Что такое валентность химических элементов?
Вале́нтность (от лат. valēns «имеющий силу») — способность атомов химических элементов вступать в химические соединения с атомами других элементов. Или способность атома данного химического элемента присоединять к себе строго определенное количество электронов другого химического элемента (неспаренных электронов).
Валентность определяется числом связей, которые образует данный атом в молекуле. Например, атом водорода всегда образует одну связь, поэтому его валентность = 1; атом кислорода может образовывать 2 связи, поэтому его валентность = 2.
Понятие валентности было введено в химию в 1853 г. английским химиком-органиком Франклендом для обоснования количественных отношений атомов элементов в химических соединениях. Развитие учения о валентности в большой степени связано с открытием Д. И. Менделеевым Периодического закона. Им была установлена связь между валентностью элемента и его положением в периодической системе, введено понятие о переменной валентности. Учение о строении атомов и молекул способствовало разработке электронной теории валентности.
Для расчётов, для составления формул веществ необходимо знать количественные соотношения атомов различных элементов, в которых они соединяются. Валентность показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента соединяется атом данного элемента.
Валентность часто совпадает с номером группы элемента. Например, Al находится в III группе, значит его валентность равна III. Но кислород всегда имеет валентность, равную II. В оксиде алюминия Al2O3 два атома металла присоединяют три атома кислорода, в оксиде серы SO2 один атом серы присоединяет два атома кислорода и валентность серы равна IV.
Способность атомов химических элементов образовывать химические связи определяется числом валентных электронов на внешнем уровне.
Число электронов на вешнем уровне равно номеру группы (номер группы - это такие вертикальные столбики, там римскими цифрами пишут номер группы). Внешний уровень (его номер определяется номером периода) - это горизонтальные столбцы. У некоторых элементов постоянная валентность (у кислорода, например, это 2) а у некоторых - переменная. У серы, к примеру, может быть 2, 4 или 6.
Возьмем, например, Н-О-Н - структурная формула молекулы воды Н2О. Здесь от атома водорода отходит одна палочка - одна связь. Водород всегда одновалентен. А от атома кислорода отходит две палочки - у кислорода всегда валентность 2.
СО2 О=С=О, от атома углерода отходит 4 палочки, т.е. углерод образует 4 связи. В этом соединении углерод четырехвалентен.
Молекулу угарного газа СО с школе рисуют так: С=О, здесь углерод двухвалентен.
Валентность и строение внешних электронных оболочек атомов.
Электронная оболочка атома — область пространства наиболее вероятного нахождения электронов, имеющих одинаковое значение главного квантового числа n и, как следствие, располагающихся на близких энергетических уровнях. Число электронов в каждой электронной оболочке не может превышать определенного максимального значения.
Порядок заполнения электронных оболочек (орбиталей с одинаковым значением главного квантового числа n) определяется правилом Клечковского, порядок заполнения электронами орбиталей в пределах одного подуровня (орбиталей) с одинаковыми значениями главного квантового числа n и орбитального квантового числа l) определяется Правилом Хунда.
Чем отличается валентность от степени окисления?
Валентность - это количество электронов, которые атом может принять или же способность атома образовывать некоторое количество связей. Зависит от строения внешней электронной оболочки. Например у водорода - 1, у кислорода - 2. Валентность бывает разной в зависимости от конкретного соединения.
Степень окисления - это количество принятых электронов, это условный заряд на атоме при условии, что все полярные связи дают разность заряда в 1 электрон.
Можно сказать, что валентность и степень окисления почти одно и то же, с тем лишь различием, что у степени окисления есть знак плюс или минус.
Рассмотрим пару примеров:
H2SO4 определим степень окисления серы. В любой молекуле (НЕ ИОН) сумма всех степеней окисления элементов должна равняться нулю. У водорода почти всегда +1, серу возьмем за Х, у кислорода почти всегда -2, считаем все по порядку и смотрим на количество атомов, например кислорода тут 4, поэтому надо умножать на 4:
1*2 + X + 4*(-2) = 0
Если посчитать, то Х = +6
P2O5 считаем:
Х*2 + 5*(-2) = 0
2Х-10=0
Х = +5
Как определить валентность?
Как понять, какая валентность вещества в соединении?Определять валентность можно по таблице Д. И. Менделеева. Все элементы в таблице разделены на подгруппы а и б. Активные металлы занимают только три первые группы.
Металлы, которые стоят в первой а группе имеют валентность I.
Металлы, которые стоят во второй а группе имеют валентность II.
Есть металлы с переменной валентностью, тогда ее указывают в скобках, например, оксид железа(III). Это сообщает нам о том, что железо трехвалентно в данном соединении с кислородом.
Неметаллы имеют две валентности и более. Тогда она указывается в скобках: низшую вычисляют по формуле (8-Ь группы, в которой находится элемент);
и высшую, равную номеру группы, в которой находится этот элемент.
Номер группы указан вверху таблицы.
Таким образом, валентности простых элементов большей частью указаны в таблице Менделеева, за исключением элементов с переменной валентностью, таких как Fe-2,3/ Cu-1,2/ S 2,4,6/ Cl,Br- 1,3,5,7.
Валентность элемента в соединении определяют по валентности элемента уже известной, то есть указанной в таблице Менделеева. По индексам сначала обсчитываем элементы с постоянной валентностью, то есть перемножаем индекс на валентность (получаем общие кратное). А затем кратное делим на индекс второго элемента и получаем валентность этого элемента!
Например, валентность Бора по периодической таблице 3, у кислорода 2. 6 делим на 3 получаем 2, формула В2О3
Можно действовать по-другому: сначала находим атомную массу (Ar, посмотреть в таблице Менделеева), затем находим молекулярную массу всего вещества (Mr = Ar ×(на коэффициент) + A×(на коэффициент)). А далее находим валентность w = Ar ÷ Mr.
В таблице Менделеева валентность обозначена в виде римских цифр (I,II и т.д. до VIII), их мы можем увидеть в самой таблице. Например, можно взять кислород (О), его валентность всегда будет равна II (2), валентность водорода будет равна I (1), но есть и такие элементы, у которых валентность не постоянна. Например, железо (Fe), его валентность может быть II, III, IV и будет зависеть от вещества, с которым железо взаимодействует.
Целесообразно выучить элементы, которые имеют постоянную валентность. А зная валентность одного из элементов сложного вещества, можно найти валентность остальных. Например углекислый газ, CO2. Мы знаем, что кислород имеет постоянную валентность, равную 2. (Мы 2 умножаем на 2 = 4, следовательно валентность углерода 4). А если бы там стоял индекс, мы бы поделили на него.
Где смотреть валентность элемента в периодической таблице Менделеева?
При определении валентности по таблице Менделеева необходимо обратить внимание на такие характеристики: № группы элементы и ее тип (то есть главная или побочная группа). Постоянная валентность в этом случае определяется по номеру группы главной подгруппы. Чтобы узнать значение переменной валентности (если таковая есть), причем, обычно у неметаллов, то нужно из 8 (всего 8 групп – отсюда такая цифра) вычесть № группы, в которой располагается элемент.
Пример № 1. Если посмотреть на элементы первой группы главной подгруппы (щелочные металлы), то можно сделать вывод, что все они имеют валентность, равную I (Li, Na, К, Rb, Cs, Fr).
Пример № 2. Элементы второй группы главной подгруппы (щелочно-земельные металлы) соответственно имеют валентность II (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra).
Пример № 3. Если говорить о неметаллах, то, например, Р (фосфор) находится в V группе главной подгруппы. Отсюда его валентность будет равна V. Кроме этого фосфор имеет еще одно значение валентности, и для ее определения необходимо выполнить действие 8 - № элемента. Значит, 8 – 5 (номер группы фосфора) = 3. Следовательно, вторая валентность фосфора равна III.
Пример № 4. Галогены находятся в VII группе главной подгруппы. Значит, их валентность будет равна VII. Однако учитывая, что это неметаллы, то нужно произвести арифметическое действие: 8 – 7 (№ группы элемента) = 1. Следовательно, другая валентность галогенов равна I.
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.
Как найти валентность элемента в соединении пошагово
Первое, мы должен знать валентность постоянных веществ. Например, Fe2O3. В любой формуле ищите сразу элемент с постоянной валентностью. Вот тут, в оксиде железа, постоянная у кислорода, у него валентность 2. А после мы умножаем на его индекс 2 * 3 = 6 и делим на индекс другого элемента 6 ÷ 2 = 3. Т.е. получаем у железа валентность 3.
Al2S3: выбираете элемент с постоянной валентностью в этом соединении. Это Al, его валентность 3. Умножаете на количество атомов 3 * 2 = 6 (это наименьшее общее кратное) и делите на количество атомов серы 6/3 = 2, валентность серы = 2.
Переменную валентность обычно указывают в скобках в условии, а высшую переменную можно узнать по номеру группы (азот стоит в пятой группе, значит он имеет высшую валентность 5).
Как найти общую валентность у элементов?
Высшую валентность определяют по группе, например: сера в 6 группе - валентность VI.
Низшую можно так: 8-№ группы, в которой данный элемент находится, например, низшая валентность серы: 8-6 = 2.
Общее число валентностей каждого элемента в соединении должно совпадать. Находится общее число валентностей с помощью умножения валентности на число атомов данного химического элемента в соединении.
Почему валентность водорода принята за единицу?
Атом водорода не может присоединить более одного атома другого элемента. Таким образом его удобно принять за единицу.
В реакции железа с соляной кислотой один атом металла вытесняет два атома водорода. Как это можно объяснить, пользуясь понятием валентности?
Ввиду того, что водород одновалентен, хлор одновалентен, а железо в этой реакции — двухвалентно, значит может присоединить к себе два атома хлора и вытеснить из соляной кислоты два атома водорода.
Как складывать валентности в химическом уравнении?
На примере:
Cu + O2 = CuO2
Валентность меди равна 2. У кислорода валентность 2. Но кислорода - 2 атома, значит надо уровнять медь с кислородом:
2Cu + O2 = CuO2
Теперь надо уравнять число атомов кислорода и меди: 2Cu + O2 = 2 CuO
Валентность алюминия и кислорода мы знаем. Найдем общее кратное, то есть число которое делиться и на 5 и на 2. Это число 10. Цифры над элементами - это их валентность (5 и 2), а 10 в данном случае - общее кратное число.
