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:

• Хлороводород (HCl).
• Вода (H2O).
• Аммиак (NH3).
• Метан (CH4).

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:

• HCl (I I).
• H2O (I II).
• HN3 (III I).
• CH4 (IV I).

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 символы элементов и валентность. Это VII II ClO.
• Найти меньшее кратное валентностей двух элементов. VII*II, получается 14.
• Делят наименьшее кратное на В. каждого элемента, находят значение индексов. 14/2 = 7, 14/7 = 2.

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:

• Высшая. Соответствует порядковому № группы.
• Низшая. От числа вида по табличным данным отнимают номер интересующего элемента.

Основанием для образования соединений является прием электронов.

Виды электронов:

• Спаренные. Расположены на одной орбитали.
• Неспаренные. Это 1 электрон на орбитали.

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.