Номер 412, страница 64 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

412. Может ли степень окисления каких-либо атомов в составе вещества быть дробным числом? Поясните свой ответ.

Решение

Да, степень окисления атомов в веществе может быть дробным числом. Это связано с тем, что степень окисления — это формальная, условная величина, а не реальный заряд атома. Дробные значения степени окисления обычно возникают в соединениях, где несколько атомов одного и того же элемента находятся в разных степенях окисления. В таких случаях вычисленное по формуле вещества значение является средней степенью окисления для всех этих атомов.

Рассмотрим несколько примеров:

1.Супероксид калия ($KO_2$)

В этом соединении калий всегда имеет степень окисления $+1$. Молекула в целом электронейтральна. Обозначим степень окисления кислорода через $x$. Тогда, исходя из электронейтральности молекулы, можно составить уравнение:

$1 \cdot (+1) + 2 \cdot x = 0$

$1 + 2x = 0$

$2x = -1$

$x = -1/2$

Дробная степень окисления $-1/2$ возникает из-за того, что в супероксид-ионе ($O_2^-$) один неспаренный электрон делокализован (распределен) между двумя атомами кислорода.

2.Магнетит, или железная окалина ($Fe_3O_4$)

Степень окисления кислорода в оксидах, как правило, равна $-2$. Обозначим среднюю степень окисления железа через $x$.

$3 \cdot x + 4 \cdot (-2) = 0$

$3x - 8 = 0$

$3x = 8$

$x = +8/3$

Такое значение получается потому, что магнетит является смешанным оксидом, его формулу можно записать как $FeO \cdot Fe_2O_3$. В его кристаллической решетке присутствуют ионы железа с двумя разными целыми степенями окисления: один ион $Fe^{2+}$ и два иона $Fe^{3+}$. Среднее значение будет: $\frac{+2 + 2 \cdot (+3)}{3} = \frac{2 + 6}{3} = \frac{8}{3}$.

3.Тетратионат-ион ($S_4O_6^{2-}$)

Этот ион имеет общий заряд $-2$. Степень окисления кислорода равна $-2$. Обозначим среднюю степень окисления серы через $x$.

$4 \cdot x + 6 \cdot (-2) = -2$

$4x - 12 = -2$

$4x = 10$

$x = +10/4 = +2.5$

В структуре этого иона ($[O_3S-S-S-SO_3]^{2-}$) два центральных атома серы имеют степень окисления $0$, а два крайних — степень окисления $+5$. Среднее значение: $\frac{+5 + 0 + 0 + 5}{4} = \frac{10}{4} = 2.5$.

Таким образом, дробная степень окисления не означает, что атом отдал или принял дробное число электронов. Это лишь усредненная формальная характеристика для атомов одного элемента, находящихся в неэквивалентных положениях в структуре вещества.

Ответ: Да, степень окисления может быть дробным числом. Это происходит в тех случаях, когда в состав вещества входят атомы одного элемента, но с разными (целочисленными) степенями окисления. Рассчитанная по формуле степень окисления является средним арифметическим значением для этих атомов.