Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, вычисленный в предположении, что все связи между атомами ионные. Она показывает, сколько электронов атом отдал или притянул к себе. На этой странице — понятное определение, все правила определения степени окисления, таблица постоянных значений, пошаговый алгоритм расстановки и интерактивный тренажёр, на котором можно сразу закрепить тему.
Что такое степень окисления
Степень окисления (СО) — это условный заряд атома в молекуле, который он имел бы, если бы все электроны общих пар полностью перешли к более электроотрицательному атому. Проще говоря, это «счётчик» электронов: атом, который отдаёт электроны, получает положительную степень окисления, а тот, который их притягивает, — отрицательную.
Степень окисления всегда записывают со знаком перед числом и ставят над символом элемента: например, в воде H₂O у водорода +1, у кислорода −2. Это отличает её от заряда иона (S²⁻, Fe³⁺), где знак пишут после числа.
Степень окисления может быть положительной, отрицательной или нулевой, и у многих элементов она переменная — меняется от соединения к соединению. Именно поэтому её нужно уметь определять, а не просто запоминать.
Правила степени окисления: таблица постоянных значений
Чтобы определить степень окисления, нужно знать несколько твёрдых правил. Часть элементов имеет постоянную степень окисления в любых соединениях — их значения собраны в таблице-памятке ниже. Именно с них начинается расстановка.
Кроме постоянных значений, работают три главных правила:
- в простом веществе степень окисления любого атома равна 0 (Fe, O₂, H₂, S₈);
- сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна 0 — молекула электронейтральна;
- в ионе сумма степеней окисления равна заряду иона (например, в SO₄²⁻ сумма равна −2).
| Элемент | Степень окисления | Исключения |
|---|---|---|
| Простое вещество O₂, H₂, Fe, Cu, S | 0 | исключений нет |
| Фтор F | −1 | всегда −1, других значений не бывает |
| Металлы I группы Na, K, Li, Ag | +1 | постоянная |
| Металлы II группы Ca, Mg, Zn, Ba | +2 | постоянная |
| Алюминий Al | +3 | постоянная |
| Водород H | +1 | −1 в гидридах металлов: NaH, CaH₂ |
| Кислород O | −2 | −1 в пероксидах (H₂O₂); +2 в OF₂ |
Как определить степень окисления в соединении
Когда в формуле есть элемент с переменной степенью окисления (сера, азот, хлор, марганец, фосфор), её находят через уравнение. Алгоритм универсален: сначала расставляем всё, что знаем наверняка, затем неизвестное обозначаем за x и решаем уравнение суммы. Пять шагов — ниже.
0, дальше считать не нужно+1, кислород −2, фтор −1 — по таблице выше0 для молекулы или = заряду для иона+ или −Высшая и низшая степень окисления
У элемента есть высшая и низшая степень окисления — крайние значения, между которыми лежат все остальные.
- Высшая степень окисления обычно равна номеру группы в Периодической таблице (для элементов главных подгрупп). Например, сера в VI группе → высшая СО +6 (H₂SO₄), азот в V группе → +5 (HNO₃), хлор в VII группе → +7 (HClO₄). Она проявляется в соединениях с более электроотрицательными элементами — чаще всего с кислородом.
- Низшая степень окисления для неметаллов равна номер группы минус 8. Для серы это 6 − 8 = −2 (H₂S), для азота 5 − 8 = −3 (NH₃). Она проявляется в соединениях с водородом и металлами.
Исключения есть: например, у фтора высшей положительной СО не бывает — он самый электроотрицательный и всегда −1; у кислорода высшая СО +2 встречается только в OF₂.
Примеры определения степени окисления
Пример 1. Сера в H₂SO₄
Задача: определить степень окисления серы в серной кислоте H₂SO₄.
Шаг 1. Это не простое вещество — в формуле три элемента.
Шаг 2. Расставляем постоянные СО: водород +1 (2 атома), кислород −2 (4 атома).
Шаг 3. Степень окисления серы неизвестна — обозначим её за x.
Шаг 4. Составляем уравнение (сумма всех СО в молекуле = 0):
Шаг 5. Решаем: \(2 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +6\).
Ответ: степень окисления серы в H₂SO₄ равна +6.
Пример 2. Марганец в KMnO₄
Задача: определить степень окисления марганца в перманганате калия KMnO₄.
Шаг 1–2. Постоянные СО: калий (металл I группы) +1, кислород −2 (4 атома).
Шаг 3. Марганец — элемент с переменной СО, обозначим за x.
Шаг 4. Уравнение суммы:
Шаг 5. Решаем: \(1 + x - 8 = 0 \Rightarrow x = +7\).
Ответ: степень окисления марганца равна +7 — это его высшая степень окисления (Mn в VII группе).
Пример 3. Определение по формуле оксида Fe₂O₃
Задача: определить степень окисления железа в оксиде Fe₂O₃.
Шаг 1–2. Кислород всегда −2, атомов кислорода 3, значит суммарный вклад кислорода: \(3 \cdot (-2) = -6\).
Шаг 3. Степень окисления железа обозначим за x, атомов железа 2.
Шаг 4. Уравнение: \(2x + 3 \cdot (-2) = 0\).
Шаг 5. Решаем: \(2x - 6 = 0 \Rightarrow 2x = 6 \Rightarrow x = +3\).
Ответ: степень окисления железа равна +3. Проверка: два атома по +3 дают +6, три атома кислорода дают −6, сумма 0 — верно.
Частые ошибки при определении степени окисления
-
Путают степень окисления с валентностью.
Валентность — это число химических связей атома, у неё нет знака (всегда положительное число: I, II, III). Степень окисления — условный заряд со знаком (+ или −) и может быть нулевой. Например, в N₂ валентность азота III, а степень окисления — 0.
-
Неправильно ставят знак: пишут число, а потом плюс или минус (2+ вместо +2).
У степени окисления знак ставится ПЕРЕД числом и над символом элемента: +2, −3, +6. Запись со знаком после числа (S²⁻) относится к заряду иона, а не к степени окисления.
-
Считают, что кислород всегда −2, а водород всегда +1.
Это работает почти всегда, но есть исключения. Кислород в пероксидах (H₂O₂) имеет СО −1, а в OF₂ даже +2. Водород в гидридах металлов (NaH, CaH₂) имеет СО −1, потому что металл ещё более электроположителен.
-
Забывают, что сумма степеней окисления в молекуле равна нулю.
Молекула электронейтральна, поэтому сумма (СО × число атомов) по всем элементам всегда = 0. Для иона эта сумма равна заряду иона. Это главное уравнение, из которого находят неизвестную степень окисления.
-
Не умножают степень окисления на число атомов элемента.
В уравнении суммы каждую СО нужно умножить на индекс (число атомов). В H₂SO₄ водород даёт не +1, а 2·(+1) = +2, кислород не −2, а 4·(−2) = −8. Пропуск индекса — самая частая арифметическая ошибка.
Вопросы и ответы
Чем степень окисления отличается от валентности?
Валентность показывает число химических связей атома и не имеет знака (её обозначают римскими цифрами: I, II, III). Степень окисления — это условный заряд атома, у него есть знак (+ или −) и он может быть нулевым или дробным. У многих элементов эти значения совпадают по модулю, но не всегда: в молекуле N₂ валентность азота равна III, а степень окисления — 0.
Как определить высшую степень окисления элемента?
Высшая (максимальная положительная) степень окисления элемента главной подгруппы равна номеру его группы в Периодической таблице. Например, сера в VI группе имеет высшую СО +6, азот в V группе — +5, хлор в VII группе — +7. Она проявляется в соединениях с кислородом. Исключения: у кислорода и фтора высшей положительной СО, равной номеру группы, не бывает.
Как определить низшую степень окисления?
Для неметаллов низшая (минимальная) степень окисления равна номер группы минус 8. Для серы это 6 − 8 = −2 (в H₂S), для азота 5 − 8 = −3 (в NH₃), для хлора 7 − 8 = −1 (в HCl). Низшая СО проявляется в соединениях с водородом и металлами. У металлов низшая степень окисления — 0 (в простом веществе).
Какая степень окисления у простого вещества?
У любого атома в простом веществе степень окисления равна 0. Это касается и металлов (Fe, Cu, Na), и неметаллов (O₂, H₂, S₈, Cl₂, P₄). Причина проста: атомы одного элемента одинаково притягивают общие электроны, поэтому условный заряд равен нулю.
Всегда ли кислород имеет степень окисления −2?
Почти всегда, но есть два исключения. В пероксидах (H₂O₂, Na₂O₂) степень окисления кислорода равна −1, потому что атомы кислорода связаны друг с другом. В соединении со фтором OF₂ кислород имеет положительную СО +2, так как фтор ещё более электроотрицателен.
Может ли степень окисления быть дробной?
Да, но это средняя (формальная) величина. Например, в Fe₃O₄ средняя степень окисления железа равна +8/3, потому что в формуле смешаны атомы с СО +2 и +3. В школьном курсе такие случаи разбирают редко — обычно степень окисления целочисленная.
