Степень окисления углерода показывает сложность химических связей. Как расставлять степени окисления в органических соединениях? Степень окисления углерода в соединениях
Разберем задания №4 из вариантов ОГЭ за 2016 год.
Задания с решениями.
Задание №1.
Валентность неметаллов последовательно увеличивается в ряду водородных соединений, формулы которых:
1. HF → CH4 → H2O → NH3
2. SiH4 → AsH3 → H2S → HCl
3. HF → H2O → NH3 → CH4
4. SiH4 → H2S → AsH3 → HCl
Объяснение: расставим по порядке во всех вариантах ответа валентности неметаллов:
1. HF (I)→ CH4(IV) → H2O(II) → NH3(III)
2. SiH4(IV) → AsH3(III) → H2S(II) → HCl(I)
3. HF(I) → H2O(II) → NH3(III) → CH4(IV)
4. SiH4(IV) → H2S(II) → AsH3(III) → HCl(I)
Правильный ответ - 3.
Задание №2.
В веществах, формулы которых: CrO3, CrCl2, Cr(OH)3, хром проявляет степени окисления, соответственно равные:
1. +6, +2, +3
2. +6, +3, +2
3. +3, +2, +3
4. +3, +2, +6
Объяснение: определим у хрома степени окисления в данных соединениях: +6, +2, +3. Правильный ответ - 1.
Задание №3.
Азот проявляет одинаковую степень окисления в каждом из двух веществ, формулы которых:
1. N2O5 и LiNO3
2. Li3N и NO2
3. NO2 и HNO2
4. NH3 и N2O3
Объяснение: определим степени окисления азота в каждой паре соединений:
1. +5 и +5
2. -3 и +4
3. +4 и +3
4. -3 и +3
Правильный ответ - 1.
Задание №4.
В порядке уменьшения валентности в водородных соединениях элементы расположены в ряду:
1. Si → P → S → Cl
2. F → N → C → O
3. Cl → S → P → Si
4. O → S → Se → Te
Объяснение: напишем соответствующие водородные соединения с соответствующими валентностями для каждого ряда:
1. SiH4(IV) → PH3(III) → H2S(II) → HCl(I)
2. HF(I) → NH3(III) → CH4(IV) → H2O(II)
3. HCl(I) → H2S(II) → PH3(III) → SiH4(IV)
4. H2O(II) → H2S(II) → H2Se(II) → H2Te(II)
Правильный ответ - 1.
Задание №5.
Отрицательная степень окисления химических элементов численно равна:
1. номеру группы в периодической системе
2. Числу электронов, недостающих до завершения внешнего электронного слоя
3. Числу электронных слоев в атоме
4. Номеру периода, в котором находится элемент в периодической системе
Объяснение: электроны - отрицательные частицы, поэтому отрицательная степень окисления обозначает количество электронов, добранных до завершения уровня. Правильный ответ - 2.
(соответственно, положительная степень окисления обозначает недостаток электронов)
Задание №6.
Валентность хрома равна шести в веществе, формула которого:
1. Cr(OH)3 2. Cr2O3 3. H2CrO4 4. CrO
Объяснение: определим валентность хрома в каждом веществе:
1. Cr(OH)3 - III 2. Cr2O3 - III 3. H2CrO4 - VI 4. CrO - II
Правильный ответ - 3.
Задание №7.
Атомы серы и углерода имеют одинаковую степень окисления в соединениях
1. H2S и CH4
2. H2SO3 и CO
3. SO2 и H2CO3
4. Na2S и Al3C4
Объяснение: определим в каждой паре степени окисления серы и углерода:
1. +2 и -4
2. +4 и +2
3. +4 и +4
4. -2 и -4
Правильный ответ - 3.
Задание №8.
В порядке уменьшения валентности в высших оксидах элементы расположены в ряду:
1. Cl → S → P → Si
2. Si → P → S → Cl
3. N → Si → C → B
4. Na → K → Li → Cs
Объяснение: запишем формулы высших оксидов с соответствующими валентностями для каждого ряда элементов:
1. Cl2О7(VII) → SО3(VI)→ P2О5(V) → SiО2(IV)
Правильный ответ - 1.
Задание №9.
В каком соединении марганец имеет наибольшую степень окисления?
1. KMnO4 2. MnSO4 3. K2MnO4 4. MnO2
Объяснение: определит степень окисления марганца в каждом соединении:
1. KMnO4 - +7 2. MnSO4 - +2 3. K2MnO4 - +6 4. MnO2 - +4
Правильный ответ - 1.
Задание №10.
Высшую степень окисления углерод имеет в соединении:
1. С алюминием
2. С кальцием
3. С хлором
4. С железом
Объяснение: запишем соответствующие соединения углерода со степенями окисления:
1. Al4C3 (-4)
2. CaC2 (-4)
3. CCl (+4)
4. Fe3C (-2)
Правильный ответ - 3.
Задания для самостоятельной работы.
1. Нулевое значение степени окисления имеют все элементы в веществах, формулы которых:
1. SO2, H2S, H2
2. N2, NH3, HNO3
3. HBr, Br2, NaBr
4. H2, Br, N2
2. Вещество, в котором степень окисления фосфора равна -3, имеет формулу:
1. P2O5 2. P2O3 3. PCl3 4. Ca3P2
3. Степень окисления железа в соединениях, формулы которых Fe2O3 и Fe(OH)2, соответственно равна:
1. +3 и +3 2. +2 и +2 3. +3 и +2 4. +2 и +3
4. В соединениях, формула которого CaCO3, степень окисления углерода равна:
1. +2 2. -4 3. -2 4. +4
5. В соединениях, формула которого HClO3, степень окисления хлора равна:
1. +5 2. +3 3. +1 4. +7
6. В соединениях, формула которого H3PO4, степень окисления фосфора равна
1. +3 2. +5 3. +2 4. +1
7. Валентность углерода в соединениях, формулы которых СН4 и СО2, соответственно равна:
1. II и IV 2. II и II 3. IV и II 4. IV и IV
8. В соединении, формула которого Н2О2, степень окисления кислорода равна:
1. -2 2. -1 3. +2 4. +1
9. В соединении, формула которого Fe3O4, степень окисления железа равна:
1. +2, +3 2. +2 3. +3 4. +4
10. В перечне KClO3, Cl2, HF, KI, F2, CBr4, AgBr, число формул веществ, в которых галогены имеют нулевую степень окисления, равно
1. Одному 2. Двум 3. Трем 4. Четырем
Предоставленные задания были взяты из сборника для подготовки к ОГЭ по химии авторов: Корощенко А.С. и Купцовой А.А.
В большинстве неорганических соединений углерод проявляет степени окисления –4, +4, +2.
В природе содержание углерода составляет 0,15% (мол. доли) и находится в основном в составе карбонатных минералов (прежде всего известняка и мрамора СаСО 3 , магнезита МgСО 3 , доломита МgСО 3 ∙СаСО 3 , сидерита FeСО 3), каменного угля , нефти , природного газа , а также в виде графита и реже алмаза . Углерод – главная составная часть живых организмов.
Простые вещества. Простые вещества элемента углерода имеют полимерное строение, и в соответствии с характерными гибридными состояниями орбиталей атомы углерода могут объединяться в полимерные образования координационной (sp 3 ), слоистой (sp 2) и линейной (sp ) структуры, что соответствует типам простых веществ: алмаз (β-С), графит (α-С) и карбин (С 2)n . В 1990 г. получена четвертая модификация углерода – фуллерен С 60 и С 70 .
Алмаз – бесцветное кристаллическое вещество с кубической решеткой, в которой каждый атом углерода связан σ-связями с четырьмя соседними – это обусловливает исключительную твердость и отсутствие электронной проводимости в обычных условиях.
Карбин – черный порошок с гексагональной решеткой, построенной из прямолинейных σ- и π-связей: –С≡С–С≡С–С≡ (полиин ) или =С=С=С=С=С= (поликумулен ).
Графит – устойчивая форма существования элемента углерода; серо-черный, с металлическим блеском, жирный на ощупь, мягкий неметалл, обладает проводимостью. При обычной температуре весьма инертен. При высоких температурах непосредственно взаимодействует с многими металлами и неметаллами (водородом, кислородом, фтором, серой). Типичный восстановитель; реагирует с водяным паром, концентрированной азотной и серной кислотами, оксидами металлов. В «аморфном» состоянии (уголь, кокс, сажа) легко сгорает на воздухе.
C + H 2 O(пар, 800-1000°С) = CO + H 2
C + 2H 2 SO 4 (конц.) = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C + 4HNO 3 (конц.) = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O
C + 2H 2 (600°С, kat. Pt) = CH 4
C + O 2 (600-700°С) = CO 2
2C + O 2 (выше 1000°С) = 2CO
2С + Ca(550°С) = CaC 2
С + 2PbO(600°С) = 2Pb + CO 2
C + 2F 2 (выше 900°С) = CF 4
Вследствие очень высокой энергии активации превращения модификаций углерода возможны лишь при особых условиях. Так, алмаз превращается в графит при нагревании до 1000–1500°С (без доступа воздуха). Переход графита в алмаз требует очень высокого давления (6∙10 9 –10∙10 10 Па); освоен метод получения алмаза при низком давлении.
C(алмаз) = С(графит) (выше 1200°С)
(C 2) n (карбин) = 2n С(графит) (2300°С)
Получение и применение. Из графита изготовляют электроды, плавильные тигли, футеровку электрических печей и промышленных электролизных ванн и др. В ядерных реакторах его используют в качестве замедлителя нейтронов. Графит применяют также как смазочный материал и т. д. Исключительная твердость алмаза обусловливает его широкое применение для обработки особо твердых материалов, при буровых работах, для вытягивания проволоки и т. д. Наиболее совершенные кристаллы алмаза используют после огранки и шлифовки для изготовления ювелирных изделий (бриллианты).
Благодаря большой адсорбционной способности древесного и животного углей (кокс, древесный уголь, костяной уголь, сажа) они применяются для очистки веществ от примесей. Кокс, получаемый при сухой переработке каменного угля, применяется главным образом в металлургии при выплавки металлов. Сажа используется в производстве черной резины, для изготовления красок, туши и т. д.
Диоксид углерода CO 2 используют в производстве соды, для тушения пожаров, приготовления минеральной воды, как инертную среду при проведении различных синтезов.
Соединения с отрицательной степенью окисления. С менее электроотрицательными, чем он сам, элементами углерод дает карбиды. Поскольку для углерода характерно образовывать гомоцепи, состав большинства карбидов не отвечает степени окисления углерода –4. По типу химической связи можно выделить ковалентные, ионно-ковалентные и металлические карбиды.
Ковалентные карбиды кремния SiC и бора B 4 C – полимерные вещества, характеризующиеся очень высокой твердостью, тугоплавкостью и химической инертностью.
Простейшим ковалентным карбидом является метан СН 4 – химически весьма инертный газ; на него не действуют кислоты и щелочи, однако он легко загорается, и его смеси с воздухом чрезвычайно взрывоопасны. Метан – основной компонент природного (60–90%) рудничного и болотного газа. Богатые метаном газы используются как топливо и сырье для химического производства.
Углерод образует многообразные перкарбиды , например, некоторые простейшие углеводороды – этан С 2 Н 6 , этилен С 2 Н 4 , ацетилен С 2 Н 2 .
Ионно-ковалентные карбиды – кристаллические солеподобные вещества. При действии воды или разбавленной кислоты они разрушаются с выделением углеводородов. Поэтому карбиды подобного типа можно рассматривать как производные соответствующих углеводородов. Производные метана – метаниды , например, карбиды Ве 2 С и АlС 3 . Они разлагаются водой, выделяя метан:
АlС 3 + 12Н 2 О = 4Al(ОН) 3 + 3СН 4
Из солеподобных перкарбидов наиболее изучены ацетилиды типа М 2 +1 С 2 , М +2 С 2 и М 2 +3 (С 2) 3 . Имеющий наибольшее значение ацетилид кальция СаС 2 (называемый карбидом) получают нагреванием СаО с углем в электропечах:
СaO + 3C = CaC 2 + CO
Ацетилиды более или менее легко разлагаются водой с образованием ацетилена:
СаС 2 + 2Н 2 O = Са(ОН) 2 + С 2 Н 2
Эта реакция используется в технике для получения ацетилена.
Металлическими являются карбиды d -элементов IV–VIII групп. Чаще всего встречаются карбиды среднего состава МС (TiC, ZrC, HfC, VC, NbC, ТаС), М 2 С (Мо 2 С, W 2 С), М 3 С (Мn 3 С, Fe 3 С, Со 3 С). Металлические карбиды входят в состав чугунов и сталей, придавая им твердость, износоустойчивость и другие ценные качества. На основе карбидов вольфрама,титана и тантала производят сверхтвердые и тугоплавкие сплавы, применяемые для скоростной обработки металлов.
Соединения углерода (IV). Степень окисления углерода +4 проявляется в его соединениях с более электроотрицательными, чем он сам, неметаллами: СНаl 4 , СОНаl 2 , СО 2 , COS, CS 2 и анионных комплексах CO 3 2– , COS 2 2– , CS 3 2– .
По химической природе эти соединения углерода (IV) являются кислотными. Некоторые из них взаимодействуют с водой, образуя кислоты:
СO 2 + Н 2 O = Н 2 СО 3
СOCl 2 + 3Н 2 О = Н 2 СО 3 + 2НCl
и с основными соединениями, образуя соли:
2КОН + СO 2 = К 2 СО 3 + Н 2 О
Из тетрагалогенидов CHal 4 наибольшее применение получил тетрахлор метан СCl 4 в качестве негорючего растворителя органических веществ, а также жидкости для огнетушителей. Его получают хлорированием сероуглерода в присутствии катализатора:
CS 2 + Cl 2 = CCl 4 + S 2 Cl 2
Смешанный фторид-хлорид углерода ССl 2 F 2 – фреон (t кип. –30 °С) применяется в качестве хладагента в холодильных машинах и установках. Не ядовит. При попадании в атмосферу разрушает озоновый слой.
Дисульфид углерода или сероуглерод СS 2 (ядовит) получают взаимодействием паров серы с раскаленным углем: C + 2S = СS 2
Сероуглерод легко окисляется, при небольшом нагреве воспламеняется на воздухе: СS 2 + 3O 2 = CO 2 + 2SO 2
Все оксодигалогениды (карбонилгалогениды) COHal 2 значительно более реакционноспособны, чем тетрагалогениды; в частности, они легко гидролизуются:
СОСl 2 + Н 2 O = СO 2 + 2НCl
Наибольшее применение находит СОCl 2 (фосген, хлористый карбонил ) – чрезвычайно ядовитый газ. Его широко используют в органическом синтезе.
Диоксид углерода CO 2 (углекислый газ ) в технике обычно получают термическим разложением СаСО 3 , а в лаборатории – действием на СаСО 3 хлороводородной кислотой.
СаСО 3 = CaO + CO 2 СаСО 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2
Диоксид углерода легко поглощается растворами щелочей, при этом образуется соответствующий карбонат , а при избытке СО 2 – гидрокарбонат :
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
CaCO 3 ↓ + CO 2 = Ca(HCO 3) 2
Гидрокарбонаты в отличие от карбонатов в большинстве своем растворимы в воде.
Растворимость CO 2 в воде невелика, некоторая часть растворенного диоксида углерода взаимодействует с водой с образованием неустойчивой средней угольной кислоты Н 2 СО 3 (триоксокарбонат водорода).
Сульфидокарбонаты (IV) (тиокарбонаты) во многом напоминают триоксокарбонаты (IV). Их можно получить взаимодействием сероуглерода с основными сульфидами, например:
К 2 S + СS 2 = К 2 [СS 3 ]
Водный раствор Н 2 СS 3 – слабая тиоугольная кислота . Постепенно разлагается водой, образуя угольную кислоту и сероводород:
Н 2 СS 3 + 3Н 2 О = Н 2 СО 3 + 3Н 2 S
Из нитридокарбонатов важное значение имеет цианамид кальция СаСN 2 , получаемый окислением карбида кальция СаС 2 азотом при нагревании:
СаС 2 + N 2 = СаСN 2 + С
Из оксонитридокарбонатов водорода наибольшее значение имеет мочевина (карбамид ) СО(NH 2) 2 , получаемая действием СО 2 на водный раствор аммиака при 130° С и 1∙10 7 Па:
СО 2 + 2N 3 Н = СО(NH 2) 2 + Н 2 О
Мочевина применяется в качестве удобрения и для подкормки скота, как исходный продукт для получения пластических масс, фармацевтических препаратов (веронала, люминала и др.) и пр.
Сульфидонитридокарбонат (IV) водорода или тиоцианат водорода НSСN в водном растворе образует сильную (типа НCl) тиоцианистоводородную кислоту . Тиоцианиты в основном применяют при крашении тканей; NН 4 SСN используют как реактив на ионы Fe 3+ .
Соединения углерода (II). Производные углерода (II) – это СО, СS, HCN.
Оксид углерода (II) СО (угарный газ ) образуется при сгорании углерода или его соединений в недостатке кислорода, а также в результате взаимодействия оксида углерода (IV) с раскаленным углем.
СО 2 + С ↔ 2СО
В молекуле СО имеется тройная связь, как в N 2 и цианид-ионе CN – . В обычных условиях оксид углерода (II) химически весьма инертен. При нагревании проявляет восстановительные свойства, что широко используется в пирометаллургии.
При нагревании СО окисляется серой, при облучении или в присутствии катализатора взаимодействует с хлором и т. д.
СО + S = СOS (оксосульфид углерода IV);
CO + Cl 2 = СОCl 2 (оксохлорид углерода IV)
Цианид водорода HCN имеет линейную структуру H–C≡N; существует также ее таутомерная форма (изоцианид водорода ) H–N≡C. Водный раствор цианида водорода – очень слабая кислота, называемая синильной или цианистоводородной.
HCN – сильнейший неорганический яд.
Цианиды проявляют восстановительные свойства. Так, при нагревании их растворов они постепенно окисляются кислородом воздуха, образуя цианаты:
2KCN + O 2 = 2KOCN
а при кипячении растворов цианидов с серой образуются тиоцианаты (на этом основано получение тиоцианатов):
2KCN + S = 2KSCN
Цианид водорода применяют в органическом синтезе, NаСN и КСN – при добыче золота, для получения комплексных цианидов и т. д.
При нагревании цианидов малоактивных металлов образуется дициан (СN) 2 – очень реакционноспособный ядовитый газ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Углерод – шестой по счету элемент Периодической таблицы. Расположен во втором периоде IV группы A подгруппы. Обозначение – C.
В свободном состоянии углерод известен в виде алмаза, кристаллизующегося в кубической и гексагональной (лонсдейлит) системе, и графита, принадлежащего к гексагональной системе. Такие формы углерода, как древесный уголь, кокс или сажа имеют неупорядоченную структуру. Также есть аллотропные модификации, полученные синтетическим путем - это карбин и поликумулен - разновидности углерода, построенные из линейных цепных полимеров типа …-C≡ C-C≡C-… или.. = C = C = C = C = ….
Известны также аллотропные модификации углерода, имеющие следующие названия: графен, фуллерен, нанотрубки, нановолокна, астрален, стеклоуглерож, колоссальные нанотрубки; аморфный углерод, углеродные нанопочки и углеродная нанопена.
В природе углерод находится в виде двух стабильных изотопов 12 С (98,892%) и 13 С (1,108%).
Степень окисления углерода в соединениях
Углерод существует в виде нескольких простых веществ - аллотропных модификаций (см. выше), в которых его степень окисления равна нулю .
С менее электроотрицательными, чем он сам, элементами углерод дает карбиды. Поскольку для углерода характерно образовывать гомоцепи, состав большинства карбидов не отвечает степени окисления углерода (-4): Si +4 C -4 , B 4 C -4 , CaC -4 2 , Al 4 C -4 3 . В качестве простейшего карбида можно рассматривать метан C -4 H 4 .
Углерод проявляет степени окисления (+2) и (+4) , в соединениях с более электроотрицательными, чем он сам, неметаллическими элементами, например C +2 O -2 , C +2 S -2 , H +1 C -2 N +1 , C +4 O -2 2 , C +4 F -1 4 , C +4 O -2 S -2 , C +4 O -2 Cl -1 2 , C +4 Cl -1 4 и т.д.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
Задание | Определите степени окисления кислотообразующих элементов в следующих соединениях: HNO 2 , H 2 CO 3 , H 4 SiO 4 , HPO 3 . |
Решение | В указанных соединениях кислотообразующими элементами являются азот, углерод, кремний и фосфор. Степень окисления кислорода равна (-2), а водорода - (+1). Примем за «х» степень окисления кислотообразующего элемента и при помощи уравнения электронейтральности найдем её значение:
1 + x + 2×(-2) = 0; Степень окисления азота равна (+3). 2×(+1) + x + 3×(-2) = 0; Степень окисления углерода равна (+4). 4×(+1) + x + 4×(-2) = 0; Степень окисления кремния равна (+4). 1 + x + 3×(-2) = 0; Степень окисления фосфора равна (+5). |
Ответ | HN +3 O 2 , H 2 C +4 O 3 , H 4 Si +4 O 4 , HP +5 O 3 . |
Степень окисления - условная величина, использующаяся для записи окислительно-восстановительных реакций. Для определения степени окисления используется таблица окисления химических элементов.
Значение
Степень окисления основных химических элементов основана на их электроотрицательности. Значение равно числу смещённых в соединениях электронов.
Степень окисления считается положительной, если электроны смещаются от атома, т.е. элемент отдаёт электроны в соединении и является восстановителем. К таким элементам относятся металлы, их степень окисления всегда положительная.
При смещении электрона к атому значение считается отрицательным, а элемент - окислителем. Атом принимает электроны до завершения внешнего энергетического уровня. Окислителями является большинство неметаллов.
Простые вещества, не вступающие в реакцию, всегда имеют нулевую степень окисления.
Рис. 1. Таблица степеней окисления.
В соединении положительную степень окисления имеет атом неметалла с меньшей электроотрицательностью.
Определение
Определить максимальную и минимальную степень окисления (сколько электронов может отдавать и принимать атом) можно по периодической таблице Менделеева.
Максимальная степень равна номеру группы, в которой находится элемент, или количеству валентных электронов. Минимальное значение определяется по формуле:
№ (группы) – 8.
Рис. 2. Таблица Менделеева.
Углерод находится в четвёртой группе, следовательно, его высшая степень окисления +4, а низшая - -4. Максимальная степень окисления серы +6, минимальная - -2. Большинство неметаллов всегда имеет переменную - положительную и отрицательную - степень окисления. Исключением является фтор. Его степень окисления всегда равна -1.
Следует помнить, что к щелочным и щелочноземельным металлам I и II групп соответственно, это правило не применимо. Эти металлы имеют постоянную положительную степень окисления - литий Li +1 , натрий Na +1 , калий K +1 , бериллий Be +2 , магний Mg +2 , кальций Ca +2 , стронций Sr +2 , барий Ba +2 . Остальные металлы могут проявлять разную степень окисления. Исключением является алюминий. Несмотря на нахождение в III группе, его степень окисления всегда +3.
Рис. 3. Щелочные и щелочноземельные металлы.
Из VIII группы высшую степень окисления +8 могут проявлять только рутений и осмий. Находящиеся в I группе золото и медь проявляют степень окисления +3 и +2 соответственно.
Запись
Чтобы правильно записывать степень окисления, следует помнить о нескольких правилах:
- инертные газы не вступают в реакции, поэтому их степень окисления всегда равна нулю;
- в соединениях переменная степень окисления зависит от переменной валентности и взаимодействия с другими элементами;
- водород в соединениях с металлами проявляет отрицательную степень окисления - Ca +2 H 2 −1 , Na +1 H −1 ;
- кислород всегда имеет степень окисления -2, кроме фторида кислорода и пероксида - O +2 F 2 −1 , H 2 +1 O 2 −1 .
Что мы узнали?
Степень окисления - условная величина, показывающая, сколько электронов принял или отдал атом элемента в соединении. Величина зависит от количества валентных электронов. Металлы в соединениях всегда имеют положительную степень окисления, т.е. являются восстановителями. Для щелочных и щелочноземельных металлов степень окисления всегда одинаковая. Неметаллы, кроме фтора, могут принимать положительную и отрицательную степень окисления.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.5 . Всего получено оценок: 219.
Степени окисления в органических соединениях требуется уметь расставлять для решения заданий ЕГЭ по химии, в которых дается цепочка превращений органических веществ, часть из которых неизвестна. На данный момент это задания номер 32.
Для определения степени окисления в органических соединениях существует два метода. Суть их одинакова, но выглядят применение данных методов по-разному.
Первый способ я бы назвал методом блоков.
Метод блоков
Берем органическую молекулу, например, такого вещества, как 2-гидроксипропаналь
и изолируем друг от друга все фрагменты молекулы, содержащие по одному атому углерода следующим образом:
Суммарный заряд каждого такого блока принимаем равным нулю, как у отдельной молекулы. В органических соединениях водород всегда имеет степень окисления, равную +1, а кислород — -2. Обозначим степень окисления атома углерода в первом блоке переменной х. Таким образом, мы можем найти степень окисления первого атома углерода, решив уравнение:
x + 3∙(+1) = 0, где x – степень окисления атома углерода, +1 – степень окисления атома водорода, а 0 – заряд выбранного блока.
x + 3 = 0, отсюда x = -3.
Таким образом, степень окисления атома углерода в первом блоке равна -3.
Во второй блок, помимо одного атома углерода и двух атомов водорода, входит также и атом кислорода, который, как мы уже сказали, имеет в органических соединениях практически всегда степень окисления, равную -2. Как и в первом случае, обозначим степень окисления атома углерода второго блока через х, тогда получим следующее уравнение:
x+2∙(+1)+(-2) = 0, решая которое находим, что х = 0. Т.е. степень окисления второго атома углерода в молекуле равна нулю.
Третий блок состоит из одного атома углерода, одного атома водорода и одного атома кислорода. Аналогично составим уравнение:
x +1∙(-2)+ 1 = 0, отсюда х, то есть степень окисления атома углерода в третьем блоке равна +1.
Второй метод расстановки степеней окисления в органических веществах я называю «метод стрелок».
Метод стрелок
Для того, чтобы его использовать, нужно нарисовать сначала развернутую структурную формулу органического вещества:
Под черточками между символами элементов понимают их общие электронные пары, которые между одинаковыми атомами можно считать распределенными поровну, а между разными – смещенными к одному из атомов, обладающему большей электроотрицательностью. Среди трех элементов С, Н и О наибольшую элетроотрицательность имеет кислород, затем углерод, а самое малое значение электроотрицательности у водорода. Поэтому, если показать стрелочкой смешение электронов в сторону более электроотрицательных атомов, мы получим следующую картинку:
Как можно заметить, между атомами углерода мы не стали рисовать стрелку, оставив обычную черточку, поскольку считается, что общая электронная пара между двумя атомами углерода практически не смещена ни к одному из них.
Будет интерпретировать последний рисунок следующим образом: каждый атом, из которого стрелка исходит, «теряет» один электрон, а каждый атом, в который стрелка входит, «принимает» электрон. При этом помним, что заряд электрона отрицателен и равен -1.
Таким образом, первому атому углерода достается от трех атомов водорода по одному электрону (три входящих стрелки), в результате чего он приобретает условный заряд, т.е. степень окисления, равную -3, а каждый атома водорода — +1 (по одной исходящей стрелке).
Второму атому углерода достается от «верхнего» атома водорода один электрон (стрелка от H к С), и еще один электрон атом углерода «теряет», передавая его атому кислорода (стрелка от С к О). Таким образом, в атом углерода «входит» один электрон и один из него «выходит». Поэтому степень окисления второго атома углерода равна 0, как в отдельном атоме.
К атому кислорода направлены две стрелки, значит, он имеет степень окисления, равную -2, а от всех атомов водорода исходит по одной стрелке. То есть степень окисления всех атомов водорода равна +1.
В последний атом углерода входит одна стрелка от Н и исходит две стрелки к О, таким образом, «входит» один электрон и «выходят» два. Значит, степень окисления равна +1.
Нужно отметить, что на самом деле оба описанных метода весьма условны, как, собственно, и условно само понятие «степень окисления» в случае органических веществ. Тем не менее, в рамках школьной программы данные методы вполне справедливы и, главное, позволяют использовать их при расстановке коэффициентов в реакциях ОВР с органическими веществами. Лично мне нравится больше метод «стрелок». Советую усвоить оба метода: одним из них вы можете определять степени окисления, а вторым — убедиться в правильности полученных значений.