Wartościowość pierwiastków Do tej pory posługiwaliście się wzorami chemicznymi substancji podanymi w podręczniku lub podanymi przez nauczyciela. Jak poprawnie komponować wzory chemiczne? Wzory chemiczne substancji sporządzane są w oparciu o wiedzę o składzie jakościowym i ilościowym substancji. Istnieje ogromna liczba substancji; oczywiście nie da się zapamiętać wszystkich formuł. To nie jest konieczne! Warto znać pewien schemat, według którego atomy potrafią łączyć się ze sobą, tworząc nowe związki chemiczne. Ta umiejętność nazywa się wartościowość. Wartościowość– właściwość atomów pierwiastków do przyłączania określonej liczby atomów innych pierwiastków. Rozważmy modele cząsteczek niektórych substancji, np. wody, metanu i dwutlenku węgla. Można zauważyć, że w cząsteczce wody atom tlenu łączy dwa atomy wodoru. Dlatego jego wartościowość wynosi dwa. W cząsteczce metanu atom węgla przyłącza cztery atomy wodoru, jego wartościowość w tej substancji wynosi cztery. Wartościowość wodoru w obu przypadkach jest równa jeden. Węgiel wykazuje tę samą wartościowość w dwutlenku węgla, ale w przeciwieństwie do metanu, atom węgla przyłącza dwa atomy tlenu, ponieważ wartościowość tlenu wynosi dwa. Istnieją pierwiastki, których wartościowość nie zmienia się w związkach. Mówi się, że takie elementy mają stała wartościowość. Jeśli wartościowość elementu może być różna, są to elementy z wartościowość zmienna. Walencja niektórych pierwiastki chemiczne podano w tabeli 2. Wartościowość jest zwykle oznaczana cyframi rzymskimi. Tabela 2. Wartościowość niektórych pierwiastków chemicznych
| Symbol elementu | Wartościowość | Symbol elementu | Wartościowość |
| H, Li, Na, K, F, Ag | I | C, Si, Sn, Pb | II, IV |
| Być, Mg, Ca, Ba, Zn, O | II | N | I, II, III, IV |
| Alba | III | P, As, Sb | III, V |
| S | II, IV, VI | kl | I, II, III, IV, V, VII |
| Br, ja | I, III, V | Ti | II, III, IV |
Warto zauważyć, że najwyższa wartościowość pierwiastka liczbowo pokrywa się z liczbą porządkową grupy Układu Okresowego, w którym się on znajduje. Na przykład węgiel należy do grupy IV, jego najwyższa wartościowość to IV. Istnieją trzy wyjątki:
- azot– należy do grupy V, ale jej najwyższa wartościowość to IV;
- tlen– należy do grupy VI, ale najwyższą jej wartościowością jest II;
- fluor– należy do grupy VII, ale jego najwyższą wartościowością jest I.
Sporządzanie wzorów substancji z wykorzystaniem wartościowości
Aby skompilować formuły substancji za pomocą wartościowości, użyjemy pewnego algorytmu:Oznaczanie wartościowości na podstawie wzoru substancji
Aby określić wartościowość pierwiastków za pomocą wzoru substancji, konieczne jest odwrotna kolejność działania. Rozważmy to również za pomocą algorytmu:Studiując tę sekcję, rozważaliśmy złożone substancje, które zawierają tylko dwa rodzaje atomów pierwiastków chemicznych. Więcej formuł substancje złożone są kompilowane inaczej.
Związki binarne – związki zawierające dwa rodzaje atomów pierwiastków
Aby określić kolejność sekwencji związków atomów, stosuje się wzory strukturalne (graficzne) substancji. W takich wzorach wartościowość pierwiastków jest oznaczana kreskami wartościowości (kreski). Na przykład cząsteczkę wody można przedstawić jako
N─O─N
Wzór graficzny przedstawia jedynie kolejność łączenia atomów, ale nie strukturę cząsteczek. W kosmosie takie cząsteczki mogą wyglądać inaczej. Zatem cząsteczka wody ma kątowy wzór strukturalny:
- Wartościowość– zdolność atomów pierwiastków do przyłączania określonej liczby atomów innych pierwiastków chemicznych
- Istnieją pierwiastki o wartościowości stałej i zmiennej
- Najwyższa wartościowość pierwiastka chemicznego pokrywa się z numerem grupy w układzie okresowym pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejew. Wyjątki: azot, tlen, fluor
- Związki binarne– związki zawierające dwa rodzaje atomów pierwiastków chemicznych
- Wzory graficzne odzwierciedlają kolejność wiązań atomów w cząsteczce za pomocą kresek walencyjnych
- Wzór strukturalny odzwierciedla rzeczywisty kształt cząsteczki w przestrzeni
Istnieje kilka definicji pojęcia „wartościowości”. Najczęściej termin ten odnosi się do zdolności atomów jednego pierwiastka do przyłączania określonej liczby atomów innych pierwiastków. Często ci, którzy dopiero zaczynają studiować chemię, mają pytanie: Jak określić wartościowość pierwiastka? Jest to łatwe do wykonania, jeśli znasz kilka zasad.
Wartościowości stałe i zmienne
Rozważmy związki HF, H2S i CaH2. W każdym z tych przykładów jeden atom wodoru przyłącza się do siebie tylko jeden atom innego pierwiastka chemicznego, co oznacza, że jego wartościowość jest równa jeden. Wartość wartościowości jest zapisywana cyframi rzymskimi nad symbolem pierwiastka chemicznego.
W podanym przykładzie atom fluoru jest związany tylko z jednym jednowartościowym atomem H, co oznacza, że jego wartościowość również wynosi 1. Atom siarki w H2S przyłącza już do siebie dwa atomy H, więc jest w tym związku dwuwartościowy. Wapń w wodorku CaH2 jest również związany z dwoma atomami wodoru, co oznacza, że jego wartościowość wynosi dwa.
Tlen w zdecydowanej większości swoich związków jest dwuwartościowy, to znaczy tworzy dwa wiązania chemiczne z innymi atomami.
W pierwszym przypadku atom siarki przyłącza do siebie dwa atomy tlenu, to znaczy tworzy w sumie 4 wiązania chemiczne (jeden tlen tworzy dwa wiązania, co oznacza siarkę - dwa razy 2), czyli jego wartościowość wynosi 4.
W związku SO3 siarka przyłącza już trzy atomy O, dlatego jej wartościowość wynosi 6 (trzykrotnie tworzy po dwa wiązania z każdym atomem tlenu). Do atomu wapnia przyłącza się tylko jeden atom tlenu, tworząc z nim dwa wiązania, co oznacza, że jego wartościowość jest taka sama jak O, czyli równa 2.
Należy zauważyć, że atom H jest jednowartościowy w dowolnym związku. Wartościowość tlenu jest zawsze (z wyjątkiem jonu hydroniowego H3O(+)) równa 2. Wapń tworzy dwa wiązania chemiczne zarówno z wodorem, jak i tlenem. Są to pierwiastki o stałej wartościowości. Oprócz tych już wskazanych, następujące mają stałą wartościowość:
- Li, Na, K, F - jednowartościowe;
- Be, Mg, Ca, Zn, Cd - mają wartościowość II;
- B, Al i Ga są trójwartościowe.
Atom siarki, w przeciwieństwie do rozważanych przypadków, w połączeniu z wodorem ma wartościowość II, a z tlenem może być cztero- lub sześciowartościowy. Mówi się, że atomy takich pierwiastków mają zmienną wartościowość. Co więcej, jego maksymalna wartość w większości przypadków pokrywa się z numerem grupy, w której element się znajduje Układ okresowy(zasada 1).
Istnieje wiele wyjątków od tej reguły. Zatem pierwiastek 1 grupy miedzi wykazuje wartościowość zarówno I, jak i II. Przeciwnie, żelazo, kobalt, nikiel, azot, fluor mają maksymalną wartościowość mniejszą niż numer grupy. Zatem dla Fe, Co, Ni są to II i III, dla N - IV, a dla fluoru - I.
Minimalna wartość wartościowości zawsze odpowiada różnicy między liczbą 8 a numerem grupy (zasada 2).
Można jednoznacznie określić, jaka jest wartościowość pierwiastków, dla których jest zmienna, tylko na podstawie wzoru określonej substancji.
Oznaczanie wartościowości w związku binarnym
Zastanówmy się, jak określić wartościowość pierwiastka w związku binarnym (dwóch elementów). Istnieją dwie możliwości: w związku wartościowość atomów jednego pierwiastka jest dokładnie znana lub obie cząstki mają zmienną wartościowość.
Przypadek pierwszy:
Przypadek drugi:
Wyznaczanie wartościowości za pomocą trójelementowego wzoru na cząstki.
Nie wszystkie chemikalia składają się z cząsteczek dwuatomowych. Jak określić wartościowość pierwiastka w cząstce trzyelementowej? Rozważmy to pytanie na przykładzie wzorów dwóch związków K2Cr2O7.
Jeśli zamiast potasu we wzorze znajduje się żelazo lub inny pierwiastek o zmiennej wartościowości, będziemy musieli wiedzieć, jaka jest wartościowość reszty kwasowej. Na przykład musisz obliczyć wartościowość atomów wszystkich pierwiastków w połączeniu ze wzorem FeSO4.
Należy zauważyć, że termin „wartościowość” jest częściej używany w chemii organicznej. Przy sporządzaniu wzorów związków nieorganicznych często używa się pojęcia „stanu utlenienia”.
Wartościowość to zdolność atomów do przyłączania do siebie określonej liczby innych atomów.
Jeden atom innego pierwiastka jednowartościowego łączy się z jednym atomem pierwiastka jednowartościowego(HCl) . Atom pierwiastka dwuwartościowego łączy się z dwoma atomami pierwiastka jednowartościowego.(H2O) lub jeden atom dwuwartościowy(CaO) . Oznacza to, że wartościowość pierwiastka można przedstawić jako liczbę, która pokazuje, z iloma atomami pierwiastka jednowartościowego może się połączyć atom danego pierwiastka. Wartościowość pierwiastka to liczba wiązań, jakie tworzy atom:
Nie – jednowartościowe (jedno wiązanie)
H – jednowartościowe (jedno wiązanie)
O – dwuwartościowy (po dwa wiązania na każdy atom)
S – sześciowartościowy (tworzy sześć wiązań z sąsiadującymi atomami)
Zasady wyznaczania wartościowości
elementy w połączeniach
1. Walencja wodór pomylić z I(jednostka). Następnie, zgodnie ze wzorem wody H 2 O, dwa atomy wodoru są przyłączone do jednego atomu tlenu.
2. Tlen w swoich związkach zawsze wykazuje wartościowość II. Dlatego węgiel w związku CO2 (dwutlenek węgla) ma wartościowość IV.
3. Wyższa wartościowość równy numer grupy .
4. Najniższa wartościowość jest równa różnicy pomiędzy liczbą 8 (liczba grup w tabeli) a numerem grupy, w której znajduje się ten element, tj. 8 - N grupy .
5. W przypadku metali znajdujących się w podgrupach „A” wartościowość jest równa numerowi grupy.
6. Niemetale na ogół wykazują dwie wartościowości: wyższą i niższą.
Przykładowo: siarka ma najwyższą wartościowość VI, a najniższą (8 – 6) równą II; fosfor wykazuje wartościowość V i III.
7. Wartościowość może być stała lub zmienna.
Aby móc układać wzory chemiczne związków, należy znać wartościowość pierwiastków.
Algorytm tworzenia wzoru związku tlenku fosforu
|
Sekwencja działań |
Formułowanie tlenku fosforu |
|
1. Zapisz symbole elementów |
RO |
|
2. Wyznaczać wartościowość pierwiastków |
VII |
|
3. Znajdź najmniejszą wspólną wielokrotność wartości liczbowych wartościowości |
5 2 = 10 |
|
4. Znajdź zależności między atomami pierwiastków, dzieląc znalezioną najmniejszą wielokrotność przez odpowiednie wartościowości pierwiastków |
10: 5 = 2, 10: 2 = 5; P:O=2:5 |
|
5. Zapisz indeksy symboli elementów |
R2O5 |
|
6. Wzór związku (tlenku) |
R2O5 |
Pamiętać!
Funkcje kompilacji wzory chemiczne znajomości.
1) Najniższą wartościowość wskazuje element znajdujący się po prawej stronie i powyżej tabeli D.I. Mendelejewa, a najwyższą – element znajdujący się po lewej stronie i poniżej.
Na przykład w połączeniu z tlenem siarka ma najwyższą wartościowość VI, a tlen najniższą II. Zatem wzór na tlenek siarki będzie następujący TAK 3.
W związku krzemu z węglem pierwszy wykazuje najwyższą wartościowość IV, a drugi najniższą IV. Zatem formuła
– SiC. Jest to węglik krzemu, podstawa materiałów ogniotrwałych i ściernych.
2) Atom metalu jest pierwszy we wzorze.
2) We wzorach związków atom niemetalu o najniższej wartościowości zawsze znajduje się na drugim miejscu, a nazwa takiego związku kończy się na „id”.
Na przykład,Sao – tlenek wapnia, NaCl – chlorek sodu, PbS – siarczek ołowiu.
Teraz możesz pisać wzory na dowolne związki metali i niemetali.
Pojęcie wartościowość pochodzi od łacińskiego słowa „valentia” i było znane już w połowie XIX wieku. Pierwsza „obszerna” wzmianka o wartościowości pojawiła się w pracach J. Daltona, który argumentował, że wszystkie substancje składają się z atomów połączonych ze sobą w określonych proporcjach. Następnie Frankland wprowadził samo pojęcie wartościowości, które znalazło dalszy rozwój w pracach Kekule, który mówił o związku pomiędzy wartościowością a wiązanie chemiczne, JESTEM. Butlerov, który w swojej teorii budowy związków organicznych powiązał wartościowość z reaktywnością konkretnego związku chemicznego, a D.I.
Mendelejew (w układzie okresowym pierwiastków chemicznych najwyższą wartościowość pierwiastka określa numer grupy).
Wartościowość DEFINICJA – to jest ilość wiązania kowalencyjne
Wartościowość pierwiastka zależy od liczby niesparowanych elektronów w atomie, ponieważ biorą one udział w tworzeniu wiązań chemicznych między atomami w cząsteczkach związków.
Stan podstawowy atomu (stan o minimalnej energii) charakteryzuje się konfiguracją elektronową atomu, która odpowiada położeniu pierwiastka w układzie okresowym. Stan wzbudzony to nowy stan energetyczny atomu, z nowym rozkładem elektronów na poziomie walencyjnym.
Konfiguracje elektronowe elektronów w atomie można przedstawić nie tylko w formie wzorów elektronicznych, ale także za pomocą elektronowych wzorów graficznych (energia, komórki kwantowe). Każda komórka oznacza orbital, strzałka wskazuje elektron, kierunek strzałki (w górę lub w dół) wskazuje spin elektronu, wolna komórka reprezentuje wolny orbital, który może zająć elektron pod wpływem wzbudzenia. Jeśli w komórce znajdują się 2 elektrony, takie elektrony nazywamy sparowanymi, jeśli jest 1 elektron, nazywamy je niesparowanymi. Na przykład:
6 do 1s 2 2s 2 2p 2
Orbitale są wypełniane w następujący sposób: najpierw jeden elektron o tych samych spinach, a następnie drugi elektron o przeciwnych spinach. Ponieważ podpoziom 2p ma trzy orbitale o tej samej energii, każdy z dwóch elektronów zajmował jeden orbital. Jeden orbital pozostał wolny.
Wyznaczanie wartościowości pierwiastka za pomocą elektronicznych wzorów graficznych
Wartościowość pierwiastka można wyznaczyć za pomocą elektronowych wzorów graficznych konfiguracje elektroniczne elektrony w atomie. Rozważmy dwa atomy - azot i fosfor.
7 N 1s 2 2s 2 2p 3
Ponieważ Wartościowość pierwiastka zależy od liczby niesparowanych elektronów, dlatego wartościowość azotu wynosi III. Ponieważ atom azotu nie ma pustych orbitali, stan wzbudzony nie jest możliwy dla tego pierwiastka. Jednakże III nie jest maksymalną wartościowością azotu, maksymalna wartościowość azotu wynosi V i jest określona przez numer grupy. Dlatego należy pamiętać, że za pomocą elektronicznych wzorów graficznych nie zawsze możliwe jest określenie najwyższej wartościowości, a także wszystkich wartościowości charakterystycznych dla tego pierwiastka.
15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
W stanie podstawowym atom fosforu ma 3 niesparowane elektrony, dlatego wartościowość fosforu wynosi III. Jednakże w atomie fosforu występują wolne orbitale d, dlatego elektrony znajdujące się na podpoziomie 2s mogą łączyć się w pary i zajmować wolne orbitale podpoziomu d, tj. wejść w stan podekscytowania.
Teraz atom fosforu ma 5 niesparowanych elektronów, dlatego fosfor ma również wartościowość V.
Elementy posiadające wiele wartości wartościowości
Elementy grup IVA – VIIA mogą mieć kilka wartościowości i z reguły wartościowość zmienia się w krokach co 2 jednostki. Zjawisko to wynika z faktu, że elektrony uczestniczą parami w tworzeniu wiązania chemicznego.
W przeciwieństwie do elementów głównych podgrup, elementy podgrup B w większości związków nie wykazują wyższej wartościowości równej numerowi grupy, na przykład miedzi i złota. Ogólnie, elementy przejściowe wykazać się dużą różnorodnością właściwości chemiczne, co można wytłumaczyć dużym zestawem wartościowości.
Rozważmy elektroniczne wzory graficzne pierwiastków i ustalmy, dlaczego pierwiastki mają różną wartościowość (ryc. 1).
Zadania: wyznaczyć możliwości wartościowości atomów As i Cl w stanie podstawowym i wzbudzonym.
Wartościowość to zdolność atomów niektórych pierwiastków chemicznych do przyłączania do siebie dokładnej liczby atomów innych pierwiastków lub grup atomowych. Dzięki tej koncepcji możemy dowiedzieć się, ile atomów każdego pierwiastka znajduje się w cząsteczce, a także ją złożyć formuła graficzna. Dlatego dla pomyślnego pisania wzorów, równań reakcji, a także dla prawidłowego rozwiązywania problemów, ważne jest, aby dobrze wiedzieć, jak określić wartościowość pierwiastka.
Pierwiastki chemiczne mogą mieć stałą lub zmienną wartościowość. Konieczne jest zapamiętanie wszystkich elementów o stałej wartościowości. Oto ich lista:
- Wodór, halogeny i metale alkaliczne są zawsze jednowartościowe.
- Tlen i metale ziem alkalicznych zawsze wykazują wartościowość dwa.
- B i Al są zawsze trójwartościowe.
Jak określić wartościowość za pomocą układu okresowego
Jeśli z jakiegoś powodu, na przykład podekscytowany egzaminem, zapomniałeś o tej liście, możesz określić wartościowość za pomocą układu okresowego. W tym celu musimy dowiedzieć się w jakiej grupie znajduje się interesujący nas pierwiastek chemiczny, czyli tzw. znajdź numer grupy, a także określ, czy znajduje się ona w grupie głównej czy dodatkowej. Najwyższa wartościowość jest zawsze równa numerowi grupy.
Aby określić najniższą zmienną wartościowość, jaką najczęściej mają niemetale, należy odjąć numer grupy od 8. Otrzymany wynik będzie pożądaną wartością.
Aby wyjaśnić, jak określić wartościowość za pomocą układu okresowego, oto kilka przykładów:
- Wszystkie metale alkaliczne zaliczane są do głównej podgrupy pierwszej grupy i mają stałą wartościowość – I.
- Do metali ziem alkalicznych ( główna podgrupa drugiej grupy), wartościowość będzie odpowiednio równa II.
- Większość niemetali ma zmienną wartościowość. Najwyższy stopień ich wartościowość jest równa numerowi grupy i określana jest najniższa, jak już napisano powyżej. Weźmy na przykład siarkę. Ponieważ pierwiastek ten należy do grupy 6 – jego najwyższa wartościowość to VI, a najniższa II (8 – 6 = 2).
- W przeciwieństwie do wszystkich innych niemetali, halogeny zawarte w głównej podgrupie ósmej grupy mają stałą wartościowość równą I.
- W przypadku innych pierwiastków wchodzących w skład grup bocznych należy pamiętać o wartościowości. Najczęściej pierwiastki te są reprezentowane przez metale o wartościowości od I do III.