Періодична таблиця зі ступенями окиснення

Ступені окиснення та заряди іонів

Заряди іонів описують реальні іони, як-от Na⁺ у кухонній солі. Ступені окиснення — це облікова умовність, що працює для кожної сполуки, зокрема й ковалентних, де іонів немає. У вуглекислому газі, CO₂, вуглецю приписують +4, а кожному кисню −2, хоча іона C⁴⁺ не існує. Ступені окиснення дають змогу стежити за електронами в окисно-відновних реакціях: атом, ступінь окиснення якого зростає, окиснюється, а той, чий ступінь окиснення зменшується, відновлюється.

Правила визначення ступенів окиснення

Елемент сам по собі, як-от O₂ або Fe, має 0. Простий іон має ступінь окиснення, що дорівнює його заряду. Фтор у сполуках завжди −1. Кисень зазвичай −2, але −1 у пероксидах, як-от H₂O₂. Водень зазвичай +1, але −1 у гідридах металів, як-от NaH. Метали групи 1 мають +1, а метали групи 2 — +2. Ступені окиснення в нейтральній сполуці в сумі дають 0, а в багатоатомному іоні — заряд іона.

Таблиця показує лише найпоширеніші ступені окиснення. Для кисню вказано лише −2, а для інертних газів — 0, хоча ксенон досягає +2, +4 і +6 у своїх фторидах. Для надважких елементів від мейтнерію й далі значення невідомі, тож їхні клітинки показують риску.

Закономірності в таблиці

Для елементів головних груп найвищий позитивний ступінь окиснення зазвичай дорівнює кількості валентних електронів, а найнегативніший — цьому числу мінус 8. Азот, з 5 валентними електронами, охоплює діапазон від +5 до −3, а хлор, з 7, наведений від +7 до −1. Метали ліворуч показують лише додатні значення: +1 для групи 1 і +2 для групи 2.

Перехідні метали можуть використовувати d-електрони так само, як і зовнішні s-електрони, тож багато з них мають кілька ступенів окиснення. Манган наведено з +2, +3, +4 і +7, а хром — з +2, +3 і +6. Їхня здатність перемикатися між ступенями окиснення — одна з причин, чому вони є добрими каталізаторами.

Розв’язаний приклад: манган у KMnO₄

Калій перманганат, KMnO₄, нейтральний, тож його ступені окиснення мають давати в сумі 0. Калій — метал групи 1, тому має +1, а чотири атоми кисню мають по −2, разом −8. Отже, +1 + Mn − 8 = 0, тож манган має +7 — найвище значення, наведене для нього. Той самий метод працює для сульфатної кислоти, H₂SO₄: 2 × (+1) + S + 4 × (−2) = 0, тож сірка має +6.