化合价和氧化数

化合价又叫原子价。原子价起源于倍比定律、定比定律，是为说明原子学说而提出的。在19世纪瑞典化学家阿仑尼乌斯(S.Arrhenius,1859—1927)提出电离理论以后，认为原子价有正负之分，构成化合物的各原子的原子价的代数和为零。按照现代观点，化合价分成电价和共价。
　　
　　元素在离子化合物里的化合价叫电价。电价数就是这种元素的一个原子得失电子的数目，失去电子为正价，得到电子为负价。
　　
　　元素在共价化合物里的化合价叫共价。共价数就是这种元素的一个原子跟其他元素原子形成共用电子对数目，所以共价键没有正负之分。共价键不容易从分子式推断，而要从结构分析。但有不少物质的结构尚未知道，这就难以确定共价数。因此化学上提出了氧化数的概念。现行中学化学教材里不出现氧化数概念，根据成键的两原子吸引电子对能力的差别，把元素在共价化合物里的化合价分成正、负价，实质上是元素的氧化数。
　　
　　(2)氧化数
　　
　　元素的氧化态又叫氧化数(或氧化值)，它是按一定规则给元素指定一个数字，它表征了元素在各物质中的表观电荷(又叫形式电荷)数。
　　
　　在离子型化合物中，元素原子的氧化数就等于原子的离子电荷数。例如在BaCl2里，钡的氧化数是+2，氯的氧化数是-1。
　　
　　在结构已知的共价化合物中，把属于两原子的共用电子对指定给两原子中电负性更大的一个原子以后，两原子“电荷数”就是它们的氧化数。例如在H2S中，氢的氧化数是+1，硫的氧化数是-2。
　　
　　在单质中，相同元素的电负性相同，没有发生电子的转移或偏移，元素的氧化数定为零。例如在H2、N2、Cl2和Zn、Fe等单质中，元素的氧化数为零。
　　
　　在过氧化物(H2O2、Na2O2)里，氧的氧化数是-1。
　　
　　在活泼金属的氢化物(NaH、CaH2)里，氢的氧化数是-1。
　　
　　在结构未知的化合物中，某元素的氧化数可以从该化合物中其他元素的氧化数算出，习惯的规定是：
　　
　　①在一个中性化合物中，所有元素原子的氧化数总和等于零。
　　
　　②在一个复杂离子中，所有元素原子的氧化数的代数和等于该离子的电荷数。例如在SO42-里，硫的氧化数是+6，氧的氧化数是-2，代数和是+6+(-2)×4＝－2。
　　
　　在Fe3O4中，氧的氧化数是-2，铁的氧化数是。由此可见，氧化数纯粹是为了说明氧化态而引入的人为规定的概念，它可以是正数、负数或分数。氧化数实质上是一种形式电荷数，表示元素原子平均的、表观的氧化状态。
　　
　　当一种元素的原子同时和电负性相差较大的两种元素的原子化合时，例如：
　　
　　在CH3Cl里，碳的氧化数是-2，在CHCl3里，碳的氧化数是+2。但是在上述两种化合物里，碳的化合价都是4价。
　　
　　严格地说，化合价只表示元素的原子结合成分子时，原子数目的比例关系；从分子结构来看，化合价就是离子键的电价数和共价键的共价数，因此化合价不可能有分数，共价也没有正负之分。两者相比，化合价更能反映分子内部的基本属性，而氧化数在书写化学式和化学方程式配平中更加实用。因此氧化数这一概念在1970年被国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)所通过，并为化学界普遍接受。目前中学教材中所提的化合价一般就指的是氧化数。