1)

Во фториде кислорода OF₂ СО = +2 (потому что F электроотрицательнее O)

Водород (H):

В гидридах металлов СО = -1 (Ca⁺²H₂^-1)

Переменные СО неметаллов

Для остальных неметаллов (например, S, N, P, C, Cl):

Максимальная (положительная) СО:

Равна номеру группы (совпадает с числом валентных электронов).

Пример: N⁺⁵ (группа V), S⁺⁶ (группа VI).

Минимальная (отрицательная) СО:

Рассчитывается как: (Номер группы) — 8.

Определяется числом электронов, необходимых атому для завершения внешнего слоя (достижения октета).

Пример: S (группа VI) → VI — 8 = -2. N (группа V) → V — 8 = -3. C (группа IV) → IV — 8 = -4.

Часто задаваемые вопросы:

Что означает нулевая степень окисления?

Равна 0 у атомов в простых веществах (не в соединениях).

Как быстро определить типичную (СО) кислорода и водорода?

Кислород обычно имеет СО = −2 (например, в H₂O, CO₂). Исключения: в пероксидах (H₂O₂) → −1; в OF₂ → +2.

Водород обычно имеет СО = +1 (например, в H₂O, HCl). Исключение: в гидридах металлов (NaH, CaH₂) → −1.

Как проверить, правильно ли найдены степени окисления в соединении?

Для этого нужно сложить все степени окисления с учётом индексов — сумма должна быть:

0 для нейтральной молекулы; равна заряду иона для ионных частиц.