Определете валентността на химичните елементи

Нивото на познаване на структурата на атомите и молекулите в XIX век не ни позволи да обясним защо атомите образуват определен брой връзки с други частици. Но идеите на учените са надминали времето си, а валентността все още е изучавана като един от основните принципи на химията.

От историята на понятието "валентността на химическите елементи"

Изключителен английски химик от XIX век, Едуард Франкланд въвежда термина "връзка" в научна употреба, за да опише процеса на взаимодействие на атомите един с друг. Учените забелязали, че някои химически елементи образуват съединения със същия брой други атоми. Например, азотът комбинира три водородни атома в амонячна молекула.

През май 1852 г. Франклин хипотезира, че има определен брой химически връзки, които един атом може да образува с други малки частици на материята. Франклънд използва фразата "съединителна сила", за да опише какво ще се нарича по-късно валентност. Британският химик установи колко химически връзки образуват атомите на отделните елементи, известни в средата на XIX век. Работата на Франклин е важен принос за съвременната структурна химия.

Разработване на възгледи

Германският химик F.A. Кекуле доказал през 1857, че въглеродът е четири бази. В най-простата връзка - метан - има връзки с 4 водородни атома. Терминът "основен", използван от учения, за да идентифицира свойствата на елементите, за да придаде строго определен брой други частици. В Русия, данни за структурата на материята систематизиран от АМ Булеров (1861 г.). По-нататъшното развитие на теорията на химическото свързване се дължи на теорията на периодичните промени в свойствата на елементите. Неговият автор е друг изключителен Руски химик, Д. И. Менделеев. Той доказва, че валентността на химичните елементи в съединенията и други свойства се дължи на позицията, която заемат в периодичната система.

Графично представяне на валентност и химическо свързване

Възможността за визуализиране на молекулите е една от несъмнените заслуги на теорията на валентността. Първите модели се появяват през 60-те години на ХХ век, а от 1864 г. те са били използвани структурни формули, Това са кръгове с химически знак вътре. Между символите на атомите се обозначава тирето химическо свързване, и броят на тези линии е равен на стойността на валентността. През същите години се произвеждат първите модели с топки и пръти (виж снимката вляво). През 1866 г. Кекуле предлага стереохимична рисунка на въглероден атом под формата на тетраедър, който той включи в своя учебник "Органична химия".

Валентността на химическите елементи и появата на връзките бяха проучени от Г. Люис, който публикува своите произведения през 1923 г. след това откриване на електрона. Така наречените негативно заредени малки частици, които са част от черупките на атомите, се наричат. В своята книга Луис прилага точки около четири страни символ на химическия елемент за показване на валентните електрони.

Валенция за водород и кислород

Преди създаването на периодичната система, валентността на химичните елементи в съединенията се приемаше за сравнение с тези атоми, за които е известна. Като стандарти бяха избрани водород и кислород. Друг химически елемент привлича или заменя определен брой атоми Н и О.

По този начин свойствата се определят при съединения с моновалентен водород (валентността на втория елемент се обозначава с римската цифра):

• НС1 - хлоро (I):
• Н₂О е кислород (II);
• NH₃ - азот (III);
• СН₄ - Въглерод (IV).

В оксидите на К₂О, СО, N₂О₃, SiO₂, SO₃ определя от валентността на метали и неметали кислород, удвояване на броя на атоми закрепен О. Получават се следните стойности: К (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).

Как да определим валентността на химическите елементи

Има закономерности при формирането на химическа връзка, включваща общи електронни двойки:

• Типичната водородна валентност е I.
• Обичайната валентност на кислорода е II.
• За неметалните елементи долната валентност може да се определи по формулата 8 - номера на групата, в която се намират в периодичната система. Колкото по-високо, ако е възможно, се определя от номера на групата.
• За елементите на подгрупите максималната възможна валентност е същата като номера на тяхната група в периодичната таблица.

Определянето на валентността на химичните елементи чрез формулата на съединението се извършва, като се използва следния алгоритъм:

1. Запишете над химическия знак известна стойност за един от елементите. Например, в Ман₂О₇ кислородната валентност е II.
2. Изчислете общата стойност, за която е необходимо да се умножи валентността с броя на атомите на същия химически елемент в молекулата: 2 * 7 = 14.
3. Определете валентността на втория елемент, за който не е известна. Разделете стойността, получена в подраздел 2, по броя на Mn атомите в молекулата.
4. 14: 2 = 7. Валентността на мангана в неговия по-висок оксид е VII.

Постоянна и променлива валентност

Стойностите за водород и кислород са различни. Например, сяра в съединение Н₂S е двувалентен и във формулата SO₃ - Шествалентният. Въглеродът образува с кислород CO моноксид и CO dioxide₂. В първото съединение валентността на С е II, а във втория - IV. Същата стойност в метан СН₄.

Повечето елементи показват не постоянна, но променлива валентност, например фосфор, азот, сяра. Търсенето на основните причини за това явление доведе до появата на теории за химическо свързване, идеи за валентното тяло на електрони, молекулярни орбитали. Съществуването на различни ценности на едно и също имущество беше обяснено по отношение на структурата на атомите и молекулите.

Съвременни понятия за валентност

Всички атоми се състоят от положително ядро, заобиколено от отрицателно заредени електрони. Външната обвивка, която те образуват, е недовършена. Завършената структура е най-стабилна, съдържа 8 електрона (октет). Появата на химическа връзка, дължаща се на общи електронни двойки, води до енергийно благоприятно състояние на атомите.

Правилото за образуване на съединенията е завършването на черупката чрез вземане на електрони или откат при отказване - в зависимост от това кой процес е по-лесен за преминаване. Ако даден атом осигурява отрицателни частици за образуването на химическа връзка, които нямат двойка, тогава той образува толкова връзки, колкото наличието на недвоени електрони. Съгласно съвременните понятия, валентността на атомите на химическите елементи е способността да се формира определен брой ковалентни връзки. Например, в молекула на водород сулфид Н₂S сярата придобива валентност II (-), тъй като всеки атом участва в образуването на две електронни двойки. Знакът ";" показва привличането на електронната двойка към елемента с по-голяма електрическа активност. При по-малко избирателни за стойността на валентността, добавете "+".

С донор-акцепторния механизъм участват в процеса електронни двойки от един елемент и орбитални форми на свободна валентност на другия.

Зависимост на валентността от структурата на атома

Помислете, например, за въглерода и кислорода, как валентността на химичните елементи зависи от структурата на материята. Масата на Менделеев дава представа за основните характеристики на въглеродния атом:

• химически знак - С;
• елемент номер е 6;
• зарядът на ядрото е +6;
• протони в ядрото - 6;
• електрони - 6, в това число 4 външни, 2 от които формират двойка, 2 непарирани.

Ако въглеродният атом в СО монооксида образува две връзки, тогава само 6 отрицателни частици влизат в неговата употреба. За да се получи октет, е необходимо двойките да образуват 4 външни отрицателни частици. Въглеродът има валентност на IV (+) в диоксид и IV (-) в метан.

Редовният брой на кислорода е 8, валентното тяло се състои от шест електрона, две от които не образуват двойка и участват в химическо свързване и взаимодействие с други атоми. Типичната кислородна валентност е II (-).

Валенце и състояние на окисляване

В много случаи е по-удобно да се използва терминът "състояние на окисление". Това е името на заряда на атома, който би получил, ако всички свързващи електрони бяха прехвърлени на елемент, който има по-висока стойност на електронегодност (ЕО). Оксидиращият номер в простата субстанция е нула. Към окислителното състояние на елемента с повече ЕО се добавя знакът ";", по-малко от електрическото - "+". Например, за метали от главните подгрупи степента на окисляване и йонните заряди са еквивалентни на броя на групата със знака "+". В повечето случаи валентността и степента на окисление на атомите в едно и също съединение са еднакви. Само когато взаимодействаме с повече електронеогъващи се атоми, степента на окисление е положителна, като елементите, за които ЕО е по-нисък, са отрицателни. Понятието "валентност" често се прилага само за вещества с молекулярна структура.