Mely elemek a legmagasabb oxidációs állapotúak 4. Az anyagok helyes megfogalmazása

1. számú feladat

Az összes vegyület +2 oxidációs állapota mutatkozik

Válasz: 4

Magyarázat:

Az összes javasolt lehetőség közül a +2 oxidációs állapotot komplex vegyületekben csak a cink mutatja, amely a második csoport másodlagos alcsoportjának eleme, ahol a maximális oxidációs állapot megegyezik a csoportszámmal.

Az ón - a IV. csoport fő alcsoportjának egyik eleme, egy fém, oxidációs állapota 0 (egyszerű anyagban), +2, +4 (csoportszám).

A foszfor a fő alcsoport egyik eleme főcsoport, mivel nem fém, oxidációs állapota -3 (csoportszám - 8) és +5 (csoportszám) között van.

A vas fém, az elem a főcsoport másodlagos alcsoportjában található. A vasra az oxidációs állapotok jellemzőek: 0, +2, +3, +6.

2. számú feladat

A KEO 4 összetételű vegyület a két elem mindegyikét alkotja:

1) foszfor és klór

2) fluor és mangán

3) klór és mangán

4) szilícium és bróm

Válasz: 3

Magyarázat:

A KEO 4 készítmény sója az EO 4 - savmaradékot tartalmazza, ahol az oxigén oxidációs foka -2, ezért ebben a savmaradékban az E elem oxidációs állapota +7. A javasolt lehetőségek közül a klór és a mangán megfelelő - a VII. csoport fő és másodlagos alcsoportjainak elemei.

A fluor is a VII. csoport fő alcsoportjának eleme, azonban a legelektronegatívabb elemként nem mutat pozitív oxidációs állapotot (0 és -1).

A bór, a szilícium és a foszfor a 3., 4. és 5. csoport fő alcsoportjainak elemei, ezért a sókban a megfelelő +3, +4, +5 maximális oxidációs állapotot mutatják.

3. számú feladat

1. Zn és Cr
2. Si és B
3. Fe és Mn
4.P és As

Válasz: 4

Magyarázat:

A vegyületek azonos legmagasabb oxidációs állapotát, amely megegyezik a csoportszámmal (+5), P és As mutatja. Ezek az elemek az V. csoport fő alcsoportjában találhatók.

A Zn és a Cr a II. és VI. csoport másodlagos alcsoportjainak elemei. Vegyületekben a cink mutatja a legmagasabb oxidációs állapotot +2, a króm - +6.

A Fe és Mn a VIII. és VII. csoport másodlagos alcsoportjainak elemei. A vas legmagasabb oxidációs foka +6, a mangáné - +7.

4. számú feladat

Ugyanezt a legmagasabb oxidációs állapotot mutatják a vegyületek

1. Hg és Cr
2. Si és Al
3.F és Mn
4. P és N

Válasz: 4

Magyarázat:

P és N azonos legmagasabb oxidációs állapotot mutat a vegyületekben, megegyezik a csoportszámmal (+5) Ezek az elemek az V. csoport fő alcsoportjában helyezkednek el.

A Hg és a Cr a II. és VI. csoport másodlagos alcsoportjainak elemei. A vegyületekben a higanynak a legmagasabb oxidációs foka +2, a króm - +6.

Az Si és Al a IV. és III. csoport fő alcsoportjainak elemei. Ezért a szilícium esetében a komplex vegyületek maximális oxidációs állapota +4 (a csoportszám, ahol a szilícium található), az alumínium esetében - +3 (az a csoportszám, ahol az alumínium található).

F és Mn a VII. csoport fő és másodlagos alcsoportjának elemei. A fluor azonban, a kémiai elemek periódusos rendszerének legelektronegatívabb eleme, nem mutat pozitív oxidációs állapotot: összetett vegyületekben oxidációs foka -1 (-8 csoportszám). A mangán legmagasabb oxidációs foka +7.

5. számú feladat

A +3 oxidációs állapotú nitrogén a két anyag mindegyikében mutatkozik meg:

1. HNO 2 és NH 3
2. NH 4 Cl és N 2 O 3
3. NaNO 2 és NF 3
4. HNO 3 és N 2

Válasz: 3

Magyarázat:

A salétromos savban HNO 2 az oxigén oxidációs állapota a savmaradékban -2, a hidrogéné - +1, ezért ahhoz, hogy a molekula elektromosan semleges maradjon, a nitrogén oxidációs állapota +3. Az ammóniában, az NH 3-ban a nitrogén elektronegatívabb elem, ezért egy kovalens poláris kötés elektronpárját húzza magára és negatív oxidációs állapota -3, a hidrogén oxidációs állapota az ammóniában +1.

Az ammónium-klorid NH 4 Cl ammóniumsó, így a nitrogén oxidációs foka megegyezik az ammóniával, azaz. egyenlő -3. Az oxidokban az oxigén oxidációs foka mindig -2, így a nitrogénnél +3.

A nátrium-nitrit NaNO 2-ben (a salétromsav sóiban) a nitrogén oxidációs foka megegyezik a salétromsavban lévő nitrogén oxidációjával, mert +3. A nitrogén-fluoridban a nitrogén oxidációs foka +3, mivel a fluor a legelektronegatívabb elem a periódusos rendszerben, komplex vegyületekben pedig -1 negatív oxidációs állapotot mutat. Ez a válaszlehetőség kielégíti a feladat feltételét.

A salétromsavban a nitrogénnek van a legmagasabb oxidációs állapota, ami megegyezik a csoportszámmal (+5). A nitrogén, mint egyszerű vegyület (mivel egy kémiai elem atomjaiból áll), oxidációs állapota 0.

6. számú feladat

A VI. csoport elemének legmagasabb oxidja a képletnek felel meg

1. E 4 O 6
2.EO 4
3. EO 2
4. EO 3

Válasz: 4

Magyarázat:

Egy elem legmagasabb oxidja a legmagasabb oxidációs állapotú elem oxidja. Egy csoportban egy elem legmagasabb oxidációs foka megegyezik a csoportszámmal, ezért a VI. csoportban egy elem maximális oxidációs foka +6. Az oxidokban az oxigén -2 oxidációs állapotot mutat. Az elemszimbólum alatti számokat indexeknek nevezzük, és az elem atomjainak számát jelzik a molekulában.

Az első lehetőség helytelen, mert az elem oxidációs foka 0-(-2)⋅6/4 = +3.

A második változatban az elem oxidációs állapota 0-(-2) ⋅ 4 = +8.

A harmadik változatban az E elem oxidációs állapota: 0-(-2) ⋅ 2 = +4.

A negyedik változatban az E elem oxidációs állapota: 0-(-2) ⋅ 3 = +6, azaz. ez a kívánt válasz.

7. számú feladat

A króm oxidációs állapota ammónium-dikromátban (NH 4) 2 Cr 2 O 7

1. +6
2. +2
3. +3
4. +7

Válasz: 1

Magyarázat:

Az ammónium-dikromátban (NH 4) 2 Cr 2 O 7 az ammónium kationban NH 4 + nitrogén, mint elektronegatívabb elem, alacsonyabb oxidációs állapotú -3, a hidrogén pozitív töltésű +1. Ezért a teljes kation töltése +1, de mivel ebből a kationból 2 van, a teljes töltés +2.

Ahhoz, hogy a molekula elektromosan semleges maradjon, a Cr 2 O 7 2− savmaradéknak -2 töltésűnek kell lennie. A savak és sók savmaradékaiban lévő oxigénnek mindig -2 töltése van, ezért az ammónium-bikromát molekulát alkotó 7 oxigénatom töltése -14. A króm atomok Cr a 2-es molekulákba, ezért ha a króm töltését x-szel jelöljük, akkor:

2x + 7 ⋅ (-2) = -2 ahol x = +6. A króm töltése az ammónium-dikromát molekulában +6.

8. számú feladat

A +5 oxidációs állapot mindkét elem esetében lehetséges:

1) oxigén és foszfor

2) szén és bróm

3) klór és foszfor

4) kén és szilícium

Válasz: 3

Magyarázat:

Az első javasolt válaszban csak a foszfor, mint az V. csoport fő alcsoportjának egyik eleme mutathat +5 oxidációs állapotot, ami számára a maximum. Az oxigén (a VI. csoport fő alcsoportjának eleme), mivel nagy elektronegativitású elem, az oxidokban -2, egyszerű anyagként - 0, az OF 2 fluorral kombinálva pedig +1 oxidációs állapotot mutat. A +5 oxidációs állapot nem jellemző rá.

A szén és a bróm a IV. és VII. csoport fő alcsoportjainak elemei. A szén maximális oxidációs állapota +4 (egyenlő a csoportszámmal), a bróm pedig -1, 0 (egy egyszerű Br 2 vegyületben), +1, +3, +5 és +7 oxidációs állapotot mutat.

A klór és a foszfor a VII. és V. csoport fő alcsoportjainak elemei. A foszfor maximális oxidációs foka +5 (egyenlő a csoportszámmal), a klór esetében a brómhoz hasonlóan -1, 0 (egyszerű vegyületben Cl 2), +1, +3, +5, + 7 jellemző.

A kén és a szilícium a VI. és IV. csoport fő alcsoportjainak elemei. A kén oxidációs állapotának széles skáláját mutatja -2 (csoportszám - 8) és +6 (csoportszám) között. Szilícium esetén a maximális oxidációs állapot +4 (csoportszám).

9. számú feladat

1. NaNO3
2. NaNO2
3.NH4Cl
4. NEM

Válasz: 1

Magyarázat:

A nátrium-nitrát NaNO 3-ban a nátrium oxidációs állapota +1 (I. csoportba tartozó elem), a savmaradékban 3 oxigénatom van, amelyek mindegyikének oxidációs állapota -2, ezért a molekula megmaradása érdekében elektromosan semleges, a nitrogén oxidációs állapotának 0 − (+ 1) − (−2) 3 = +5 értékűnek kell lennie.

A nátrium-nitritben NaNO 2 a nátriumatom is +1 oxidációs állapotú (I. csoport elem), a savmaradékban 2 oxigénatom van, amelyek mindegyikének oxidációs állapota -2, ezért annak érdekében, hogy a Ahhoz, hogy a molekula elektromosan semleges maradjon, a nitrogénnek oxidációs állapotának kell lennie: 0 − (+1) − (−2) 2 = +3.

NH 4 Cl - ammónium-klorid. A kloridokban a klóratomok oxidációs foka -1, a hidrogénatomok, amelyekből 4 van a molekulában, pozitív töltésűek, ezért ahhoz, hogy a molekula elektromosan semleges maradjon, a nitrogén oxidációs állapota: 0 − ( −1) − 4 (+1) = −3. Az ammóniában és az ammóniumsók kationjaiban a nitrogén minimális oxidációs állapota –3 (annak a csoportnak a száma, amelyben az elem található, –8).

A nitrogén-monoxid NO molekulában az oxigén minimális oxidációs foka –2, mint minden oxidban, ezért a nitrogén oxidációs foka +2.

10. számú feladat

A nitrogén a legmagasabb oxidációs állapotot mutatja abban a vegyületben, amelynek képlete:

1. Fe(NO 3) 3
2. NaNO2
3. (NH 4) 2 SO 4
4 NEM 2

Válasz: 1

Magyarázat:

A nitrogén az V. csoport fő alcsoportjának eleme, ezért a csoportszámmal megegyező maximális oxidációs állapotot mutathat, pl. +5.

A vas-nitrát Fe(NO 3) 3 szerkezeti egysége egy Fe 3+ ionból és három nitrát ionból áll. A nitrátionokban a nitrogénatomok, az ellenion típusától függetlenül, +5 oxidációs állapotúak.

A nátrium-nitritben NaNO 2 a nátrium oxidációs állapota +1 (az I. csoport fő alcsoportjának eleme), a savmaradékban 2 oxigénatom van, amelyek mindegyikének oxidációs állapota -2, ezért Ahhoz, hogy a molekula elektromosan semleges maradjon, a nitrogén oxidációs állapotának 0 − ( +1) − (−2)⋅2 = +3 értékűnek kell lennie.

(NH 4) 2 SO 4 - ammónium-szulfát. A kénsavsókban az SO 4 2− anion töltése 2−, ezért minden ammóniumkation 1+ töltésű. A hidrogénen a töltés +1, tehát a nitrogénen -3 (a nitrogén elektronegatívabb, ezért az N−H kötés közös elektronpárját húzza). Az ammóniában és az ammóniumsók kationjaiban a nitrogén minimális oxidációs állapota –3 (annak a csoportnak a száma, amelyben az elem található, –8).

A nitrogén-monoxid NO 2 molekulájában az oxigén minimális oxidációs állapota –2, mint minden oxidé, ezért a nitrogén oxidációs foka +4.

11. számú feladat

28910E

A Fe(NO 3) 3 és CF 4 összetételű vegyületekben a nitrogén és a szén oxidációs foka rendre

Válasz: 4

Magyarázat:

A vas(III)-nitrát Fe(NO 3) 3 szerkezeti egysége egy Fe 3+ vasionból és három NO 3 − nitrátionból áll. A nitrátionokban a nitrogén oxidációs állapota mindig +5.

A CF 4 szén-fluoridban a fluor egy elektronegatívabb elem, és egy közös elektronpárt vonz C-F csatlakozások, amely -1 oxidációs állapotot mutat. Ezért a C szén oxidációs állapota +4.

12. számú feladat

A32B0B

Az oxidációs állapot +7 klór a két vegyület mindegyikében:

1. Ca(OCl) 2 és Cl 2 O 7
2. KClO 3 és ClO 2
3. BaCl 2 és HClO 4
4. Mg(ClO 4) 2 és Cl 2 O 7

Válasz: 4

Magyarázat:

Az első változatban a klóratomok oxidációs állapota +1, illetve +7. A kalcium-hipoklorit Ca(OCl) 2 egyik szerkezeti egysége egy Ca 2+ kalciumionból (a Ca a II. csoport fő alcsoportjának eleme) és két OCl − hipoklorit ionból áll, amelyek mindegyikének töltése 1−. A komplex vegyületekben az OF 2 és a különféle peroxidok kivételével az oxigén oxidációs állapota mindig –2, így nyilvánvaló, hogy a klór töltése +1. A Cl 2 O 7 klór-oxidban, mint minden oxidban, az oxigén oxidációs foka -2, ezért ebben a vegyületben a klór +7 oxidációs állapotú.

A KClO 3 kálium-klorátban a káliumatom oxidációs állapota +1, az oxigéné pedig -2. Ahhoz, hogy a molekula elektromosan semleges maradjon, a klórnak +5 oxidációs állapotot kell mutatnia. A ClO 2 klór-oxidban az oxigén, mint minden más oxid oxidációs foka –2, ezért a klór esetében az oxidációs foka +4.

A harmadik változatban a komplex vegyületben lévő báriumkation +2 töltésű, ezért a BaCl 2 só minden klóranionján -1 negatív töltés koncentrálódik. A HClO 4 perklórsavban 4 oxigénatom össztöltése -2⋅4 = -8, a hidrogénkationon a töltés +1. Ahhoz, hogy a molekula elektromosan semleges maradjon, a klór töltésének +7-nek kell lennie.

A negyedik változatban a magnézium-perklorát Mg(ClO 4) 2 molekulájában a magnézium töltése +2 (minden komplex vegyületben a magnézium +2 oxidációs állapotú), ezért minden ClO 4 − anion töltése kb. 1−. Összesen 4 oxigénion töltése -8, ahol mindegyik -2 oxidációs állapotot mutat. Ezért ahhoz, hogy az anion teljes töltése 1− legyen, a klór töltésének +7-nek kell lennie. A Cl 2 O 7 klór-oxidban, amint azt fentebb kifejtettük, a klór töltése +7.

A periódusos törvény modern megfogalmazása, amelyet D. I. Mengyelejev fedezett fel 1869-ben:

Az elemek tulajdonságai periodikusan függenek a sorszámtól.

Az elemek atomjainak elektronhéjának összetételében bekövetkezett változás periodikusan visszatérő jellege magyarázza az elemek tulajdonságainak periodikus változását a Periodikus rendszer periódusaiban és csoportjaiban való mozgás során.

Kövesse nyomon például az IA - VIIA csoportok elemeinek magasabb és alacsonyabb oxidációs állapotának változását a második - negyedik periódusban a táblázat szerint! 3.

Pozitív az oxidációs állapotot a fluor kivételével minden elem mutatja. Értékük a nukleáris töltéssel nő, és egybeesik az utolsó energiaszinten lévő elektronok számával (az oxigén kivételével). Ezeket az oxidációs állapotokat ún magasabb oxidációs állapotok. Például a foszfor P legmagasabb oxidációs állapota +V.

Negatív Az oxidációs állapotot a szén-C-vel, a szilíciummal és a germánium Ge-vel kezdődő elemek mutatják. Értékük megegyezik a nyolcig hiányzó elektronok számával. Ezeket az oxidációs állapotokat ún alsóbbrendű oxidációs állapotok. Például a P foszforatom az utolsó energiaszinten három-nyolc elektron hiányzik, ami azt jelenti, hogy a P foszfor legalacsonyabb oxidációs állapota -III.

A magasabb és alacsonyabb oxidációs állapotok értékei periodikusan ismétlődnek, csoportonként egybeesve; például az IVA csoportban a szén C, a szilícium Si és a germánium Ge rendelkezik a legmagasabb oxidációs állapottal +IV, és a legalacsonyabb oxidációs állapottal - IV.

Az oxidációs állapot változásának ez a gyakorisága tükröződik az elemek kémiai vegyületeinek összetételének és tulajdonságainak időszakos változásában.

Hasonlóan követhető az elemek elektronegativitásának periodikus változása az IA–VIIA csoportok 1.-6. periódusában (4. táblázat).

A periódusos rendszer minden periódusában az elemek elektronegativitása a sorszám növekedésével (balról jobbra) növekszik.

Az összesben csoport A periódusos rendszerben az elektronegativitás csökken az atomszám növekedésével (fentről lefelé). Az 1-6. periódus elemei közül a fluor F rendelkezik a legnagyobb, a cézium Cs pedig a legalacsonyabb elektronegativitással.

A tipikus nemfémek elektronegativitása magas, míg a tipikus fémek alacsony elektronegativitásúak.

Példák az A, B rész feladataira

1. A 4. periódusban az elemek száma az

2. A 3. periódus elemeinek fémes tulajdonságai Na-tól Cl-ig

1) erő

2) gyengül

3) ne változzon

4) nem tudom

3. Növekvő atomszámú halogének nem fémes tulajdonságai

1) növelni

2) menj le

3) változatlanok maradnak

4) nem tudom

4. A Zn - Hg - Co - Cd elemek sorozatában egy olyan elem, amely nem szerepel a csoportban, az

5. Az elemek fémes tulajdonságai sorra nőnek

1) In-Ga-Al

2) K - Rb - Sr

3) Ge-Ga-Tl

4) Li - Be - Mg

6. Nem fémes tulajdonságok az Al - Si - C - N elemek sorozatában

1) növelni

2) csökken

3) ne változzon

4) nem tudom

7. Az O - S - Se - Te elemek sorában az atom méretei (sugarai).

1) csökkenés

2) növelni

3) ne változzon

4) nem tudom

8. A P - Si - Al - Mg elemek sorában az atom méretei (sugarai).

1) csökkenés

2) növelni

3) ne változzon

4) nem tudom

9. A foszfor esetében az elem -val kevesebb az elektronegativitás

10. Az a molekula, amelyben az elektronsűrűség a foszforatom felé tolódik el

11. Legfelsőbb az elemek oxidációs állapota oxidok és fluoridok halmazában nyilvánul meg

1) СlO 2, PCl 5, SeCl 4, SO 3

2) PCl, Al 2 O 3, KCl, CO

3) SeO 3, BCl 3, N 2 O 5, CaCl 2

4) AsCl 5, SeO 2, SCl 2, Cl 2 O 7

12. Alacsonyabb az elemek oxidációs foka - hidrogénvegyületeikben és a halmaz fluoridjaiban

1) ClF 3, NH 3, NaH, OF 2

2) H3S+, NH+, SiH4, H2Se

3) CH4, BF4, H3O+, PF3

4) PH 3, NF+, HF 2, CF 4

13. Többértékű atom vegyértéke ugyanaz vegyületek sorozatában

1) SiH 4 - AsH 3 - CF 4

2) PH 3 - BF 3 - ClF 3

3) AsF 3 - SiCl 4 - IF 7

4) H 2 O - BClg - NF 3

14. Adja meg az anyag vagy ion képlete és a bennük lévő szén oxidációs foka közötti megfelelést

54. feladat.
Mi a hidrogén, fluor, kén és nitrogén legalacsonyabb oxidációs foka? Miért? Írjon képleteket az ilyen elemeket tartalmazó kalciumvegyületekre ebben az oxidációs állapotban! Mi a neve a megfelelő vegyületeknek?
Megoldás:
A legalacsonyabb oxidációs állapotot a feltételes töltés határozza meg, amelyre egy atom annyi elektron hozzáadásával jut, amennyi szükséges egy inert gáz ns2np6 stabil elektronhéjának kialakításához (hidrogén esetében ns 2). A hidrogén, a fluor, a kén és a nitrogén a kémiai elemek periódusos rendszerének IA-, VIIA-, VIA- és VA-csoportjába tartozik, és a külső energiaszint szerkezete s 1, s 2 p 5, s 2 p. 4 és s 2 p 3.

Így a külső energiaszint teljessé tételéhez egy hidrogénatomnak és egy fluoratomnak egy-egy elektront, egy kénatomot kettőt, egy nitrogénatomot három elektront kell hozzáadni. Ezért a hidrogén, fluor, kén és nitrogén alacsony oxidációs állapota -1, -1, -2 és -3. Az ilyen elemeket tartalmazó kalciumvegyületek képletei ebben az oxidációs állapotban:

CaH 2 - kalcium-hidrid;
CaF 2 - kalcium-fluorid;
CaS, kalcium-szulfid;
Ca 3 N 2 - kalcium-nitrid.

55. feladat.
Melyek a szilícium, az arzén, a szelén és a klór legalacsonyabb és legmagasabb oxidációs foka? Miért? Írjon képleteket ezeknek az elemeknek az oxidációs állapotoknak megfelelő vegyületeire!
Megoldás:
Egy elem legmagasabb oxidációs fokát általában a periódusos rendszer csoportszáma határozza meg
D. I. Mengyelejev, amelyben tartózkodik. A legalacsonyabb oxidációs állapotot az a feltételes töltés határozza meg, amelyet az atom az elektronok kapcsolódása során szerez, hogy egy inert gáz ns 2 np 6 (hidrogén esetében ns 2) stabil nyolcelektronos héjának kialakításához szükséges. A szilícium, az arzén, a szelén és a klór IVA-, VA-, VIa- és VIIA-csoportba tartoznak, és a külső energiaszint szerkezete rendre s 2 p 2, s 2 p 3, s 2 p 4 és s. 2 p5. Így az arzén, a szelén és a klórszilícium legmagasabb oxidációs állapota +4, +5, +6 és +7. Ezen elemek vegyületeinek képletei, amelyek megfelelnek ezeknek az oxidációs állapotoknak: H 2 SiO 3 - kovasav; H 3 AsO 4 - arzénsav; H 2 SeO 4 - szelénsav; HClO 4 - perklórsav.

Az arzén, a szelén és a klórszilícium legalacsonyabb oxidációs foka -4, -5, -6 és -7. Ezen elemek vegyületeinek képletei, amelyek megfelelnek ezeknek az oxidációs állapotoknak: H 4 Si, H 3 As, H 2 Se, HCl.

56. feladat.
A króm olyan vegyületeket képez, amelyekben +2, +3, +6 oxidációs állapotot mutat. Írjon képleteket ezeknek az oxidációs állapotoknak megfelelő oxidjaira és hidroxidjaira! Írja fel azokat a reakcióegyenleteket, amelyek bizonyítják a króm(III)-hidroxid amfoter jellegét!
Megoldás:
A króm olyan vegyületeket képez, amelyekben +2, +3, +6 oxidációs állapotot mutat. Oxidjainak és hidroxidjainak képletei ezeknek az oxidációs állapotoknak felelnek meg:

a) króm-oxidok:

CrO, króm(II)-oxid;
Cr 2 O 3 - króm-oxid (III);
CrO 3 - króm(VI)-oxid.

b) króm-hidroxidok:

Cr(OH)2 - króm(II)-hidroxid;
Cr(OH)3 - króm(III)-hidroxid;
H 2 CrO 4 - krómsav.

Cr (OH) 3 - króm (III) hidroxid - amfolit, azaz olyan anyag, amely savakkal és bázisokkal egyaránt reagál. A króm(III)-hidroxid amfoterségét igazoló reakcióegyenletek:

a) Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O;
b) Cr(OH) 3 + 3NaOH = NaCrO 3 + 3H 2 O.

57. feladat.
A periódusos rendszer elemeinek atomtömege folyamatosan növekszik, míg az egyszerű testek tulajdonságai periodikusan változnak. Mivel magyarázható ez? Adjon indokolt választ.
Megoldás:
A legtöbb esetben az elemek atommagjának töltésének növekedésével a relatív atomtömegük természetesen növekszik, mert az atommagokban rendszeresen növekszik a proton- és neutrontartalom. Az egyszerű testek tulajdonságai periodikusan változnak, mivel az elektronok száma periodikusan változik az atomok külső energiaszintjén. Az elemek atomjai esetében, az atommag töltésének növekedésével, az elektronok száma a külső energiaszinten növekszik, ami egy stabil nyolcelektronos héj (inert gáz héja) kialakulásához szükséges. Például a Li, Na és K atomok tulajdonságainak periodikus ismétlődése azzal magyarázható, hogy atomjaik külső energiaszintjén egy-egy vegyértékelektron található. Ezenkívül a He, Ne, Ar, Kr, Xe és Rn atomok tulajdonságai periodikusan ismétlődnek - ezeknek az elemeknek az atomjai nyolc elektront tartalmaznak a külső energiaszinten (a héliumnak két elektronja van) - mindegyik kémiailag inert, mivel atomjaik nem tud sem elfogadni, sem átadni elektronokat más elemek atomjainak.

58. feladat.
Mi a periodikus törvény modern megfogalmazása? Magyarázza meg, hogy az elemek periódusos rendszerében az argon, a kobalt, a tellúr és a tórium miért kerül rendre a kálium, a nikkel, a jód és a protaktinium elé, holott nagy atomtömegük van?
Megoldás:
A periódusos törvény modern megfogalmazása: "A kémiai elemek és az általuk képzett egyszerű vagy összetett anyagok tulajdonságai periodikus függésben vannak az elemek atomjainak magjának töltésének nagyságától."

Mivel a K, Ni, I, Pa - kisebb relatív tömegű atomok, mint az Ar, Co, Te, Th - az atommagok töltése eggyel több.

akkor a kálium, a nikkel, a jód és a protaktinium 19-es, 28-as, 53-as és 91-es sorszámot kap, így egy elem a periódusos rendszerben nem az atomtömeg növelésével, hanem a benne lévő protonok számával kap sorszámot. egy adott atom magja, azaz az atommag töltése alapján. Az elemszám a magtöltést (az atommagban található protonok számát), az adott atomban található elektronok teljes számát jelöli.

59. feladat.
Melyek a szén, a foszfor, a kén és a jód legalacsonyabb és legmagasabb oxidációs foka? Miért? Írjon képleteket ezeknek az elemeknek az oxidációs állapotoknak megfelelő vegyületeire!
Megoldás:
Egy elem legmagasabb oxidációs állapotát általában D. I. Mengyelejev periodikus rendszerének csoportszáma határozza meg, amelyben az elem található. A legalacsonyabb oxidációs állapotot az a feltételes töltés határozza meg, amelyet az atom akkor szerez, ha összeadjuk azt az elektronszámot, amely egy ns2np6 (hidrogén esetében ns2) inert gáz stabil nyolcelektronos héjának kialakításához szükséges. A szén, a foszfor, a kén és a jód az IVA-, VA-, VIa- és VIIA-csoportba tartozik, és a külső energiaszint szerkezete rendre s 2 p 2, s 2 p 3, s 2 p 4 és s. 2 p 5. Így a szén, a foszfor, a kén és a jód legmagasabb oxidációs állapota +4, +5, +6 és +7. Ezen elemek vegyületeinek képletei, amelyek megfelelnek ezeknek az oxidációs állapotoknak: CO 2 - szén-monoxid (II); H 3 PO 4 - ortofoszforsav; H 2 SO 4 - kénsav; HIO 4 - jódsav.

A szén, a foszfor, a kén és a jód legalacsonyabb oxidációs foka -4, -5, -6 és -7. Ezen elemek vegyületeinek képletei ezeknek az oxidációs állapotoknak: CH 4, H 3 P, H 2 S, HI.

60. feladat.
A periódusos rendszer negyedik periódusának mely elemeinek atomjai alkotnak a legmagasabb oxidációs állapotuknak megfelelő oxidot E 2 O 5 ? Melyikük ad gáznemű keveréket hidrogénnel? Állítsa össze az ezeknek az oxidoknak megfelelő savak képleteit, és ábrázolja grafikusan?
Megoldás:
Az E 2 O 5 oxid, ahol az elem legmagasabb oxidációs állapota +5, az V. csoport elemeire jellemző. Ilyen oxidot képezhet a negyedik periódus két eleme és a V-csoport - ez a 23-as (vanádium) és a 33-as (arzén). A vanádium és az arzén, mint az ötödik csoport elemei, EN 3 összetételű hidrogénvegyületeket képeznek, mivel ezek a legalacsonyabb -3 oxidációs fokot mutatják. Mivel az arzén nem fém, hidrogénnel - H 3 As - arzinnal gáznemű vegyületet képez.

A vanádium és az arzén legmagasabb oxidációs állapotú oxidjainak megfelelő savak képletei:

H 3 VO 4 - ortovanádsav;
HVO 3 - metavanadinsav;
HAsO 3 - metaarsensav;
H 3 AsO 4 - arzén (orto-arzén) sav.

A savak grafikus képlete:

A vegyérték nem veszi figyelembe az adott mellett szomszédos atomok elektronegativitását, és nincs előjele. De a vegyületben a kialakuló elektronok kémiai kötés, egy nagyobb elektronegativitással rendelkező atom felé tolódnak el, és ennek következtében ez az atom bizonyos töltést kap.

A molekulában lévő atomok jellemzésére bevezették az oxidációs fok fogalmát. A molekulát alkotó egyes atomok oxidációs állapotát akkor kapjuk meg, ha az atomok töltései úgy oszlanak el, hogy vegyértékelektronjaik közülük az elektronegatívabbhoz tartoznak. Ellenkező esetben: a molekulában lévő atom oxidációs állapota az az elektromos töltés, amely egy atomnak akkor lehet, ha a különböző elemek két atomjának közös elektronpárja teljesen eltolódik egy elektronegatívabb atomra. És ugyanannak az elemnek két atomjához tartozó elektronpárt kettéosztanák.

Az oxidációs állapot (az angol oxidációs szám szó szerint „oxidációs szám”) egy adott atom elektromos töltésének nagyságát fejezi ki, és azon a feltételezésen alapul, hogy a molekulában (vagy ionban) lévő egyes kötésekben lévő elektronok teljes egészében egy adott atomhoz tartoznak. elektronegatívabb atom. Az „oxidatív atomok száma” kifejezés szinonimájaként előfordul az „elektrokémiai vegyérték” elnevezés. Így a vegyületekben az atomok oxidációs állapotán egy elem ionjának töltése értendő, amelyet abból a feltételezésből számítunk ki, hogy a molekula csak ionokból áll.

A vegyületekben lévő oxigén főként -2-vel egyenlő oxidációs állapotot mutat (a peroxidokban az oxigén oxidációs állapota +2 és -1). A hidrogén oxidációs állapota +1, de -1 található (a fém-hidridekben).

Figyelembe véve, hogy a molekulák elektromosan semlegesek, könnyen meghatározható a bennük lévő elemek oxidációs foka. Így például a vegyületekben és a kén oxidációs állapota -2, +4 és +6; a mangán oxidációs foka +7, +6, +4 és +2. A klór egyszerű anyag formájában és más elemekkel alkotott vegyületekben a következő oxidációs állapotokat mutatja: 0, -1, +1, +3, +4, +5, +6, +7.

Ha a molekula kovalens kötéssel jön létre, például az elektronegatívabb atom oxidációs állapotát mínuszjellel, a kevésbé elektronegatív atomot pedig pluszjellel jelöljük.

Tehát a kén +4 oxidációs állapotában és az oxigén -2.

Egy elem oxidációs állapota szabad állapotban, azaz egyszerű anyagok formájában például nulla. A vegyületekben és az oxidációs állapot +5, +6. Az ammóniumionban a nitrogénatom kovalencia értéke 4, az oxidációs állapota -3.

A komplex vegyületeknél általában a központi ion oxidációs állapotát tüntetik fel. Például in és a vas oxidációs állapota +3, a nikkel +2 és a platina +4.

Az oxidációs állapot lehet törtszám is; így például ha in és oxigénre egyenlő -2 és -1, akkor in és ez rendre és .

Az oxidációs állapot gyakran nem egyenlő egy adott elem vegyértékével. Például a szelén oxidációs foka egyszerű anyag formájában 0, a vegyérték alapállapotban 2, gerjesztett állapotban pedig 2, 4 és 6 lehet.

Szerves vegyületekben - metán, metil-alkohol, formaldehid, hangyasav HCOOH, valamint szén-dioxidban a szén oxidációs foka rendre -4, -2, 0, +2, +4, míg a szén vegyértéke az összesben ezek az anyagok négy.

Az oxidációs fok fogalma, bár formális, és gyakran nem jellemzi az atomok valós állapotát a vegyületekben, mégis nagyon hasznos és kényelmes a különféle anyagok osztályozásában és a redox folyamatok figyelembevételében. Egy vegyületben egy adott elem atomjának oxidációs állapotának ismeretében megállapítható, hogy ez a vegyület redukálószer vagy oxidálószer. Így például a hatodik fő alcsoport elemei - a kén, a szelén és a tellúr a legmagasabb oxidációs állapotukban +6 a vegyületekben csak oxidálószerek (és viszonylag erősek).

A +6 oxidációs állapotú atomoktól eltérően az ilyen típusú vegyületekben a +4 fokú középső fokú elemek atomjai a körülményektől függően lehetnek redukálószerek és oxidálószerek is, miközben főként redukálószerek.

A kén, a szelén és a tellúr a legalacsonyabb -2 oxidációs állapotú vegyületekben, és csak redukáló tulajdonságokat mutatnak. Így azt látjuk, hogy a +6 oxidációs állapotú elemek vizsgált atomjai hasonló tulajdonságokat mutatnak, és jelentősen eltérnek a +4 oxidációs állapotú atomoktól, vagy még inkább a -2 állapotúaktól. Ez vonatkozik D. I. Mengyelejev periodikus rendszerének más fő és másodlagos alcsoportjaira, amelyekben az elemek megjelennek változó mértékben oxidáció.

Az oxidációs fok fogalma különösen gyümölcsöző a redoxreakciók egyenleteinek összeállításánál. A molekulában lévő atom oxidációját az oxidációs állapotának növekedése jellemzi, és fordítva, egy atom redukciója az oxidációs állapotának csökkenése (lásd az ábrát).

Az oxidációs állapot egy vegyületben lévő kémiai elem atomjainak feltételes töltése, amelyet abból a feltételezésből számítunk ki, hogy minden kötés ionos típusú. Az oxidációs állapotok lehetnek pozitív, negatív vagy nulla értékűek, ezért egy molekulában az elemek oxidációs állapotának algebrai összege, figyelembe véve az atomok számát, 0, ionban pedig az ion töltése. .

Az oxidációs állapotok ezen listája a Mengyelejev-féle periódusos rendszerben szereplő kémiai elemek összes ismert oxidációs állapotát mutatja. A lista alapja a Greenwood táblázat az összes kiegészítéssel. A színnel kiemelt sorokba olyan inert gázok kerülnek be, amelyek oxidációs állapota nulla.

−1

-3

Lenni

−1

−4

−3

−2

−1

−3

−2

−1

−2

−1

−4

−3

−2

−1

−3

−2

−1

−2

−1

−2

−1

−3

−2

−1

−2

−1

−4

−3

Mint

−2

−1

−2

−1

−3

−1

−2

−1

Ban ben

−4

−3

−2

−1

én

Délután

Tuberkulózis

−1

−2

−1

−3

−1

Újra

−2

−1

−3

−1

−4

−3

Kettős

−2

−1

Nál nél

vö

100

101

102

nem

103

104

105

106

107

108

Egy elem legmagasabb oxidációs foka annak a periódusos rendszernek a csoportszámának felel meg, ahol az elem található (kivételek: Au + 3 (I. csoport), Cu + 2 (II), a VIII. csoportból az oxidációs állapot +8 csak ozmium Os és ruténium Ru-ban lehet.

Fémek oxidációs állapota vegyületekben

A vegyületekben a fémek oxidációs állapota mindig pozitív, de ha nemfémekről beszélünk, akkor az oxidációs állapotuk attól függ, hogy melyik atomhoz kapcsolódik az elem:

ha nemfém atommal, akkor az oxidációs állapot lehet pozitív és negatív is. Az elemek atomjainak elektronegativitásától függ;
ha fématommal, akkor az oxidációs állapot negatív.

Nemfémek negatív oxidációs állapota

A nemfémek legmagasabb negatív oxidációs állapotát úgy határozhatjuk meg, hogy 8-ból kivonjuk annak a csoportnak a számát, amelyben az adott kémiai elem, azaz a legmagasabb pozitív oxidációs állapot megegyezik a külső rétegen lévő elektronok számával, ami megfelel a csoportszámnak.

Kérjük, vegye figyelembe, hogy az egyszerű anyagok oxidációs foka 0, függetlenül attól, hogy fémről vagy nemfémről van szó.

Források:

Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. Az elemek kémiája – 2. kiadás. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997
Zöld stabil magnézium(I) vegyületek Mg-Mg kötésekkel / Jones C.; Stasch A.. – Tudományos folyóirat, 2007. – december (318. szám (5857. sz.))
Tudományos folyóirat, 1970. – szám. 3929. - 168. sz. - 362. sz.
Journal of the Chemical Society, Chemical Communications, 1975. - 760b-761.
Irving Langmuir Az elektronok elrendezése atomokban és molekulákban. - Journal of J. Am. Chem. Szoc., 1919. - Szám. 41.