Валентность и исключения, важные для ЕГЭ
Где валентность и степень окисления расходятся — и почему азот не бывает пятивалентным.
7. Валентность и исключения (важно для ЕГЭ)
В большинстве случаев численное значение валентности совпадает с модулем степени окисления. Однако есть важные исключения-ловушки, которые очень любят давать на экзамене.
3 главных исключения: Азот, Кислород, Фтор
- Азот (N): Имеет высшую степень окисления +5 (напр., в HNO3), но его валентность НИКОГДА не бывает V (максимум IV, так как у него нет d-орбиталей для распаривания электронов). В азотной кислоте азот 4-валентен!
- Кислород (O): Фосфор или сера могут распарить электроны и иметь валентности V или VI, а кислород — нет. Максимальная степень окисления кислорода +2 (в OF2), а валентность почти всегда II (очень редко III в угарном газе CO и гидроксонии H3O+).
- Фтор (F): Высшая степень окисления -1 (положительной не бывает вообще). Валентность всегда строго I. Он не может иметь валентность VII, как другие галогены (например, хлор в HClO4 имеет валентность VII).
Таблица популярных несовпадений валентности и СО
| Вещество / Частица | Степень окисления | Валентность | В чем подвох? |
|---|---|---|---|
| N2 (Простое вещество) | N = 0 | III | Молекула с тройной связью (N≡N) |
| CO (Угарный газ) | C =
+2 O = -2 |
III | 3 связи: две обычные, одна донорно-акцепторная |
| HNO3 и N2O5 | N = +5 | IV | Азот не может иметь валентность V |
| NH4+ (Ион аммония) | N = -3 | IV | 4 ковалентные связи (одна донорно-акцепторная) |
| H2O2 (Пероксиды) | O = -1 | II | Кислород все еще образует две связи (H—O—O—H) |
| H3O+ (Ион гидроксония) | O = -2 | III | Протон водорода "цепляется" к молекуле воды |
| Органика (напр. C2H6) | C = -3 | IV | В органике валентность углерода всегда IV |
Вопрос 1: Органика: Этан
ПроверкаОпределите валентность и степень окисления атомов углерода в молекуле этана ($C_2H_6$).
Ответ: Валентность IV, степень окисления -3.
Пояснение: Каждый атом углерода образует 4 связи (три с атомами водорода и одну связь С-С). Связь С-С неполярна, поэтому электроны смещаются к углероду только от трех водородов, давая заряд -3.
Вопрос 2: Аномалия азота
ПроверкаНазовите вещество, в котором валентность азота равна IV, а степень окисления +5.
Ответ: Азотная кислота ($HNO_3$) или оксид азота(V) ($N_2O_5$).
Пояснение: У азота нет d-орбиталей, поэтому максимум он может образовать 4 связи (из них одну — по донорно-акцепторному механизму). Однако все 5 валентных электронов оттягиваются более электроотрицательным кислородом, что дает заряд +5.
Пройди тест по теме
Проверь свои знания по степени окисления и валентности. Задания формата ЕГЭ.