›

Які елементи мають незмінну валентність. Валентність

ВАЛЕНТНІСТЬ(Лат. valentia - сила) здатність атома приєднувати або заміщати певну кількість інших атомів або груп атомів.

Протягом багатьох десятиліть поняття валентності належало до основних, фундаментальних понять у хімії. З цим поняттям обов'язково стикалися всі, хто вивчає хімію. Спочатку воно здавалося їм досить простим і однозначним: водень одновалентний, кисень двовалентний і т.д. В одній із посібників для абітурієнтів так і сказано: «Валентність – кількість хімічних зв'язків, утворених атомом у поєднанні». Але яка тоді, відповідно до цього визначення, валентність вуглецю в карбіді заліза Fe 3 C, в карбонілі заліза Fe 2 (CO) 9 у давно відомих солях K 3 Fe(CN) 6 і K 4 Fe(CN) 6 ? І навіть у хлориді натрію кожен атом у кристалі NaCl пов'язаний із шістьма іншими атомами! Тож багато визначень, навіть надрукованих у підручниках, потрібно застосовувати дуже обачно.

У сучасних виданняхможна зустріти різні визначення, що часто не узгоджуються один з одним. Наприклад, таке: «Валентність – це здатність атомів утворювати певну кількість ковалентних зв'язків». Це визначення чітке, однозначне, але воно застосовується тільки для з'єднань із ковалентними зв'язками. Визначають валентність атома та загальним числом електронів, що беруть участь в утворенні хімічного зв'язку; та числом електронних пар, якими даний атом пов'язаний з іншими атомами; і числом його неспарених електронів, що у освіті загальних електронних пар. Викликає труднощі та інше визначення валентності, що часто зустрічалося, як числа хімічних зв'язків, якими даний атом з'єднаний з іншими атомами, тому що не завжди можна чітко визначити, що таке хімічний зв'язок. Адже далеко не у всіх сполуках хімічні зв'язки утворені парами електронів. Найпростішим прикладом можуть бути іонні кристали, наприклад, хлорид натрію; у ньому кожен атом натрію утворює зв'язок (іонний) з шістьма атомами хлору, і навпаки. А чи треба вважати хімічними зв'язками водневі зв'язки (наприклад, молекули води)?

Постає питання, чому може дорівнювати валентність атома азоту відповідно до різних її визначень. Якщо валентність визначати загальним числом електронів, що у освіті хімічних зв'язків коїться з іншими атомами, то максимальну валентність атома азоту слід вважати рівної п'яти, оскільки атом азоту можна використовувати під час утворення хімічних зв'язків всі свої п'ять зовнішніх електронів – два s-електрона і три p- електронів. Якщо валентність визначати числом електронних пар, якими даний атом пов'язані з іншими, то такому разі максимальна валентність атома азоту дорівнює чотирьом. При цьому три p-електрони утворюють з іншими атомами три ковалентні зв'язки і ще один зв'язок утворюється за рахунок двох 2s-електронів азоту. Прикладом може стати реакція аміаку з кислотами з утворенням катіону амонію. Нарешті, якщо визначати валентність тільки числом неспарених електронів в атомі, то валентність азоту не може бути більше трьох, тому що в атомі N не може бути більше трьох неспарених електронів (збудження 2s-електрона може відбуватися лише на рівень із n = 3, що енергетично вкрай невигідно). Так, в галогеніда азот утворює тільки три ковалентні зв'язки, і не існує таких сполук як NF 5 , NCl 5 або NBr 5 (на відміну від цілком стабільних PF 3 PCl 3 і PBr 3). Але якщо атом азоту передасть один зі своїх 2s-електронів іншому атому, то в катіоні N +, що утворився, залишиться чотири неспарені електрони, і валентність цього катіона дорівнюватиме чотирьом. Так відбувається, наприклад, у молекулі азотної кислоти. Таким чином, різні визначення валентності призводять до різним результатамнавіть у разі простих молекул.

Яке з цих визначень «правильне» і чи можна взагалі дати для валентності однозначне визначення. Щоб відповісти на ці питання, корисно зробити екскурс у минуле та розглянути, як із розвитком хімії змінювалося поняття «валентність».

Вперше ідея валентності елементів (яка не отримала, втім, на той час визнання) була висловлена ​​в середині 19 ст. англійським хіміком Е. Франкландом: він говорив про певну «ємність насичення» металів та кисню. Згодом під валентністю стали розуміти здатність атома приєднувати або заміщати певну кількість інших атомів (або груп атомів) з утворенням хімічного зв'язку. Один із творців теорії хімічної будовиФрідріх Август Кекуле писав: «Валентність – фундаментальна властивість атома, властивість така ж постійна і незмінна, як і атомна вага». Кекуле вважав валентність елемента постійною величиною. До кінця 1850-х більшість хіміків вважали, що валентність (тоді говорили «атомність») вуглецю дорівнює 4, валентності кисню та сірки дорівнюють 2, а галогенів – 1. У 1868 німецький хімік К.Г.Віхельхауз замість «атомність» «валентність» (латиною valentia – сила). Однак протягом тривалого часу він майже не вживався, принаймні, в Росії (замість нього говорили, наприклад, про «одиниці спорідненості», «число еквівалентів», «число паїв» тощо). Показово, що в Енциклопедичний словникБрокгауза та Єфрона(Майже всі статті з хімії в цій енциклопедії переглядав, правил, а часто і писав Д.І. Менделєєв) статті «валентність» взагалі немає. Немає його і в класичній праці Менделєєва Основи хімії(Він лише зрідка згадує поняття «атомність», не зупиняючись на ньому детально і не даючи йому однозначного визначення).

Щоб наочно показати труднощі, від початку супроводжували поняття «валентність», доречно процитувати популярний на початку 20 в. багатьох країнах, зважаючи на великий педагогічний талант автора, підручник американського хіміка Олександра Сміта, виданий їм у 1917 (у російському перекладі – в 1911, 1916 і 1931): «Жодне поняття в хімії не отримувало такої кількості неясних і неточних визначень, як поняття вал ». І далі у розділі Деякі дива у поглядах на валентністьавтор пише:

«Коли вперше було побудовано поняття валентності, тоді вважали абсолютно помилково, що кожен елемент має одну валентність. Тому, розглядаючи такі пари сполук, як CuCl і CuCl 2 або... FeCl 2 і FeCl 3 , виходили з припущення, що мідь завждидвовалентна, а залізо тривалентно, і на цій підставі спотворювали формули так, щоб підігнати їх до цього припущення. Таким чином, формулу однохлористої міді писали (та й часто пишуть і зараз) так: Cu 2 Cl 2 . У такому випадку формули двох хлористих сполук міді в графічне зображеннянабувають вигляду: Cl–Cu–Cu–Cl та Cl–Cu–Cl. В обох випадках кожен атом міді утримує (на папері) дві одиниці, а тому двовалентний (на папері). Так само... подвоєння формули FeCl 2 дало Cl 2 >Fe–Fe 2, що дозволило вважати... залізо трехвалентным.» І далі Сміт робить дуже важливий і актуальний у всі часи висновок: «Цілком гидко науковому методу– винаходити чи спотворювати факти з метою підтримки уявлення, яке, будучи засноване на досвіді, є результатом простого припущення. Проте історія науки показує, що такі помилки спостерігаються часто».

Огляд уявлень початку століття про валентність дав у 1912 р. російський хімік Л.А.Чугаєв, який здобув світове визнання за роботи з хімії комплексних з'єднань. Чугаєв чітко показав труднощі, пов'язані з визначенням та застосуванням поняття валентність:

«Валентність – термін, що вживається в хімії в тому ж сенсі, як «атомність», для позначення максимальної кількості атомів водню (або інших одноатомних атомів або одноатомних радикалів), з якими атом даного елемента може перебувати в безпосередньому зв'язку (або які він здатний замінювати) ). Слово валентність часто також вживається у сенсі одиниці валентності, чи одиниці спорідненості. Так, кажуть, що кисень має дві, азот трьома валентностями і т.д. Слова валентність і «атомність» насамперед вживалися без будь-якої різниці, але в міру того, як саме поняття, що виражаються ними, втрачало початкову простоту і ускладнювалося, для цілого ряду випадків залишилося у вживанні тільки слово валентність… Ускладнення поняття про валентність почалося з визнання, що валентність є величина змінна... причому за змістом справи вона завжди виражається цілим числом».

Хімікам було відомо, що багато металів мають змінну валентність, і слід говорити, наприклад, про двовалентний, тривалентний і шестивалентний хром. Чугаєв говорив, що навіть у разі вуглецю довелося визнати можливість того, що його валентність може бути відмінна від 4, причому СО – не єдиний виняток: «Двохвалентний вуглець, ймовірно, міститься в карбіламінах СН 3 –N=C, в гримучій кислоті та її солях C=NOH, C=NOMe та ін. Ми знаємо, що існує також триатомний вуглець...» Обговорюючи теорію німецького хіміка І.Тіле про «парціальні» або часткові валентності, Чугаєв говорив про неї, як «однієї з перших спроб розширити класичне поняття про валентність і поширити його на випадки, до пояснення яких воно як таке є непридатним. Якщо Тіле прийшов до необхідності... допустити «дроблення» одиниць валентності, то існує ціла низка фактів, які змушують ще й в іншому сенсі вивести поняття про валентність із тих вузьких рамок, в яких воно було спочатку укладено. Ми бачили, що вивчення найпростіших (здебільшого бінарних...) сполук, що утворюються хімічними елементами, для кожного з цих останніх змушує допустити певні, завжди невеликі і, звичайно, цілі значення їхньої валентності. Таких значень, взагалі кажучи, дуже небагато (елементи, що виявляють більше трьох різних валентностей, рідкісні)... Досвід показує, однак, що коли вже вищезгадані одиниці валентності слід визнати насиченими, здатність молекул, що утворюються при цьому, до подальшого приєднання зовсім ще не досягає межі. Так, солі металів приєднують воду, аміак, аміни... утворюючи різноманітні гідрати, аміакати... і т.п. складні сполуки, які... ми нині відносимо до комплексних. Існування таких сполук, що не укладаються в рамки найпростішого уявлення про валентність, природно зажадало його розширення та запровадження додаткових гіпотез. Одна з таких гіпотез, запропонована Вернером, полягає в тому, що поряд з головними, або основними, одиницями валентності існують ще інші, побічні. Останні зазвичай позначаються пунктиром.

Справді, яку валентність, наприклад, слід приписати атому кобальту в його хлориді, що приєднав шість молекул аміаку з утворенням сполуки CoCl 3 ·6NH 3 (або, що те саме, Co(NH 3) 6 Cl 3)? У ньому атом кобальту з'єднаний одночасно з дев'ятьма атомами хлору та азоту! Д.І.Менделєєв писав із цього приводу про малодосліджені «сили залишкової спорідненості». А швейцарський хімік А.Вернер, який створив теорію комплексних сполук, запровадив поняття головної (первинної) валентності та побічної (вторинної) валентності (у сучасної хіміїцим поняттям відповідають ступінь окислення та координаційне число). Обидві валентності можуть бути змінними, причому розрізнити їх у ряді випадків дуже важко чи навіть неможливо.

Далі Чугаєв торкається теорії Р.Абегга про електровалентність, яка може бути позитивною (у вищих кисневих сполуках) або негативною (у сполуках з воднем). При цьому сума вищих валентностей елементів по кисню та водню для груп з IV по VII дорівнює 8. На цій теорії досі засновано виклад у багатьох підручниках хімії. На закінчення Чугаєв згадує хімічні сполуки, котрим поняття валентності практично не застосовується – інтерметалеві сполуки, склад яких «часто виражається вельми своєрідними формулами, що дуже мало нагадують звичайні значення валентності. Такі, наприклад, такі сполуки: NaCd 5 , NaZn 12 , FeZn 7 та ін.

На деякі труднощі визначення валентності вказував інший відомий російський хімік І. А. Каблуков у своєму підручнику Основні початки неорганічної хімії , виданому в 1929. Що ж до координаційного числа, процитуємо (у російському перекладі) виданий у Берліні в 1933 підручник одного з авторів сучасної теоріїрозчинів датського хіміка Нільса Б'єррума:

«Звичайні числа валентностей не дають жодного уявлення про характерні властивості, що виявляються багатьма атомами у численних комплексних сполуках. Щоб пояснити здатність атомів або іонів утворювати комплексні сполуки, ввели для атомів та іонів новий особливий ряд чисел, що відрізняються від звичайних валентностей. У комплексних іонах срібла... безпосередньо з центральним атомомметалу пов'язані здебільшого дваатома або дві групи атомів, наприклад, Ag(NH 3) 2 + , Ag(CN) 2 – , Ag(S 2 O 3) 2 – ... Для опису цього зв'язку ввели поняття координаційного числаі приписують іонам Ag + координаційне число 2. Як видно з наведених прикладів, групи, пов'язані з центральним атомомможуть бути і нейтральними молекулами (NH 3) та іонами (CN – , S 2 O 3 –). Двовалентний іон міді Cu++ і тривалентний іон золота Au++++ мають у більшості випадків координаційне число 4. Координаційне число атома, звичайно, ще не вказує, якого зв'язку існує між центральним атомом і пов'язаними з ним іншими атомами або групами атомів; але воно виявилося чудовим засобом для систематики комплексних з'єднань».

Дуже наочні приклади«особливих властивостей» комплексних сполук наводить у своєму підручнику А.Сміт:

«Розглянемо такі „молекулярні“ сполуки платини: PtCl 4 ·2NH 3 , PtCl 4 ·4NH 3 , PtCl 4 ·6NH 3 та PtCl 4 ·2KCl. Найближче вивчення цих сполук показує низку чудових особливостей. Перше з'єднання в розчині практично не розпадається на іони; електропровідність розчинів його надзвичайно мала; азотнокисле срібло не дає з ним осаду AgCl. Вернер прийняв, що атоми хлору пов'язані з атомом платини звичайними валентностями; їх Вернер назвав головними, а молекули аміаку пов'язані з атомом платини додатковими, побічними валентностями. Це з'єднання, за Вернером, має таку будову:

Великі дужки вказують на цілісність групи атомів, комплекс, що не розпадається при розчиненні сполуки.

Друге з'єднання має відмінні від першого властивості; це електроліт, електропровідність його розчинів того ж порядку, що і електропровідність розчинів солей, що розпадаються на три іони (K 2 SO 4 , BaCl 2 , MgCl 2); азотнокисле срібло тримає в облозі два атоми з чотирьох. По Вернеру це з'єднання наступної будови: 2 + 2Cl - . Тут ми маємо комплексний іон атоми хлору в ньому не осідають азотнокислим сріблом, і цей комплекс утворює навколо ядра – атома Pt – внутрішню сферу атомів у поєднанні, отщепляющиеся ж як іонів атоми хлору утворюють зовнішню сферу атомів, чому ми пишемо їх поза великих дужок. Якщо ми вважатимемо, що Pt має чотири головні валентності, то в цьому комплексі використані лише дві, дві ж інші утримують два зовнішні атоми хлору. У першому з'єднанні в самому комплексі використано всі чотири валентності платини, внаслідок чого це з'єднання не є електролітом.

У третьому з'єднанні всі чотири атоми хлору осідають азотнокислим сріблом; велика електропровідність цієї солі показує, що вона дає п'ять іонів; Вочевидь, що її будова така: 4– + 4Cl – ... У комплексному іоні всі молекули аміаку пов'язані з Pt побічними валентностями; відповідно чотирьом головним валентностям платини у зовнішній сфері є чотири атоми хлору.

У четвертому з'єднанні азотнокисле срібло не тримає в облозі зовсім хлору, електропровідність його розчинів вказує на розпад на три іони, обмінні реакції виявляють іони калію. Цьому з'єднанню ми приписуємо наступна будова 2- + 2K + . У комплексному іоні чотири головні валентності Pt використані, але оскільки не використані головні валентності двох атомів хлору, то у зовнішній сфері можуть бути утримані два позитивні одновалентні іони (2K + , 2NH 4 + і т.д.).

Наведені приклади разючої відмінності властивостей зовні схожих комплексів платини дають уявлення складнощі, з якими стикалися хіміки при спробах однозначного визначення валентності.

Після створення електронних уявлень про будову атомів і молекул стали широко скористатися поняттям «електровалентність». Оскільки атоми можуть як віддавати, і приймати електрони, електровалентність могла бути як позитивної, і негативною (зараз замість електровалентності використовують поняття ступінь окислення). Наскільки нові електронні уявлення про валентність узгоджувалися з колишніми? М.Бьеррум у вже цитованому підручнику пише з цього приводу: «Між звичайними числами валентностей та запровадженими новими числами – електровалентністю та координаційним числом – є певна залежність, але вони ні в якому разі не ідентичні. Старе поняття валентності розпалося на два нові поняття». З цього приводу Бьєррум зробив важливу примітку: «Координаційне число вуглецю в більшості випадків дорівнює 4, а його електровалентність або +4 або -4. Оскільки атома вуглецю обидва числа зазвичай збігаються, то сполуки вуглецю непридатні у тому, щоб вивчати ними різницю між цими двома поняттями».

В рамках електронної теорії хімічного зв'язку, розвиненої у роботах американського фізикохіміка Г.Льюїса та німецького фізика В.Косселя, з'явилися такі поняття, такі як донорно-акцепторний (координаційний) зв'язок та ковалентність. Відповідно до цієї теорії, валентність атома визначали числом його електронів, що у освіті загальних електронних пар коїться з іншими атомами. При цьому максимальну валентність елемента вважали, що дорівнює кількості електронів у зовнішній електронній оболонці атома (воно збігається з номером групи періодичної таблиці, якій належить даний елемент). Згідно з іншими уявленнями, заснованими на квантово-хімічних законах (їх розвивали німецькі фізики В.Гайтлер і Ф.Лондон), треба рахувати не всі зовнішні електрони, а лише неспарені (в основному або збудженому стані атома); саме це визначення наведено у низці хімічних енциклопедій.

Однак відомі факти, що не вкладаються в цю просту схему. Так, у ряді з'єднань (наприклад, в озоні) пара електронів може утримувати не два, а три ядра; в інших молекулах хімічний зв'язок може здійснюватись єдиним електроном. Описати такі зв'язки без залучення апарату квантової хімії неможливо. Як, наприклад, визначити валентність атомів у таких сполуках як пентаборан В 5 Н 9 та інші борани з «містковими» зв'язками, в яких атом водню пов'язаний з двома атомами бору; фероцен Fe(C 5 H 5) 2 (атом заліза зі ступенем окислення +2 пов'язаний відразу з 10 атомами вуглецю); пентакарбоніл заліза Fе(СО) 5 (атом заліза в нульовому ступені окислення пов'язаний із п'ятьма атомами вуглецю); пентакарбонілхромат натрію Na 2 Cr(CO) 5 (ступінь окислення хрому-2)? Такі «некласичні» випадки зовсім не є винятковим. Таких «порушників валентності», з'єднань із різними «екзотичними валентностями» у міру розвитку хімії ставало дедалі більше.

Щоб обійти деякі труднощі, було дано визначення, за яким щодо валентності атома треба враховувати сумарне число неспарених електронів, неподілених електронних пар і вакантних орбіталей, що у освіті хімічних зв'язків. Вакантні орбіталі беруть безпосередню участь в утворенні донорно-акцепторних зв'язків у різноманітних комплексних сполуках.

Один із висновків полягає в тому, що розвиток теорії та отримання нових експериментальних даних призвело до того, що спроби домогтися ясного розуміння природи валентності розділили це поняття на ряд нових уявлень, таких як головна та побічна валентність, іонна валентність та ковалентність, координаційне число та ступінь окиснення і т.д. Тобто поняття «валентність» «розщепилося» на низку самостійних понять, кожне з яких діє у певній галузі». Очевидно, традиційне поняттявалентності має чіткий і однозначний сенс тільки для сполук, у яких всі хімічні зв'язки є двоцентровими (тобто з'єднують тільки два атоми) і кожен зв'язок здійснюється парою електронів, розташованої між двома сусідніми атомами, простіше кажучи – для ковалентних сполук типу HCl, CO 2 C 5 H 12 і т.п.

Другий висновок не зовсім звичайний: термін «валентність», хоч і вживається в сучасній хімії, має дуже обмежене застосування, спроби дати йому однозначне визначення «на всі випадки життя» мало продуктивні і навряд чи потрібні. Недарма автори багатьох підручників, особливо які виходять за кордоном, обходяться зовсім без цього поняття або обмежуються вказівкою на те, що поняття «валентність» має в основному історичне значення, Тоді як нині хіміки користуються переважно найпоширенішим, хоч і дещо штучним поняттям «ступінь окислення».

Ілля Леєнсон

    Щоб визначити валентність тієї чи іншої речовини, вам потрібно поглянути на періодичну таблицю хімічних елементівМенделєєва, позначення римськими цифрами будуть валентностями тих чи інших речовин у цій таблиці. Наприклад, АЛЕ, водень (Н) завжди одновалентним а, а кисень (О) завжди двовалентним. Ось нижче якась шпаргалка, яка, як я вважаю, допоможе вам)

    Насамперед варто відзначити, що хімічні елементи можуть мати як постійну, так і змінну валентність. Що стосується постійної валентності, то такі елементи вам просто необхідно завчити

    Одновалентними вважаються лужні метали, водень та галогени;

    А ось тривалентний бір та алюміній.

    Отже, тепер давайте пройдемося по таблиці Менделєєва визначення валентності. Найвища валентність для елемента завжди дорівнює його номеру групи

    Нижча валентність дізнається путм віднімання з 8 номери групи. Нижчою валентністю наділені неметали більшою мірою.

    Хімічні елементи можуть бути постійною або змінною валентністю. Елементи із постійною валентністю необхідно вивчити. Завжди

    • одновалентніводень, галогени, лужні метали
    • двовалентнікисень, лужноземельні метали.
    • тривалентніалюміній (Al) та бір (B).

    Валентність можна визначити за таблицею Менделєєва. Вища валентність елемента завжди дорівнює номеру групи, де він знаходиться.

    Нижчою змінною валентністю найчастіше мають неметали. Щоб дізнатися нижчу валентність, від 8 віднімають номер групи - в результаті буде шукана величина. Наприклад, сірка знаходиться в 6 групі і є найвища валентність - VI, нижча валентність буде II (86 = 2).

    Згідно з шкільним визначенням, валентність це здатність хімічного елемента утворювати ту чи іншу кількість хімічних зв'язків з іншими атомами.

    Як відомо, валентність буває постійною (коли хімічний елемент утворює завжди те саме кількість зв'язків з іншими атомами) і змінної (коли в залежності від тієї чи іншої речовини валентність одного і того ж елемента змінюється).

    Визначити валентність нам допоможе періодична системахімічних елементів Д. І. Менделєєва.

    Діють такі правила:

    1) Максимальнавалентність хімічного елемента дорівнює номеру групи. Наприклад, хлор знаходиться в 7-й групі, а значить, у нього максимальна валентність дорівнює 7. Сірка: вона в 6-й групі, значить, не максимальна валентність дорівнює 6.

    2) Мінімальнавалентність для неметалівдорівнює 8 мінус номер групи. Наприклад, мінімальна валентність того ж хлору дорівнює 87, тобто 1.

    На жаль, з обох правил є винятки.

    Наприклад, мідь знаходиться в 1-й групі, проте максимальна валентність міді не дорівнює 1, а 2.

    Кисень знаходиться в 6-й групі, але в нього валентність майже завжди 2, а не 6.

    Корисно пам'ятати ще такі правила:

    3) Усі лужніметали (метали І групи, головної підгрупи) завжди мають валентність 1. Наприклад, валентність натрію завжди дорівнює 1, тому що це лужний метал.

    4) Усі лужно-земельніметали (метали ІІ групи, головної підгрупи) завжди мають валентність 2. Наприклад, валентність магнію завжди дорівнює 2, тому що це лужноземельний метал.

    5) Алюміній має валентність 3.

    6) Водень завжди має валентність 1.

    7) Кисень практично завжди має валентність 2.

    8) Вуглець майже завжди має валентність 4.

    Слід пам'ятати, що різні джерела визначення валентності можуть відрізнятися.

    Більш менш точно валентність можна визначити як кількість загальних електронних пар, за допомогою яких даний атом пов'язаний з іншими.

    Згідно з таким визначенням, валентність азоту в HNO3 дорівнює 4, а не 5. П'ятивалентний азот бути не може, тому що в такому випадку навколо атома азоту кружляло б 10 електронів. А такого не може бути, тому що максимум електронів становить 8.

    Валентність будь-якого хімічного елемента - це його властивість, а точніше властивість його атомів (атомів цього елемента) утримувати якусь кількість атомів, але вже іншого хімічного елемента.

    Існують хімічні елементи як з постійною, так і зі змінною валентністю, яка змінюється в залежності від того в з'єднання з яким елементом він (даний елемент) знаходиться або вступає.

    Валентності деяких хімічних елементів:

    Перейдемо тепер до того, як визначається валентність елемента по таблиці.

    Отже, валентність можна визначити за таблиці Менделєєва:

    • вища валентність відповідає (рівна) номеру групи;
    • нижча валентність визначається формулою: номер групи - 8.

    З шкільного курсуз хімії ми знаємо, що всі хімічні елементи можуть бути з постійною або змінною валентністю. Елементи у яких постійна валентність потрібно просто запам'ятати (наприклад, водень, кисень, лужні метали та інші елементи). Валентність легко визначити за таблицею Менделєєва, яка є у будь-якому підручнику з хімії. Вища валентність відповідає своєму номеру групи, де вона розташована.

    Валентність будь-якого елемента можна визначити за таблицею Менделєєва, за номером групи.

    Принаймні так можна чинити у випадку з металами, адже їх валентність дорівнює номеру групи.

    З неметалами трохи інша історія: їхня вища валентність (у сполуках з киснем) також дорівнює номеру групи, а ось нижчу валентність (у сполуках з воднем та металами) потрібно визначати за такою формулою: 8 - номер групи.

    Чим більше працюєш з хімічними елементами, тим краще запам'ятовуєш і їхню валентність. А для початку вистачить і такої шпаргалки:

    Рожевим кольором виділені елементи, чия валентність непостійна.

    Валетність-це здатність атомів одних хімічних елементів приєднати себе атоми інших елементів. Для успішного написання формул правильного розв'язання задач необхідно добре знати, як визначити валентність. Спочатку потрібно вивчити всі елементи з постійною валентністю. Ось вони: 1. Водень, галогени, лужні метали (завжди одновалентні); 2. Кисень і лужноземельні метали (двовалентні); 3. B і Al (тривалентні). Щоб визначити валентність за таблицею Менделєєва, потрібно з'ясувати, у якій групі стоїть хімічний елемент і визначити, чи знаходиться він в основній групі, чи побічній.

    Елемент може мати одну або декілька валентностей.

    Максимальна валентність елементів дорівнює числу валентних електронів. Ми можемо визначити валентність, знаючи розташування елемента у періодичній таблиці. Максимальна кількість валентності дорівнює номеру групи, де знаходиться необхідний елемент.

    Валентність позначається римською цифрою і, як правило, пишеться у верхньому правому куті символу елемента.

    Деякі елементи можуть мати різну валентність у різних з'єднаннях.

    Наприклад, сірка має такі валентності:

    • II у поєднанні H2S
    • IV у з'єднанні SO2
    • VI у з'єднанні SO3

    Правила визначення валентності не як прості у використанні, тому їх потрібно запам'ятати.

    Визначати валентність за таблицею Менделєєва легко. Як правило, вона відповідає номеру групи в якій елемент розташований. Але є елементи, які у різних сполуках можуть мати різну валентність. У цьому випадку йдеться про постійну та змінну валентність. Змінна може бути максимальною, що дорівнює номеру групи, а може бути мінімальною або проміжною.

    Але набагато цікавіше визначати валентність у з'єднаннях. І тому існує ряд правил. Насамперед легко визначити валентність елементів якщо один елемент у з'єднанні має постійну валентність, наприклад це кисень або водень. Зліва ставиться відновник, тобто елемент із позитивною валентністю, праворуч - окислювач, тобто елемент із негативною валентністю. Індекс елемента з постійною валентністю множиться на цю валентність і поділяється на індекс елемента з невідомою валентністю.

    Приклад: оксид кремнію. Валентність кисню -2. Знайдемо валентність кремнію.

    SiO 1*2/1=2 Валентність кремнію у моноксиді дорівнює +2.

    SiO2 2*2/1=4 Валентність кремнію у діоксиді дорівнює +4.

ВИЗНАЧЕННЯ

Під валентністюмається на увазі властивість атома даного елемента приєднувати або замінювати певну кількість атомів іншого елемента.

Мірою валентності може бути число хімічних зв'язків, утворених даним атомом з іншими атомами. Отже, нині під валентністю хімічного елемента зазвичай розуміється його здатність (у вужчому сенсі - міра його здатність) до утворення хімічних зв'язків. У поданні методу валентних зв'язків числове значеннявалентність відповідає числу ковалентних зв'язків, які утворює атом.

Елементи з постійною валентністю

Існують елементи з т.зв. постійною валентністю (метали IA та IIA груп, алюміній водень, фтор, кисень тощо), які у своїх сполуках виявляють єдиний ступінь окислення, що найчастіше збігається з номером групи Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва, де вони розташовані). Розглянемо з прикладу деяких хімічних елементів.

Валентність елементів головної підгрупи I групи дорівнює одиниці, тому що на зовнішньому рівні атоми цих елементів мають один електрон:

3 Li 1s 2 2s 1

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

Валентність елементів головної підгрупи II групи в основному (незбудженому) стані дорівнює нулю, тому що на зовнішньому енергетичному рівні немає неспарених електронів:

4 Be1s 2 2 s 2

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

При збудженні цих атомів спарені s-електрони роз'єднуються у вільні осередки p-підрівня цього рівня і валентність стає рівною двом (II):

Кисень і фтор у всіх сполуках виявляють постійну валентність, що дорівнює двом (II) для кисню та одиниці (I) для фтору. Валентні електрони цих елементів знаходяться на другому енергетичному рівні, де немає більш вільних осередків:

8 O 1s 2 2s 2 2p 4

9 F 1s 2 2s 2 2p 5

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання Число неспарених електронів в атомі бору в основному стані таке саме, як і в атомі: 1) рубідія; 2) кремнію; 3) кисню; 4) кальцію.
Рішення Число неспарених електронів в атомі хімічного елемента найчастіше одно з значень валентності, які виявляє цей елемент. Щоб визначити число неспарених електронів в атомі бору в основному стані, запишемо електронну формулу цього елемента:

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

На зовнішньому електронному рівні бору знаходиться 3 електрони, з яких лише один неспарений. Один неспарений електрон в основному стані має рубідій, оскільки він розташований в IA групі і на його зовнішньому електронному рівні знаходиться всього один електрон, який, природно, є неспареним.
Відповідь Варіант 1

ПРИКЛАД 2

Завдання Визначте валентність елементів у таких сполуках: а) NH 3 ; б) SO 2; в) CO 2; г) H2S; д) P 2 O 5 .
Рішення Визначення валентностей елементів у хімічному з'єднанніварто починати із вказівки валентності відомого елемента. У варіанті «а» - це водень, оскільки його валентність завжди дорівнює I:

Проставляємо отримане значення праворуч від хімічного знака цього елемента, позначаючи арабськими цифрами:

Тепер ділимо загальну кількість одиниць валентності на число атомів (індекс) елемента, для якого відома валентність:

Поставимо отримане приватне (3) римською цифрою над елементом, що шукається, як його валентність:

Значить валентність елементів у поєднанні NH 3 дорівнює: азоту - III і водню - I.

Аналогічно визначаємо валентності елементів в інших сполуках: б) S IV O II 2 ; в) C IV O II 2; г) H I 2 S II; д) P V 2 O II 5 .
Відповідь а) N III H I 3; б) S IV O II 2; в) C IV O II 2; г) H I 2 S II; д) P V 2 O II 5

Як визначити валентність:

Зауважте, що кількість атомів кисню відрізняється у різних сполуках.

Наприклад, CO 2 і H 2 O. У вуглекислому газі на 1 молекулу вуглецю, 2 молекули кисню, а у воді навпаки 2 водню і лише один кисень.

Справа в тому, що різні речовини можуть приєднати до себе різну кількість атомів (утворювати певну кількість зв'язків): водень - 1 атом (1 зв'язок), кисень - 2 атоми (2 зв'язки) і т.д. Ця властивість атомів називають валентність(від лат. "має силу" - той же корінь, що і в імені "Валентин", який теж "має силу").

Є також певна послідовність цього зв'язку, що виражається в структурні формули, де зв'язки показані рисками.

Ось структурна формуладля води (H 2 O):

Водень тут пов'язаний лише з киснем, але не між собою. Отже, у кожного атома водню по одному зв'язку він одновалентний.

У кисню два зв'язки – він двовалентний.

Ще одна структурна (графічна) формула для вуглекислого газу (CO2):

Тут кисень двовалентний, його атоми пов'язані лише з чотиривалентним вуглецем.

Тривалентний азот в аміаку та чотиривалентний вуглець у метані будуть виглядати так:

Валентність можна позначати і римськими цифрами зверху:

Знаючи валентність однієї речовини, можна легко зрозуміти валентність другої:

Наприклад, Fe 2 O 3 - 3 атоми кисню мають валентність 2, отже 3*2 = 6, а заліза в нас 2 атоми, отже, його валентність 6:2 = 3.

Однак, валентність деяких елементів може бути змінної, тобто. відрізнятиметься. залежно від речовини, з якою входить у зв'язок. Змінну валентність вказують у дужках: CO2(IV), CO(II).

У простих речовиннемає сенсу вказувати валентність. Валентність може бути цікавою тільки в молекулярних речовинах, куди входять 2 і більше елементів.

Редагувати цей урок та/або додати завдання та отримувати гроші постійно* Додати свій урок та/або завдання та отримувати гроші постійно

ВИЗНАЧЕННЯ

Під валентністюмається на увазі властивість атома даного елемента приєднувати або замінювати певну кількість атомів іншого елемента.

Мірою валентності може бути число хімічних зв'язків, утворених даним атомом з іншими атомами. Отже, нині під валентністю хімічного елемента зазвичай розуміється його здатність (у вужчому значенні - міра його здатності) до утворення хімічних зв'язків (рис. 1). У поданні методу валентних зв'язків числове значення валентності відповідає числу ковалентних зв'язків, які утворює атом.

Мал. 1. Схематичне утворення молекул води та аміаку.

Таблиця валентності хімічних елементів

Спочатку за одиницю валентності приймали валентність водню. Валентність іншого елемента у своїй висловлювали числом атомів водню, які приєднує себе чи заміщає один атом цього елемента (т.зв. валентність водню). Наприклад, у сполуках складу HCl, H 2 O, NH 3 , CH 4 валентність водню хлору дорівнює одиниці, кисню - двом, азоту - трьом, вуглецю - чотирьом.

Потім було вирішено, що визначити валентність елемента можна і по кисню, валентність якого, як правило, дорівнює двом. У цьому випадку валентність хімічного елемента розраховується як подвоєне число атомів кисню, яке може приєднати один атом даного елемента (т.зв. валентність кисню). Наприклад, у сполуках складу N 2 O, CO, SiO 2 , SO 3 валентність по кисню азоту дорівнює одиниці, вуглецю - двом, кремнію - чотирьом, сірки - шести.

Насправді виявилося, що в більшості хімічних елементів значення валентності у водневих і кисневих сполуках різні: наприклад, валентність сірки водню дорівнює двом (H 2 S), а по кисню - шести (SO 3). Крім того, більшість елементів виявляють у своїх сполуках різну валентність. Наприклад, вуглець утворює два оксиди: монооксид CO та діоксид CO 2 . У першому у тому числі валентність вуглецю дорівнює II, тоді як у другому - чотирьом. Звідки випливає, що охарактеризувати валентність елемента якимось одним числом, як правило, не можна.

Вища та нижча валентність хімічних елементів

Значення найвищої та нижчої валентностей хімічного елемента можна визначити за допомогою Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва. Вища валентність елемента збігається з номером групи, в якій він розташований, а нижча є різницею між числом 8 і номером групи. Наприклад, бром розташований у VIIA групі, отже, його вища валентність дорівнює VII, а нижча - I.

Існують елементи з т.зв. постійною валентністю (метали IA та IIA груп, алюміній водень, фтор, кисень), які у своїх сполуках виявляють єдиний ступінь окислення, що найчастіше збігається з номером групи Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва, де вони розташовані).

Елементи, котрим характерні кілька значень валентності (причому який завжди це найвища і нижча валентність) називаються переменновалентными. Наприклад, для сірки характерні валентності II, IV та VI.

Для того, щоб легше було запам'ятати скільки та які валентності характерні для конкретного хімічного елемента, використовують таблиці валентності хімічних елементів, які виглядають наступним чином:

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

Завдання Валентність III характерна для: а) Ca; б) P; в) O; г) Si?
Рішення

а) Кальцій – метал. Характеризується єдино можливим значенням валентності, що збігається з номером групи в Періодичній таблиці Д.І. Менделєєва, де він розташований, тобто. Валентність кальцію дорівнює II. Відповідь неправильна.

б) Фосфор – неметал. Належить до групи хімічних елементів із змінною валентністю: вища визначається номером групи у Періодичній таблиці Д.І. Менделєєва, де він розташований, тобто. дорівнює V, а нижча різницею між числом 8 і номером групи, тобто. дорівнює III. Це вірна відповідь.
Відповідь Варіант (б)

ПРИКЛАД 2

Завдання Валентність III характерна для: а) Be; б) F; в) Al; г) C?
Рішення Для того, щоб дати правильну відповідь на поставлене питання, розглядатимемо кожен із запропонованих варіантів окремо.

а) Берилій – метал. Характеризується єдино можливим значенням валентності, що збігається з номером групи в Періодичній таблиці Д.І. Менделєєва, де він розташований, тобто. валентність берилію дорівнює II. Відповідь неправильна.

б) Фтор – неметал. Характеризується єдино можливим значенням валентності рівним I. Відповідь неправильна.

в) Алюміній – метал. Характеризується єдино можливим значенням валентності, що збігається з номером групи в Періодичній таблиці Д.І. Менделєєва, де він розташований, тобто. Валентність алюмінію дорівнює III. Це вірна відповідь.
Відповідь Варіант (в)