Степень окисления атома

Степень окисления атома – электрический заряд этого атома, рассчитанный в предположении, что все полярные ковалентные связи атома поляризованы полностью (иными словами: смещённые электронные пары смещены полностью; полярные ковалентные связи превратились в ионные), а электроны неполярных связей поделены между связываемыми атомами.

Для простых ионов степень окисления равна заряду этого иона.

В молекуле пероксида водорода есть и неполярная связь (между атомами кислорода).

Так как сумма степеней окисления всех атомов молекулы или формульной единицы всегда равна нулю (вещество электронейтрально), для многих соединений совсем необязательно определять степень окисления этим трудоемким способом. Достаточно знать, что степень окисления кислорода в оксидах, гидроксидах и большинстве солей равна –II, а степень окисления водорода в гидроксидах и кислотах равна +I.

Высшая степень окисления атома элемента равна номеру группы, в которой находится данный элемент в системе элементов. Это следует из того, что атом может отдать (полностью или частично) только свои валентные электроны, а их число у него как раз и равно номеру группы. Так, высшая степень окисления калия равна +I, алюминия +III, углерода +IV, хлора +VII и так далее. У атомов элементов IA и IIA групп есть только одна ненулевая степень окисления.

Низшая степень окисления атома элемента равна номеру группы минус 8 и не может быть по абсолютной величине больше четырех. Это связано с тем, что атом может принимать электроны (полностью или частично) только на валентные подуровни, стремясь дополнить свою электронную конфигурацию до конфигурации атома благородного газа. Так, низшая степень окисления азота равна –III, кислорода –II, хлора –I и так далее.

В простых веществах степень окисления атомов равна нулю.

В соответствии с номенклатурными правилами ИЮПАК степень окисления обозначается римской цифрой со знаком «+» или «–» перед ней (знак «+» обычно опускают). В нашей стране иногда вместо римских используют арабские цифры.

Для отличия от степени окисления в зарядах ионов арабская цифра всегда ставится перед знаком «+» или «–».

За многовековую историю своего существования понятие «валентность» претерпело значительные изменения. В последнее время под валентностью чаще всего понимают число двухэлектронных ковалентных связей, которыми атом связан со своими соседями. Если все ковалентные связи атома одинаково полярны, то валентность оказывается численно равной абсолютной величине степени окисления. Так в воде атом кислорода двухвалентен, а водорода – одновалентен; в тетрахлориде углерода атом углерода четырехвалентен, а хлора – одновалентен; в триоксиде серы атом серы шестивалентен, а кислорода – двухвалентен (см. примеры, приведённые выше).

Если имеются неполярные связи, то это равенство исчезает. В молекуле водорода атомы водорода одновалентны, а степень окисления их равна нулю. В молекуле H₂O₂ степень окисления атомов кислорода равна –I, но атомы кислорода при этом двухвалентны. Если полярность связей, образованных атомом, различна (как в формальдегиде), то валентность тоже оказывается не равной степени окисления.

Аналогичное неравенство возникает и в других случаях. Например: в  атом цинка четырёхвалентен, а его степень окисления равна +II; в ионе аммония  атом азота четырёхвалентен, а его степень окисления равна –III. В молекулах азотной кислоты и оксида азота(V) атомы азота четырёхвалентны.

Какой-либо международной договорённости об обозначении валентности не существует; в некоторых российских учебниках она обозначается римскими цифрами (без знака).