Валентность и степень окисления химических элементов. Типы химических реакций. Окислительно-восстановительные реакции. Метод электронного баланса.

    Валентность - это число связей, которые данный атом может образовать с другими атомами. Валентность не имеет знака.

    Например, валентность азота в молекуле N₂ или в молекуле аммиака NH₃ равна 3, так как в образовании связи участвуют 3 валентных (неспаренных) электрона.

    При определении валентности следует учитывать возможность электронов при возбуждении атома занимать имеющиеся свободные орбитали. Например, электронное строение атома хлора, как известно 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ⁵. Атом хлора имея один неспаренный (валентный) электрон, и, следовательно, должен быть одновалентным. Наличие у хлора свободных d -орбитами позволяет атому в «возбужденном» состоянии занимать как р-, так и s -электроны. При этом атом хлора последовательно становится трех, пяти- и семивалентным.

     Таким образом, максимальная валентность атома хлора равна количеству неспаренных электронов на внешнем уровне в возбужденном состоянии, т.е. семи:

     Степень окисления - условный заряд атома в химическом соединении, вычисленный исходя из предположения, что все атомы в молекуле являются ионами, а сама молекула электронейтральна. В отличии от валентности степень окисления может быть (+), (-) и равной нулю - Са⁺², Cl ^-, N₂ ⁰.

При определении степени окисления нужно помнить следующее:

- атомы более электроотрицательных элементов имеют отрицательную степень окисления, а менее отрицательных положительную;

- степень окисления атомов в молекулах простых веществ (Н₂, С, О₂, N_2, Cl₂) равна нулю;

- металлы во всех соединениях имеют только положительные степени окисления;

- высшая степень окисления элемента, как правило, равна номеру группы в которой находится элемент;

- сумма степеней окисления элементов в ионе - равна заряду иона.

     Химическая реакция – это взаимодействие молекул, атомов и ионов, которое приводит к изменению их физическо-химических свойств без изменения природы химических элементов. В ходе химической реакции исходные реагенты превращаются в продукт реакции.

    Химические реакции делятся:

1 – на необратимые, когда исходное вещество полностью превращается в продукты:

2H₂+O₂          2H₂O (гремучая смесь);

2 – обратимые, в ходе которых устанавливаются равновесие между исходными веществами и продуктами:

N₂+3H₃    2NH₃– синтез аммиака;

3 – экзотермические, идущие с выделением тепла:

CaO + H₂O      Ca(OH)₂ – гашение извести;

4 – эндотермические, в ходе которых происходит поглощение энергии:

CaCО₃ ^t    CaО + CO₂ – термическая реакция разложения CaCO₃;

5 – гомогенны е, когда все участники реакции находятся в одной фазе (например, газы):

2CO + C₂         CO₂;

6 – гетерогенные, когда участники реакции находятся в разных фазах:

С(тв.) + О₂ (газ)= СО₂ (газ)– горение графита;

7 – обмена, когда участники реакции обмениваются своими составными частями:

AgNO₃ +HCl = AgCl↓ + HNO₃;

8 – нейтрализации, взаимодействие гидроксидов и кислот с образованием соли и воды:

NaOH + HCl   NaCl + H₂O

    Окислительно-восстановительные реакции (ОВР)– это реакции, идущие с изменением степени окисления атомов химических элементов.

      Окислитель – это участник ОВР, принимающий электроны. В результате реакции окислитель восстанавливается. Типичным окислителем является кислород.

    Например, в реакции          О₂ + 2Н₂О + 4    4ОН^--

О₂⁰ – окислитель, восстанавливается до О ^-2.

      Восстановитель – участник ОВР, отдающий электроны. В результате реакции восстановитель окисляется. 

     Например, Al ⁰ + O ₂ ⁰        Al ₂ ⁺³ O ₃ ^-2, Al⁰ – восстановитель, отдает 3е и окисляется до (+3).

       Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций используют 2 метода [4]:

- метод электронного баланса;

                                   - метод полуреакций (электронно-ионного баланса).

В обоих методах следует соблюдать баланс по электронам и баланс по массе.

      Баланс по электронам означает равенство электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем.

      Баланс по массе означает, что количество атомов любого химического элемента, участвующего в реакции слева и справа в уравнении реакций должно быть одинаковым.

      В методах электронного баланса, сравнивая степени окисления элементов слева и справа уравнения реакций определяют окислитель и восстановитель. Затем записывают реакцию окислителя и реакцию восстановителя, после чего уравнивают количества отданных и принятых электронов.