Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, который он приобретает при переходе электронов от него или к нему. Условный, потому что никакого такого заряда у атома чаще всего и нет, это просто удобная расчётная модель. Зато без неё не собрать электронный баланс, а на нём держится уравнивание окислительно-восстановительных реакций — и школьные контрольные, и задание по ОВР в ЕГЭ.

Степень окисления может быть положительной или отрицательной и обозначается арабскими цифрами, запись «знак + цифра» идет над символом элемента справа: N⁻³, S⁺⁶, O⁻². Знак первым. У заряда иона порядок обратный, цифра вперёд: SO₄²⁻. Путать эти две записи в работе нельзя, эта ошибка заберет баллы в 29 или 30 задании ЕГЭ.

Тему дают ещё в химии 8 класса, там же рождается и ошибка номер один — путаница с валентностью. Валентность считает связи, которые образует атом, знака у неё нет , а обозначается она римскими цифрами, как номера групп в таблице Менделеева. А условный заряд знак имеет, и иногда он вообще нулевой.

Например, в молекуле H₂ валентность водорода равна I, а показатель степени окисления 0. В CH₄ углерод четырёхвалентен, значение −4. В HCOOH углерод по-прежнему четырёхвалентен, а условный заряд уже +2. Валентность та же, заряд другой.

Правила определения степени окисления

Всего можно выделить 8 правил, которые помогут легко определять степени окисления. Используй их как можно чаще, и не придется ничего зубрить!

Степень окисления в простых веществах всегда равна 0: O2, N2, Fe, S8. Без исключений.
Сумма всех значений в молекуле равна нулю, потому что молекула электронейтральна.
В ионе сумма равна заряду иона. Для SO₄²⁻ сумма будет равняться -2, а не 0.
Металлы главных подгрупп I и II групп держат постоянные +1 и +2 степени окисления: Na всегда +1, Ca всегда +2. Сюда же можем добавить братьев бериллия по амфотерным свойствам — алюминий и цинк, их степени окисления неизменно +3 и +2 соответственно.
Водород +1 почти во всех химических соединениях. Исключение: в гидридах металлов, то есть в NaH и CaH₂, он −1.
Кислород −2 почти везде. Исключения: пероксиды (−1), надпероксиды (−1/2) и OF₂ (+2).
Фтор −1 в любом соединении. Единственный элемент без исключений: он самый электроотрицательный из всех, и отдать электроны его никто не заставит.
Из двух связанных элементов отрицательное значение получает тот, что электроотрицательнее. Ряд для школьного уровня такой: F > O > Cl > N > Br > S ≈ C > H. Например, в CO2 углерод будет иметь положительную степень окисления, а кислород - отрицательную.

Практика с расчетом степеней окисления превратит все эти правила в автоматический механизм, которым будешь пользоваться постоянно.

Таблица постоянных степеней окисления

Элемент	Степень окисления	Исключения
Li, Na, K, Rb, Cs	+1	нет
Be, Mg, Ca, Sr, Ba	+2	нет
Al	+3	нет
Zn	+2	нет
H	+1	гидриды металлов: −1 (NaH, CaH₂)
O	−2	пероксиды: −1; надпероксиды: −1/2; OF₂: +2
F	−1	нет (кроме F₂, где 0)

Как рассчитать степень окисления — пошагово

Расставь известные значения по таблице постоянных.
Неизвестное обозначь за x.
Составь уравнение: сумма всех значений с учётом индексов равна нулю или заряду иона.
Реши его.
Проверка: если степень окисления не выше группы, в которой находится элемент, значит, ты рассчитал все верно.

H₂SO₄

Водород +1, кислород −2. Уравнение: 2·(+1) + x + 4·(−2) = 0, отсюда x = +6. Сера в серной кислоте +6.

KMnO₄

Калий +1, кислород −2, значит +1 + x + 4·(−2) = 0 и x = +7. Марганец в перманганате калия вышел на свой максимум — потому KMnO₄ является главным окислителем в окислительно-восстановительных реакциях.

K₂Cr₂O₇

Атомов хрома два, x придётся удвоить: 2·(+1) + 2x + 7·(−2) = 0, дальше 2x = +12 и x = +6. Типичная ошибка — проглядеть индекс 2 у хрома и получить бессмысленное +12.

NH₄NO₃

А вот вещество, на котором проверяют, понял ты тему или зазубрил. Атомы азота здесь неравноценны, поэтому просто сложить два атома и поставить в уравнении «2х» мы не можем. Соли аммония требует к себе более пристального внимания.

Нитрат аммония собран из двух ионов, NH₄⁺ и NO₃⁻, и каждый считается отдельно по правилу 3. В катионе аммония x + 4·(+1) = +1, откуда x = −3. В нитрат-ионе x + 3·(−2) = −1, значит x = +5. Два атома азота в одном веществе и два разных условных заряда — именно это тут и нужно запомнить.

Сложные случаи

При определении степени окисления в сложных соединениях важно учитывать не только общие правила, но и особенности строения вещества.

В органических веществах степень окисления углерода определяют для каждого атома C отдельно, поскольку атомы углерода могут находиться в разных условиях. За суммарный ноль будет брать каждый отдельный радикал. Например, в этаноле CH₃–CH₂OH первый атом углерода имеет степень окисления −3 (х+3=0), а второй — −1 (х+2-2+1=0). В уксусной кислоте CH₃COOH степени окисления атомов углерода равны соответственно −3 и +3.

Отдельного внимания требуют вещества, в которых один и тот же элемент находится сразу в нескольких степенях окисления. Например, в Fe₃O₄ железо представлено ионами Fe²⁺ и Fe³⁺. Этот пример нужно запомнить и воспринимать как два отдельных оксида.

Ещё один сложный случай — комплексные соединения, в которых степень окисления металла определяют с учётом заряда комплексного иона. Например, в K₄[Fe(CN)₆] четыре иона K⁺ имеют суммарный заряд +4, поэтому заряд комплексного иона равен −4.

Поскольку каждый CN⁻ имеет заряд −1, получаем: x+6(−1)=−4, следовательно, Fe имеет степень окисления +2. При расчётах всегда нужно учитывать заряд всей сложной частицы.

Степень окисления в ионах и солях

При определении степеней окисления в солях удобно сначала выделить ион металла и кислотный остаток. Степень окисления металла обычно известна из таблицы постоянных. Затем определяют степень окисления элемента в кислотном остатке, учитывая, что кислород обычно имеет степень окисления −2, а сумма степеней окисления атомов в многоатомном ионе должна соответствовать его заряду.

Например, для фосфат-иона PO₄³⁻: x+4(−2)=−3, поэтому P = +5. Для нитрат-иона NO₃⁻: x+3(−2)=−1, поэтому N = +5.

В готовой формуле соли можно проверить результат по общему условию электронейтральности.

Например, в Ca₃(PO₄)₂ кальций имеет степень окисления +2, фосфор +5, а кислород −2: 3⋅(+2)+2⋅(+5)+8⋅(−2)=0. В Al(NO₃)₃ алюминий имеет +3, азот +5, кислород −2: +3+3⋅(+5)+9⋅(−2)=0. Такой способ особенно удобен для солей со скобками: индекс после скобок показывает количество групп кислотного остатка, и его обязательно нужно учитывать при проверке.

Степень окисления углерода в органике

Определить степень окисления углерода — отдельная головная боль. В органике атомы углерода одной молекулы часто несут разные значения, и молекулярная формула тут бесполезна, нужна структурная.

Принцип такой: смотришь на каждую связь атома углерода. Связь с более электроотрицательным атомом (O, N, Cl) даёт +1, связь с водородом −1, связь C–C ничего не даёт, 0.

Возьмём цепочку окисления из школьной программы, всю на одном атоме углерода: CH₄ → CH₃OH → HCHO.

Метан CH₄: четыре связи C–H, итого 4·(−1) = −4, углеродный минимум.
Метанол CH₃OH: три связи с водородом (+1*3) и с OH группой (-1), в сумме -2.
Формальдегид HCHO: две связи с водородом (+1*2) и одна двойная связь с кислородом (-2), в сумме дают 0.

Возьмем более сложное соединение. Например, в пропанале CH₃–CH₂–CHO определять степень окисления нужно для каждого атома C отдельно. У первого углерода три связи с H (+1*2), а связь с соседним C не учитывается, поэтому его степень окисления равна −3. У второго углерода две связи с водородом, поэтому его степень окисления — −2. У альдегидного углерода одна связь с H, двойная связь с O, поэтому его степень окисления равна +1.

В бутаноне CH₃–CO–CH₂–CH₃ аналогично. Первый и четвёртый углероды, находящиеся в группах CH₃, имеют степень окисления −3. У соседнего с карбонильной группой углерода в CH₂ степень окисления равна −2. Карбонильный углерод имеет двойную связь с O, поэтому его степень окисления равна +2.

Разбор по конкретным веществам

Хлор,бром,иод

У Cl, Br и I степень окисления может изменяться от −1 в хлоридах, бромидах и иодидах (например, HCl, NaBr, KI) до +7 в кислородсодержащих соединениях, таких как HClO₄ и KClO₄. В простых веществах Cl₂, Br₂ и I₂ степень окисления равна 0, промежуточные положительные степени встречаются, например, в Cl₂O (+1), HClO₃ (+5), KClO₃ (+5), HClO (+1), HIO₃ (+5).

Азот

У азота диапазон степеней окисления очень широкий: от −3 в NH₃, NH₄⁺ и нитридах до +5 в HNO₃ и нитратах. В простом веществе N₂ степень окисления равна 0; промежуточные значения встречаются, например, в N₂O (+1), NO (+2), HNO₂ и NO₂⁻ (+3), NO₂ (+4). Благодаря такому широкому диапазону азот способен выступать и окислителем, и восстановителем, поэтому его соединения часто встречаются в заданиях на ОВР.

Фтор

В соединениях фтор −1 всегда, ни одного исключения. В простом веществе F₂ — ноль. Положительным он не бывает в принципе, запомни как аксиому и больше об этом не думай.

Фосфор

Всё зависит от партнёра: −3 в фосфидах и фосфине PH₃, 0 в простом веществе (белый P₄, красный фосфор), +3 в P₂O₃ и H₃PO₃, +5 в P₂O₅ и H₃PO₄. Чётные значения для фосфора нехарактерны.

Сера

Диапазон широкий: −2 в H₂S и сульфидах, 0 в S₈, +4 в SO₂ и сульфитах, +6 в SO₃, H₂SO₄ и сульфатах. Промежуточное +4 и особенно 0 позволяют сере быть и окислителем, и восстановителем — составители заданий на ОВР этим пользуются охотно.

Зачем это нужно: связь с ОВР

Окислительно-восстановительные реакции — те, в которых элементы меняют свои значения степеней окисления. Всё, что ты считал выше, нужно ради них.

Отдал электроны — показатель вырос, элемент окислился и стал восстановителем. Принял электроны — показатель упал, элемент восстановился и стал окислителем. Половина ошибок в тетрадях именно здесь: названия ролей путают местами.

Возьмём реакцию 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O. Марганец пошёл с +7 до +2, принял пять электронов — окислитель. Хлор поднялся с −1 до 0, отдал электрон — восстановитель. Число отданных и принятых электронов уравнивают методом электронного баланса, и коэффициенты 2 и 5 берутся оттуда, а не из подбора наугад.

Без уверенного счёта электронный баланс не собрать. Так что если алгоритм ещё не дошёл до автоматизма, прогони его на десятке формул из любого сборника. На третьем десятке начнёшь считать в уме, и задания на ОВР перестанут пугать. Отработать практику по заданиям ОВР можно на нашем сайте в тренажёре по хими lk.smitup.ru/trenazher/khimiya.

А углубить знания по химическим темам тебе поможет наш курс по химии! Переходи по ссылке и записывайся: /ege-chemistry.

С любовью, команда СМИТАП!

Автор статьи:

Лана Сильвер

Автор статей по химии в онлайн-школе СМИТАП. Простая подготовка к ЕГЭ: уравнения, ОВР, гидролиз, растворы — на понятных алгоритмах и реальных заданиях.

Курсы преподавателя

Страница автора