Среди школьников и начинающих химиков часто возникает вопрос: «Почему металлы почти никогда не имеют отрицательных степеней окисления, а неметаллы – наоборот?» Ниже мы разберёмся, действительно ли отрицательные степени окисления – «визитная карточка» неметаллов, какие бывают исключения и как правильно рассчитывать минимальные и максимальные значения.
Что такое степень окисления в двух словах
Степень окисления – это условный заряд атома, который он получил бы, если бы все связи в веществе были бы ионными. При этом:
- электроны полностью «отдаются» менее электроотрицательному атому;
- электроны «забираются» более электроотрицательным атомом.
Как вычисляют минимальную и максимальную степени окисления
Для неметаллов (кроме фтора) действуют два простых правила:
- Максимальная положительная степень окисления = номер группы (по старой нумерации) или число валентных электронов.
- Минимальная отрицательная степень окисления = (8 – номер группы).
| Элемент | Группа | Мин. степень окисления | Макс. степень окисления |
|---|---|---|---|
| N (азот) | 15 (V) | 15 − 8 = −3 | +5 |
| O (кислород) | 16 (VI) | 16 − 8 = −2 | +2 (редко, кроме перекисей) |
| F (фтор) | 17 (VII) | 17 − 8 = −1 (единственная) | – |
| S (сера) | 16 (VI) | 16 − 8 = −2 | +6 |
| Cl (хлор) | 17 (VII) | 17 − 8 = −1 | +7 |
Классические примеры отрицательных степеней окисления неметаллов
- HF: F−1 – характерная отрицательная степень.
- H2S: S−2.
- NH3: N−3.
- CH4: C−4.
Во всех этих случаях неметалл является акцептором электронов и получает отрицательный заряд.
Исключения: когда неметаллы бывают положительными
Главный парадокс: неметалл может иметь положительную степень окисления, если он соединён с более электроотрицательным элементом. Примеры:
- Cl2O7: у Cl степень окисления +7, хотя это неметалл.
- SO3: у S степень окисления +6.
- CO2: у C степень окисления +4.
А металлы? Почему у них почти нет «минусов»
Металлы характеризуются низкой электроотрицательностью и стремятся отдавать электроны. Поэтому:
- минимальная степень окисления металлов = 0 (в простом веществе);
- в соединениях у металлов, как правило, положительный заряд (Na+1, Mg+2, Al+3).
Единственный «почти металл», который может иметь −1 при определённых условиях, — водород в гидридах металлов (NaH, CaH2). Но водород – это полуметалл, поэтому правило не нарушается.
Ответ: Да, отрицательные степени окисления характерны неметаллам, но:
- это правило справедливо в первую очередь для соединений неметаллов с металлами или водородом;
- в соединениях с более электроотрицательным элементом неметалл может демонстрировать и положительные степени окисления;
- у фтора отрицательная степень окисления единственная и всегда равна −1.
Запомните: «8 – номер группы» – это быстрый способ найти минимальную отрицательную степень окисления для любого неметалла (кроме фтора). Проверьте сами на примере ваших любимых соединений!