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. Валентность – свойство атомов элементов присоединять определенное число атомов других элементов Рассмотрим модели молекул некоторых веществ, таких, как вода, метан и углекислый газ. 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
| Символ элемента | Валентность | Символ элемента | Валентность |
| H, Li, Na, K, F, Ag | I | C, Si, Sn, Pb | II, IV |
| Be, Mg, Ca, Ba, Zn, O | II | N | I, II, III, IV |
| Al, B | III | P, As, Sb | III, V |
| S | II, IV, VI | Cl | I, II,III, IV,V, VII |
| Br, I | I, III, V | Ti | II, III, IV |
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:
- азот – находится в V группе, но его высшая валентность IV;
- кислород – находится в VI группе, но его высшая валентность II;
- фтор – находится в VII группе, но его высшая валентность – I.
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
Н─О─Н
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:
- Валентность – способность атомов элементов присоединять определенное число атомов других химических элементов
- Существуют элементы с постоянной и переменной валентностью
- Высшая валентность химического элемента совпадает с его номером группы в Периодической Системе химических элементов Д.И. Менделеева. Исключения: азот, кислород, фтор
- Бинарные соединения – соединения, в состав которых входит два вида атомов химических элементов
- Графические формулы отражают порядок связей атомов в молекуле при помощи валентных штрихов
- Структурная формула отражает реальную форму молекулы в пространстве
Рассматривая формулы различных соединений, нетрудно заметить, что число атомов одного и того же элемента в молекулах различных веществ не одинаково. Например, HCl, NH 4 Cl, H 2 S, H 3 PO 4 и т.д. Число атомов водорода в этих соединениях изменяется от 1 до 4. Это характерно не только для водорода.
Как же угадать, какой индекс поставить рядом с обозначением химического элемента? Как составляются формулы вещества? Это легко сделать, когда знаешь валентность элементов, входящих в состав молекулы данного вещества.
– это свойство атома данного элемента присоединять, удерживать или замещать в химических реакциях определённое количество атомов другого элемента. За единицу валентности принята валентность атома водорода. Поэтому иногда определение валентности формулируют так: валентность – это свойство атома данного элемента присоединять или замещать определённое количество атомов водорода.
Если к одному атому данного элемента прикрепляется один атом водорода, то элемент одновалентен, если два – двухвалентен и т.д. Водородные соединения известны не для всех элементов, но почти все элементы образуют соединения с кислородом О. Кислород считается постоянно двухвалентным.
Постоянная валентность:
I –
H, Na, Li, K, Rb, Cs
II –
O, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd
III –
B, Al, Ga, In
Но как поступить в том случае, если элемент не соединяется с водородом? Тогда валентность необходимого элемента определяют по валентности известного элемента. Чаще всего её находят, используя валентность кислорода, потому что в соединениях его валентность всегда равно 2. Например, не составит труда найти валентность элементов в следующих соединениях: Na 2 O (валентность Na – 1, O – 2), Al 2 O 3 (валентность Al – 3, O – 2).
Химическую формулу данного вещества можно составить, только зная валентность элементов. Например, составить формулы таких соединений, как CaO, BaO, CO, просто, потому что число атомов в молекулах одинаково, так как валентности элементов равны.
А если валентности разные? Когда мы действуем в таком случае? Необходимо запомнить следующее правило: в формуле любого химического соединения произведение валентности одного элемента на число его атомов в молекуле равно произведению валентности на число атомов другого элемента. Например, если известно, что валентность Mn в соединении равна 7, а O – 2, тогда формула соединения будет выглядеть так Mn 2 O 7.
Как же мы получили формулу?
Рассмотрим алгоритм составления формул по валентности для состоящих из двух химических элементов.
Существует правило, что число валентностей у одного химического элемента равно числу валентностей у другого
. Рассмотрим на примере образования молекулы, состоящей из марганца и кислорода.
Будем составлять в соответствии с алгоритмом:
1. Записываем рядом символы химических элементов:
2.
Ставим над химическими элементами цифрами их валентности (валентность химического элемента можно найти в таблице периодической системы Менделева, у марганца –
7, у кислорода –
2.
3. Находим наименьшее общее кратное (наименьшее число, которое делится без остатка на 7 и на 2). Это число 14. Делим его на валентности элементов 14: 7 = 2, 14: 2 = 7, 2 и 7 будут индексами, соответственно у фосфора и кислорода. Подставляем индексы.
Зная валентность одного химического элемента, следуя правилу: валентность одного элемента × число его атомов в молекуле = валентность другого элемента × число атомов этого (другого) элемента, можно определить валентность другого.
Mn 2 O 7 (7 · 2 = 2 · 7).
Понятие о валентности было введено в химию до того, как стало известно строение атома. Сейчас установлено, что это свойство элемента связано с числом внешних электронов. Для многих элементов максимальная валентность вытекает из положения этих элементов в периодической системе.
Остались вопросы? Хотите знать больше о валентности?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Под валентностью подразумевается свойство атома данного элемента присоединять или замещать определенное число атомов другого элемента.
Мерой валентности поэтому может быть число химических связей, образуемых данным атомом с другими атомами. Таким образом, в настоящее время под валентностью химического элемента обычно понимается его способность (в более узком смысле - мера его способности) к образованию химических связей. В представлении метода валентных связей числовое значение валентности соответствует числу ковалентных связей, которые образует атом.
Элементы с постоянной валентностью
Существуют элементы с т.н. постоянной валентностью (металлы IA и IIA групп, алюминий водород, фтор, кислород и т.д.), которые в своих соединениях проявляют единственную степень окисления, которая чаще всего совпадает с номером группы Периодической таблицы Д.И. Менделеева, где они расположены). Рассмотрим на примере некоторых химических элементов.
Валентность элементов главной подгруппы I группы равна единице, так ка на внешнем уровне атомы этих элементов имеют один электрон:
3 Li 1s 2 2s 1
11 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
Валентность элементов главной подгруппы II группы в основном (невозбужденном) состоянии равна нулю, так как на внешнем энергетическом уровне нет неспаренных электронов:
4 Be1s 2 2 s 2
12 Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
При возбуждении этих атомов спаренные s-электроны разъединяются в свободные ячейки p-подуровня этого же уровня и валентность становится равной двум (II):
Кислород и фтор во всех соединениях проявляют постоянную валентность, равную двум (II) для кислорода и единице (I) для фтора. Валентные электроны этих элементов находятся на втором энергетическом уровне, где нет более свободных ячеек:
8 O 1s 2 2s 2 2p 4
9 F 1s 2 2s 2 2p 5
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Число неспаренных электронов в атоме бора в основном состоянии такое же, как и в атоме: 1) рубидия; 2) кремния; 3) кислорода; 4) кальция. |
| Решение | Число неспаренных электронов в атоме химического элемента чаще всего равно одному из значений валентности, которые проявляет этот элемент. Чтобы определить число неспаренных электронов в атоме бора в основном состоянии запишем электронную формулу этого элемента:
5 B 1s 2 2s 2 2p 1 . На внешнем электронном уровне бора находится 3 электрона из которых только один неспаренный. Один неспаренный электрон в основном состоянии также имеет рубидий, поскольку он расположен в IA группе и на его внешнем электронном уровне находится всего один электрон, который, естественно, является неспаренным. |
| Ответ | Вариант 1 |
ПРИМЕР 2
| Задание | Определите валентность элементов в следующих соединениях: а) NH 3 ; б) SO 2 ; в) CO 2 ; г) H 2 S; д) P 2 O 5 . |
| Решение | Определение валентностей элементов в химическом соединении стоит начинать с указания валентности известного элемента. В варианте «а» — это водород, поскольку его валентность всегда равна I:
Проставляем полученное значение справа от химического знака этого элемента, обозначая арабскими цифрами: Теперь делим общее число единиц валентности на число атомов (индекс) элемента, для которого известна валентность: Поставим полученное частное (3) римской цифрой над искомым элементом как его валентность: Значит валентность элементов в соединении NH 3 равна: у азота - III и у водорода - I. Аналогичным образом определяем валентности элементов в других соединениях: 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 . |
| Ответ | 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 |
В этой статье рассмотрим способы и поймем, как определить валентность элементов таблицы Менделеева.
В химии принято, что валентность химических элементов можно узнать по группе (колонке) в таблице Менделеева . В действительности не всегда валентность элемента соответствует номеру группы, но в большинстве случаев определенная валентность по такому методу даст правильный результат часто элементы, в зависимости от разных факторов, имеют не одну валентность.
За единицу валентности принята валентность атома водорода, равная 1, то есть водород одновалентен. Поэтому валентность элемента указывает на то, со сколькими атомами водорода соединён один атом рассматриваемого элемента. Например, HCl, где хлор - одновалентен; H2O, где кислород - двухвалентен; NH3, где азот - трёхвалентен.
Как определить валентность по таблице Менделеева.
Таблица Менделеева содержит в себе химические элементы, которые размещены в ней по определенным принципам и законам. Каждый элемент стоит на месте, который определяется его характеристиками и свойствами и каждый элемент имеет свой номер. Горизонтальные линии называются периодами, которые возрастают от первой строки вниз. Если период состоит из двух рядов (что указано сбоку нумерацией), то такой период называется большим. Если он имеет только один ряд, то называется малым.
Кроме того, в таблице есть группы, которых всего восемь. Элементы размещаются в столбцах по вертикали. Здесь их размещение неравномерно - с одной стороны больше элементов (главная группа), с другой - меньше (побочная группа).
Валентностью называют способность атома образовывать некоторое количество химических связей с атомами других элементов. по таблице Менделеева поможет понять знание видов валентности.
Для элементов побочных подгрупп (а к ним относятся только металлы) валентность нужно запоминать, тем более что в большинстве случае она равна I, II, реже III. Также придется заучить валентности химических элементов, которые имеют более двух значений. Или постоянно держать под рукой таблицу валентности элементов .
Алгоритм определения валентности по формулам химических элементов.
1. Записать формулу химического соединения.
2. Обозначить известную валентность элементов.
3. Найти наименьшее общее кратное валентности и индекса.
4. Найти соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов второго элемента. Это и есть искомая валентность.
5. Сделать проверку путём перемножения валентности и индекса каждого элемента. Их произведения должны быть равны.
Пример: определим валентность элементов сульфида водорода.
1. Запишем формулу:
2. Обозначим известную валентность:
3. Найдём наименьшее общее кратное:
4. Найдём соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов серы :
5. Сделаем проверку:
Таблица характерных значений валентностей некоторых атомов химических соединений.
|
Элементы |
Валентность |
Примеры соединений |
|
H 2 , HF, Li 2 O, NaCl, KBr |
||
|
O, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn |
H 2 O, MgCl 2 , CaH 2 , SrBr 2 , BaO, ZnCl 2 |
|
|
CO 2 , CH4, SiO 2 , SiCl 4 |
||
|
CrCl 2 , CrCl 3 , CrO 3 |
||
|
H 2 S, SO 2 , SO3 |
||
|
NH 3 , NH 4 Cl, HNO 3 |
||
|
PH 3 , P 2 O 5 , H 3 PO 4 |
||
|
SnCl 2 , SnCl 4 , PbO, PbO 2 |
||
|
HCl, ClF 3 , BrF 5 , IF 7 |
Валентностью называется способность атомов одних химических элементов присоединять к себе точное число атомов других элементов или атомные группы. Благодаря этому понятию мы можем узнать, сколько атомов каждого элемента входят в состав молекулы, а также составить ее графическую формулу. Поэтому для успешного написания формул, уравнений реакций, а также для правильного решения задач важно хорошо знать, как определить валентность элемента.
Химические элементы могут иметь постоянную или переменную валентность. Необходимо выучить наизусть все элементы с постоянной валентностью. Вот их список:
- Водород, галогены и щелочные металлы всегда одновалентны.
- Валентность, равную двум, всегда проявляют кислород и щелочноземельные металлы.
- Всегда трехвалентны B и Al.
Как определить валентность по таблице Менделеева
Если вы по каким-либо причинам, ну например, разволновавшись на экзамене, забыли этот список, можно определить валентность по таблице Менделеева. Для этого нужно выяснить, в какой группе стоит интересующий нас химический элемент, т.е. узнать номер группы, а также определить, находится он в основной или в побочной группе. Высшая валентность всегда равна номеру группы.
Для определения низшей переменной валентности, которой чаще всего обладают неметаллы, необходимо из 8 вычесть номер группы. Полученный результат и будет искомой величиной.
Чтобы стало более понятно, как определить валентность по таблице Менделеева, приведем несколько примеров:
- Все щелочные металлы входят в главную подгруппу первой группы и имеют постоянную валентность – I.
- Для щелочноземельных металлов (главная подгруппа второй группы) валентность соответственно будет равна II.
- Большинство неметаллов имеют переменную валентность. Высшая степень их валентности равна номеру группы, а низшая определяется, как уже писалось выше. Возьмем к примеру серу. Т.к. этот элемент расположен в 6 группе – его высшая валентность равна VI, а низшая – II (8 – 6 = 2).
- В отличие от всех остальных неметаллов галогены, входящие в основную подгруппу восьмой группы, обладают постоянной валентностью равной I.
- Для остальных элементов, входящих в побочные группы, валентность придется запоминать. Чаще всего эти элементы представлены металлами, имеющими валентность от I до III.