4.2. Степень окисления

В отличие от понятия валентности степень окисления не столь тесно связана с электронным строением атома, являясь во многом умозрительной величиной, что непосредственно следует из ее определения.

Степень окисления - условный (формальный) заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предположения, что все атомы в молекуле являются ионами, а сама молекула электронейтральна.

Атомы более электроотрицательных элементов имеют отрицательную степень окисления, а менее электроотрицательных - положительную.

Следовательно, при определении степени окисления следует исходить, в первую очередь, не из электронного строения атома, а из ряда формальных принципов, в соответствии с которыми все атомы можно разделить на три группы: атомы с постоянной степенью окисления; атомы, имеющие преобладающую степень окисления; атомы с переменной степенью окисления.

К первой группе относятся атомы щелочных металлов (+1), щелочноземельных (+2), алюминия (+3) и фтора (1). Ко второй можно отнести атомы водорода (почти всегда +1, но в соединениях со щелочными и щелочноземельными металлами 1); кислорода (как правило, 2, но в соединении со фтором +1 и +2, а в пероксидах 1). Сюда же можно отнести и атомы железа, имеющие две наиболее распространенные степени окисления (+2 и +3). Степень окисления остальных атомов зависит от их химического окружения.

При определении степени окисления атомов в молекуле рекомендуется следующий порядок действий:

1. Установить степень окисления атомов, у которых она неизменна.

2. Сделать заключение о степени окисления атомов, имеющих преобладающую степень окисления.

3. Степень окисления оставшихся атомов определить математически, исходя из электронейтральности молекулы (если определяют степень окисления элемента в сложном ионе, то сумма степеней окисления всех элементов равна заряду этого иона).

Необходимо помнить также и следующее:

а) степень окисления атомов в молекулах простых веществ (H₂, C, O₃) равна нулю;

б) металлы во всех соединениях имеют только положительные степени окисления;

в) степень окисления атома неметалла в соли всегда равна его степени окисления в соответствующей кислоте.

При таком образе действий степень окисления может оказаться дробной величиной, что никак не противоречит ее определению. Например, в соединении железа Fe₃O₄ степень окисления железа равна +8/3.

Максимальная (высшая) степень окисления элемента (С.О._max), как правило, равна номеру группы, в которой находится элемент в периодической системе (исключения: кислород, фтор, элементы подгруппы меди).

Низшая (минимальная) степень окисления металлов равна нулю.

Низшая степень окисления неметаллов (С.О._min) обычно равна:

С.О._min = C.О._max  8

Например, для серы: 6  8 = 2.

Разные атомы одного и того же элемента, входящие в состав одной молекулы, могут иметь разные степени окисления. Такая ситуация наиболее распространена в органической химии.