§7 Первоначальные представления о валентности
Вы уже знаете, что в любом химическом соединении атомы разных элементов находятся в определенном количественном соотношении. Атомы одних элементов связаны только с одним атомом другого элемента, атомы других — с двумя, тремя и даже большим числом других атомов. От чего это зависит?
Рассмотрим химические формулы нескольких соединений водорода с атомами других элементов:
HCl | H2O | NH3 | CH4 |
ХЛОРОВОДОРОД | ВОДА | АММИАК | МЕТАН |
Нетрудно заметить, что атом хлора связан с одним атомом водорода, кислорода — с двумя, азота — с тремя, а атом углерода — с четырьмя атомами водорода. В то же время в молекуле углекислого газа CO2 — атом углерода связан с двумя атомами кислорода. Другими словами, у атомов разных элементов разная способность соединяться с другими атомами.
Количественно такая способность атома выражается с помощью характеристики, называемой валентностью.
Валентность — мера способности атомов данного элемента соединяться с атомами других элементов.
Так как атом водорода не соединяется больше чем с одним атомом другого элемента, то его валентность принята равной единице. Поэтому во всех вышеуказанных соединениях с другими элементами он одновалентен. Тогда в соединениях с водородом у атома хлора валентность равна единице, у кислорода — двум, азота — трем и у атома углерода — четырем. Схематически, если обозначить, единицу валентности черточкой |, это можно изобразить таким образом:
Необходимо соблюдать простое правило: суммарные числа единиц валентности атомов обоих элементов должны быть равны.
Так, в молекуле воды Н20 число единиц валентности водорода равно произведению его валентности на индекс в формуле:
\(\mathrm{I \cdot \color{brown}{2=2}}\)
Точно так же определяют число единиц валентности кислорода:
\(\mathrm{II \cdot \color{brown}{2=2}}\)
Например, определим валентность углерода в молекуле углекислого газа. Формула углекислого газа С02:
Запишем формулу химического соединения и укажем значение валентности над символом кислорода:
\(\mathrm{{C}\overset{II}{{O}}_{{2}}}\)
Согласно правилу валентности x · 1 = II · 2, откуда x = IV. Таким образом, валентность углерода в данном соединении, равна IV:
\(\mathrm{\overset{X}{{C}}\overset{II}{{O}}_{{2}}}\)
У большинства элементов валентность — величина переменная. Только у водорода, кислорода и еще нескольких элементов она постоянна (см. таблицу).
ВАЛЕНТНОСТЬ АТОМОВ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СОЕДИНЕНИЯХ |
|||
ЭЛЕМЕНТЫ С ПОСТОЯННОЙ ВАЛЕНТНОСТЬЮ | ЭЛЕМЕНТЫ С ПЕРЕМЕННОЙ ВАЛЕНТНОСТЬЮ | ||
Элемент | Валентность | Элемент | Валентность |
H, Li, Na, K, F | I | S | II, IV, VI |
O, Mg, Ca, Ba, Zn | II | N | I, II, III, IV, V |
Al, B | III | P | III, V |
Fe | II, III | ||
Cu | I, II | ||
C, Si | II, IV | ||
Cl, Br, I | I, III, V, VII |
Зная валентность элементов, можно составлять формулы бинарных (вещества из двух хим. элементов) соединений. Например, необходимо записать формулу кислородного соединения хлора, в котором валентность хлора равна семи. Порядок действий здесь таков:
- Записать символы химических элементов и их валентности
- Найти наименьшее общее кратное (НОК) валентностей обоих элементов
- Разделить НОК на валентность каждого элемента (т.е. найти значения их индексов)
- Записать индексы возле знаков химических элементов (индекс «1» не пишут).
Подведём итоги
- Мерой способности атомов данного элемента соединяться с атомами других элементов является валентность.
- Валентность водорода постоянна и равна единице. Валентность кислорода также постоянна и равна двум.
- Валентность большинства остальных элементов не является постоянной. Ее можно определить по формулам бинарных соединений с водородом или кислородом.