4.11 : Числа окисления

Окислительно-восстановительные реакции между металлами и неметаллами обычно включают полный перенос электронов с образованием ионных соединений;следовательно, их легко идентифицировать. Однако окислительно-восстановительные реакции с участием только неметаллов с частичным переносом электронов идентифицировать не так легко. Окислительно-восстановительные реакции характеризуются изменением степени окисления атомов, что указывает на перенос электронов между атомами.

Степень окисления атома в соединении это заряд, который он имел бы, если бы общие электроны в каждой гетероядерной связи были полностью перенесены на более электроотрицательный атом. Гомоядерные связи делятся одинаково. Например, в газообразном хлороводороде хлор более электроотрицателен.

Если электрон водорода полностью передается хлору, хлор получает заряд один минус, соответствующий степени окисления минус один, а водород получает заряд один плюс, соответствующий степени окисления плюс один. Степени окисления могут быть приписаны атомам в элементарной форме, а также к большинству ионов и соединений, используя определенные правила. Всегда соблюдаются первые три правила.

Остальные правила применяются по очереди, пока не будут выполнены первые три правила. Теперь применим эти правила для определения того, являются ли реакции образования диоксида серы и карбоната кальция окислительно-восстановительными. Согласно правилу номер 1 элементы в свободном состоянии имеют нулевую степень окисления, поэтому элементарной сере и кислороду присваивается нулевая степень окисления.

Согласно правилу номер 3 сумма степеней окисления в нейтральном соединении равна нулю, поэтому сумма степеней окисления серы и кислорода в SO_2 должна быть равна нулю. Согласно правилу номер 6 степень окисления каждого кислорода в SO_2 составляет минус два. Два атома кислорода в сумме дают минус четыре.

Следовательно, степень окисления серы равна плюс четыре. Степень окисления серы увеличивается с нуля до плюс четырех, поэтому она окисляется, а степень окисления кислорода уменьшается с нуля до минус двух, поэтому он восстанавливается. Таким образом, это представляет собой окислительно-восстановительную реакцию.

В случае карбоната кальция степень окисления кислорода составляет минус два для всех трех соединений, а у кальция плюс два в оксиде кальция и карбонате кальция. Согласно правилу номер 3 в углекислом газе и карбонате кальция углерод должен иметь степень окисления плюс четыре. Поскольку степень окисления атомов во время реакции не изменяется, это не является окислительно-восстановительной реакцией.