Валентність і ступінь окислення - поняття, часто застосовуються в неорганічної хімії. У багатьох хімічних сполуках значення валентності і ступінь окислення елемента збігаються, саме з цієї причини у школярів і студентів часто виникає плутанина. У цих понять дійсно є дещо спільне, але відмінності більш істотні. Щоб зрозуміти, чим же відрізняються ці два поняття, варто дізнатися про них більше.
Відомості про ступінь окислення
Ступінь окислення - допоміжна величина, яку приписують атому хімічного елемента або групи атомів, яка показує, яким чином розподілені загальні пари електронів між взаємодіючими елементами.
Це допоміжна величина, яка не має фізичного сенсу як такого. Її суть досить просто пояснити за допомогою прикладів:
Молекула харчової солі NaCl складається з двох атомів - атома хлору і атома натрію. Зв'язок між цими атомами іонна. У натрію на валентном рівні 1 електрон, значить у нього з атомом хлору одна загальна електронна пара. З цих двох елементів хлор більш електроотріцателен (володіє властивістю змішати до себе електронні пари), то єдина загальна пара електронів зміститься до нього. У поєднанні елемент з більш високою електротріцательностью має негативну ступінь окислення, менш електронегативний, відповідно, позитивну, а її значення дорівнює кількості загальних пар електронів. Для даної молекули NaCl ступеня окислення натрію і хлору будуть виглядати так:
+1 -1
NaCl
Хлор, зі зміщеною до нього електронної парою, тепер розглядають як аніон, тобто атом, який приєднав до себе додатковий електрон, а натрій - як катіон, тобто атом, який віддав електрон. Але під час запису ступеня окислення на першому місці йде знак, а на другому числове значення, а при записі іонного заряду - навпаки.
Ступінь окислення можна визначити як число електронів, яких позитивного іону не вистачає до електронейтральних атома, або які потрібно забрати у негативного іона, щоб окислити до атома. На даному прикладі очевидно, що позитивного іону натрію за рахунок зміщення електронної пари не вистачає електрона, а у іона хлору один електрон зайвий.Ступінь окислювання простого (чистого) речовини, не залежно від його фізичних і хімічних властивостей, дорівнює нулю. молекула Про2, наприклад, складається з двох атомів кисню. У них однакові значення електронегативності, тому загальні електрони не зміщуються до жодного з них. Значить, електронна пара знаходиться строго між атомами, тому ступінь окислення буде нульовою.
Для деяких молекул буває складно визначити, куди зміщуються електрони, особливо якщо елементів в ній три або більше. Щоб вирахувати ступені окислення в таких молекулах, необхідно користуватися кількома простими правилами:
- Атом водню майже завжди має постійну ступінь окислення +1 ...
- Для кисню цей показник дорівнює -2. Виняток з цього правила становлять тільки оксиди фтору
+2 -1 +1 -1
ОF2 і Про2F2,
Так як фтор - елемент з найвищою електронегативні, тому він завжди зміщує до себе взаємодіючі електрони. Відповідно до міжнародних правил, елемент з меншим значенням електроотріцаельності записується першим, тому в цих оксидах кисень на першому місці.
- Якщо підсумувати всі ступені окислення в молекулі, вийде нуль.
- Для атомів металів характерна позитивна ступінь окислення.
При обчисленні ступенів окислення потрібно пам'ятати, що найбільша ступінь окислення елемента дорівнює номеру його групи, а мінімальна - номер групи мінус 8. Для хлору максимальне можливе значення ступеня окислення +7, тому що він в 7-ій групі, а мінімальна 7-8 = -1.
Загальні відомості про валентності
Валентність - число ковалентних зв'язків, які може утворювати елемент в різних з'єднаннях.
На відміну від ступеня окислення, поняття валентності є реальний фізичний зміст.
Найвищий показник валентності дорівнює номеру групи в таблиці Менделєєва. Сірка S розташована на 6-ій групі, тобто її максимальна валентність 6. Але вона може бути також 2 (H2S) або 4 (SO2).
Майже для всіх елементів характерна змінна валентність. Проте є атоми, для яких ця величина постійна. До них відносяться лужні метали, срібло, водень (їх валентність завжди дорівнює 1), цинк (валентність завжди 2), лантан (валентність дорівнює 3).
Що ж спільного у валентності та ступені окислення
- Для позначення і тієї, і іншої величини використовують позитивні цілі числа, які пишуться над латинським позначенням елемента.
- Найвища валентність, як та найбільша ступінь окислення, збігається з номером групи елемента.
- Ступінь окислення будь-якого елемента в складному поєднанні збігається з числовим значенням одного з показників валентності. Наприклад, хлор, перебуваючи в 7-ій групі, може матиме валентність 1, 3, 4, 5, 6, або 7, значить можливі ступені окислення ± 1, + 3, + 4, + 5, + 6, + 7.
Основні відмінності між цими поняттями
- У поняття "валентність" є фізичний зміст, а ступінь окислення - допоміжний термін, який не має реального фізичного сенсу.
- Ступінь окислювання може бути нульовою, більше або менше нуля. Валентність ж строго більше нуля.
- Валентність відображає число ковалентних зв'язків, а ступінь окислення - розподіл електронів в з'єднанні.
