Степень окисления атомов в молекулах органических веществ

Во многих случаях степень окисления атома элемента не совпадает с числом образуемых им связей, т.е. не равна валентности данного элемента.Особенно наглядно это видно на примере органических соединений. Известно, что в органических соединениях валентность углерода равна 4(образует четыре связи), однако степень окисления углерода, как легко подсчитать, в метане СН₄ равна -4, метаноле СН_зОН -2, в формальдегиде СН₂О 0, в муравьиной кислоте НСООН +2, в СО₂ +4. Валентность измеряется только числом ковалентных химических связей, в том числе возникших и по донорно-акцепторному механизму.

Степень окисления - условный заряд атома в молекуле, который получает атом в результате полной отдачи (принятия) электронов, вычисленный из предположения, что все связи имеют ионный характер.

Для определения степени окисления (СО) атомов в молекулах органических веществ существуют разные приёмы, вот один из способов. Он означает, что более электроотрицательный атом, смещая к себе одну электронную пару, приобретает заряд -1, две электронных пары - заряд -2. Связь между одинаковыми атомами не дает вклада в степень окисления. Таким образом, связь между атомами С-С соответствует нулевой степени их окисления. В связи C-H углероду как более электроотрицательному атому соответствует заряд -1, а в связи C-O заряд углерода (менее электроотрицательного) равен +1. Степень окисления атома в молекуле подсчитывается как алгебраическая сумма зарядов, которые дают все связи данного атома.

Пример №1.

Так, в молекуле CH₃Cl три связи C-H дают суммарный заряд на атоме C, равный -3, а связь C-Cl - заряд +1. Следовательно, степень окисления атома углерода в этом соединении равна:

- 3+1=-2.

Пример №2.

Определим степени окисления (СО) атомов углерода в молекуле этанола:

C^-3H₃ – C^-1H₂ – OH

Три связи C-H дают суммарный заряд на атоме C, равный (С⁰+3е^-→С^-3) -3.

Две связи С-Н дают заряд на атоме С, равный -2,а связь С→О заряд +1, следовательно, суммарный заряд на атоме С, равен (-2+1=-1) -1.

Пример №2.

Определим СО атомов углерода в молекуле уксусной кислоты:

С^-3Н₃ – С⁺³О – ОН

Три связи C-H дают суммарный заряд на атоме C, равный (С⁰+3е^-→С^-3) -3.

Двойная связь С=О (кислород как более электроотрицательный, забирает электроны у атома углерода) даёт заряд на атоме С, равный +2 (С⁰-2е^-→С⁺²),а связь С→О заряд +1, следовательно, суммарный заряд на атоме С, равен (+2+1=+3) +3.

Пример №3.

Определим СО атомов углерода в молекуле уксусного альдегида:

С^-3Н₃ – С⁺¹О – Н

Три связи C-H дают суммарный заряд на атоме C, равный (С⁰+3е^-→С^-3) -3.

Двойная связь С=О (кислород как более электроотрицательный, забирает электроны у атома углерода) даёт заряд на атоме С, равный +2 (С⁰-2е^-→С⁺²),а связь С-H заряд -1, следовательно, суммарный заряд на атоме С, равен (+2-1=+1) +1.

Пример №4.

Определим СО атомов углерода в молекуле глюкозы С₆Н₁₂О₆:

Н Н Н Н Н

↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Н → С – С – С – С – С – С => О

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑

ОН ОН ОН ОН ОН Н

С^-1 (принимает электроны у двух атомов водорода С⁰+2е^-→С^-2 и отдаёт один электрон атому кислорода С⁰-1е^-→С⁺¹)

С⁰ (принимает электрон у атома водорода С⁰+1е^-→С^-1 и отдаёт один электрон атому кислорода С⁰-1е^-→С⁺¹)

С⁺¹ (принимает электроны у атома водорода С⁰+1е^-→С^-1 и отдаёт два электрона атому кислорода С⁰-2е^-→С⁺²)