Валентность. Определение валентности. Элементы с постоянной валентностью.

Необходимо четко усвоить следующие принципы:

Существуют элементы с постоянной валентностью (их относительно немного) и элементы с переменной валентностью (коих большинство).

Элементы с постоянной валентностью необходимо запомнить:

Остальные элементы могут проявлять разную валентность.

Высшая валентность элемента в большинстве случаев совпадает с номером группы, в которой находится данный элемент.

Например, марганец находится в VII группе (побочная подгруппа), высшая валентность Mn равна семи. Кремний расположен в IV группе (главная подгруппа), его высшая валентность равна четырем.

Следует помнить, однако, что высшая валентность не всегда является единственно возможной. Например, высшая валентность хлора равна семи (убедитесь в этом!), но известны соединения, в которых этот элемент проявляет валентности VI, V, IV, III, II, I.

Если известна валентность одного из элементов в бинарном соединении, можно найти валентность другого.

Зная валентности двух элементов, можно составить формулу бинарного соединения.

Ответ прост: берите минимально возможные значения х и у. В приведенном примере эти минимальные (натуральные!) значения как раз и равны 1 и 2.

Несмотря на все сказанное, в большинстве случаев можно руководствоваться правилом: берите наименьшие значения индексов.

Вот, собственно, и все основные моменты.

Хотите узнать, почему «классическое» определение валентности часто не «работает»? Почему валентность железа в FeO не равна двум? Почему для описания комплексных веществ используется понятие «координационное число»?

Источник

Валентность. Определение валентности.

Валентность элементов

До сих пор вы пользовались химическими формулами веществ, приведенными в учебнике, или теми, которые вам называл учитель. Как же правильно составлять химические формулы?

Химические формулы веществ составляются на основе знания качественного и количественного состава вещества. Веществ существует гигантское количество, естественно запомнить все формулы невозможно. Это и не нужно! Важно знать определенную закономерность, согласно которой атомы способны соединяться друг с другом с образованием новых химических соединений. Такая способность называется валентностью.

Видно, что в молекуле воды атом кислорода присоединяет два атома водорода. Следовательно, его валентность равна двум. В молекуле метана атом углерода присоединяет четыре атома водорода, его валентность в данном веществе равна четырем. Валентность водорода в обоих случаях равна одному.

Такую же валентность углерод проявляет и в углекислом газе, но в отличие от метана, атом углерода присоединяет два атома кислорода, так как валентность кислорода равна двум. Существуют элементы, валентность которых не меняется в соединениях. О таких элементах говорят, что они обладают постоянной валентностью. Если же валентность элемента может быть различной – это элементы с переменной валентностью. Валентность некоторых химических элементов приведена в таблице 2. Валентность принято обозначать римскими числами. Таблица 2. Валентность некоторых химических элементов

Стоит отметить, что высшая валентность элемента численно совпадает с порядковым номером группы Периодической Системы, в которой он находится. Например, углерод находиться в IV группе, его высшая валентность равна IV. Исключение составляют три элемента:

Исходя из того, что все элементы расположены в восьми группах Периодической Системы, валентность может принимать значения от I до VIII.

Составление формул веществ при помощи валентности

Для составления формул веществ при помощи валентности воспользуемся определенным алгоритмом:

Определение валентности по формуле вещества

Чтобы определить валентность элементов по формуле вещества, необходим обратный порядок действий. Рассмотрим его также при помощи алгоритма:

При изучении данного параграфа были рассмотрены сложные вещества, в состав которых входят только два вида атомов химических элементов. Формулы более сложных веществ составляются иначе.

Бинарные соединения – соединения, в состав которых входит два вида атомов элементов

Для определения порядка последовательности соединения атомов используют структурные (графические) формулы веществ. В таких формулах валентности элементов обозначают валентными штрихами (черточками). Например, молекулу воды можно изобразить как

Графическая формула изображает только порядок соединения атомов, но не структуру молекул. В пространстве такие молекулы могут выглядеть иначе. Так, молекула воды имеет угловую структурную формулу:

Источник

Валентность химических элементов

Общая характеристика

Валентность представляет способность атомов создавать химические соединения, добавлять другие атомы. С давних времен известны исторические данные о молекулярной, атомной структуре веществ.

Необходимость и основные понятия

Определение в переводе характеризует силу, создание. Главное суждение введено до открытия строения атома. Природа химических соединений заключается в делении между собой пары частиц на валентные электроны.

Число обобществленных связей, которыми атом соединяется с другими элементами, называется валентностью. В учет не берется полярность связей, поэтому показатель не имеет знака и не равен 0. В химических сочетаниях атомные частицы находятся в числовом соотношении.

Соединения водорода H с разными микрочастицами:

Атом Cl (хлора) связан с одним А. водорода, О2 (кислорода) — с двумя, азота (N)-с тремя, а углерода — с 4 атомными частицами. В молекуле углекислого газа СО2 частица Н связана с двумя атомами кислорода.

А. соединяются по-разному с другими элементами. Такая способность выражается численной характеристикой.

Обозначение валентности:

Один атом водорода соединяется только с одной частью другого элемента, соответственно, валентность принимают за 1. Объясняя «химическим» языком, атомная частица водорода обладает единицей валентности (В), он одновалентен.

Образование химических связей атома любого элемента соответствует количеству соединившихся мелких частиц водорода. В молекуле хлороводорода валентность Cl равна 1, а в молекуле воды у атома кислорода — двум. В структурной составляющей метана В. углерода равна 4. Условно в химии обозначают единицы валентности римскими цифрами I-Х.

Историческая справка и взгляды ученых

Скудные знания о строении молекулярных и атомных частицах 19 века не позволяли объяснить причины, по которым атомы образуют связи с другими элементами. Валентность как основной принцип химии изучается до сих пор.

Ученый Э. Франкленд ввел терминологию «связь» в научные труды для характеристики взаимодействия атомов между собой. Специалист выяснил, что некоторые элементы образуют соединения с одними и теми же атомами. Азот прикрепляет три водородных частицы в молекуле аммиака.

Позже ученый выдвинул теорию о существовании конкретных чисел химической связи и назвал ее «соединительной силой». Труды Франклина стали значимым вкладом в структурную химию.

Мнения, научные работы доказаны в 1860 г. немецким деятелем Ф. Кекуле. По его мнению, углерод является из четырех основным, в самом простейшем его соединении частиц (метане) образуются связи с 4 атомами Н.

В Советском союзе информацию о строении веществ систематизировал А. Бутлеров. Последующее развитие связей получило введение периодической теории Д. Менделеева. Он подтвердил, что валентность Э. в соединениях и прочие свойства обусловлены занятым положением в периодической системе.

Главным преимуществом теории В. является возможность наглядного изображения молекулярного строения. Первые модели возникли в середине 19 века, а позже использовались структурные формулы в виде окружности с химическим знаком. Между обозначений атомов черточкой выделяется связь, а число линий соответствует В.

Основная классификация

Элементы распределяются с постоянной и переменной валентностью. Углерод соединяется с различными атомами кислорода, поэтому имеет переменную валентность. Многие элементы имеют неустойчивую величину.

Водород образует связь не с каждым элементом, а кислородные соединения имеются почти у всех. В таких сочетаниях атомы О2 проявляют двукратную валентность.

Ковалентная связь осуществляется из-за образования общих электронных пар. Когда между 2 атомными структурами (А) существует совместная электронная пара, она называется одинарной, при наличии двух — двойной, трех — тройной.

Валентность азота N в связи NH3 составляет III, поскольку один атом Н связан с тремя частицами N. Валентность углерода в метане (СН4), по тому же принципу будет 4 (IV).

Валентность хлора в молекуле хлороводорода равна единице, индекс не применяется. Одному атому H соответствует 1 атом Cl. Если образованная химическая связь углерода © в метане равна 4, валентность Н — всегда 1. Рядом с Н ставится индекс 4, а формула метана выглядит следующим образом: CH4.

Постоянной одной В. остается H, K, F. Двухвалентные — кислород, магний, кальций, цинк, а трехвалентные — алюминий. Валентность брома, железа, меди, хлора или прочих элементов модифицируется, когда они формируют различные соединения.

Йод представлен в таблице 53 по счету. Присутствие одного неспаренного электрона говорит о способности проявлять низшую В., равную единице в соединениях. Зная валентность, можно легко составить формулы соединений.

Определение по формуле

Если под рукой нет таблицы Менделеева, то существует возможность установления В. элемента с помощью несложных расчетов. Для примера выбирается формула оксида марганца — Mn2O7.

Кислород двухвалентный, а для определения марганца В. кислорода умножают на число атомов газа в сочетании 2*7, получается 14. Это число делится на количество мелких атомных частиц Mn:14/2 = 7. В полученном соединении валентность составляет VII.

Индексы в молекулярных веществах отображают число А., входящих в состав. Получив формулу вещества, в котором известна В. одного элемента, можно определить В. другого. В веществе, состоящем из молекул число В. обоих элементов равно. Используется минимальное общее кратное для определения неизвестной В.

Например, в образовании формулы связи оксида железа Fe2O3 участвуют пара атомов Fe с валентностью III и три атома O с двойной валентностью. Минимальным общим кратным будет 6.

Для правильной формулировки записи оксида фосфора учитывается В кислорода (II) и фосфора (V). Наименьшее общее кратное для Р и О получается десять. Обозначение записывается Р2О5.

Понимая и зная свойства элементов, проявляющих в разных сочетаниях, можно находить валентность по внешнему параметру соединений. Оксиды меди (купрум) имеют красный (Cu2O) и черный (CuО) цвет. Гидроксиды меди будут желтыми (CuОН) и синими (Cu (ОН)2).

Чтобы составить формулу бинарных соединений элементов, достаточно определить валентность. Если требуется записать формулу кислородного соединения хлора (ClO), в котором валентность Cl равна 7, соблюдают последовательность:

Записывают индексы возле знаков элементов. Получается Cl2O7.

Труды Менделеева

Согласно электронной теории, В. атома определяется из числа непарных электронов (Э)., участвующих в формировании пар с Э. других атомов. Понятие В. связано с созданием закона Менделеева.

Теория электронов

Атомы представляют положительную основу (ядро), вокруг которой расположены отрицательно заряженные электроны. Наружная оболочка последних бывает недостроенной, а завершенная структура устойчивее, она включает восемь электронов.

Создание связи за счет общих пар электронов приводит к благоприятному состоянию атомов.

Максимальная В. — это величина Э. во внешней оболочке атома. Химические связи составляют Э., находящиеся на наружной оболочке атома. Изучив таблицу Менделеева, можно определить, что положение веществ в периодической системе и его В. взаимосвязаны.

Валентность:

Основанием для образования соединений является прием электронов.

Виды электронов:

Когда атом отрицательно заряжен частицами без пары для взаимодействия, то они образуются в таком количестве, сколько имеется неспаренных электронов.

В молекулярной структуре водорода и серы H2S последнее вещество приобретает двойную валентность (-), потому что каждый атом участвует в образовании 2 электропар. Знак черточка или тире указывает на притяжение пары к более отрицательному элементу. У менее отрицательного к валентности добавляют знак плюс.

Распределение свойств

В периодической таблице указаны все 118 химических элементов (водород, литий, бор, натрий, магний, кальций, ванадий, уран и другие).

Химические и физические свойства каждого вещества похожи с предшествующим ему в таблице элементом. Закономерность проявляется у всех, кроме нескольких первых, потому что они не включают перед собой элементов, аналогичных по атомному объему.

Валентность металлов:

В периодической таблице элементы классифицированы, упорядочены с учетом атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды называются периодами, а столбцы — группами. В самой первой таблице содержалось не более шестидесяти элементов, теперь продолжительность списка увеличили до 118 элементов. Систематизированы не только химические вещества, но и их свойства.

Достаточно ученому-химику взглянуть на таблицу, и он сможет ответить на разные экзаменационные, научные вопросы.

Говоря о степени окисления, предполагают, что атом в веществе ионной природы имеет заряд, и если валентность нейтральная, то уровень окисления будет нулевым, положительным или отрицательным. Узнать информацию можно из таблицы Менделеева.

Для атома одного и того же Э., в зависимости от элементов, с которыми он сформирует химическое соединение, В. и стадия окисления совпадают (Н2О, СН4) и различаются (Н2О2, HNO3). Само понятие валентности ученые-химики не используют по Менделеевской таблице.

Источник

Как самостоятельно определить валентность по таблице Менделеева

Различные химические элементы отличаются по своей способности создавать химические связи, то есть соединяться с другими атомами. Поэтому в сложных веществах они могут находиться только в определенных соотношениях. Разберемся, как определить валентность по таблице Менделеева.

Что такое валентность?

Существует такое определение валентности: это способность атома к образованию определенного числа химических связей. В отличие от степени окисления, эта величина всегда только положительная и обозначается римскими цифрами.

В качестве единицы используется эта характеристика для водорода, которая принята равной I. Это свойство показывает, с каким числом одновалентных атомов может соединиться данный элемент. Для кислорода эта величина всегда равна II.

Знать эту характеристику необходимо, чтобы верно записывать химические формулы веществ и уравнения реакций. Знание этой величины поможет установить соотношение между числом атомов различных типов в молекуле.

Данное понятие возникло в химии в XIX веке. Начало теории, объясняющей соединение атомов в различных соотношениях, положил Франкленд, но его идеи о «связывающей силе» не были очень распространены. Решающая роль в развитии теории принадлежала Кекуле. Он называл свойство образовывать некоторое количество связей основностью. Кекуле считал, что это фундаментальное и неизменное свойство каждого вида атомов. Важные дополнения к теории сделал Бутлеров. С развитием этой теории стало возможным наглядно изображать молекулы. Это очень помогло в изучении строения различных веществ.

Чем поможет периодическая таблица?

Находить валентность можно, посмотрев на номер группы в короткопериодном варианте. Для большинства элементов, у которых эта характеристика постоянная (принимает только одно значение), она совпадает с номером группы.

Такие свойства имеют металлы главных подгрупп. Почему? Номер группы соответствует числу электронов на внешней оболочке. Эти электроны называются валентными. Именно они отвечают за возможность соединяться с другими атомами.

Группу составляют элементы с похожим устройством электронной оболочки, а сверху вниз возрастает заряд ядра. В короткопериодной форме каждая группа делится на главную и побочную подгруппы. Представители главных подгрупп — это s и p-элементы, представители побочных подгрупп имеют электроны на d и f-орбиталях.

Как определить валентность химических элементов, если она меняется? Она может совпадать с номером группы или равняться номеру группы минус восемь, а также принимать другие значения.

Важно! Чем выше и правее элемент, тем его свойство образовывать взаимосвязи меньше. Чем он более смещен вниз и влево, тем она больше.

То, как изменяется валентность в таблице Менделеева для конкретного вида атома, зависит от структуры его электронной оболочки. Сера, например, может быть двух-, четырех- и шестивалентной.

В основном (невозбужденном) состоянии у серы два неспаренных электрона находятся на подуровне 3р. В таком состоянии она может соединиться с двумя атомами водорода и образовать сероводород. Если сера перейдет в более возбужденное состояние, то один электрон перейдет на свободный 3d-подуровень, и неспаренных электронов станет 4.

Сера станет четырехвалентной. Если сообщить ей еще больше энергии, то еще один электрон перейдет с подуровня 3s на 3d. Сера перейдет в еще более возбужденное состояние и станет шестивалентной.

Постоянная и переменная

Иногда способность к образованию химических связей может меняться. Она зависит от того, в какое соединение входит элемент. Например, сера в составе H2S двухвалентна, в составе SO2 четырехвалентна, а в SO3 — шестивалентна. Наибольшее из этих значений называется высшим, а наименьшая — низшим. Высшую и низшую валентности по таблице Менделеева можно установить так: высшая совпадает с номером группы, а низшая равняется 8 минус номер группы.

Как определить валентность химических элементов и то, изменяется ли она? Нужно установить, имеем мы дело с металлом или неметаллом. Если это металл, нужно установить, относится он к главной или побочной подгруппе.

Это интересно! Что такое алканы: строение и химические свойства

В соединениях низшую валентность проявляет тот элемент, который находится выше и правее в периодической таблице, соответственно, высшую — тот, который левее и ниже.

Часто способность образовывать химические связи принимает больше двух значений. Тогда по таблице узнать их не получится, а нужно будет выучить. Примеры таких веществ:

Как определить валентность элемента в формуле соединения? Если она известна для других составляющих вещества, это несложно. Например, требуется рассчитать это свойство для хлора в NaCl. Натрий — элемент главной подгруппы первой группы, поэтому он одновалентен. Следовательно, хлор в этом веществе тоже может создать только одну связь и тоже одновалентен.

Важно! Однако так не всегда можно узнать это свойство для всех атомов в сложном веществе. Для примера возьмем HClO4. Зная свойства водорода, можно только установить, что ClO4 — одновалентный остаток.

Как еще узнать эту величину?

Способность образовывать определенное количество связей не всегда совпадает с номером группы, и в некоторых случаях ее придется просто заучить. Здесь на помощь придет таблица валентности химических элементов, где приведены значения этой величины. В учебнике химии за 8 класс приведены значения способности соединяться с другими атомами наиболее распространенных видов атомов.

Применение

Стоит сказать, что ученые-химики в настоящее время понятие валентности по таблице Менделеева почти не используют. Вместо него для способности вещества образовывать определенное число взаимосвязей применяют понятие степени окисления, для веществ с ковалентной структурой — ковалентность, а для веществ ионного строения — заряд иона.

Однако рассматриваемое понятие применяют в методических целях. С его помощью легко объяснить, почему атомы разных видов соединяются в тех соотношениях, которые мы наблюдаем, и почему эти соотношения для разных соединений различны.

На данный момент подход, согласно которому соединение элементов в новые вещества всегда объяснялось с помощью валентности по таблице Менделеева независимо от типа связи в соединении, устарел. Сейчас мы знаем, что для ионной, ковалентной, металлической связей существуют разные механизмы объединения атомов в молекулы.

Полезное видео

Подведем итоги

По таблице Менделеева определить способность к образованию химических связей возможно не для всех элементов. Для тех, которые проявляют одну валентность по таблице Менделеева, она в большинстве случаев равна номеру группы. Если есть два варианта этой величины, то она может быть равна номеру группы или восемь минус номер группы. Существуют также специальные таблицы, по которым можно узнать эту характеристику.

Источник