Как определять степень окисления?

Короткий алгоритм такой: мысленно «разрываем» все связи, приписываем общую электронную пару более электроотрицательному атому и считаем, какой формальный заряд получил каждый атом. Это и есть степень окисления (СО). Дальше действуем по правилам и считаем.

Основные правила

1. У простых веществ (H₂, O₂, Na, S₈ и т. п.) СО = 0.

2. Сумма СО всех атомов в молекуле = 0, а в ионе равна заряду иона.

3. Щелочные металлы (Li, Na, K…) почти всегда +1; щёлочнозёмельные (Mg, Ca, Ba…) почти всегда +2; Al обычно +3.

4. Фтор всегда −1. Другие галогены чаще −1, но в соединениях с кислородом или фтором могут быть положительными.

5. Кислород обычно −2; исключения: пероксиды (например, H₂O₂: O = −1), супероксиды (KO₂: O = −½), в OF₂ кислород +2.

6. Водород обычно +1, но в гидридах металлов (NaH, CaH₂) водород −1.

7. Углерод может иметь широкий диапазон (от −4 в CH₄ до +4 в CO₂); определяем по окружению (см. примеры).

Как считать на практике

1. Расставьте «типичные» степени окисления по правилам выше.

2. Неизвестным элементам задайте переменные.

3. Составьте уравнение «сумма СО = общий заряд» и решите его.

4. Сверьтесь со здравым смыслом: более электроотрицательные элементы обычно имеют отрицательные СО.

Быстрые примеры
• H₂SO₄: H = +1 (2 шт.), O = −2 (4 шт.). Пусть S = x. Сумма: 2·(+1) + x + 4·(−2) = 0 → x = +6.
• KMnO₄: K = +1, O = −2 (4 шт.). 1 + x − 8 = 0 → Mn = +7.
• NH₄⁺: H = +1 (4 шт.), пусть N = x. x + 4 = +1 → N = −3.
• Cr₂O₇²⁻: O = −2 (7 шт.), 2x − 14 = −2 → x = +6 (у Cr).
• H₂O₂ (пероксид): по определению O = −1; тогда H = +1.
• OF₂: F = −1 (2 шт.), x + (−2) = 0 → O = +2.
• NaBH₄: Na = +1, в тетраэдре BH₄⁻ водороды −1; сумма в BH₄⁻: B + 4·(−1) = −1 → B = +3.
• Fe₃O₄: O = −2 (4 шт., всего −8). На Fe приходится +8 суммарно → средняя СО Fe = +8/3. Это смесь Fe²⁺ и Fe³⁺ (1:2).
• NO₃⁻: O = −2 (3 шт., −6). x − 6 = −1 → N = +5.
• ClO₄⁻: O = −2 (4 шт., −8). x − 8 = −1 → Cl = +7.
• SO₃²⁻: O = −2 (3 шт., −6). x − 6 = −2 → S = +4.

Органика — удобное правило для углерода
Считайте по связям: каждая связь с более электроотрицательным (O, N, X) даёт +1 на C; каждая связь с менее электроотрицательным (H, металлы) даёт −1; C–C даёт 0.
• CH₄: четыре C–H → C = −4.
• CO₂: две C=O (каждая как две C–O) → +4.
• Уксусная кислота CH₃–COOH: карбонильный C имеет +3 (двойная к O = +2 и одинарная к O = +1), метильный C рядом с тремя H — −3.

Координационные соединения (комплексы)
СО центрального атома = заряд комплекса − сумма СО лигандов. Типичные СО лигандов: H₂O, NH₃, CO — 0; Cl⁻, CN⁻ — −1; NO может быть разным (NO⁺/NO⁻ — зависит от записи).
• K₂[PtCl₆]: комплекс [PtCl₆]²⁻; Cl = −1 (6 шт., −6). x − 6 = −2 → Pt = +4.
• K₄[Fe(CN)₆]: комплекс [Fe(CN)₆]⁴⁻; 6·(−1) = −6; x − 6 = −4 → Fe = +2.

Дробные степени окисления
Возникают при среднем по эквивалентным атомам (супероксид O₂⁻: −½ на кислород; Fe₃O₄: +8/3 на Fe). Это не «полузаряды» на конкретных атомах, а среднее по формуле.

Типичные ошибки
• Путать степень окисления с формальным зарядом на одной структуре — это разные модели.
• Назначать кислороду всегда −2 (помните про пероксиды, супероксиды и OF₂).
• Забывать учитывать заряд иона в сумме.

Если следовать этому шаблону — сначала общие правила, затем уравнение на сумму и проверка электроотрицательностями — СО в большинстве соединений определяется за пару строк.