Задание 3: Электроотрицательность, степень окисления и валентность химических элементов

Задание 3 относится к части 1 экзамена, оценивается в 1 балл, ответ — краткий, обычно это последовательность из двух цифр (номеров элементов из предложенного ряда). Типичная формулировка: «Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в анионах с общей формулой... могут иметь одинаковую степень окисления. Запишите номера выбранных элементов». В ряду обычно даны 5 элементов, часть из которых — заведомо «не подходящие» (для отвлечения внимания). Порядок цифр в ответе, как правило, не важен — засчитываются оба варианта записи (например, 14 и 41).

• Электроотрицательность — способность атома в соединении притягивать к себе электроны; в периоде растёт слева направо, в группе — снизу вверх.
• Степень окисления (СО) — условный заряд атома, если считать все связи ионными. Для нейтральной частицы сумма СО всех атомов равна нулю: $\sum_i n_i \cdot CO_i = 0$. Для иона сумма СО равна заряду иона: $\sum_i n_i \cdot CO_i = z$.
• Валентность — число химических связей, которые образует атом; она не имеет знака и не всегда численно совпадает с СО (например, в $NH_3$ валентность азота 3, а СО равна $-3$; в $N_2$ валентность 3, СО равна 0).
• Типичные постоянные СО: кислород $-2$ (кроме пероксидов $-1$ и $OF_2$, где $+2$); водород $+1$ (кроме гидридов активных металлов, где $-1$); фтор всегда $-1$.
• Высшая степень окисления элемента главной подгруппы численно равна номеру группы $N$: $CO_{max} = N$.
• Низшая степень окисления неметалла равна $CO_{min} = N - 8$.
• Разница между высшей и низшей СО у типичных неметаллов постоянна: $CO_{max} - CO_{min} = N - (N-8) = 8$.
• Для аниона общего вида $ЭO_x^{z-}$ степень окисления центрального атома находится из уравнения $CO(Э) + x\cdot(-2) = -z$, откуда $CO(Э) = 2x - z$.
• Элементы одной главной подгруппы (например, S и Se, Cl и Br) часто способны образовывать анионы одинакового строения с одинаковой высшей СО, но у d-элементов (Cr, Mn) высшие СО могут совпадать с СО элементов главных подгрупп, хотя номер группы формально другой (историческая нумерация VI и VII группы для Cr и Mn).

1. Определить тип частицы: нейтральная молекула (сумма СО = 0) или ион (сумма СО = заряд иона).
2. Выписать известные постоянные СО атомов, входящих в формулу (кислород, водород, металлы первой-второй группы).
3. Составить уравнение баланса зарядов и найти неизвестную СО центрального атома.
4. Если в задании дана общая формула иона $ЭO_x^{z-}$, применить формулу $CO(Э)=2x-z$ для каждого предполагаемого элемента ряда.
5. Для каждого элемента ряда определить его номер группы и проверить, попадает ли вычисленная СО в допустимый для него диапазон (от низшей до высшей).
6. Сравнить полученные значения СО у всех элементов ряда, найти пару с одинаковым значением.
7. Записать номера этих двух элементов в ответ (порядок обычно не важен, но при сомнении — по возрастанию номера).