Какую низшую и высшую степени окисления проявляют углерод, фосфор, сера и йод? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.

Углерод, фосфор, сера и йод относятся к неметаллам главных подгрупп периодической системы Д. И. Менделеева. Они способны проявлять как отрицательные, так и положительные степени окисления.

Низшая и высшая степени окисления этих элементов определяются числом электронов на внешнем энергетическом уровне атома.

Для элементов главных подгрупп обычно действуют следующие правила:

• Высшая степень окисления равна номеру группы (в старой нумерации).

• Низшая степень окисления определяется по формуле: номер группы − 8.

Это связано с тем, что атомы неметаллов могут условно принимать электроны до завершения внешнего электронного уровня или смещать электронную плотность к более электроотрицательным атомам при образовании химических связей.

1. Углерод (C)

Углерод находится в IV группе (14-й группе современной таблицы). На внешнем энергетическом уровне его атома находятся 4 электрона.

• Низшая степень окисления: −4 (4 − 8 = −4).

• Высшая степень окисления: +4 (равна номеру группы).

Примеры соединений:

CH₄ (метан) — углерод имеет степень окисления −4.

Расчёт: x + 4 · (+1) = 0, следовательно, x = −4.

CO₂ (углекислый газ) — углерод имеет степень окисления +4.

Расчёт: x + 2 · (−2) = 0, следовательно, x = +4.

2. Фосфор (P)

Фосфор находится в V группе (15-й группе). На внешнем энергетическом уровне его атома находятся 5 электронов.

• Низшая степень окисления: −3 (5 − 8 = −3).

• Высшая степень окисления: +5 (равна номеру группы).

Примеры соединений:

PH₃ (фосфин) — фосфор имеет степень окисления −3.

Расчёт: x + 3 · (+1) = 0, следовательно, x = −3.

H₃PO₄ (ортофосфорная кислота) — фосфор имеет степень окисления +5.

Расчёт: 3 · (+1) + x + 4 · (−2) = 0, следовательно, x = +5.

3. Сера (S)

Сера находится в VI группе (16-й группе). На внешнем энергетическом уровне её атома находятся 6 электронов.

• Низшая степень окисления: −2 (6 − 8 = −2).

• Высшая степень окисления: +6 (равна номеру группы).

Примеры соединений:

H₂S (сероводород) — сера имеет степень окисления −2.

Расчёт: 2 · (+1) + x = 0, следовательно, x = −2.

SO₃ (оксид серы(VI)) — сера имеет степень окисления +6.

Расчёт: x + 3 · (−2) = 0, следовательно, x = +6.

Также степень окисления +6 сера проявляет в серной кислоте H₂SO₄.

4. Йод (I)

Йод находится в VII группе (17-й группе). На внешнем энергетическом уровне его атома находятся 7 электронов.

• Низшая степень окисления: −1 (7 − 8 = −1).

• Высшая степень окисления: +7 (равна номеру группы).

Примеры соединений:

HI (йодоводород) — йод имеет степень окисления −1.

Расчёт: (+1) + x = 0, следовательно, x = −1.

HIO₄ (метайодная кислота) — йод имеет степень окисления +7.

Расчёт: (+1) + x + 4 · (−2) = 0, следовательно, x = +7.

Ещё один пример соединения йода со степенью окисления +7 — IF₇ (гептафторид йода).

Итоговая таблица

Вывод

Низшие степени окисления углерода, фосфора, серы и йода равны соответственно −4, −3, −2 и −1, а высшие — +4, +5, +6 и +7.

Это объясняется электронным строением атомов данных элементов и их положением в периодической системе.

При определении низшей степени окисления учитывают, сколько электронов не хватает атому до завершения внешнего восьмиэлектронного уровня. Высшая положительная степень окисления для рассматриваемых элементов соответствует числу электронов на внешнем уровне.

При этом степень окисления — условная величина, характеризующая распределение электронов в соединении, поэтому она не обязательно означает действительную передачу электронов от одного атома другому.