›

Które pierwiastki mają stałą wartościowość. Wartościowość

WARTOŚCIOWOŚĆ(łac. valentia - siła) zdolność atomu do przyłączania lub zastępowania określonej liczby innych atomów lub grup atomów.

Przez wiele dziesięcioleci pojęcie wartościowości było jednym z podstawowych, fundamentalnych pojęć w chemii. Wszyscy studenci chemii muszą zetknąć się z tym pojęciem. Na początku wydawało im się to dość proste i jednoznaczne: wodór jest jednowartościowy, tlen jest dwuwartościowy itp. Jeden z podręczników dla wnioskodawców mówi tak: „Walencja to ilość wiązania chemiczne utworzony przez atom w związku.” Ale jaka zatem, zgodnie z tą definicją, jest wartościowość węgla w węgliku żelaza Fe 3 C, w karbonylu żelaza Fe 2 (CO) 9, w dawno znanych solach K 3 Fe(CN) 6 i K 4 Fe( CN) 6? Nawet w chlorku sodu każdy atom w krysztale NaCl jest związany z sześcioma innymi atomami! Dlatego wiele definicji, nawet tych drukowanych w podręcznikach, należy stosować bardzo ostrożnie.

W współczesne publikacje Można spotkać różne, często niespójne, definicje. Na przykład tak: „Walencja to zdolność atomów do tworzenia określonej liczby wiązania kowalencyjne" Definicja ta jest jasna i jednoznaczna, ma jednak zastosowanie wyłącznie do związków posiadających wiązania kowalencyjne. Wartościowość atomu zależy od całkowitej liczby elektronów biorących udział w tworzeniu wiązania chemicznego; oraz liczba par elektronów, którymi dany atom jest połączony z innymi atomami; oraz liczba jego niesparowanych elektronów uczestniczących w tworzeniu wspólnych par elektronów. Trudności nastręcza także inna, często spotykana definicja wartościowości, jako liczby wiązań chemicznych, którymi dany atom jest połączony z innymi atomami, gdyż nie zawsze da się jednoznacznie określić, czym jest wiązanie chemiczne. Przecież nie wszystkie związki mają wiązania chemiczne utworzone przez pary elektronów. Najprostszym przykładem są kryształy jonowe, takie jak chlorek sodu; w nim każdy atom sodu tworzy wiązanie (jonowe) z sześcioma atomami chloru i odwrotnie. Czy wiązania wodorowe należy uważać za wiązania chemiczne (na przykład w cząsteczkach wody)?

Powstaje pytanie, jaka może być wartościowość atomu azotu zgodnie z jego różnymi definicjami. Jeżeli wartościowość jest określona przez całkowitą liczbę elektronów biorących udział w tworzeniu wiązań chemicznych z innymi atomami, wówczas maksymalną wartościowość atomu azotu należy uznać za równą pięciu, ponieważ atom azotu może wykorzystać wszystkie pięć swoich zewnętrznych elektronów - dwa s-elektrony i trzy p-elektrony - podczas tworzenia wiązań chemicznych. Jeśli wartościowość jest określona przez liczbę par elektronów, którymi dany atom jest połączony z innymi, to w tym przypadku maksymalna wartościowość atomu azotu wynosi cztery. W tym przypadku trzy p-elektrony tworzą trzy wiązania kowalencyjne z innymi atomami, a kolejne wiązanie powstaje z powodu dwóch 2s-elektronów azotu. Przykładem jest reakcja amoniaku z kwasami, w wyniku której powstaje kation amonowy. Wreszcie, jeśli wartościowość jest określona tylko przez liczbę niesparowanych elektronów w atomie, wówczas wartościowość azotu nie może być większa niż trzy, ponieważ atom N nie może mieć więcej. niż trzy niesparowane elektrony (wzbudzenie elektronu 2s może nastąpić dopiero na poziomie z n = 3, co jest energetycznie skrajnie niekorzystne). Zatem w halogenkach azot tworzy tylko trzy wiązania kowalencyjne i nie ma takich związków jak NF 5, NCl 5 czy NBr 5 (w przeciwieństwie do całkowicie stabilnych PF 3, PCl 3 i PBr 3). Ale jeśli atom azotu przeniesie jeden ze swoich elektronów 2s na inny atom, wówczas powstały kation N+ będzie miał cztery niesparowane elektrony, a wartościowość tego kationu będzie wynosić cztery. Dzieje się tak na przykład w cząsteczce kwas azotowy. Do tego prowadzą różne definicje wartościowości różne wyniki nawet w przypadku prostych cząsteczek.

Która z tych definicji jest „poprawna” i czy w ogóle możliwe jest podanie jednoznacznej definicji wartościowości? Aby odpowiedzieć na te pytania, warto wybrać się w podróż w przeszłość i zastanowić się, jak pojęcie „wartościowości” zmieniło się wraz z rozwojem chemii.

Idea wartościowości pierwiastków (która jednak nie zyskała wówczas uznania) została po raz pierwszy wyrażona w połowie XIX wieku. Angielski chemik E. Frankland: mówił o pewnej „pojemności nasycenia” metali i tlenu. Następnie wartościowość zaczęto rozumieć jako zdolność atomu do przyłączania lub zastępowania określonej liczby innych atomów (lub grup atomów) w celu utworzenia wiązania chemicznego. Jeden z twórców teorii struktura chemiczna Friedrich August Kekule napisał: „Walencja jest podstawową właściwością atomu, właściwością tak stałą i niezmienną jak sama masa atomowa”. Kekule uważał wartościowość pierwiastka za wartość stałą. Pod koniec lat pięćdziesiątych XIX wieku większość chemików uważała, że ​​wartościowość (wówczas nazywana „atomowością”) węgla wynosi 4, wartościowość tlenu i siarki wynosi 2, a halogenów 1. W 1868 roku niemiecki chemik K. G. Wichelhaus zaproponował zastosowanie termin „atomowość” zamiast „wartościowość” (po łacinie valentia – siła). Jednak przez długi czas prawie nie stosowano go, przynajmniej w Rosji (zamiast tego mówiono np. o „jednostkach powinowactwa”, „liczbie ekwiwalentów”, „liczbie udziałów” itp.). Znamienne jest, że w Słownik encyklopedyczny Brockhausa i Efrona(prawie wszystkie artykuły na temat chemii w tej encyklopedii zostały zrecenzowane, zredagowane i często napisane przez D.I. Mendelejewa) w ogóle nie ma artykułu na temat „wartościowości”. Nie ma go także w klasycznym dziele Mendelejewa. Podstawy chemii(tylko sporadycznie wspomina pojęcie „atomowości”, nie zagłębiając się w niego szczegółowo i nie podając jego jednoznacznej definicji).

Aby jasno ukazać trudności, jakie towarzyszyły pojęciu „walencji” od samego początku, wypada przytoczyć to, co było popularne na początku XX wieku. w wielu krajach, ze względu na wielki talent pedagogiczny autora, podręcznik amerykańskiego chemika Aleksandra Smitha, opublikowany przez niego w 1917 r. (w tłumaczeniu na język rosyjski - w 1911, 1916 i 1931 r.): „Żadne pojęcie w chemii nie otrzymało tak wielu niejasne i nieprecyzyjne definicje pojęcia wartościowości” I dalej w tym dziale Niektóre dziwactwa w poglądach na wartościowość autor pisze:

„Kiedy po raz pierwszy skonstruowano koncepcję wartościowości, sądzono – całkowicie błędnie – że każdy pierwiastek ma jedną wartościowość. Dlatego też rozważając pary związków takie jak CuCl i CuCl 2, czyli... FeCl 2 i FeCl 3, wychodziliśmy z założenia, że ​​miedź Zawsze jest dwuwartościowy, a żelazo trójwartościowe i na tej podstawie zniekształcili wzory, aby dopasować je do tego założenia. Zatem wzór monochlorku miedzi zapisano (i często zapisuje się do dziś) w następujący sposób: Cu 2 Cl 2. W tym przypadku wzory dwóch związków chlorku miedzi w reprezentacja graficzna uzyskaj postać: Cl – Cu – Cu – Cl i Cl – Cu – Cl. W obu przypadkach każdy atom miedzi zawiera (na papierze) dwie jednostki i dlatego jest dwuwartościowy (na papierze). Podobnie... podwojenie wzoru FeCl2 dało Cl2>Fe–Fe2, co pozwoliło nam uznać... żelazo za trójwartościowe. A potem Smith zawsze wyciąga bardzo ważny i trafny wniosek: „To dość obrzydliwe metoda naukowa- wymyślać lub zniekształcać fakty w celu podparcia przekonania, które nie jest oparte na doświadczeniu, ale jest wynikiem zwykłych przypuszczeń. Historia nauki pokazuje jednak, że tego typu błędy często się zdarzają.”

Przeglądu idei z początku stulecia na temat wartościowości dokonał w 1912 roku rosyjski chemik L.A. Chugaev, który zyskał światowe uznanie za swoją pracę w chemii złożone związki. Chugaev wyraźnie pokazał trudności związane z definicją i zastosowaniem pojęcia wartościowości:

„Walencja jest terminem używanym w chemii w tym samym znaczeniu, co „atomowość” i oznacza maksymalną liczbę atomów wodoru (lub innych atomów jednoatomowych lub rodników jednoatomowych), z którymi atom danego pierwiastka może być w bezpośrednim związku (lub z którymi jest w stanie zastąpić). Słowo wartościowość jest również często używane w znaczeniu jednostki wartościowości lub jednostki powinowactwa. Dlatego mówią, że tlen ma dwa, azot trzy itd. Słowa wartościowość i „atomowość” były wcześniej używane bez żadnego rozróżnienia, ale ponieważ same wyrażane przez nie pojęcia utraciły swoją pierwotną prostotę i stały się bardziej skomplikowane, w wielu przypadkach w użyciu pozostało jedynie słowo wartościowość... Komplikacja koncepcja wartościowości zaczęła się od uznania, że ​​wartościowość jest wielkością zmienną... i w sensie materii jest zawsze wyrażana jako liczba całkowita.

Chemicy wiedzieli, że wiele metali ma zmienną wartościowość i powinni byli porozmawiać na przykład o chromie dwuwartościowym, trójwartościowym i sześciowartościowym. Czugajew stwierdził, że nawet w przypadku węgla należy uwzględnić możliwość, że jego wartościowość może być różna od 4, a CO nie jest jedynym wyjątkiem: „Węgiel dwuwartościowy najprawdopodobniej jest zawarty w karbilaminach CH 3 -N=C, w kwasie piorunianowym i jego solach C=NOH, C=NOMe itd. Wiemy, że węgiel trójatomowy również istnieje...” Omawiając teorię niemieckiego chemika I. Thiele o „częściowych” lub częściowych wartościowościach, Chugaev mówił o nim jako „jedna z pierwszych prób rozszerzenia klasycznego pojęcia wartościowości na przypadki, do których jako taka nie ma zastosowania. Jeśli Thiele doszedł do potrzeby... dopuszczenia „fragmentacji” jednostek wartościowości, to istnieje cały szereg faktów, które zmuszają nas, w innym sensie, do wyprowadzenia pojęcia wartościowości z wąskich ram, w jakich pierwotnie był zawarty. Widzieliśmy, że badanie najprostszych (przeważnie binarnych...) związków utworzonych przez pierwiastki chemiczne dla każdego z tych ostatnich zmusza nas do przyjęcia pewnych, zawsze małych i oczywiście pełnych wartości ich wartościowości. Takich wartości, ogólnie rzecz biorąc, jest bardzo niewiele (pierwiastki wykazujące więcej niż trzy różne wartościowości są rzadkie)... Doświadczenie pokazuje jednak, że gdy wszystkie wyżej wymienione jednostki wartościowości uznać za nasycone, zdolność powstałych cząsteczek do dalszego dodatek nie osiągnął jeszcze limitu. Zatem sole metali dodają wodę, amoniak, aminy..., tworząc różne hydraty, amoniak... itd. złożone związki, które... obecnie klasyfikujemy jako złożone. Istnienie takich związków, które nie mieszczą się w ramach najprostszej idei walencji, w naturalny sposób wymagało jej rozwinięcia i wprowadzenia dodatkowych hipotez. Jedna z takich hipotez, zaproponowana przez A. Wernera, głosi, że obok głównych, czyli podstawowych, jednostek wartościowości istnieją także inne, drugorzędne. Te ostatnie są zwykle oznaczone linią przerywaną.

Rzeczywiście, jaką wartościowość należy na przykład przypisać atomowi kobaltu w jego chlorku, który dodał sześć cząsteczek amoniaku, tworząc związek CoCl 3 6NH 3 (lub, co to samo, Co(NH 3) 6 Cl 3) ? W nim atom kobaltu łączy się jednocześnie z dziewięcioma atomami chloru i azotu! D.I. Mendelejew napisał przy tej okazji o mało zbadanych „siłach szczątkowego powinowactwa”. Natomiast szwajcarski chemik A. Werner, twórca teorii związków złożonych, wprowadził pojęcia wartościowości głównej (pierwotnej) i wartościowości wtórnej (wtórnej) (w współczesna chemia Pojęcia te odpowiadają stopniowi utlenienia i liczbie koordynacyjnej). Obie wartościowości mogą być zmienne, a w niektórych przypadkach ich rozróżnienie jest bardzo trudne lub wręcz niemożliwe.

Następnie Chugaev dotyka teorii elektrowalencji R. Abegga, która może być dodatnia (w związkach z wyższą zawartością tlenu) lub ujemna (w związkach z wodorem). Co więcej, suma najwyższych wartościowości pierwiastków dla tlenu i wodoru dla grup IV do VII wynosi 8. Prezentacja w wielu podręcznikach chemii nadal opiera się na tej teorii. Podsumowując, Chugaev wspomina o związkach chemicznych, dla których koncepcja wartościowości jest praktycznie niemożliwa do zastosowania - związkach międzymetalicznych, których skład „często wyraża się za pomocą bardzo osobliwych wzorów, bardzo mało przypominających zwykłe wartości wartościowości. Są to np. związki: NaCd 5, NaZn 12, FeZn 7, itp.”

Inny znany rosyjski chemik I.A. Kablukov wskazał w swoim podręczniku na pewne trudności w określeniu wartościowości Podstawowe początki chemia nieorganiczna , wydanej w 1929 r. Jeśli chodzi o numer koordynacyjny, przytoczmy (w tłumaczeniu rosyjskim) podręcznik wydany w Berlinie w 1933 r. przez jednego z twórców współczesna teoria rozwiązania duńskiego chemika Nielsa Bjerruma:

„Zwykłe liczby walencyjne nie dają pojęcia o charakterystycznych właściwościach wielu atomów w licznych złożonych związkach. Aby wyjaśnić zdolność atomów lub jonów do tworzenia związków złożonych, wprowadzono nową specjalną serię liczb dla atomów i jonów, różniącą się od zwykłych liczb walencyjnych. W złożonych jonach srebra... bezpośrednio z atom centralny w większości łączone metalem dwa atom lub dwie grupy atomów, np. Ag(NH 3) 2 +, Ag(CN) 2 –, Ag(S 2 O 3) 2 –... Aby opisać to wiązanie, stosuje się pojęcie numer koordynacyjny i przypisz liczbę koordynacyjną 2 do jonów Ag +. Jak widać z podanych przykładów, grupy są z nimi powiązane atom centralny, mogą być obojętnymi cząsteczkami (NH 3) i jonami (CN –, S 2 O 3 –). Dwuwartościowy jon miedzi Cu ++ i trójwartościowy jon złota Au +++ mają w większości przypadków liczbę koordynacyjną 4. Liczba koordynacyjna atomu oczywiście nie wskazuje jeszcze, jaki rodzaj wiązania istnieje między atomem centralnym a inne atomy lub grupy atomów z nim związane; okazało się jednak, że jest to doskonałe narzędzie do systematyki związków złożonych.”

Bardzo ilustrujące przykłady A. Smith w swoim podręczniku podaje „szczególne właściwości” związków złożonych:

„Rozważmy następujące „molekularne” związki platyny: PtCl 4 2NH 3, PtCl 4 4NH 3, PtCl 4 6NH 3 i PtCl 4 2KCl. Bliższe badanie tych związków ujawnia szereg niezwykłych właściwości. Pierwszy związek w roztworze praktycznie nie rozkłada się na jony; przewodność elektryczna jego roztworów jest wyjątkowo niska; azotan srebra nie wytrąca się wraz z nim osadu AgCl. Werner przyjął, że atomy chloru są związane z atomem platyny zwykłymi wartościowościami; Werner nazwał je głównymi, a cząsteczki amoniaku są połączone z atomem platyny dodatkowymi, wtórnymi wartościowościami. Związek ten według Wernera ma następującą strukturę:

Duże nawiasy wskazują integralność grupy atomów, kompleksu, który nie rozpada się po rozpuszczeniu związku.

Drugi związek ma inne właściwości niż pierwszy; jest to elektrolit, przewodność elektryczna jego roztworów jest tego samego rzędu, co przewodność elektryczna roztworów soli rozkładających się na trzy jony (K 2 SO 4, BaCl 2, MgCl 2); azotan srebra wytrąca dwa z czterech atomów. Według Wernera jest to związek o strukturze: 2– + 2Cl–. Tutaj mamy jon złożony; atomy chloru w nim nie są wytrącane przez azotan srebra, a kompleks ten tworzy wewnętrzną kulę atomów wokół jądra - atom Pt w związku atomy chloru, które oddzieliły się w postaci jonów, tworzą zewnętrzną kulę atomów, dlatego zapisujemy je poza dużymi nawiasami. Jeśli założymy, że Pt ma cztery główne wartościowości, to w tym kompleksie użyte są tylko dwie, podczas gdy pozostałe dwie są utrzymywane przez dwa zewnętrzne atomy chloru. W pierwszym związku w samym kompleksie zastosowano wszystkie cztery wartościowości platyny, przez co związek ten nie jest elektrolitem.

W trzecim związku wszystkie cztery atomy chloru wytrącają się azotanem srebra; wysoka przewodność elektryczna tej soli wskazuje, że wytwarza ona pięć jonów; oczywiste jest, że jego struktura jest następująca: 4– + 4Cl – ... W jonie złożonym wszystkie cząsteczki amoniaku są związane z Pt drugorzędowymi wartościowościami; odpowiadając czterem głównym wartościowościom platyny, w sferze zewnętrznej znajdują się cztery atomy chloru.

W czwartym związku azotan srebra w ogóle nie wytrąca chloru, przewodność elektryczna jego roztworów wskazuje na rozkład na trzy jony, a reakcje wymiany ujawniają jony potasu. Do tego połączenia przypisujemy następny budynek 2– + 2 tys. + . W jonie kompleksowym stosuje się cztery główne wartościowości Pt, ale ponieważ nie stosuje się głównych wartościowości dwóch atomów chloru, w sferze zewnętrznej można zatrzymać dwa dodatnie jony jednowartościowe (2K +, 2NH 4 + itp.). ”

Podane przykłady uderzających różnic we właściwościach na zewnątrz podobnych kompleksów platyny dają wyobrażenie o trudnościach, jakie napotkali chemicy, próbując jednoznacznie określić wartościowość.

Po stworzeniu elektronicznych pomysłów na temat struktury atomów i cząsteczek pojęcie „elektrowalencji” zaczęło być szeroko stosowane. Ponieważ atomy mogą zarówno oddawać, jak i przyjmować elektrony, elektrowalencja może być dodatnia lub ujemna (obecnie zamiast elektrowalencji używa się pojęcia stopnia utlenienia). Jak spójne były nowe elektroniczne pomysły na temat wartościowości z poprzednimi? Pisze o tym N. Bjerrum w cytowanym już podręczniku: „Istnieje pewna zależność pomiędzy zwykłymi liczbami walencyjnymi a wprowadzonymi nowymi liczbami – elektrowalencją i liczbą koordynacyjną – ale nie są one bynajmniej identyczne. Stara koncepcja wartościowości podzieliła się na dwie nowe koncepcje. Przy tej okazji Bjerrum poczynił ważną notatkę: „Liczba koordynacyjna węgla wynosi w większości przypadków 4, a jego elektrowalencja wynosi +4 lub –4. Ponieważ w przypadku atomu węgla obie liczby zwykle pokrywają się, związki węgla nie nadają się do badania różnic między tymi dwoma pojęciami.

W ramach elektronicznej teorii wiązań chemicznych, rozwiniętej w pracach amerykańskiego fizykochemika G. Lewisa i niemieckiego fizyka W. Kossela, pojawiły się takie pojęcia, jak wiązanie donor-akceptor (koordynacyjne) i kowalencja. Zgodnie z tą teorią o wartościowości atomu decydowała liczba jego elektronów biorących udział w tworzeniu wspólnych par elektronowych z innymi atomami. W tym przypadku za maksymalną wartościowość pierwiastka uznano liczbę elektronów w zewnętrznej powłoce elektronowej atomu (jest ona zgodna z numerem grupy układu okresowego, do której należy ten pierwiastek). Według innych pomysłów, opartych na prawach chemii kwantowej (opracowanych przez niemieckich fizyków W. Heitlera i F. Londona), nie należy liczyć wszystkich elektronów zewnętrznych, a jedynie niesparowanych (w stanie podstawowym lub wzbudzonym atomu). ; Dokładnie taką definicję podaje się w wielu encyklopediach chemicznych.

Znane są jednak fakty, które nie mieszczą się w tym prostym schemacie. Zatem w wielu związkach (na przykład w ozonie) para elektronów może pomieścić nie dwa, ale trzy jądra; w innych cząsteczkach wiązanie chemiczne może być realizowane przez pojedynczy elektron. Nie da się opisać takich połączeń bez użycia aparatury chemii kwantowej. Jak na przykład określić wartościowość atomów w związkach takich jak pentaboran B 5 H 9 i inne borany z wiązaniami „mostkowymi”, w których atom wodoru jest związany jednocześnie z dwoma atomami boru; ferrocen Fe(C 5 H 5) 2 (atom żelaza o stopniu utlenienia +2 jest związany jednocześnie z 10 atomami węgla); pentakarbonyl żelaza Fe(CO) 5 (atom żelaza na zerowym stopniu utlenienia jest związany z pięcioma atomami węgla); Chromian pentakarbonylu sodu Na 2 Cr(CO) 5 (stan utlenienia chromu-2)? Takie „nieklasyczne” przypadki wcale nie są wyjątkowe. W miarę rozwoju chemii takich „naruszaczy wartościowości” i związków o różnych „egzotycznych wartościowościach” przybywało.

Aby ominąć pewne trudności, podano definicję, zgodnie z którą przy określaniu wartościowości atomu należy wziąć pod uwagę całkowitą liczbę niesparowanych elektronów, samotnych par elektronów i wolnych orbitali biorących udział w tworzeniu wiązań chemicznych. Wolne orbitale są bezpośrednio zaangażowane w tworzenie wiązań donor-akceptor w różnych złożonych związkach.

Jednym z wniosków jest to, że rozwój teorii i zdobywanie nowych danych eksperymentalnych doprowadziło do tego, że próby osiągnięcia jasnego zrozumienia natury wartościowości podzieliły to pojęcie na szereg nowych pojęć, takich jak wartościowość główna i wtórna, wartościowość i kowalencyjność jonowa, liczba koordynacyjna i stopień utlenienia itp. Oznacza to, że pojęcie „wartościowości” „rozdzieliło się” na szereg niezależnych pojęć, z których każde działa w określonym obszarze. Najwyraźniej tradycyjna koncepcja wartościowość ma jasne i jednoznaczne znaczenie tylko dla związków, w których wszystkie wiązania chemiczne są dwucentrowe (tj. łączą tylko dwa atomy) i każde wiązanie realizowane jest przez parę elektronów znajdujących się pomiędzy dwoma sąsiednimi atomami, prościej - dla związków kowalencyjnych takie jak HCl, CO2, C5H12 itp.

Drugi wniosek nie jest do końca powszechny: termin „walencja”, choć używany we współczesnej chemii, ma bardzo ograniczone zastosowanie; próby nadania mu jednoznacznej definicji „na każdą okazję” są mało produktywne i prawie nie potrzebne. Nie bez powodu autorzy wielu podręczników, zwłaszcza wydawanych za granicą, w ogóle rezygnują z tego pojęcia lub ograniczają się do wskazania, że ​​pojęcie „walencji” ma głównie znaczenie historyczne, podczas gdy obecnie chemicy posługują się głównie bardziej powszechną, choć nieco sztuczną, koncepcją „stanu utlenienia”.

Ilia Leenson

    Aby określić wartościowość substancji, należy spojrzeć na układ okresowy pierwiastki chemiczne Mendelejewa, oznaczenia cyframi rzymskimi będą wartościowościami niektórych substancji w tej tabeli. Na przykład ALE wodór (H) będzie zawsze jednowartościowy, a tlen (O) zawsze będzie dwuwartościowy. Poniżej znajduje się ściągawka, która moim zdaniem Ci pomoże)

    Przede wszystkim warto zauważyć, że pierwiastki chemiczne mogą mieć zarówno stałą, jak i zmienną wartościowość. Jeśli chodzi o stałą wartościowość, po prostu musisz zapamiętać takie elementy

    Metale alkaliczne, wodór i halogeny są uważane za jednowartościowe;

    Ale bor i aluminium są trójwartościowe.

    Przejdźmy teraz do układu okresowego, aby określić wartościowość. Najwyższa wartościowość pierwiastka jest zawsze równa numerowi jego grupy

    Najniższą wartościowość określa się odejmując numer grupy od 8. Niemetale w większym stopniu charakteryzują się niższą wartościowością.

    Pierwiastki chemiczne mogą mieć stałą lub zmienną wartościowość. Należy nauczyć się elementów o stałej wartościowości. Zawsze

    • jednowartościowy wodór, halogeny, metale alkaliczne
    • dwuwartościowy tlen, metale ziem alkalicznych.
    • trójwartościowy aluminium (Al) i bor (B).

    Wartościowość można określić za pomocą układu okresowego. Najwyższa wartościowość pierwiastka jest zawsze równa numerowi grupy, w której się on znajduje.

    Niemetale mają najczęściej najniższą zmienną wartościowość. Aby znaleźć najniższą wartościowość, numer grupy odejmuje się od 8 - wynikiem będzie pożądana wartość. Przykładowo siarka należy do grupy 6 i jej najwyższą wartościowością jest VI, najniższą będzie II (86 = 2).

    Według szkolnej definicji wartościowość to zdolność pierwiastka chemicznego do tworzenia określonej liczby wiązań chemicznych z innymi atomami.

    Jak wiadomo, wartościowość może być stała (kiedy pierwiastek chemiczny tworzy zawsze taką samą liczbę wiązań z innymi atomami) i zmienna (kiedy w zależności od konkretnej substancji zmienia się wartościowość tego samego pierwiastka).

    Pomoże nam to określić wartościowość układ okresowy pierwiastki chemiczne D. I. Mendelejewa.

    Obowiązują następujące zasady:

    1) Maksymalny Wartościowość pierwiastka chemicznego jest równa numerowi grupy. Na przykład chlor należy do 7. grupy, co oznacza, że ​​ma maksymalną wartościowość 7. Siarka: należy do 6. grupy, co oznacza, że ​​ma maksymalną wartościowość 6.

    2) Minimum wartościowość dla niemetale równa się 8 minus numer grupy. Na przykład minimalna wartościowość tego samego chloru wynosi 8,7, czyli 1.

    Niestety, od obu reguł są wyjątki.

    Na przykład miedź należy do grupy 1, ale maksymalna wartościowość miedzi wynosi nie 1, ale 2.

    Tlen należy do grupy 6, ale jego wartościowość prawie zawsze wynosi 2, a nie 6.

    Warto pamiętać o następujących zasadach:

    3) Wszystko alkaliczny metale (metale grupy I, główna podgrupa) zawsze tak było wartościowość 1. Na przykład wartościowość sodu wynosi zawsze 1, ponieważ jest to metal alkaliczny.

    4) Wszystko ziemia alkaliczna metale (metale z grupy II, główna podgrupa) zawsze mają wartościowość 2. Na przykład wartościowość magnezu wynosi zawsze 2, ponieważ jest to metal ziem alkalicznych.

    5) Aluminium ma zawsze wartościowość 3.

    6) Wodór zawsze ma wartościowość 1.

    7) Tlen prawie zawsze ma wartościowość 2.

    8) Węgiel prawie zawsze ma wartościowość 4.

    Należy pamiętać, że definicje wartościowości mogą się różnić w różnych źródłach.

    Mniej lub bardziej dokładnie, wartościowość można zdefiniować jako liczba wspólnych par elektronów, poprzez które dany atom jest połączony z innymi.

    Zgodnie z tą definicją wartościowość azotu w HNO3 wynosi 4, a nie 5. Azot nie może być pięciowartościowy, ponieważ w tym przypadku wokół atomu azotu krążyłoby 10 elektronów. Ale to nie może się zdarzyć, ponieważ maksymalna liczba elektronów wynosi 8.

    Wartościowość dowolnego pierwiastka chemicznego jest jego właściwością, a raczej właściwością jego atomów (atomów tego pierwiastka) do przechowywania określonej liczby atomów, ale innego pierwiastka chemicznego.

    Istnieją pierwiastki chemiczne o stałej i zmiennej wartościowości, która zmienia się w zależności od tego, z jakim pierwiastkiem (ten pierwiastek) łączy się lub do którego wchodzi.

    Wartościowości niektórych pierwiastków chemicznych:

    Przejdźmy teraz do sposobu określania wartościowości pierwiastka z tabeli.

    Zatem wartościowość można określić za pomocą układ okresowy:

    • najwyższa wartościowość odpowiada (równa) numerowi grupy;
    • najniższą wartościowość określa się według wzoru: numer grupy - 8.

    Z kurs szkolny w chemii wiemy, że wszystkie pierwiastki chemiczne mogą mieć stałą lub zmienną wartościowość. Należy tylko pamiętać o pierwiastkach o stałej wartościowości (na przykład wodór, tlen, metale alkaliczne i inne pierwiastki). Wartościowość można łatwo określić na podstawie układu okresowego, który znajduje się w każdym podręczniku chemii. Najwyższa wartościowość odpowiada numerowi grupy, w której się znajduje.

    Wartościowość dowolnego pierwiastka można określić na podstawie samego układu okresowego, numeru grupy.

    Przynajmniej można to zrobić w przypadku metali, ponieważ ich wartościowość jest równa numerowi grupy.

    Nieco inaczej jest z niemetalami: ich najwyższa wartościowość (w związkach z tlenem) jest również równa numerowi grupy, ale najniższą wartościowość (w związkach z wodorem i metalami) należy wyznaczyć za pomocą następującego wzoru: 8 - numer grupy.

    Im więcej pracujesz z pierwiastkami chemicznymi, tym lepiej zapamiętujesz ich wartościowość. Na początek wystarczy ta ściągawka:

    Elementy, których wartościowość nie jest stała, są zaznaczone na różowo.

    Wartościowość to zdolność atomów niektórych pierwiastków chemicznych do przyłączania do siebie atomów innych pierwiastków. Aby skutecznie pisać formuły i poprawnie rozwiązywać problemy, musisz dobrze wiedzieć, jak określić wartościowość. Najpierw musisz nauczyć się wszystkich elementów o stałej wartościowości. Oto one: 1. Wodór, halogeny, metale alkaliczne (zawsze jednowartościowe); 2. Tlen i metale ziem alkalicznych (dwuwartościowe); 3. B i Al (trójwartościowy). Aby określić wartościowość za pomocą układu okresowego, musisz dowiedzieć się, w której grupie znajduje się pierwiastek chemiczny i określić, czy należy on do grupy głównej, czy wtórnej.

    Element może mieć jedną lub więcej wartościowości.

    Maksymalna wartościowość pierwiastka jest równa liczbie elektronów walencyjnych. Wartościowość możemy określić znając położenie pierwiastka w układzie okresowym. Maksymalna liczba walencyjna jest równa numerowi grupy, w której znajduje się żądany element.

    Wartościowość jest oznaczona cyfrą rzymską i zazwyczaj jest zapisywana w prawym górnym rogu symbolu pierwiastka.

    Niektóre pierwiastki mogą mieć różne wartościowości w różnych związkach.

    Na przykład siarka ma następujące wartościowości:

    • II w związku H2S
    • IV w związku SO2
    • VI w związku SO3

    Zasady określania wartościowości nie są tak łatwe w użyciu, dlatego należy o nich pamiętać.

    Określenie wartościowości za pomocą układu okresowego jest proste. Z reguły odpowiada numerowi grupy, w której znajduje się element. Istnieją jednak pierwiastki, które mogą mieć różne wartościowości w różnych związkach. W tym przypadku mówimy o wartościowości stałej i zmiennej. Zmienna może być maksymalna, równa numerowi grupy, może być minimalna lub pośrednia.

    Ale o wiele bardziej interesujące jest określenie wartościowości w związkach. Jest na to szereg zasad. Po pierwsze, łatwo jest określić wartościowość pierwiastków, jeśli jeden pierwiastek w związku ma stałą wartościowość, na przykład tlen lub wodór. Po lewej stronie znajduje się środek redukujący, czyli pierwiastek o wartościowości dodatniej, po prawej stronie środek utleniający, czyli pierwiastek o wartościowości ujemnej. Indeks pierwiastka o stałej wartościowości jest mnożony przez tę wartościowość i dzielony przez indeks pierwiastka o nieznanej wartościowości.

    Przykład: tlenki krzemu. Wartościowość tlenu wynosi -2. Znajdźmy wartościowość krzemu.

    SiO 1*2/1=2 Wartościowość krzemu w tlenku wynosi +2.

    SiO2 2*2/1=4 Wartościowość krzemu w dwutlenku wynosi +4.

DEFINICJA

Pod wartościowość odnosi się do właściwości atomu danego pierwiastka do przyłączania lub zastępowania określonej liczby atomów innego pierwiastka.

Miarą wartościowości może być zatem liczba wiązań chemicznych utworzonych przez dany atom z innymi atomami. Zatem obecnie wartościowość pierwiastka chemicznego jest zwykle rozumiana jako jego zdolność (w węższym znaczeniu, miara jego zdolności) do tworzenia wiązań chemicznych. W prezentacji metody wiązań walencyjnych wartość liczbowa Wartościowość odpowiada liczbie wiązań kowalencyjnych, które tworzy atom.

Pierwiastki o stałej wartościowości

Istnieją elementy z tzw. stała wartościowość (metale z grup IA i IIA, aluminium, wodór, fluor, tlen itp.), które w swoich związkach wykazują pojedynczy stopień utlenienia, który najczęściej pokrywa się z numerem grupy układu okresowego D.I. Mendelejewa, gdzie się znajdują). Spójrzmy na przykład niektórych pierwiastków chemicznych.

Wartościowość pierwiastków głównej podgrupy grupy I jest równa jeden, ponieważ na poziomie zewnętrznym atomy tych pierwiastków mają jeden elektron:

3 Li 1s 2 2s 1

11 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

Wartościowość pierwiastków głównej podgrupy grupy II w stanie podstawowym (niewzbudzonym) wynosi zero, ponieważ na zewnętrznym poziomie energii nie ma niesparowanych elektronów:

4 Be1s 2 2 S 2

12 Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2

Kiedy te atomy zostaną wzbudzone, sparowane s-elektrony rozdzielają się na wolne komórki podpoziomu p tego samego poziomu, a wartościowość staje się równa dwa (II):

Tlen i fluor we wszystkich związkach wykazują stałą wartościowość równą dwa (II) dla tlenu i jeden (I) dla fluoru. Elektrony walencyjne tych pierwiastków znajdują się na drugim poziomie energetycznym, na którym nie ma już wolnych komórek:

8 O 1s 2 2s 2 2p 4

9 F 1s 2 2s 2 2p 5

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Ćwiczenia Liczba niesparowanych elektronów w atomie boru w stanie podstawowym jest taka sama jak w atomie: 1) rubidu; 2) krzem; 3) tlen; 4) wapń.
Rozwiązanie Liczba niesparowanych elektronów w atomie pierwiastka chemicznego jest najczęściej równa jednej z wartości walencyjnych, jakie wykazuje pierwiastek. Aby określić liczbę niesparowanych elektronów w atomie boru w stanie podstawowym, zapisujemy wzór elektroniczny tego pierwiastka:

5 B 1s 2 2s 2 2p 1 .

Zewnętrzny poziom elektronowy boru zawiera 3 elektrony, z których tylko jeden jest niesparowany. Rubid ma również jeden niesparowany elektron w stanie podstawowym, ponieważ znajduje się w grupie IA, a na jego zewnętrznym poziomie elektronicznym znajduje się tylko jeden elektron, który oczywiście jest niesparowany.
Odpowiedź Opcja 1

PRZYKŁAD 2

Ćwiczenia Określ wartościowość pierwiastków w następujących związkach: a) NH3; b) SO2; c) CO2; d) H2S; e) P 2 O 5.
Rozwiązanie Wyznaczanie wartościowości pierwiastków w związek chemiczny powinieneś zacząć od wskazania wartościowości znanego elementu. W opcji „a” jest to wodór, gdyż jego wartościowość jest zawsze równa I:

Wynikową wartość umieszczamy po prawej stronie symbolu chemicznego tego pierwiastka, oznaczając go cyframi arabskimi:

Teraz dzielimy całkowitą liczbę jednostek wartościowości przez liczbę atomów (indeks) pierwiastka, dla którego znana jest wartościowość:

Umieśćmy otrzymany iloraz (3) z cyfrą rzymską nad żądanym elementem jako jego wartościowość:

Oznacza to, że wartościowość pierwiastków w związku NH 3 jest równa: dla azotu - III i dla wodoru - I.

Podobnie wyznaczamy wartościowość pierwiastków w innych związkach: b) S IV O II 2; c) C IV O II 2; d) H I 2 S II; e) P V 2 O II 5.
Odpowiedź a) N III H I 3; b) S IV O II 2; c) C IV O II 2; d) H I 2 S II; e) P V 2 O II 5

Jak określić wartościowość:

Należy pamiętać, że liczba atomów tlenu jest różna w różnych związkach.

Na przykład CO 2 i H 2 O. W dwutlenku węgla jest 1 cząsteczka węgla i 2 cząsteczki tlenu, ale w wodzie przeciwnie, są 2 cząsteczki wodoru i tylko jeden tlen.

Faktem jest, że różne substancje mogą przyłączać do siebie różną liczbę atomów (utworzyć określoną liczbę wiązań): wodór - 1 atom (1 wiązanie), tlen - 2 atomy (2 wiązania) itp. Ta właściwość atomów nazywa się wartościowość(od łacińskiego „mieć siłę” - ten sam rdzeń co imię „Walentynki”, które oznacza także „mieć siłę”).

Istnieje również pewna sekwencja tego połączenia, która wyraża się w wzory strukturalne, gdzie połączenia są oznaczone myślnikami.

Tutaj wzór strukturalny dla wody (H 2 O):

Wodór jest tutaj związany tylko z tlenem, ale nie ze sobą. Oznacza to, że każdy atom wodoru ma jedno wiązanie, jest ono jednowartościowe.

Tlen ma dwa wiązania – jest dwuwartościowy.

Inny wzór strukturalny (graficzny) na dwutlenek węgla (CO 2):

Tutaj tlen jest dwuwartościowy, jego atomy są związane tylko z czterowartościowym węglem.

Trójwartościowy azot w amoniaku i czterowartościowy węgiel w metanie wyglądałyby następująco:

Wartościowość można również oznaczyć cyframi rzymskimi na górze:

Znając wartościowość jednej substancji, możesz łatwo zrozumieć wartościowość drugiej:

Na przykład Fe 2 O 3 - 3 atomy tlenu mają wartościowość 2, co oznacza 3*2 = 6, a my mamy 2 atomy żelaza, co oznacza, że ​​jego wartościowość wynosi 6:2 = 3.

Jednak wartościowość niektórych pierwiastków może być zmienny, tj. różnić się. w zależności od substancji, z którą ma kontakt. Zmienną wartościowość podano w nawiasach: CO 2 (IV), CO (II).

W proste substancje nie ma sensu określać wartościowości. Wartościowość może być interesująca tylko w przypadku substancji molekularnych zawierających 2 lub więcej pierwiastków.

Edytuj tę lekcję i/lub dodaj zadanie i stale otrzymuj pieniądze* Dodaj swoją lekcję i/lub zadania i otrzymuj pieniądze stale

DEFINICJA

Pod wartościowość odnosi się do właściwości atomu danego pierwiastka do przyłączania lub zastępowania określonej liczby atomów innego pierwiastka.

Miarą wartościowości może być zatem liczba wiązań chemicznych utworzonych przez dany atom z innymi atomami. Zatem obecnie wartościowość pierwiastka chemicznego jest zwykle rozumiana jako jego zdolność (w węższym znaczeniu, miara jego zdolności) do tworzenia wiązań chemicznych (ryc. 1). W reprezentacji metody wiązań walencyjnych wartość liczbowa wartościowości odpowiada liczbie wiązań kowalencyjnych, które tworzy atom.

Ryż. 1. Schematyczne powstawanie cząsteczek wody i amoniaku.

Tabela wartościowości pierwiastków chemicznych

Początkowo za jednostkę wartościowości przyjmowano wartościowość wodoru. Wartościowość innego pierwiastka wyrażano liczbą atomów wodoru, które jeden atom tego pierwiastka dodaje do siebie lub zastępuje (tzw. wartościowość wodoru). Na przykład w związkach o składzie HCl, H2O, NH3, CH4 wartościowość wodoru w chlorze wynosi jeden, tlen - dwa, azot - trzy, węgiel - cztery.

Następnie zdecydowano, że wartościowość pożądanego pierwiastka można również określić za pomocą tlenu, którego wartościowość z reguły wynosi dwa. W tym przypadku wartościowość pierwiastka chemicznego oblicza się jako dwukrotność liczby atomów tlenu, do których może przyłączyć się jeden atom tego pierwiastka (tzw. wartościowość tlenu). Na przykład w związkach o składzie N 2 O, CO, SiO 2, SO 3 wartościowość tlenu azotu wynosi jeden, węgiel - dwa, krzem - cztery, siarka - sześć.

W rzeczywistości okazało się, że dla większości pierwiastków chemicznych wartości wartościowości w wodorze i związkach tlenu są różne: na przykład wartościowość siarki w wodorze wynosi dwa (H 2 S), a w tlenie - sześć (SO 3). Ponadto większość pierwiastków wykazuje różne wartościowości w swoich związkach. Na przykład węgiel tworzy dwa tlenki: tlenek CO i dwutlenek CO2. W pierwszym z nich wartościowość węgla wynosi II, a w drugim - cztery. Wynika z tego, że z reguły nie da się scharakteryzować wartościowości pierwiastka dowolną liczbą.

Najwyższe i najniższe wartościowości pierwiastków chemicznych

Wartości najwyższej i najniższej wartościowości pierwiastka chemicznego można określić za pomocą układu okresowego D.I. Mendelejew. Najwyższa wartościowość pierwiastka pokrywa się z numerem grupy, w której się on znajduje, a najniższa jest różnicą między liczbą 8 a numerem grupy. Przykładowo brom należy do grupy VIIA, co oznacza, że ​​jego najwyższa wartościowość to VII, a najniższa I.

Istnieją elementy z tzw. stała wartościowość (metale z grup IA i IIA, aluminium, wodór, fluor, tlen), które w swoich związkach wykazują pojedynczy stopień utlenienia, który najczęściej pokrywa się z numerem grupy układu okresowego D.I. Mendelejewa, gdzie się znajdują).

Elementy charakteryzujące się kilkoma wartościami wartościowości (i nie zawsze najwyższą i najniższą) nazywane są wartościowością zmienną. Na przykład siarka charakteryzuje się wartościowościami II, IV i VI.

Aby ułatwić zapamiętanie, ile i jakie wartościowości charakteryzuje dany pierwiastek chemiczny, skorzystaj z tablic wartościowości pierwiastków chemicznych, które wyglądają następująco:

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Ćwiczenia Wartościowość III jest charakterystyczna dla: a) Ca; b) P; c) O; d)Si?
Rozwiązanie

a) Wapń jest metalem. Charakteryzuje się jedyną możliwą wartością wartościowości, zbiegającą się z numerem grupy w układzie okresowym D.I. Mendelejewa, w którym się znajduje, tj. Wartościowość wapnia wynosi II. Odpowiedź jest błędna.

b) Fosfor jest niemetalem. Odnosi się do grupy pierwiastków chemicznych o zmiennej wartościowości: najwyższą określa numer grupy w układzie okresowym D.I. Mendelejewa, w którym się znajduje, tj. jest równe V, a najmniejsza jest różnica między liczbą 8 a numerem grupy, tj. równy III. To jest poprawna odpowiedź.
Odpowiedź Opcja (b)

PRZYKŁAD 2

Ćwiczenia Walencja III jest charakterystyczna dla: a) Być; b) F; c) Al; d)C?
Rozwiązanie Aby udzielić prawidłowej odpowiedzi na postawione pytanie, każdą z proponowanych opcji rozważymy osobno.

a) Beryl jest metalem. Charakteryzuje się jedyną możliwą wartością wartościowości, zbiegającą się z numerem grupy w układzie okresowym D.I. Mendelejewa, w którym się znajduje, tj. Wartościowość berylu to II. Odpowiedź jest błędna.

b) Fluor jest niemetalem. Charakteryzuje się jedyną możliwą wartościowością równą I. Odpowiedź jest błędna.

c) Aluminium jest metalem. Charakteryzuje się jedyną możliwą wartością wartościowości, zbiegającą się z numerem grupy w układzie okresowym D.I. Mendelejewa, w którym się znajduje, tj. Wartościowość aluminium wynosi III. To jest poprawna odpowiedź.
Odpowiedź Opcja (c)