Валентность химических элементов

Ранее вы изучали, что такое химическая формула. У каждого вещества есть своя химическая формула, которая отражает его качественный и количественный состав. То есть какие химические элементы и в каком количестве входят в состав одной молекулы данного вещества.

На данном уроке вы познакомитесь с новым понятием валентность. С его помощь вы сможете самостоятельно составить химическую формулу любого вещества.

Валентность и структурные формулы

Валентность — это число ковалентных связей, которыми атом одного химического элемента связан с атомами этого же или других химических элементов.

Атом водорода $H$ образует только одну ковалентную связь с другими атомами, поэтому принято говорить, что водород одновалентен.

Атом кислорода $О$ связан с другими атомами двумя химическими связями — он двухвалентен.

При образовании молекул атомы соединяются так, чтобы все их валентности были задействованы.

{"questions":[{"content":"Валентность — это число [[fill_choice-1]] связей, которыми атом одного химического элемента связан с атомами этого же или других химических элементов.","widgets":{"fill_choice-1":{"type":"fill_choice","options":["ковалентных","ионных"],"answer":0}}}]}

Для образования молекулы воды двухвалентный кислород должен соединиться с двумя атомами водорода по схеме, которая представлена ниже.

На схеме черточкой обозначена валентность химических элементов. Водород — одновалентен, поэтому рядом с ним одна черточка. Для двухвалентного кислорода — две черточки, соответственно.

Аналогично трехвалентный азот $N$ соединяется с тремя атомами одновалентного водорода $Н$ в молекулу аммиака $NH_3$.

Структурные формулы — формулы, в которых валентности элементов обозначены черточками.

{"questions":[{"content":"Структурные формулы — это[[fill_choice_big-7]]","widgets":{"fill_choice_big-7":{"type":"fill_choice_big","options":["формулы, в которых валентности элементов обозначены черточками.","формулы, в которых валентности элементов обозначены точками.","формулы, в которых валентности элементов обозначены стрелками."],"answer":0}}}]}

Структурная формула метана $CH_4$ — органическое соединение четырехвалентного углерода с водородом — будет следующей:

Как же изобразить с помощью структурной формулы молекула углекислого газа $CO_2$, состоящую из атомов четырехвалентного углерода и двухвалентного кислорода?

Структурная молекула данного вещества выглядит следующим образом:

Кислород — двухвалентен, поэтому рядом с каждым из его атомов две черточки. Углерод — четырехвалентен, поэтому рядом с его атомом — четыре черточки.

В химической формуле валентность обозначается римской цифрой над знаком химического элемента:

$\stackrel{IV}{C}\stackrel{II}{O}_2$

{"questions":[{"content":"Определите струтурную формулу аммиака:[[img_choice-18]]","widgets":{"img_choice-18":{"type":"img_choice","options":[["https://obrazavr.ru/wp-content/uploads/2023/06/h_n_h_n-01.svg"],["https://obrazavr.ru/wp-content/uploads/2023/06/h_c_h-01.svg"],["https://obrazavr.ru/wp-content/uploads/2023/06/o_c_o-01.svg"]],"answer":[0]}}}]}

Постоянная и переменная валентность

Является ли валентность постоянной величиной?

Для водорода и кислорода это утверждение верно, а для азота и углерода нет, т. к. эти элементы могут проявлять и другие значения валентности.

К примеру, азот может быть одно-, двух-, трех- и четырехвалентен. Поэтому его соединения с кислородом будут иметь разный состав.

Соответственно, среди всех химических элементов различают две группы: с постоянной и переменной валентностью.

Элементы с постоянной валентностью имеют одинаковую валентность в любом химическом соединении. Такие элементы и их валентность нужно выучить и запомнить.

{"questions":[{"content":"Элементы с постоянной валентностью имеют [[input-2]] валентность в любом химическом соединении. У элементов с переменной валентностью валентность [[input-12]] в зависимости от соединения.","widgets":{"input-2":{"type":"input","inline":1,"answer":"одинаковую"},"input-12":{"type":"input","inline":1,"answer":["меняется","изменяется"]}}}]}

У элементов с переменной валентностью валентность изменяется в зависимости от соединения. Таких элементов большинство. Их можно охарактеризовать высшей, промежуточной и низшей валентностью:

1. Для элементов главных подгрупп высшая валентность совпадает с номером группы $№_{гр}$.
2. Низшую валентность можно вычислить по формуле: $8-№_{гр}$, где 8 — общее число групп Периодической системы Д. И. Менделеева.
3. Промежуточная валентность — это число между высшей и низшей валентностями. Чаще всего промежуточные валентности равны четности группы.

{"questions":[{"content":"Низшую валентность можно вычислить по формуле:[[choice-30]]","widgets":{"choice-30":{"type":"choice","options":["$8-№_{гр}$","$8-№_{периода}$"],"explanations":["Низшую валентность можно вычислить по формуле: $8-№_{гр}$, где 8 — общее число групп Периодической системы Д. И. Менделеева.",""],"answer":[0]}}}]}

Рассмотрим на примере. Хлор $Cl$ располагается в VIIA группе Периодической системы Д. И. Менделеева:

1. высшая валентность хлора равна VII;
2. рассчитаем низшую валентность: $8-7=1$. Низшая валентность равна I;
3. хлор расположен в VIIA группе. Значит, промежуточные валентности — это все нечетные числа между высшей и низшей валентность. То есть для хлора — это V, III и I.

В таблице ниже представлены все возможные валентности для химических элементов.

{"questions":[{"content":"Соотнесите химические элементы с их постоянной валентностью:[[grouper-66]]","widgets":{"grouper-66":{"type":"grouper","labels":["I","II","III"],"items":[["$Li$","$H$","$Ag$"],["$O$","$Ca$","$Zn$"],["$Al$"]]}}}]}

Вывод формулы химического соединения по валентности

Для примера рассмотрим вывод формулы соединения фосфора с кислородом, где фосфор пятивалентен.

I) Записать рядом знаки элементов:

$PO$

II) Над знаками римскими цифрами обозначить валентности элементов:

$\stackrel{V}{Р}\stackrel{II}{O}$

III) Найти наименьшее общее кратное между валентностями элементов. Для фосфора и кислорода — это 10.

IV) Разделить наименьшее общее кратное на валентность каждого элемента — определить индексы, т. е. число атомов каждого элемента в формуле данного вещества (для фосфора индекс равен 2, а для кислорода — 5):

$P_2O_5$

Индекс 1 в формулах не записывается.

По формуле вещества можно определить валентность одного из элементов, если известна валентность другого.

Например, определим валентность серы в соединении, формула которого $SO_3$:

I) Над знаком кислорода в формуле обозначить его валентность, так как она постоянна и потому известна:

$S\stackrel{II}{O}_3$

II) Определить общее число валентностей всех атомов кислорода:

$II\cdot\ 3=6$

III) Разделить полученное число на число атомов серы — это и будет значение ее валентности:

$6 : 1=VI$

IV) Записать валентность серы над ее знаком в формуле:

$\stackrel{VI}{S}\stackrel{II}{O}_3$

Показать ответ

Скрыть ответ

Показать ответ

Скрыть ответ