Таблица валентности химических элементов

Классификация оксидов по кислотно-основным свойствам

Существует четыре вида оксидов:

• основные;
• кислотные;
• нейтральные;
• амфотерные.

Степени окисления кислорода в соединениях данных видов равны -2.

• Основные оксиды – это соединения с металлами, обладающими низкими степенями окисления. Обычно при взаимодействии с кислотами получаются соответствующие соль и вода.
• Кислотные оксиды – оксиды неметаллов с высокой степенью окисления. При добавлении к ним воды образуется кислота.
• Нейтральные оксиды – соединения, которые не входят в реакцию ни с кислотами, ни с основаниями.
• Амфотерные оксиды – соединения с металлами, обладающими малым значением электроотрицательности. Они, в зависимости от обстоятельств, проявляют свойства и кислотных, и основных оксидов.

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 и электронная теория

В рамках электронной теории валентность атома определеяется на основании числа непарных электронов, которые участвуют в образовании электронных пар с электронами других атомов.

В образовании химических связей участвуют только электроны, находящиеся на внешней оболочке атома. Поэтому максимальная валентность химического элемента – это число электронов во внешней электронной оболочке его атома.

Понятие валентности тесно связано с Периодическим законом, открытым Д. И. Менделеевым. Если вы внимательно посмотрите на таблицу Менделеева, легко сможете заметить: положение элемента в перодической системе и его валентность неравзрывно связаны. Высшая валентность элементов, которые относятся к одной и тоже группе,  соответсвует порядковому номеру группы в периодичнеской системе.

Низшую валентность вы узнаете, когда от числа групп в таблице Менделеева (их восемь) отнимете номер группы элемента, который вас интересует.

Например, валентность многих металлов совпадает с номерами групп в таблице периодических элементов, к которым они относятся.

Высшая степень окисления кислорода в соединениях

В зависимости от того, с каким веществом взаимодействует кислород, есть семь степеней окисления кислорода:

1. -2 – в оксидах и органических соединениях.
2. -1 – в пероксидах.
3. -1/2 – в супероксидах.
4. -1/3 – в неорганических озонидах (верно для трехатомного кислорода — озона).
5. 1/2 – в солях катиона кислорода.
6. 1 – в монофториде кислорода.
7. 2 – в дифториде кислорода.

Как видим, высшая степень окисления кислорода достигается в оксидах и органических соединениях, а во фторидах он имеет даже положительную степень. Не все виды взаимодействий могут быть осуществлены естественным путем. Для образования некоторых соединений требуются особые условия, например: высокое давление, высокая температура, воздействие редкими соединениями, которые почти не встречаются в природе. Рассмотрим основные соединения кислорода с другими химическими элементами: оксиды, пероксиды и фториды.

История открытия химического элемента

Официальной датой открытия химического элемента «кислород» является 1 августа 1774 года. Именно в этот день британский химик Дж. Пристли завершил свой эксперимент по разложению оксида ртути, находящегося в герметично закрытом сосуде. По завершении эксперимента ученый получил газ, который поддерживал горение.

Однако это открытие осталось незамеченным даже самим ученым. Мистер Пристли думал, что у него получилось выделить не новый элемент, а составную часть воздуха. Своими результатами Джозеф Пристли поделился с известнейшим французским ученым и химиком Антуаном Лавуазье, который смог понять то, чего не удалось сделать англичанину.

В 1775 году Лавуазье сумел установить, что получившаяся «составная часть воздуха» на самом деле является независимым химическим элементом, и назвал его oxygen, что в переводе с греческого означает «образующий кислоты». Лавуазье тогда считал, что кислород находится во всех кислотах. Впоследствии были выведены формулы кислот, не содержащих атомы кислорода, однако название прижилось.

Кислород – мощный окислитель, без которого невозможно существование

Выше много было написано о том, какие кислород проявляет степени окисления при вступлении в реакцию с различными соединениями и элементами, какие виды соединений кислорода существуют, какие виды опасны для жизни, а какие нет. Одно может остаться непонятным – как при всей своей токсичности и высоком уровне окисления кислород является одним из элементов, без которых невозможна жизнь на Земле?

Дело в том, что наша планета является очень сбалансированным организмом, который приспособился именно к тем веществам, которые содержатся в атмосферном слое. Она участвует в круговороте, который выглядит следующим образом: человек и все остальные животные потребляют кислород и вырабатывают углекислый газ, а растения в подавляющем большинстве потребляют углекислый газ и вырабатывают кислород.

Кислород – особенности строения молекулы

Данный химический элемент являет собой бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса. Химическая формула – О2. Химики называют обычный двухатомный кислород либо «атмосферный кислород», либо «дикислород».

Молекула вещества состоит из двух связанных атомов кислорода. Существует также молекулы, состоящие из трех атомов – О

₃

. Данное вещество называется озон, более подробно о нем будет написано ниже. Молекула с двумя атомами имеет степень окисления кислорода -2, так как в ней есть два неспаренных способных образовывать ковалентную связь электрона. Энергия, которая выделяется при разложении (диссоциации) молекулы кислорода на атомы, равна 493,57 кДж/моль. Это довольно большое значение.

Озон и его соединения

Озон – это молекула, имеющая три атома кислорода, связанных друг с другом. В нормальном состоянии является газом голубого цвета. При охлаждении образует жидкость глубокого синего цвета, близкого к индиго. В твердом состоянии являет собой кристаллы темно-синего цвета. Озон обладает резким запахом, в природе его можно ощутить в воздухе после сильной грозы.

Озон, как и обычный кислород, является очень сильным окислителем. По химическим свойствам приближается к сильным кислотам. При воздействии с оксидами озон повышает их степень окисления с выделением кислорода. Но при этом понижается степень окисления кислорода.

В озоне химические связи не столь прочны, как в O2, поэтому в нормальных условиях без приложенных усилий он может распасться на кислород с выделением энергии тепла. При повышении температуры воздействия на молекулу озона и при понижении давления процесс распада на двухатомный кислород с выделением тепла ускоряется. При этом, если в пространстве большое содержание озона, то данный процесс может сопровождаться взрывом.

Так как озон является очень сильным окислителем и практически во всех процессах с его участием выделяется большое количество O2, то озон является чрезвычайно токсичным веществом. Однако в верхних слоях атмосферы слой озона играет роль отражателя от ультрафиолетового излучения солнечных лучей.

Из озона с помощью лабораторных инструментов создают органические и неорганические озониды. Это весьма нестабильные по своей структуре вещества, поэтому их создание в природных условиях невозможно. Хранятся озониды только при низких температурах, так как при обычной температуре они чрезвычайно взрывоопасны и токсичны.

Особенности размещения кислорода в периодической таблице

Для того чтобы определить, какая валентность у кислорода, необходимо рассмотреть некоторые особенности его электронного строения. Кислород возглавляет 16 группу периодической таблицы. Тривиальное название семейства элементов — «халькогены», по устаревшей классификации они относятся к VI(А) группе.

В периодической таблице кислород находится в ячейке под №8. Ядро содержит в своем составе 8 положительных и столько же нейтральных элементарных частиц. В пространстве атома насчитывается два энергетических уровня, которые возникают при движении 8 электронов, из которых 6 — внешние.

Пероксиды, степень окисления кислорода в пероксиде водорода и других соединениях

Пероксидами называются соединения кислорода со щелочными металлами. Они получаются путем сгорания данных металлов в кислороде. Пероксиды органических соединений чрезвычайно взрывоопасны. Они также могут быть получены путем поглощением оксидами кислорода. Примеры пероксидов:

• пероксид водорода (H₂O₂);
• пероксид бария (BaO₂);
• пероксид натрия (Na₂O₂).

Всех их объединяет то, что в них содержится кислородная группа -O-O-. Вследствие этого степень окисления кислорода в пероксидах равна -1.

Одним из самых известных соединений с группой -O-O- является пероксид водорода. В нормальных условиях это соединение представляет собой жидкость бледно-голубого цвета. По своим химическим свойствам пероксид водорода ближе к слабой кислоте. Так как связь -O-O- в соединении обладает слабой устойчивостью, то даже при комнатной температуре раствор пероксида водорода может быть разложен на воду и кислород.

Другими видами пероксидов являются:

• надпероксиды (супероксиды, в которых кислород имеет окисление -1/2);
• неорганические озониды (крайне неустойчивые соединения, имеющие в своей структуре анион озона);
• органические озониды (соединения, имеющие в своей структуре связь -O-O-O-).

Применение кислорода и его соединений в промышленности

Благодаря тому, что в свое время ученые узнали, какая степень окисления у кислорода при взаимодействии с другими элементами, он и его соединения получили широкое применение в промышленности. Особенно после того, как в середине двадцатого века были изобретены турбодетандеры – агрегаты, способные преобразовывать потенциальную энергию кислорода в механическую.

Так как кислород — чрезвычайно горючее вещество, то его применяют во всех отраслях промышленности, где необходимо использование огня и тепла. При резке и сварке металлов также используются баллоны со сжатым кислородом для усиления аппарата газопламенной сварки. Широко применение кислорода в сталелитейной промышленности, где с помощью сжатого O

₂

поддерживается высокая температура в домнах. Максимальная степень окисления кислорода равна -2. Эта его характеристика активно используется для изготовления оксидов с целью их дальнейшего горения и выделения тепловой энергии. Жидкий кислород, озон и другие соединения, содержащие большое количество O

_2,

используют как окислители ракетного топлива. Окисленные кислородом некоторые органические соединения применяют в качестве взрывчатки.

В химической промышленности кислород используется как окислитель углеводородов в кислотосодержащих соединениях, таких как спирты, кислоты и т. д. В медицине используется при пониженном давлении для лечения больных с проблемами с легкими, для поддержания жизнедеятельности организма.

Таблица валентности химических элементов

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

Таблица валентности химических элементов (1 часть):

Таблица валентности химических элементов (2 часть):

Таблица валентности химических элементов (3 часть):

Первоначально за единицу валентности была принята валентность атома водорода. Валентность другого элемента можно при этом выразить числом атомов водорода, которое присоединяет к себе или замещает один атом этого другого элемента.

Определенная таким образом валентность называется валентностью в водородных соединениях или валентностью по водороду: так, в соединениях HCl, H2O, NH3, CH4 валентность по водороду хлора равна единице, кислорода – двум, азота – трём, углерода – четырём.

Валентность кислорода, как правило, равна двум. Поэтому, зная состав или формулу кислородного соединения того или иного элемента, можно определить его валентность как удвоенное число атомов кислорода, которое может присоединять один атом данного элемента.

Определенная таким образом валентность называется валентностью элемента в кислородных соединениях или валентностью по кислороду: так, в соединениях K2O, CO, N2O3, SiO2, SO3 валентность по кислороду калия равна единице, углерода – двум, азота – трём, кремния – четырём, серы – шести.

С точки зрения электронной теории валентность определяется числом неспаренных (валентных) электронов в основном или возбужденном состоянии.

Известны элементы, которые проявляют постоянную валентность. У большинства химических элементов валентность переменная.

Коэффициент востребованности 5 729

Тренировочные задания

1. В каком соединении степень окисления фосфора равна 5?

1) HPO32) H3PO33) Li3P4) AlP

2. В каком соединении степень окисления фосфора равна –3?

1) HPO32) H3PO33) Li3PO44) AlP

3. В каком соединении степень окисления азота равна 4?

1) HNO22) N2O43) N2O4) HNO3

4. В каком соединении степень окисления азота равна –2?

1) NH32) N2H43) N2O54) HNO2

5. В каком соединении степень окисления серы равна 2?

1) Na2SO32) SO23) SCl24) H2SO4

6. В каком соединении степень окисления серы равна 6?

1) Na2SO32) SO33) SCl24) H2SO3

7. В веществах, формулы которых CrBr2, K2Cr2O7, Na2CrO4, степень окисления хрома соответственно равна

1) 2, 3, 62) 3, 6, 63) 2, 6, 54) 2, 6, 6

8. Минимальная отрицательная степень окисления химического элемента, как правило, равна

1) номеру периода2) порядковому номеру химического элемента3) числу электронов, недостающих до завершения внешнего электронного слоя4) общему числу электронов в элементе

9. Максимальная положительная степень окисления химических элементов, расположенных в главных подгруппах, как правило, равна

1) номеру периода2) порядковому номеру химического элемента3) номеру группы4) общему числу электронов в элементе

10. Фосфор проявляет максимальную положительную степень окисления в соединении

1) HPO32) H3PO33) Na3P4) Ca3P2

11. Фосфор проявляет минимальную степень окисления в соединении

1) HPO32) H3PO33) Na3PO44) Ca3P2

12. Атомы азота в нитрите аммония, находящиеся в составе катиона и аниона, проявляют степени окисления соответственно

1) –3, 32) –3, 53) 3, –34) 3, 5

13. Валентность и степень окисления кислорода в перекиси водорода соответственно равны

1) II, –22) II, –13) I, 44) III, –2

14. Валентность и степень окисления серы в пирите FeS2 соответственно равны

1) IV, 52) II, –13) II, 64) III, 4

15. Валентность и степень окисления атома азота в бромиде аммония соответственно равны

1) IV, –32) III, 33) IV, –24) III, 4

16. Атом углерода проявляет отрицательную степень окисления в соединении с

1) кислородом2) натрием3) фтором4) хлором

17. Постоянную степень окисления в своих соединениях проявляет

1) стронций2) железо3) сера4) хлор

18. Степень окисления 3 в своих соединениях могут проявлять

1) хлор и фтор2) фосфор и хлор3) углерод и сера4) кислород и водород

19. Степень окисления 4 в своих соединениях могут проявлять

1) углерод и водород2) углерод и фосфор3) углерод и кальций4) азот и сера

20. Степень окисления, равную номеру группы, в своих соединениях проявляет

1) хлор2) железо3) кислород4) фтор

Физические свойства кислорода

Обычный двухатомный кислород представляет собой газ, который не имеет цвета, запаха и вкуса. В нормальном состоянии его плотность — 1,42897 кг/м3. Вес 1 литра вещества составляет чуть меньше 1,5 грамма, то есть в чистом виде кислород тяжелее воздуха. При нагревании происходит диссоциация молекулы на атомы.

При понижении температуры среды до -189,2 оС кислород меняет свою структуру с газообразной на жидкую. При этом происходит кипение. При уменьшении температуры до -218,35 оС наблюдается изменение структуры с жидкой до кристаллической. При такой температуре кислород имеет форму голубоватых кристаллов.

При комнатной температуре кислород слаборастворим в воде – на один литр ее приходится 31 миллилитр кислорода. Растворимость с другими веществами: 220 мл на 1 литр этанола, 231 мл на 1 литр ацетона.

Фториды, степень окисления кислорода в of2

Фтор – наиболее активный элемент из всех ныне известных. Поэтому при взаимодействии кислорода с фтором получаются не оксиды, а фториды. Они названы так потому, что в данном соединении не кислород, а фтор является окислителем. Фториды невозможно получить естественным путем. Их только синтезируют, добывая путем ассоциации фтора с водным раствором KOH. Фториды кислорода делятся на:

• дифторид кислорода (OF₂);
• монофторид кислорода (O₂F₂).

Рассмотрим более подробно каждое из соединений. Дифторид кислорода по своей структуре является бесцветным газом с ярко выраженным неприятным запахом. При охлаждении конденсируется в желтоватую жидкость. В жидком состоянии плохо смешивается с водой, зато хорошо с воздухом, фтором и озоном.

По химическим свойствам дифторид кислорода – очень сильный окислитель. Степень окисления кислорода в OF2 равна 1, то есть в этом соединении фтор является окислителем, а кислород – восстановителем. OF2 очень токсичен, по степени токсичности превышает чистый фтор и приближается к фосгену.

Монофторид кислорода в нормальном состоянии является твердым веществом желтоватого цвета. При плавлении образует жидкость красного цвета. Является мощнейшим окислителем, при взаимодействии с органическими соединениями чрезвычайно взрывоопасен. В данном соединении кислород проявляет степени окисления, равные 2, то есть и в этом фторовом соединении кислород выступает восстановителем, а фтор – окислителем.

Характеристики валентности

Сегодня определение валентности элементов базируется на знаниях о строении внешних электронных оболочек их атомов.

Валентность может быть:

• постоянной (металлы главных подгрупп);
• переменной (неметаллы и металлы побочных групп):
• высшая валентность;
• низшая валентность.

Постоянной в различных химических соединениях остается:

• валентность водорода, натрия, калия, фтора (I);
• валентность кислорода, магния, кальция, цинка (II);
• валентность алюминия (III).

А вот валентность железа и меди, брома и хлора, а также многих других элементов изменяется, когда они образуют различные химические соедения.

Химические свойства кислорода

О химических свойствах кислорода можно написать целый талмуд. Самое главное свойство кислорода – это окисление. Данное вещество является очень сильным окислителем. Кислород способен взаимодействовать практически со всеми известными элементами из таблицы Менделеева.

В результате этого взаимодействия образуются оксиды, как говорилось ранее. Степени окисления кислорода в соединениях с другими элементами в основном равны -2. Примером таких соединений является вода (H2O), углекислый газ (CO2), оксид кальция, оксид лития и др.

Но существует определенная категория оксидов, называемая пероксидами или перекисями. Их особенностью является то, что в данных соединениях есть пероксидная группа «-О-О-». Эта группа уменьшает окислительные свойства O2, поэтому степень окисления кислорода в пероксиде равна -1.

В соединении с активными щелочными металлами кислород образует супероксиды или надперекиси. Примером таких образований является:

• супероксид калия (KO₂);
• супероксид рубидия (RbO₂).

Их особенностью является то, что степень окисления кислорода в супероксидах равна -1/2.

В соединении с самым активным химическим элементом – фтором, получаются фториды. О них будет рассказано ниже.

Чему равна валентность атомов кислорода в оксидах — знания.site

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.