Периодическая таблица со степенями окисления

Степени окисления и заряды ионов

Заряды ионов описывают реальные ионы, например Na⁺ в поваренной соли. Степени окисления — это учётный инструмент, который работает для любых соединений, в том числе ковалентных, где никаких ионов нет. В углекислом газе, CO₂, углероду приписывают +4, а каждому кислороду −2, хотя иона C⁴⁺ не существует. Степени окисления позволяют следить за электронами в окислительно-восстановительных реакциях: атом, у которого степень окисления повышается, окисляется, а тот, у которого понижается, восстанавливается.

Правила определения степеней окисления

У элемента в свободном виде, например O₂ или Fe, степень окисления равна 0. У простого иона степень окисления равна его заряду. Фтор в соединениях всегда −1. Кислород обычно −2, но −1 в пероксидах, таких как H₂O₂. Водород обычно +1, но −1 в гидридах металлов, таких как NaH. Металлы группы 1 имеют +1, а металлы группы 2 — +2. Степени окисления в нейтральном соединении в сумме дают 0, а в многоатомном ионе — заряд иона.

Таблица показывает только самые распространённые степени окисления. Для кислорода указано только −2, а для благородных газов 0, хотя ксенон в своих фторидах достигает +2, +4 и +6. Для сверхтяжёлых элементов начиная с мейтнерия значения неизвестны, поэтому в их клетках стоит прочерк.

Закономерности по таблице

У элементов главных подгрупп наивысшая положительная степень окисления обычно равна числу валентных электронов, а наиболее отрицательная равна этому числу минус 8. Азот с 5 валентными электронами проходит от +5 до −3, а хлор с 7 указан от +7 до −1. Металлы слева показывают только положительные значения: +1 для группы 1 и +2 для группы 2.

Переходные металлы могут использовать d-электроны наряду с внешними s-электронами, поэтому у многих из них несколько степеней окисления. У марганца указаны +2, +3, +4 и +7, а у хрома +2, +3 и +6. Их способность переключаться между степенями окисления — одна из причин, почему они хорошие катализаторы.

Разбор примера: марганец в KMnO₄

Перманганат калия, KMnO₄, нейтрален, поэтому сумма степеней окисления в нём должна быть равна 0. Калий — металл группы 1, поэтому у него +1, а четыре атома кислорода по −2 каждый дают −8. Остаётся +1 + Mn − 8 = 0, так что у марганца +7, наивысшее указанное для него значение. Тот же метод работает для серной кислоты, H₂SO₄: 2 × (+1) + S + 4 × (−2) = 0, значит, у серы +6.