Электроотрицательность. Степень окисления и валентность химических элементов

Атомы не имеют заряда, они нейтральны. Из-за незавершенности электронной оболочки, большинство атомов неустойчивы как единичные объекты. Более стабильное состояние достигается ассоциацией атомов с перекрыванием электронных орбиталей (ковалентная связь) или образованием из атомов заряженных частиц – ионов (ионная связь).

Если атом теряет один или несколько электронов, он приобретает положительный заряд и превращается в катион (положительно заряженный ион). Например, атом алюминия Al⁰:

₁₃Al⁰ 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ¹

при потере 3 электронов:

Al⁰ – 3 ē ® Al³⁺

превращается в катион Al³⁺:

₁₃Al³⁺ 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ⁰3 p ⁰

Если атом приобретает один или несколько электронов, он заряжается отрицательно и превращается в анион (отрицательно заряженный ион). Например, если атом серы S⁰:

₁₆S⁰ 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁴

присоединяет 2 электрона:

S⁰ – 2 ē ® S^2–

то образуется анион S^2–:

₁₆S^2– 1 s ²2 s ²2 p ⁶3 s ²3 p ⁶

По строению атомов видно, что некоторые элементы имеют мало валентных электронов, они могут превращаться только в катионы – это металлы. Таким образом, проявление металлических свойств (восстановительных свойств) – это потеря электронов, образование катионов.

Типичные неметаллы наоборот, склонны проявлять окислительные свойства, присоединять электроны, образовывать анионы. Оценить окислительно-восстановительные свойства можно по значению электроотрицательности – это способность атомов в соединениях притягивать электроны. Мерой электроотрицательности является сумма двух энергий: ионизации и сродства к электрону.

Энергия ионизации – энергия, необходимая для отрыва электрона от атома. Чем больше радиус атома, тем легче оторвать внешние электроны. Поэтому для элементов одного периода энергия ионизации возрастает слева направо. Вниз по подгруппе энергия ионизации уменьшается. Щелочные металлы имеют самые низкие значения энергии ионизации, они легко превращаются в катион, самые высокие значения – у благородных газов.

Энергия сродства к электрону – энергия, которая выделяется при присоединении к атому одного электрона. Наибольшее значение этой энергии у галогенов – при присоединении одного электрона образуется устойчивая завершенная оболочка.

Таким образом, наибольшие значения электроотрицательности у галогенов, наименьшие – у щелочных металлов. У благородных газов такое понятие отсутствует.

Обычно пользуются т.н. относительной электроотрицательностью (ОЭО) – значение электроотрицательности лития принимается за 1, фтора за 4,1. В справочных таблицах указана ОЭО для всех элементов, в таблице 3 приведем самые популярные.

Типичные металлы имеют низкие значения ОЭО (наименьшая у цезия – 0,86), типичные неметаллы – большие (наибольшая у фтора – 4,1). Если соединить типичный металл и типичный неметалл, то электроны практически полностью переходят от неметалла к металлу: образуются анионы неметалла и катионы металла: например, Cs⁺ и F^–. В случае соединения элементов с не очень большой разницей ОЭО (в ЕГЭ £ 1,7), например, Al и S, говорят об условном заряде, который приобретают эти элементы, если бы переход электронов был бы практически полным, т.е. Al³⁺ и S^2–. Этот условный заряд называется степенью окисления.

Таблица 3 – Относительная электроотрицательность некоторых элементов

Элемент	ОЭО	Элемент	ОЭО	Элемент	ОЭО	Элемент	ОЭО
Al	1,47	C	2,5	K	0,9	P	2,32
As	2,11	Ca	1,04	N	3,07	S	2,60
Ba	1,47	H	2,1	Na	1,01	Si	2,25
Br	2,74	Cl	2,83	O	3,50	F	4,1