Основы неорганической химии. Степень окисления

Степень окисления - это условный заряд атома элемента в молекуле. Данное понятие является фундаментальным в неорганической химии, без его понимания невозможно представить себе процессы окислительно-восстановительных реакций, типов связей в молекулах, химические и физические свойства элементов. Для того чтобы понять, что такое степень окисления, сначала нужно разобраться, из чего состоит сам атом и как он ведет себя при взаимодействии с себе подобными.

Как известно, атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и электроны, называемые также нуклонами, образуют положительно заряженное ядро, вокруг него вращаются отрицательные электроны. Положительный заряд ядра уравновешивается общим отрицательным зарядом электронов. Следовательно, атом нейтрален.

Каждый электрон обладает определенным уровнем энергии, что и определяет близость его расположения к ядру: чем ближе к ядру - тем меньше энергия. Они расположены по слоям. Электроны одного слоя имеют практически одинаковый запас энергии и образуют энергетический уровень или электронный слой. Электроны на внешнем энергетическом уровне не слишком сильно связаны с ядром, поэтому они могут участвовать в химических реакциях. Элементы, имеющие на внешнем уровне от одного до четырех электронов, в химических реакциях, как правило, отдают электроны, а те, что имеют пять-семь электронов - принимают.

Есть также химические элементы, называемые инертными газами, у которых внешний энергетический уровень содержит восемь электронов - максимально возможное количество. Они практически не вступают в химические реакции. Так вот, любой атом стремится «дополнить» свой внешний электронный слой до необходимых восьми электронов. Где взять недостающие? У других атомов. В процессе химической реакции элемент с большей электроотрицательностью «забирает» электрон у элемента с меньшей электроотрицательностью. Электроотрицательность химического элемента зависит от количества электронов на валентном уровне и силы их притяжения к ядру. У элемента, забравшего электроны, общий отрицательный заряд становится больше положительного заряда ядра, а у отдавшего электрон - наоборот. Например, в соединении оксида серы SO кислород, имеющий большую электроотрицательность, забирает у серы 2 электрона и приобретает отрицательный заряд, в то время как сера, оставшись без двух электронов, получает положительный заряд. В данном случае степень окисления кислорода равна степени окисления серы, взятой с противоположным знаком. Степень окисления записывается в правом верхнем углу химического элемента. В нашем примере это выглядит следующим образом: S⁺²O^-2.

Описанный выше пример довольно упрощен. На самом деле внешние электроны одного атома никогда полностью не переходят к другому, они лишь становятся «общими», следовательно, степени окисления элементов всегда меньше обозначаемых в учебниках.

Но для упрощения понимания химических процессов этим фактом пренебрегают.