Номер 3, страница 165 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 38. Степень окисления. Глава 5. Химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции - номер 3, страница 165.

3. Сравните понятия «степень окисления» и «валентность». Приведите примеры веществ, в которых величины валентности и степени окисления совпадают и различаются.

Сравнение понятий «степень окисления» и «валентность»

Валентность – это способность атома химического элемента образовывать определенное число химических связей. Она определяется числом электронов, которые атом использует для образования связей. Валентность является беззнаковой величиной и выражается целым положительным числом (например, I, II, III). Она отражает реальное количество связей, образованных атомом в молекуле.

Степень окисления – это условный заряд атома в соединении, вычисленный из предположения, что все химические связи в нем имеют ионный характер (то есть электронные пары полностью смещены к более электроотрицательному атому). Степень окисления, в отличие от валентности, может иметь положительное, отрицательное, нулевое и даже дробное значение. Это формальная величина, которая удобна для классификации веществ и для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Ключевые отличия:
1. Знак: Валентность – беззнаковая величина (всегда положительное целое число), а степень окисления может быть положительной, отрицательной или равной нулю.
2. Значение: Валентность всегда целочисленна, в то время как степень окисления может быть и дробной (например, в супероксиде калия $KO_2$ степень окисления кислорода равна -1/2).
3. Физический смысл: Валентность отражает реальное число образованных связей, а степень окисления – это условный, формальный заряд.
4. В простых веществах: Валентность атомов определяется числом связей в молекуле (например, в $N_2$ валентность азота III), а степень окисления в простых веществах всегда принимается равной нулю.

Примеры веществ, в которых величины валентности и степени окисления совпадают

Численное значение валентности совпадает с модулем степени окисления, как правило, в бинарных соединениях с ионной или сильно полярной ковалентной связью.
- Вода ($H_2O$): Кислород имеет валентность II и степень окисления -2. Водород имеет валентность I и степень окисления +1.
- Фторид лития ($LiF$): Литий имеет валентность I и степень окисления +1. Фтор имеет валентность I и степень окисления -1.
- Метан ($CH_4$): Углерод имеет валентность IV и степень окисления -4.
- Аммиак ($NH_3$): Азот имеет валентность III и степень окисления -3.

Примеры веществ, в которых величины валентности и степени окисления различаются

Различия чаще всего наблюдаются в простых веществах, органических соединениях со связями между одинаковыми атомами (например, С-С), в соединениях с донорно-акцепторной связью и в пероксидах.
- Молекула азота ($N_2$): Атомы соединены тройной связью, поэтому валентность каждого атома азота равна III. Степень окисления азота как в простом веществе равна 0. (Валентность III $\neq$ Степень окисления 0).
- Пероксид водорода ($H_2O_2$): В структуре $H-O-O-H$ каждый атом кислорода образует две связи, то есть его валентность равна II. При этом степень окисления кислорода в пероксидах равна -1. (Валентность II $\neq$ Степень окисления -1).
- Азотная кислота ($HNO_3$): Атом азота образует 4 ковалентные связи (одну по донорно-акцепторному механизму), поэтому его валентность равна IV. В то же время степень окисления азота в этом соединении равна +5. (Валентность IV $\neq$ Степень окисления +5).
- Этан ($C_2H_6$): Каждый атом углерода образует четыре связи (одну с другим атомом углерода и три с атомами водорода), следовательно, его валентность равна IV. Степень окисления каждого атома углерода в этане равна -3. (Валентность IV $\neq$ Степень окисления -3).

Ответ: Валентность и степень окисления — это разные характеристики атома в соединении. Валентность — это число химических связей, которое образует атом; это всегда целое положительное число. Степень окисления — это условный заряд атома, который может быть положительным, отрицательным, нулевым или дробным. Эти величины численно совпадают (по модулю) в простых бинарных соединениях, например, в воде ($H_2O$) валентность кислорода равна II, а степень окисления -2. Они различаются в простых веществах (в молекуле кислорода $O_2$ валентность II, а степень окисления 0), в соединениях со сложной структурой (в азотной кислоте $HNO_3$ валентность азота IV, а степень окисления +5) или в органических соединениях (в этане $C_2H_6$ валентность углерода IV, а степень окисления -3).