Что такое валентность: как определять и как использовать

Что такое валентность: как определять и как использовать Кислород
На чтение 16 мин. Просмотров 36 Опубликовано
Содержание
  1. Валентность — как определить? примеры и определение
  2. Валентность и кислоты
  3. Валентность химических элементов
  4. Графическое изображение валентности и химической связи
  5. Дополнительные материалы
  6. Зависимость валентности от строения атома
  7. Задание 1
  8. Задание 2
  9. Задание 3
  10. Запомни!
  11. Из истории возникновения понятия «валентность химических элементов»
  12. Исключения
  13. Определение степени окисления конкретного химического элемента
  14. Полезные ссылки
  15. Пример
  16. Развитие взглядов
  17. Различие понятий степень окисления и валентность
  18. Решение
  19. Современные представления о валентности
  20. Составление формул веществ при помощи валентности
  21. Степень окисления химических элементов
  22. Таблица валентности химических элементов
  23. Элементы с переменной степенью окисления
  24. Элементы с постоянной степенью окисления
  25. Заключение

Валентность — как определить? примеры и определение

Валентность азота в данном химическом соединении равна трем.

Как определить валентность элемента, шаг 4

Встречаются бинарные соединения (то есть соединения, состоящие только из двух видов атомов), в которых неизвестны валентности обоих атомов элементов. Как найти валентности химических элементов в этом случае?

Для определения значения валентности необходимо запомнить, что неметаллы в бинарных соединениях, расположенные на втором месте, проявляют свою низшую валентность.

Например, в сульфидах (FeS) сера расположена на втором месте и проявляет низшую валентность, равную двум.

Тогда валентность железа в данном сульфиде можно рассчитать по приведенному выше алгоритму — ее значение равно двум.

Расчет валентности в соединении, где неизвестны валентности обоих элементов

В хлоридах (например, AgCl) хлор проявляет низшую валентность, равную единице.

Валентность и кислоты

Поскольку валентность водорода остается неизменной и хорошо вам известна, вы легко сможете определить и валентность кислотного остатка. Так, к примеру, в H2SO3 валентность SO3 – I, в HСlO3 валентность СlO3 – I.

Аналогчиным образом, если известна валентность кислотного остатка, несложно записать правильную формулу кислоты: NO2(I) – HNO2, S4O6 (II) – H2 S4O6.

Валентность химических элементов

Из материалов урока вы узнаете, что постоянство состава вещества объясняется наличием у атомов химических элементов определенных валентных возможностей; познакомитесь с понятием «валентность атомов химических элементов»; научитесь определять валентность элемента по формуле вещества, если известна валентность другого элемента; научитесь составлять химические формулы по валентности.

I. Понятие “валентность”

Что такое валентность: как определять и как использовать

Со­став боль­шин­ства ве­ществ по­сто­я­нен. На­при­мер, мо­ле­ку­ла воды все­гда со­дер­жит 2 атома во­до­ро­да и 1 атом кис­ло­ро­да – Н2О. Воз­ни­ка­ет во­прос: по­че­му ве­ще­ства имеют по­сто­ян­ный со­став?

Про­ана­ли­зи­ру­ем со­став пред­ло­жен­ных ве­ществ: Н2О, NaH, NH3, CH4, HCl. Все они со­сто­ят из ато­мов двух хи­ми­че­ских эле­мен­тов, один из ко­то­рых во­до­род. На один атом хи­ми­че­ско­го эле­мен­та может при­хо­дить­ся 1,2,3,4 атома во­до­ро­да. Но ни в одном ве­ще­стве не будет на один атом во­до­ро­да при­хо­дить­ся несколь­ко ато­мов дру­го­го хи­ми­че­ско­го эле­мен­та. Таким об­ра­зом, атом во­до­ро­да может при­со­еди­нять к себе ми­ни­маль­ное ко­ли­че­ство ато­мов дру­го­го эле­мен­та, а точ­нее, толь­ко один.

Валентность – это способность атомов присоединять к себе определенное число других атомов.

Валентность элемента можно представить как число, которое показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента может соединяться атом данного элемента. Валентность элемента – это число связей, которое образует атом:

Что такое валентность: как определять и как использовать

Na – одновалентен (одна связь)

H – одновалентен (одна связь)

O – двухвалентен (две связи у каждого атома)

S – шестивалентна (образует шесть связей с соседними атомами)

II. Правила определения валентности элементов в соединениях

Посмотрите видео по данной теме:

  1. Валентность водорода принимают за I (единицу). Тогда в соответствии с формулой воды Н2О к одному атому кислорода присоединено два атома водорода. 
  2. Кислород в своих соединениях всегда проявляет валентность II. Поэтому углерод в соединении СО2 (углекислый газ) имеет валентность IV. 
  3. Высшая валентность равна номеру группы.
  4. Низшая валентность равна разности между числом 8 (количество групп в таблице) и номером группы, в которой находится данный элемент, т.е.   8 — N группы.
  5. У металлов, находящихся в «А» подгруппах, валентность равна номеру группы.
  6. У неметаллов в основном проявляются две валентности: высшая и низшая. Например: сера имеет высшую валентность VI и низшую (8 – 6), равную II; фосфор проявляет валентности V и III. 
  7. Валентность может быть постоянной  или переменной. 

Что такое валентность: как определять и как использовать

Валентность элементов необходимо знать, чтобы составлять химические формулы соединений.

Что такое валентность: как определять и как использовать

III. Алгоритм определения валентности по формуле

Зная фор­му­лу ве­ще­ства, со­сто­я­ще­го из ато­мов двух хи­ми­че­ских эле­мен­тов, и ва­лент­ность од­но­го из них, можно опре­де­лить ва­лент­ность дру­го­го эле­мен­та.

При­мер 1. Опре­де­лим ва­лент­ность уг­ле­ро­да в ве­ще­стве СН4.

Зная, что ва­лент­ность во­до­ро­да все­гда равна I, а уг­ле­род при­со­еди­нил к себе 4 атома во­до­ро­да, можно утвер­ждать, что ва­лент­ность уг­ле­ро­да равна IV. Ва­лент­ность ато­мов обо­зна­ча­ет­ся рим­ской циф­рой над зна­ком эле­мен­та.

При­мер 2. Опре­де­лим ва­лент­ность фос­фо­рав со­еди­не­нии Р2О5.

Для этого необ­хо­ди­мо вы­пол­нить сле­ду­ю­щие дей­ствия:

1. Над зна­ком кис­ло­ро­да за­пи­сать зна­че­ние его ва­лент­но­сти – II (кис­ло­род имеет по­сто­ян­ное зна­че­ние ва­лент­но­сти);

2. Умно­жив ва­лент­ность кис­ло­ро­да на число ато­мов кис­ло­ро­да в мо­ле­ку­ле, найти общее число еди­ниц ва­лент­но­сти – 2·5=10;

3. Раз­де­лить по­лу­чен­ное общее число еди­ниц ва­лент­но­стей на число ато­мов фос­фо­ра в мо­ле­ку­ле – 10:2=5.

Про кислород:  Тест. Валентность химических элементов. Вариант 2

IV. Cоставление бинарных формулпо валентностям химических элементов

Бинарная химическая формула – это формула химического соединения, в состав которого входят два вида атомов.

V. Задания для закрепления 

Задание №1. 

Даны химические элементы и указана их валентность. Составьте соответствующие химические формулы:
I         II       V      IV      III    VII      III         II  IV     III
Li O, Ba O, P O, SnO, P H, MnO, Fe O, H S, N O, Cr Cl

Задание №2. 

Составьте формулы молекул для следующих соединений:

1) меди и кислорода,

2) цинка и хлора,

3) калия и йода,

4) магния и серы.

Задание №3. 

Используя материалы лекции составьте бинарные формулы следующими элементами:
А) бор и кислород;
Б) алюминий и хлор;
В) литий и сера.

Задание №4

Определите валентность химических элементов по формулам их соединений:

NH3, FeCl3, Cr2O3, SO3, CH4, P2O5

Графическое изображение валентности и химической связи

Возможность наглядного изображения молекул — одно из несомненных достоинств теории валентности. Первые модели появились в 1860-х, а с 1864 года используются структурные формулы, представляющие собой окружности с химическим знаком внутри.

Между символами атомов черточкой обозначается химическая связь, а количество этих линий равно значению валентности. В те же годы были изготовлены первые шаростержневые модели (см. фото слева). В 1866 году Кекуле предложил стереохимический рисунок атома углерода в форме тетраэдра, который он и включил в свой учебник «Органическая химия».

Валентность химических элементов и возникновение связей изучал Г. Льюис, опубликовавший свои труды в 1923 году после открытия электрона. Так называются отрицательно заряженные мельчайшие частицы, которые входят в состав оболочек атомов. В своей книге Льюис применил точки вокруг четырех сторон символа химического элемента для отображения валентных электронов.

Дополнительные материалы

Валентные возможности атомов химических элементов (видео)

Зависимость валентности от строения атома

Рассмотрим на примере углерода и кислорода, как зависит от строения вещества валентность химических элементов. Таблица Менделеева дает представление об основных характеристиках атома углерода:

  • химический знак — C;
  • номер элемента — 6;
  • заряд ядра — 6;
  • протонов в ядре — 6;
  • электронов — 6, в том числе 4 внешних, из которых 2 образуют пару, 2 — неспаренных.

Если атом углерода в моноооксиде CO образует две связи, то в его пользование поступает только 6 отрицательных частиц. Для приобретения октета необходимо, чтобы пары образовали 4 внешние отрицательные частицы. Углерод имеет валентность IV ( ) в диоксиде и IV (–) в метане.

Порядковый номер кислорода — 8, валентная оболочка состоит из шести электронов, 2 из них не образуют пары и принимают участие в химической связи и взаимодействии с другими атомами. Типичная валентность кислорода — II (–).

Задание 1


Определите степени окисления всех элементов в соединение N2O5.

Задание 2

Определите степени окисления всех элементов в соединение Na2SO4.

Задание 3

Определите степени окисления всех элементов в соединение K2Cr2O7.

Запомни!

В большинстве случаев валентность и степень окисления численно совпадают, хотя это разные характеристики. Но!

  • СО (монооксид углерода) — валентность атома углерода равна III, а степень окисления 2
  • HNO3 (азотная кислота) — валентность атома азота равна IV, а степень окисления 5
  • Н2О2 (пероксид водорода) — валентность водорода равна I, валентность атома кислорода равна II, а степень окисления водорода равна 1, а степень окисления кислорода равна -1. Аналогично во всех пероксидах валентность кислорода равна II.
  • N2H4 (гидразин) — валентность азота равна III, а степень окисления равна 2.
  •  H2 (I), N2 (III), O2 (II), F2 (I), Cl2 (I), Br2 (I), I2 (I), а степени окисления равны 0.

Из истории возникновения понятия «валентность химических элементов»

Выдающийся английский химик XIX века Эдвард Франкленд ввел термин «связь» в научный обиход для описания процесса взаимодействия атомов друг с другом. Ученый заметил, что некоторые химические элементы образуют соединения с одним и тем же количеством других атомов. Например, азот присоединяет три атома водорода в молекуле аммиака.

В мае 1852 года Франкленд выдвинул гипотезу о том, что существует конкретное число химических связей, которые атом может образовывать с другими мельчайшими частицами вещества. Франкленд использовал фразу «соединительная сила» для описания того, что позже будет названо валентностью.

Исключения

  • Водород (H) в соединениях с различными неметаллами всегда проявляет степень окисления 1, за исключением Si( 4)H4(-), B2( 3)H6(-), B( 3)H3(-), где водород принимает степень окисления -1, а в соединениях с металлами водород всегда имеет степень окисления -1: Na( )H(-), Ca( 2)H2(-). 
  • Кислород в большинстве соединений имеет степень окисления -2. Однако в составе пероксидов его степень окисления равна -1 (например H2( )O2(-), Na(2 )O(2-), Ba( 2)O2(-) и др.), а в соединениях с более электроотрицательным элементом — фтором — степень окисления кислорода положительна: O2( )F2(-), O( 2)F2(-).
  • Фтор (F) как наиболее электроотрицательный элемент во всех соединениях проявляет степень окисления -1 (хотя расположен в VII группе главной подгруппе).
  • Серебро (Ag) имеет постоянную степень окисления 1 (хотя расположен в I группе побочной подгруппе).
  • Цинк (Zn) имеет постоянную степень окисления 2 (хотя расположен во II группе побочной подгруппе).
Про кислород:  ГДЗ Химия 7 класc Габриелян О.С. , Остроумов И.Г., Сладков С.А., 2017, §20 ВАЛЕНТНОСТЬ » Крутые решение для вас от GDZ.cool

Определение степени окисления конкретного химического элемента

Степень окисления простых веществ всегда равна нулю.

Полезные ссылки

Источник материала

Валентность химических элементов (видео)

Степень окисления (видео)

Валентные возможности углерода (видео)

Валентные возможности азота (видео)

Пример

Фосфор (P)

  • Высшая степень окисления = 5.
  • Низшая степень окисления = -3.
  • Промежуточная степень окисления = 3.

Если молекула образована ковалентными связями, то более электроотрицательный атом имеет отрицательную степень окисления, а менее электроотрицательный — положительную. 

При определении степени окисления в продуктах химических реакций исходят из правила электронейтральности, в соответствии с которым сумма степеней окисления различных элементов, входящих в состав вещества, должна быть равна нулю. 

Развитие взглядов

Немецкий химик Ф.А. Кекуле доказал в 1857 году, что углерод является четырехосновным. В его простейшем соединении — метане — возникают связи с 4 атомами водорода. Термин «основность» ученый применял для обозначения свойства элементов присоединять строго определенное количество других частиц.

В России данные о строении вещества систематизировал А. М. Бутлеров (1861). Дальнейшее развитие теория химической связи получила благодаря учению о периодическом изменении свойств элементов. Его автор — другой выдающийся русский химик, Д. И. Менделеев.

Различие понятий степень окисления и валентность

Понятие валентность используется для количественного выражения электронного взаимодействия в ковалентных соединениях, то есть в соединениях, образованных за счет образования общих электронных пар. Степень окисления используется для описания реакций, которые сопровождаются отдачей или присоединением электронов.

В отличии от валентности, являющейся нейтральной характеристикой, степень окисления может иметь положительное, отрицательное, или нулевое значение. Положительное значение соответствует числу отданных электронов, а отрицательная числу присоединенных. Нулевое значение означает, что элемент находится либо в форме простого вещества, либо он был восстановлен до 0 после окисления, либо окислен до нуля после предшествующего восстановления.

Решение

Степень окисления натрия равна 1, так как это элемент первой группы главной подгруппы. Степень окисления кислорода равна -2, так как данное соединение не относится к исключениям. Сера — это элемент VI группы главной подгруппы, поэтому у нее переменная степень окисления, которую нужно рассчитать.

Степень окисления серы (S) обозначаем за х, учитываем, что алгебраическая сумма степеней окисления равна 0, а также принимаем во внимание число атомов каждого химического элемента, получаем уравнение: 2*( 1)  х 4(-2) = 0. Отсюда х  = 6. 

Современные представления о валентности

Все атомы состоят из положительного ядра, окруженного отрицательно заряженными электронами. Наружная оболочка, которую они образуют, бывает недостроенной. Завершенная структура наиболее устойчива, она содержит 8 электронов (октет). Возникновение химической связи благодаря общим электронным парам приводит к энергетически выгодному состоянию атомов.

Правилом для формирования соединений является завершение оболочки путем приема электронов либо отдачи неспаренных — в зависимости от того, какой процесс легче проходит. Если атом предоставляет для образования химической связи отрицательные частицы, не имеющие пары, то связей он образует столько, сколько у него неспаренных электронов.

По современным представлениям, валентность атомов химических элементов — это способность к образованию определенного числа ковалентных связей. Например, в молекуле сероводорода H2S сера приобретает валентность II (–), поскольку каждый атом принимает участие в образовании двух электронных пар.

При донорно-акцепторном механизме в процессе принимают участие электронные пары одного элемента и свободные валентные орбитали другого.

Составление формул веществ при помощи валентности

Для составления формул веществ при помощи валентности воспользуемся определенным алгоритмом:

 Алгоритм Пример
Записать химические формулы элементов
Вверху, над символами элементов записать значение их валентности. Для элементов с переменной валентностью конкретная валентность указана в условии
Найти наименьшее общее кратное (НОК) значений валентности, записать его вверху
Поделить НОК на значения валентностей элементов – это индексы, выражающие число атомов 10:V=2(P) 10:II=5(O) P2O5

Степень окисления химических элементов

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, вычисленный в предположении, что все связи в соединении ионные (то есть все связывающие электронные пары полностью смещены к атому более электроотрицательного элемента).

Численно она равна количеству электронов, которое отдает атом приобретающий положительный заряд, или количеству электронов, которое присоединяет к себе атом, приобретающий отрицательный заряд.

Таблица валентности химических элементов

Порядковый номер

хим. элемента (атомный номер)

 

Наименование

Химический символ

Валентность

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

Водород / Hydrogen

Гелий / Helium

Литий / Lithium

Бериллий / Beryllium

Бор / Boron

Углерод / Carbon

Азот / Nitrogen

Кислород / Oxygen

Фтор / Fluorine

Неон / Neon

Натрий / Sodium

Магний / Magnesium

Алюминий / Aluminum

Кремний / Silicon

Фосфор / Phosphorus

Сера / Sulfur

Хлор / Chlorine

Аргон / Argon

Калий / Potassium

Кальций / Calcium

Скандий / Scandium

Титан / Titanium

Ванадий / Vanadium

Хром / Chromium

Марганец / Manganese

Железо / Iron

Кобальт / Cobalt

Никель / Nickel

Медь / Copper

Цинк / Zinc

Галлий / Gallium

Германий /Germanium

Мышьяк / Arsenic

Селен / Selenium

Бром / Bromine

Криптон / Krypton

Рубидий / Rubidium

Стронций / Strontium

Иттрий / Yttrium

Цирконий / Zirconium

Ниобий / Niobium

Молибден / Molybdenum

Технеций / Technetium

Рутений / Ruthenium

Родий / Rhodium

Палладий / Palladium

Серебро / Silver

Кадмий / Cadmium

Индий / Indium

Олово / Tin

Сурьма / Antimony

Теллур / Tellurium

Иод / Iodine

Ксенон / Xenon

Цезий / Cesium

Барий / Barium

Лантан / Lanthanum

Церий / Cerium

Празеодим / Praseodymium

Неодим / Neodymium

Прометий / Promethium

Самарий / Samarium

Европий / Europium

Гадолиний / Gadolinium

Тербий / Terbium

Диспрозий / Dysprosium

Гольмий / Holmium

Эрбий / Erbium

Тулий / Thulium

Иттербий / Ytterbium

Лютеций / Lutetium

Гафний / Hafnium

Тантал / Tantalum

Вольфрам / Tungsten

Рений / Rhenium

Осмий / Osmium

Иридий / Iridium

Платина / Platinum

Золото / Gold

Ртуть / Mercury

Талий / Thallium

Свинец / Lead

Висмут / Bismuth

Полоний / Polonium

Астат / Astatine

Радон / Radon

Франций / Francium

Радий / Radium

Актиний / Actinium

Торий / Thorium

Проактиний / Protactinium

Уран / Uranium

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Сu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

 I

0

I

II

III

(II), IV

(I), II, III, IV, V

II

I

0

I

II

III

(II), IV

I, III, V

II, IV, VI

I, (II), III, (IV), V, VII

0

I

II

III

II, III, IV

II, III, IV, V

II, III, VI

II, (III), IV, VI, VII

II, III, (IV), VI

II, III, (IV)

(I), II, (III), (IV)

I, II, (III)

II

(II), III

II, IV

(II), III, V

(II), IV, VI

I, (III), (IV), V

0

I

II

III

(II), (III), IV

(II), III, (IV), V

(II), III, (IV), (V), VI

VI

(II), III, IV, (VI), (VII), VIII

(II), (III), IV, (VI)

II, IV, (VI)

I, (II), (III)

(I), II

(I), (II), III

II, IV

III, (IV), V

(II), IV, VI

I, (III), (IV), V, VII

0

I

II

III

III, IV

III

III, IV

III

(II), III

(II), III

III

III, IV

III

III

III

(II), III

(II), III

III

IV

(III), (IV), V

(II), (III), (IV), (V), VI

(I), II, (III), IV, (V), VI, VII

(II), III, IV, VI, VIII

(I), (II), III, IV, VI

(I), II, (III), IV, VI

I, (II), III

I, II

I, (II), III

II, IV

(II), III, (IV), (V)

II, IV, (VI)

нет данных

0

нет данных

II

III

IV

V

(II), III, IV, (V), VI

В скобках даны те валентности, которые обладающие ими элементы проявляют редко.

Элементы с переменной степенью окисления

Все остальные элементы (за исключением VIII группы главной подгруппы).

Для элементов главных подгрупп:

  • Высшая степень окисления = № группы.
  • Низшая степень окисления = № группы – 8.
  • Промежуточная степень окисления = № группы – 2.

Элементы с постоянной степенью окисления


Степень окисления = № группы

I группаглавная подгруппа степень окисления 1.

II группаглавная подгруппа степень окисления 2.

III группаглавная подгруппа (бор, алюминий) степень окисления равна 3. 

Заключение

Углубляя свои знания о строении атомов, вы глубже и подробнее узнаете и валентность. Эта характеристика химических элементов не является исчерпывающей. Но у нее большое прикладное значение. В чем вы сами не раз убедились, решая задачи и проводя химические опыты на уроках.

Эта статья создана, чтобы помочь вам систематизировать свои знания о валентности. А также напомнить, как можно ее определить и где валентность находит применение.

Надеемся, этот материал окажется для вас полезным при подготовке домашних заданий и самоподготовке к контрольным и экзаменам.

Не забудьте поделиться ссылкой с друзьями в социальных сетях, чтобы они тоже могли воспользоваться этой полезной информацией.

Про кислород:  Валентность химических элементов
валентность химических элементов
Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий

© 2023 Кислород