La valencia es la capacidad de un átomo de un elemento determinado para formar un cierto número de enlaces químicos.
En sentido figurado, la valencia es el número de “manos” con las que un átomo se adhiere a otros átomos. Naturalmente, los átomos no tienen “manos”; su papel lo desempeñan los llamados. electrones de valencia.
Puedes decirlo de otra manera: La valencia es la capacidad de un átomo de un elemento determinado para unirse a un cierto número de otros átomos.
Deben entenderse claramente los siguientes principios:
Hay elementos con valencia constante (de los cuales hay relativamente pocos) y elementos con valencia variable (de los cuales lo son la mayoría).
Hay que recordar los elementos con valencia constante:
Los elementos restantes pueden presentar valencias diferentes.
La valencia más alta de un elemento en la mayoría de los casos coincide con el número del grupo en el que se encuentra el elemento.
Por ejemplo, el manganeso está en el grupo VII (subgrupo lateral), la valencia más alta del Mn es siete. El silicio se ubica en el grupo IV (subgrupo principal), su valencia más alta es cuatro.
Sin embargo, conviene recordar que la valencia más alta no siempre es la única posible. Por ejemplo, la valencia más alta del cloro es siete (¡asegúrate de esto!), pero se conocen compuestos en los que este elemento presenta valencias VI, V, IV, III, II, I.
Es importante recordar algunos excepciones: la valencia máxima (y única) del flúor es I (y no VII), oxígeno - II (y no VI), nitrógeno - IV (la capacidad del nitrógeno para exhibir valencia V es un mito popular que se encuentra incluso en alguna escuela libros de texto).
La valencia y el estado de oxidación no son conceptos idénticos.
Estos conceptos son bastante parecidos, ¡pero no deben confundirse! El estado de oxidación tiene signo (+ o -), la valencia no; el estado de oxidación de un elemento en una sustancia puede ser cero, la valencia es cero sólo si se trata de un átomo aislado; el valor numérico del estado de oxidación NO puede coincidir con la valencia. Por ejemplo, la valencia del nitrógeno en N 2 es III y el estado de oxidación = 0. La valencia del carbono en el ácido fórmico es = IV y el estado de oxidación = +2.
Si se conoce la valencia de uno de los elementos de un compuesto binario, se puede encontrar la valencia del otro.
Esto se hace de forma bastante sencilla. Recuerde la regla formal: el producto del número de átomos del primer elemento en una molécula y su valencia debe ser igual a un producto similar para el segundo elemento.
En el compuesto A x B y: valencia (A) x = valencia (B) y
Ejemplo 1. Encuentre las valencias de todos los elementos en el compuesto NH 3.
Solución. Conocemos la valencia del hidrógeno: es constante e igual a I. Multiplicamos la valencia H por el número de átomos de hidrógeno en la molécula de amoníaco: 1 3 = 3. Por lo tanto, para el nitrógeno, el producto de 1 (el número de átomos N) por X (la valencia del nitrógeno) también debe ser igual a 3. Obviamente, X = 3. Respuesta: N(III), H(I).
Ejemplo 2. Encuentre las valencias de todos los elementos en la molécula de Cl 2 O 5.
Solución. El oxígeno tiene una valencia constante (II); la molécula de este óxido contiene cinco átomos de oxígeno y dos átomos de cloro. Sea la valencia del cloro = X. Creemos la ecuación: 5 2 = 2 X. Obviamente, X = 5. Respuesta: Cl(V), O(II).
Ejemplo 3. Encuentre la valencia del cloro en la molécula de SCl 2 si se sabe que la valencia del azufre es II.
Solución. Si los autores del problema no nos hubieran dicho la valencia del azufre, habría sido imposible solucionarlo. Tanto el S como el Cl son elementos de valencia variable. Teniendo en cuenta información adicional, la solución se construye según el esquema de los ejemplos 1 y 2. Respuesta: Cl(I).
Conociendo las valencias de dos elementos, puedes crear una fórmula para un compuesto binario.
En los ejemplos 1 - 3, determinamos la valencia usando la fórmula. Ahora intentemos hacer el procedimiento inverso.
Ejemplo 4. Escribe una fórmula para el compuesto de calcio e hidrógeno.
Solución. Se conocen las valencias del calcio y el hidrógeno: II y I, respectivamente. Sea la fórmula del compuesto deseado Ca x H y. Volvemos a componer la conocida ecuación: 2 x = 1 y. Como una de las soluciones a esta ecuación, podemos tomar x = 1, y = 2. Respuesta: CaH 2.
"¿Por qué exactamente CaH 2?", se preguntará. "Después de todo, las variantes Ca 2 H 4 y Ca 4 H 8 e incluso Ca 10 H 20 no contradicen nuestra regla".
La respuesta es simple: toma el mínimo. valores posibles X y Y. En el ejemplo dado, estos valores mínimos (¡naturales!) son exactamente 1 y 2.
"Entonces, ¿compuestos como N 2 O 4 o C 6 H 6 son imposibles?", ¿Deberían reemplazarse estas fórmulas con NO 2 y CH?
No, son posibles. Además, N 2 O 4 y NO 2 son sustancias completamente diferentes. Pero la fórmula CH no corresponde en absoluto a ninguna sustancia estable real (a diferencia de C 6 H 6).
A pesar de todo lo dicho, en la mayoría de los casos se puede seguir la regla: tomar valores más pequeñosíndices.
Ejemplo 5. Escribe una fórmula para el compuesto de azufre y flúor si se sabe que la valencia del azufre es seis.
Solución. Sea la fórmula del compuesto S x F y . La valencia del azufre se da (VI), la valencia del flúor es constante (I). Volvemos a formular la ecuación: 6 x = 1 y. Es fácil entender que los valores más pequeños posibles de las variables son 1 y 6. Respuesta: SF 6.
Aquí, de hecho, están todos los puntos principales.
¡Ahora compruébalo tú mismo! Te sugiero que hagas un breve prueba sobre el tema "Valencia".
Un elemento químico une o reemplaza una cierta cantidad de átomos de otro.
La unidad de valencia se considera la valencia de un átomo de hidrógeno igual a 1, es decir, el hidrógeno es monovalente. Por tanto, la valencia de un elemento indica a cuántos átomos de hidrógeno está conectado un átomo del elemento en cuestión. Por ejemplo, HCl, donde el cloro es monovalente; h2O, donde el oxígeno es divalente; NH3, donde el nitrógeno es trivalente.
Tabla de elementos con valencia constante.
Las fórmulas de sustancias se pueden compilar según las valencias de sus elementos constituyentes. Y viceversa, conociendo las valencias de los elementos, podrás componer a partir de ellos. fórmula química.
Algoritmo para compilar fórmulas de sustancias por valencia.
1. Escribe los símbolos de los elementos.
2. Determinar la valencia de los elementos incluidos en la fórmula.
3. Encuentra el mínimo común múltiplo de los valores numéricos de valencia.
4. Encuentre las relaciones entre los átomos de los elementos dividiendo el mínimo común múltiplo encontrado por las valencias correspondientes de los elementos.
5. Escribe los índices de los elementos en la fórmula química.
Ejemplo: Inventemos la fórmula química del óxido de fósforo.
1. Escribe los símbolos:
2. Determinemos la valencia:
4. Encontremos las relaciones entre átomos:
5. Anota los índices:
Algoritmo para determinar la valencia mediante fórmulas de elementos químicos.
1. Escribe la fórmula de un compuesto químico.
2. Designar la valencia conocida de los elementos.
3. Encuentra el mínimo común múltiplo de valencia e índice.
4. Encuentra la relación entre el mínimo común múltiplo y el número de átomos del segundo elemento. Ésta es la valencia deseada.
5. Comprueba multiplicando la valencia y el índice de cada elemento. Sus productos deben ser iguales.
Ejemplo: Determinemos la valencia de los elementos de sulfuro de hidrógeno.
1. Escribamos la fórmula:
h 2 S
2. Denotemos la valencia conocida:
h 2 S
3. Encuentra el mínimo común múltiplo:
h 2 S
4. Encuentre la relación entre el mínimo común múltiplo y el número de átomos de azufre:
h 2 S
5. Hagamos una comprobación.
- monovalente hidrógeno, halógenos, metales alcalinos
- bivalente oxígeno, metales alcalinotérreos.
- trivalente aluminio (Al) y boro (B).
- la valencia más alta corresponde (igual a) el número del grupo;
- la valencia más baja está determinada por la fórmula: número de grupo - 8.
- II en compuesto H2S
- IV en compuesto SO2
- VI en compuesto SO3
Para determinar la valencia de una sustancia en particular, es necesario consultar la tabla periódica de elementos químicos de Mendeleev; las designaciones en números romanos serán las valencias de ciertas sustancias en esta tabla. Por ejemplo, PERO, el hidrógeno (H) siempre será monovalente y el oxígeno (O) siempre será divalente. Aquí hay una hoja de trucos a continuación que creo que te ayudará)
En primer lugar, vale la pena señalar que los elementos químicos pueden tener valores tanto constantes como valencia variable. En cuanto a la valencia constante, simplemente necesitas memorizar dichos elementos.
Los metales alcalinos, el hidrógeno y los halógenos se consideran monovalentes;
Pero el boro y el aluminio son trivalentes.
Entonces, ahora repasemos la tabla periódica para determinar la valencia. La valencia más alta de un elemento siempre se equipara a su número de grupo.
La valencia más baja se determina restando el número del grupo a 8. Los no metales están dotados en mayor medida de una valencia más baja.
Los elementos químicos pueden ser de valencia constante o variable. Se deben aprender los elementos con valencia constante. Siempre
La valencia se puede determinar usando la tabla periódica.. La valencia más alta de un elemento siempre es igual al número del grupo en el que se encuentra.
Los no metales suelen tener la valencia variable más baja. Descubrir valencia más baja, el número del grupo se resta de 8; el resultado es el valor deseado. Por ejemplo, el azufre está en el grupo 6 y su valencia más alta es VI, la valencia más baja será II (86 = 2).
Según la definición escolar, la valencia es la capacidad de un elemento químico para formar un cierto número de enlaces químicos con otros átomos.
Como sabes, la valencia puede ser constante (cuando un elemento químico siempre forma el mismo número de enlaces con otros átomos) y variable (cuando, dependiendo de una determinada sustancia, la valencia de un mismo elemento cambia).
El sistema periódico de elementos químicos de D.I. Mendeleev nos ayudará a determinar la valencia.
Se aplican las siguientes reglas:
1) Máximo La valencia de un elemento químico es igual al número de grupo. Por ejemplo, el cloro está en el grupo 7, lo que significa que tiene una valencia máxima de 7. Azufre: está en el grupo 6, lo que significa que tiene una valencia máxima de 6.
2) Mínimo valencia para no metales es igual a 8 menos el número del grupo. Por ejemplo, la valencia mínima del mismo cloro es 8 7, es decir, 1.
Lamentablemente, existen excepciones a ambas reglas.
Por ejemplo, el cobre está en el grupo 1, pero la valencia máxima del cobre no es 1, sino 2.
El oxígeno está en el grupo 6, pero su valencia casi siempre es 2, y en absoluto 6.
Es útil recordar las siguientes reglas:
3) todos alcalino Los metales (metales del grupo I, el subgrupo principal) siempre tienen valencia 1. Por ejemplo, la valencia del sodio siempre es 1 porque es un metal alcalino.
4) todos tierra alcalina Los metales (metales del grupo II, el subgrupo principal) siempre tienen valencia 2. Por ejemplo, la valencia del magnesio siempre es 2 porque es un metal alcalinotérreo.
5) El aluminio siempre tiene una valencia de 3.
6) El hidrógeno siempre tiene valencia 1.
7) El oxígeno casi siempre tiene una valencia de 2.
8) El carbono casi siempre tiene una valencia de 4.
Cabe recordar que en diferentes fuentes Las definiciones de valencia pueden variar.
Con mayor o menor precisión, la valencia se puede definir como el número de pares de electrones compartidos a través de los cuales un átomo determinado está conectado con otros.
Según esta definición, la valencia del nitrógeno en el HNO3 es 4, no 5. El nitrógeno no puede ser pentavalente, porque en este caso habría 10 electrones rodeando el átomo de nitrógeno. Pero esto no puede suceder porque el número máximo de electrones es 8.
La valencia de cualquier elemento químico es su propiedad, o más bien la propiedad de sus átomos (átomos de este elemento) de contener un cierto número de átomos, pero de otro elemento químico.
Hay elementos químicos con valencia tanto constante como variable, que cambia según con qué elemento esté (este elemento) en combinación o en el que entre.
Valencias de algunos elementos químicos:
Pasemos ahora a cómo se determina la valencia de un elemento a partir de la tabla.
Entonces, la valencia se puede determinar mediante tabla periódica:
Del curso de química de la escuela sabemos que todos los elementos químicos pueden tener una valencia constante o variable. Solo es necesario recordar los elementos con valencia constante (por ejemplo, hidrógeno, oxígeno, metales alcalinos y otros elementos). La valencia se puede determinar fácilmente a partir de la tabla periódica, que se encuentra en cualquier libro de texto de química. La valencia más alta corresponde a su número del grupo en el que se ubica.
La valencia de cualquier elemento se puede determinar a partir de la propia tabla periódica, por el número de grupo.
Al menos esto se puede hacer en el caso de los metales, porque su valencia es igual al número del grupo.
La historia de los no metales es un poco diferente: su valencia más alta (en compuestos con oxígeno) también es igual al número del grupo, pero la valencia más baja (en compuestos con hidrógeno y metales) debe determinarse mediante la siguiente fórmula: 8 - número de grupo.
Cuanto más trabajas con elementos químicos, mejor recordarás su valencia. Para empezar, esta hoja de trucos será suficiente:
En rosa se resaltan aquellos elementos cuya valencia no es constante.
La valencia es la capacidad de los átomos de algunos elementos químicos de unirse a sí mismos átomos de otros elementos. Para escribir fórmulas con éxito, la decisión correcta Tareas que necesitas saber bien cómo determinar la valencia. Primero necesitas aprender todos los elementos con valencia constante. Aquí están: 1. Hidrógeno, halógenos, metales alcalinos (siempre monovalentes); 2. Oxígeno y metales alcalinotérreos (divalentes); 3. B y Al (trivalente). Para determinar la valencia usando la tabla periódica., es necesario averiguar en qué grupo se encuentra el elemento químico y determinar si está en el grupo principal o en uno secundario.
Un elemento puede tener una o más valencias.
La valencia máxima de un elemento es igual al número de electrones de valencia. Podemos determinar la valencia conociendo la ubicación de un elemento en la tabla periódica. El número de valencia máximo es igual al número del grupo en el que se encuentra el elemento requerido.
La valencia se indica con un número romano y normalmente se escribe en la esquina superior derecha del símbolo del elemento.
Algunos elementos pueden tener diferentes valencias en diferentes conexiones.
Por ejemplo, el azufre tiene las siguientes valencias:
Las reglas para determinar la valencia no son tan fáciles de usar, por lo que es necesario recordarlas.
Determinar la valencia utilizando la tabla periódica es sencillo. Como regla general, corresponde al número del grupo en el que se encuentra el elemento. Pero hay elementos que pueden tener diferentes valencias en diferentes compuestos. En este caso hablamos de valencia constante y variable. La variable puede ser máxima, igual al número de grupo, o puede ser mínima o intermedia.
Pero es mucho más interesante determinar la valencia de los compuestos. Hay una serie de reglas para esto. En primer lugar, es fácil determinar la valencia de los elementos si un elemento de un compuesto tiene una valencia constante, por ejemplo, oxígeno o hidrógeno. A la izquierda hay un agente reductor, es decir, un elemento con valencia positiva, a la derecha hay un agente oxidante, es decir, un elemento con valencia negativa. El índice de un elemento con valencia constante se multiplica por esta valencia y se divide por el índice de un elemento con valencia desconocida.
Ejemplo: óxidos de silicio. La valencia del oxígeno es -2. Encontremos la valencia del silicio.
SiO 1*2/1=2 La valencia del silicio en monóxido es +2.
SiO2 2*2/1=4 La valencia del silicio en dióxido es +4.
Instrucciones
Por ejemplo, puedes usar dos sustancias– HCl y H2O. Esto es bien conocido por todos y por el agua. La primera sustancia contiene un átomo de hidrógeno (H) y un átomo de cloro (Cl). Esto sugiere que en este compuesto forman uno, es decir, mantienen un átomo cerca de ellos. Por eso, valencia tanto uno como el otro son iguales a 1. También es fácil de determinar valencia Elementos que forman una molécula de agua. Contiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. En consecuencia, el átomo de oxígeno formó dos enlaces para unir dos hidrógenos y estos, a su vez, formaron un enlace. Medio, valencia el oxígeno es 2 y el hidrógeno es 1.
Pero a veces hay que afrontar sustancias son más complejos en términos de las propiedades de sus átomos constituyentes. Hay dos tipos de elementos: constantes (hidrógeno, etc.) y no permanentes. valencia Yu. Para los átomos del segundo tipo, este número depende del compuesto del que forman parte. Un ejemplo es (S). Puede tener valencias de 2, 4, 6 y, a veces, incluso 8. Determinar la capacidad de elementos como el azufre para retener otros átomos a su alrededor es un poco más difícil. Para hacer esto necesitas conocer otros componentes. sustancias.
Recuerda la regla: el producto del número de átomos por valencia de un elemento en el compuesto debe coincidir con el mismo producto del otro elemento. Esto se puede verificar mirando nuevamente la molécula de agua (H2O):
2 (cantidad de hidrógeno) * 1 (su valencia) = 2
1 (cantidad de oxígeno) * 2 (su valencia) = 2
2 = 2 significa que todo está definido correctamente.
Ahora verifique este algoritmo con una sustancia más compleja, por ejemplo, N2O5 - óxido. Anteriormente se indicó que el oxígeno tiene una velocidad constante. valencia 2, por lo que podemos componer:
2 (valencia oxígeno) * 5 (su cantidad) = X (desconocido valencia nitrógeno) * 2 (su cantidad)
Mediante simples cálculos aritméticos se puede determinar que valencia El nitrógeno en este compuesto es 5.
Valencia Es la capacidad de los elementos químicos de contener un cierto número de átomos de otros elementos. Al mismo tiempo, es el número de enlaces que forma un átomo determinado con otros átomos. Determinar la valencia es bastante sencillo.
Instrucciones
Tenga en cuenta que la valencia de los átomos de algunos elementos es constante, mientras que otros son variables, es decir, tienden a cambiar. Por ejemplo, el hidrógeno en todos los compuestos es monovalente, ya que forma solo uno. El oxígeno es capaz de formar dos enlaces, siendo divalente. Pero puede tener II, IV o VI. Todo depende del elemento con el que esté conectado. Por tanto, el azufre es un elemento con valencia variable.
Tenga en cuenta que en las moléculas de compuestos de hidrógeno, calcular la valencia es muy sencillo. El hidrógeno siempre es monovalente y este indicador para el elemento asociado será igual al número de átomos de hidrógeno en una molécula determinada. Por ejemplo, en CaH2 el calcio será divalente.
Recuerde la regla principal para determinar la valencia: el producto del índice de valencia de un átomo de cualquier elemento por el número de sus átomos en cualquier molécula es el producto del índice de valencia de un átomo del segundo elemento por el número de sus átomos en una molécula dada.
Mire la fórmula alfabética para esta igualdad: V1 x K1 = V2 x K2, donde V es la valencia de los átomos de los elementos y K es el número de átomos en la molécula. Con su ayuda, es fácil determinar el índice de valencia de cualquier elemento si se conocen los datos restantes.
Consideremos el ejemplo de la molécula de óxido de azufre SO2. El oxígeno en todos los compuestos es divalente, por lo tanto, sustituyendo los valores en la proporción: Voxígeno x Oxígeno = Vazufre x Xers, obtenemos: 2 x 2 = Vazufre x 2. De aquí Vazufre = 4/2 = 2. Así , la valencia del azufre en esta molécula es igual a 2.
Vídeo sobre el tema.
Valencia– uno de los principales términos utilizados en teoría Estructura química. Este concepto define la capacidad de un átomo para formar enlaces químicos y representa cuantitativamente el número de enlaces en los que participa.
Instrucciones
Valencia(del latín valentia - "fuerza") - un indicador de la capacidad de un átomo para unir otros átomos a sí mismo, formando enlaces químicos con ellos dentro de la molécula. El número total de enlaces en los que puede participar un átomo es igual al número de sus electrones no apareados. Estos enlaces se denominan covalentes.
Los electrones desapareados son electrones libres de la capa exterior de un átomo que se emparejan con los electrones exteriores de otro átomo. Además, cada uno de esos pares se denomina electrón y dichos electrones se denominan valencia. En base a esto, la valencia puede sonar así: es el número de pares de electrones en los que un átomo determinado está conectado con otros átomos.
El índice de valencia máximo de los elementos químicos de un grupo de la tabla periódica, por regla general, es igual a número de serie grupos. Diferentes átomos de un mismo elemento pueden tener diferentes valencias. No se tiene en cuenta la polaridad de los productos formados, por lo que la valencia no tiene signo. No puede ser ni cero ni negativo.
Generalmente se considera que la cantidad de cualquier elemento químico es el número de átomos de hidrógeno monovalentes o átomos de oxígeno divalentes. Sin embargo, al determinar la valencia, se pueden utilizar otros elementos cuya valencia se conoce con precisión.
En ocasiones el concepto de valencia se identifica con el concepto de “estado de oxidación”, pero esto es incorrecto, aunque en algunos casos estos indicadores coinciden. El número de oxidación es un término formal que indica la posible carga que recibiría un átomo si sus electrones fueran transferidos a átomos más electronegativos. En este caso, el estado de oxidación se expresa en unidades de carga y puede tener signo, a diferencia de la valencia. Este término se ha generalizado en la ciencia inorgánica porque en compuestos inorgánicos juzgar valencia. Valencia también se utiliza en química Orgánica, ya que la mayoría compuestos orgánicos Tiene estructura molecular.
Vídeo sobre el tema.
Ésta es la capacidad de un átomo de interactuar con otros átomos, formando enlaces químicos con ellos. Muchos científicos hicieron una gran contribución a la creación de la teoría de la valencia, principalmente el alemán Kekule y nuestro compatriota Butlerov. electrones, que participan en la formación de un enlace químico, se llaman valencia.
Necesitará
- Mesa de Mendeleev.
Instrucciones
Recuerda el átomo. el es nuestro sistema solar: en el centro hay un núcleo masivo ("estrella") y los electrones ("") giran a su alrededor. Las dimensiones del núcleo, aunque en él se concentra casi toda la masa del átomo, son insignificantes en comparación con la distancia a las órbitas de los electrones. ¿Cuál de los electrones de un átomo interactuará más fácilmente con los electrones de otros átomos? No es difícil entender que aquellos que están más alejados del núcleo se encuentran en la capa electrónica externa.
VALENCIA(Latín valentia - fuerza) la capacidad de un átomo para unir o reemplazar un cierto número de otros átomos o grupos de átomos.
Durante muchas décadas, el concepto de valencia ha sido uno de los conceptos básicos y fundamentales de la química. Todos los estudiantes de química deben encontrarse con este concepto. Al principio les pareció bastante simple e inequívoco: el hidrógeno es monovalente, el oxígeno es divalente, etc. Uno de los manuales para los solicitantes dice esto: "La valencia es el número de enlaces químicos formados por un átomo en un compuesto". Pero, ¿cuál es entonces, de acuerdo con esta definición, la valencia del carbono en el carburo de hierro Fe 3 C, en el carbonilo de hierro Fe 2 (CO) 9, en las sales conocidas desde hace mucho tiempo K 3 Fe(CN) 6 y K 4 Fe( CN) 6? ¡E incluso en el cloruro de sodio, cada átomo del cristal de NaCl está unido a otros seis átomos! Muchas definiciones, incluso las impresas en los libros de texto, deben aplicarse con mucho cuidado.
En las publicaciones modernas se pueden encontrar definiciones diferentes, a menudo inconsistentes. Por ejemplo, esto: “La valencia es la capacidad de los átomos de formar un cierto número de enlaces covalentes”. Esta definición es clara e inequívoca, pero sólo es aplicable a compuestos con enlaces covalentes. Determinar la valencia de un átomo y numero total electrones involucrados en la formación de un enlace químico; y el número de pares de electrones con los que un átomo determinado se conecta con otros átomos; y el número de sus electrones desapareados que participan en la formación de pares de electrones comunes. Otra definición frecuente de valencia, como el número de enlaces químicos mediante los cuales un átomo determinado se conecta con otros átomos, también causa dificultades, ya que no siempre es posible definir claramente qué es un enlace químico. Después de todo, no todos los compuestos tienen enlaces químicos formados por pares de electrones. El ejemplo más simple son los cristales iónicos, como el cloruro de sodio; en él, cada átomo de sodio forma un enlace (iónico) con seis átomos de cloro, y viceversa. ¿Deberían considerarse enlaces químicos los enlaces de hidrógeno (por ejemplo, en las moléculas de agua)?
Surge la pregunta de cuál puede ser igual a la valencia de un átomo de nitrógeno según sus diferentes definiciones. Si la valencia está determinada por el número total de electrones involucrados en la formación de enlaces químicos con otros átomos, entonces la valencia máxima de un átomo de nitrógeno debe considerarse igual a cinco, ya que el átomo de nitrógeno puede utilizar sus cinco electrones externos: dos electrones s y tres electrones p: al formar enlaces químicos. Si la valencia está determinada por el número de pares de electrones con los que un átomo determinado está conectado a otros, entonces, en este caso, la valencia máxima de un átomo de nitrógeno es cuatro. En este caso, tres electrones p forman tres enlaces covalentes con otros átomos y otro enlace se forma gracias a dos electrones 2s de nitrógeno. Un ejemplo es la reacción del amoníaco con ácidos para formar un catión amonio. Finalmente, si la valencia está determinada solo por el número de electrones desapareados en un átomo, entonces la valencia del nitrógeno no puede ser más de tres, ya que el átomo de N no puede tener más. de tres electrones desapareados (la excitación del electrón 2s sólo puede ocurrir en el nivel con n = 3, lo que es extremadamente desfavorable desde el punto de vista energético). Por lo tanto, en los haluros, el nitrógeno forma solo tres enlaces covalentes y no existen compuestos como NF 5, NCl 5 o NBr 5 (a diferencia de los completamente estables PF 3, PCl 3 y PBr 3). Pero si un átomo de nitrógeno transfiere uno de sus electrones 2s a otro átomo, entonces el catión N+ resultante tendrá cuatro electrones desapareados y la valencia de este catión será cuatro. Esto sucede, por ejemplo, en una molécula de ácido nítrico. Por tanto, diferentes definiciones de valencia conducen a resultados diferentes incluso para moléculas simples.
¿Cuál de estas definiciones es "correcta"? ¿Es posible dar una definición inequívoca de valencia? Para responder a estas preguntas, resulta útil hacer una excursión al pasado y considerar cómo cambió el concepto de “valencia” con el desarrollo de la química.
La idea de la valencia de los elementos (que, sin embargo, no recibió reconocimiento en ese momento) se expresó por primera vez a mediados del siglo XIX. El químico inglés E. Frankland: habló de una cierta “capacidad de saturación” de los metales y del oxígeno. Posteriormente, la valencia comenzó a entenderse como la capacidad de un átomo de unirse o reemplazar un cierto número de otros átomos (o grupos de átomos) para formar un enlace químico. Uno de los creadores de la teoría de la estructura química, Friedrich August Kekule, escribió: “La valencia es una propiedad fundamental del átomo, una propiedad tan constante e inmutable como el propio peso atómico”. Kekulé consideraba constante la valencia de un elemento. A finales de la década de 1850, la mayoría de los químicos creían que la valencia (entonces llamada “atomicidad”) del carbono era 4, la valencia del oxígeno y el azufre era 2 y los halógenos eran 1. En 1868, el químico alemán K. G. Wichelhaus propuso utilizar el término “atomicidad” en lugar de “valencia” (en latín valentia - fuerza). Sin embargo, durante mucho tiempo casi no se utilizó, al menos en Rusia (en cambio, se hablaba, por ejemplo, de “unidades de afinidad”, “número de equivalentes”, “número de acciones”, etc.). Es significativo que en Diccionario enciclopédico Brockhaus y Efron(casi todos los artículos sobre química en esta enciclopedia fueron revisados, editados y, a menudo, escritos por D.I. Mendeleev) no hay ningún artículo sobre "valencia" en absoluto. Tampoco se encuentra en la obra clásica de Mendeleev. Conceptos básicos de química(sólo ocasionalmente menciona el concepto de “atomicidad”, sin entrar en detalles sobre él y sin darle una definición inequívoca).
Para demostrar claramente las dificultades que acompañaron al concepto de “valencia” desde el principio, conviene citar un concepto que fue popular a principios del siglo XX. En muchos países, gracias al gran talento pedagógico del autor, el libro de texto del químico estadounidense Alexander Smith, publicado por él en 1917 (en traducción al ruso, en 1911, 1916 y 1931): “Ni un solo concepto en química ha recibido tantas definiciones poco claras e imprecisas como el concepto de valencia " Y más adelante en la sección. Algunas rarezas en las opiniones sobre valencia el autor escribe:
“Cuando se construyó por primera vez el concepto de valencia, se creía, completamente erróneamente, que cada elemento tiene una valencia. Por lo tanto, al considerar pares de compuestos como CuCl y CuCl 2, o... FeCl 2 y FeCl 3, partimos del supuesto de que el cobre Siempre es divalente y el hierro es trivalente, y sobre esta base distorsionaron las fórmulas para ajustarlas a esta suposición. Así, la fórmula del monocloruro de cobre se escribió (y a menudo se escribe hasta el día de hoy) así: Cu 2 Cl 2. En este caso, las fórmulas de los dos compuestos de cloruro de cobre en representación gráfica obtenga la forma: Cl – Cu – Cu – Cl y Cl – Cu – Cl. En ambos casos, cada átomo de cobre contiene (en el papel) dos unidades y, por tanto, es divalente (en el papel). Asimismo... al duplicar la fórmula FeCl 2 se obtuvo Cl 2 >Fe–Fe 2, lo que permitió considerar... al hierro como trivalente”. Y entonces Smith saca una conclusión muy importante y relevante en todo momento: “Es bastante asqueroso método científico- inventar o distorsionar hechos para apoyar una creencia que, al no estar basada en la experiencia, es el resultado de meras conjeturas. Sin embargo, la historia de la ciencia muestra que tales errores se observan a menudo”.
Una revisión de las ideas de principios de siglo sobre la valencia la hizo en 1912 el químico ruso L.A. Chugaev, quien recibió reconocimiento mundial por su trabajo sobre la química de compuestos complejos. Chugaev mostró claramente las dificultades asociadas con la definición y aplicación del concepto de valencia:
“Valencia es un término utilizado en química en el mismo sentido que “atomicidad” para denotar el número máximo de átomos de hidrógeno (u otros átomos monoatómicos o radicales monoatómicos) con los que un átomo de un elemento determinado puede estar en conexión directa (o con los que puede estar en conexión directa). es capaz de reemplazar). La palabra valencia también se utiliza a menudo en el sentido de unidad de valencia o unidad de afinidad. Así, dicen que el oxígeno tiene dos, el nitrógeno tres, etc. Las palabras valencia y “atomicidad” se utilizaban anteriormente sin distinción alguna, pero como los conceptos mismos expresados por ellas perdieron su simplicidad original y se volvieron más complicados, en algunos casos sólo se mantuvo en uso la palabra valencia... La complicación de la El concepto de valencia comenzó con el reconocimiento de que la valencia es una cantidad variable... y en el sentido de la materia siempre se expresa como un número entero”.
Los químicos sabían que muchos metales tienen valencia variable y deberían hablar, por ejemplo, de cromo divalente, trivalente y hexavalente. Chugaev dijo que incluso en el caso del carbono era necesario reconocer la posibilidad de que su valencia pudiera ser diferente de 4, y el CO no es la única excepción: “Es muy probable que el carbono divalente esté contenido en las carbilaminas CH 3 -N=C, en el ácido fulminato y sus sales C=NOH, C=NOMe, etc. Sabemos que también existe el carbono triatómico...” Al discutir la teoría del químico alemán I. Thiele sobre las valencias “parciales” o parciales, Chugaev habló de ella como “uno de los primeros intentos de ampliar el concepto clásico de valencia y extenderlo a casos en los que, como tal, es inaplicable. Si Thiele llegó a la necesidad... de permitir la “fragmentación” de las unidades de valencia, entonces hay toda una serie de hechos que nos obligan, en otro sentido, a derivar el concepto de valencia del estrecho marco en el que se encuentra. estaba contenido originalmente. Hemos visto que el estudio de los compuestos más simples (en su mayoría binarios...) formados por elementos químicos para cada uno de estos últimos nos obliga a suponer ciertos valores, siempre pequeños y, por supuesto, completos de su valencia. Tales valores, en general, son muy pocos (los elementos que exhiben más de tres valencias diferentes son raros)... La experiencia demuestra, sin embargo, que cuando todas las unidades de valencia antes mencionadas deben considerarse saturadas, la capacidad de las moléculas formadas en esta El caso para una mayor adición aún no alcanza el límite. Así, las sales metálicas añaden agua, amoniaco, aminas…, formando diversos hidratos, amoniaco…etc. compuestos complejos que... ahora clasificamos como complejos. La existencia de compuestos que no encajan en el marco de la idea más simple de valencia, naturalmente, requirió su expansión y la introducción de hipótesis adicionales. Una de estas hipótesis, propuesta por A. Werner, es que junto a las unidades de valencia principales o básicas, existen otras secundarias. Estos últimos suelen estar indicados con una línea de puntos”.
En efecto, ¿qué valencia, por ejemplo, debería asignarse al átomo de cobalto en su cloruro, que añadió seis moléculas de amoníaco para formar el compuesto CoCl 3 · 6NH 3 (o, lo que es lo mismo, Co(NH 3) 6 Cl 3)? ? ¡En él, un átomo de cobalto se combina simultáneamente con nueve átomos de cloro y nitrógeno! D.I. Mendeleev escribió en esta ocasión sobre las poco estudiadas “fuerzas de afinidad residual”. Y el químico suizo A. Werner, que creó la teoría de los compuestos complejos, introdujo los conceptos de valencia principal (primaria) y valencia secundaria (secundaria) (en la química moderna, estos conceptos corresponden al estado de oxidación y al número de coordinación). Ambas valencias pueden ser variables, y en algunos casos resulta muy difícil o incluso imposible distinguirlas.
A continuación, Chugaev aborda la teoría de la electrovalencia de R. Abegg, que puede ser positiva (en compuestos con mayor contenido de oxígeno) o negativa (en compuestos con hidrógeno). Además, la suma de las valencias más altas de los elementos del oxígeno y del hidrógeno de los grupos IV a VII es igual a 8. La presentación en muchos libros de texto de química todavía se basa en esta teoría. En conclusión, Chugaev menciona compuestos químicos, para quienes el concepto de valencia es prácticamente inaplicable: compuestos intermetálicos, cuya composición “a menudo se expresa mediante fórmulas muy peculiares, que recuerdan muy poco a los valores de valencia ordinarios. Se trata, por ejemplo, de los siguientes compuestos: NaCd 5, NaZn 12, FeZn 7, etc.”
Otro famoso químico ruso, I.A. Kablukov, señaló en su libro de texto algunas dificultades para determinar la valencia. Comienzos básicos química Inorgánica , publicado en 1929. En cuanto al número de coordinación, citemos (en traducción rusa) un libro de texto publicado en Berlín en 1933 por uno de los creadores. teoría moderna Soluciones del químico danés Niels Bjerrum:
“Los números de valencia ordinarios no dan idea de propiedades características, manifestado por muchos átomos en numerosos compuestos complejos. Para explicar la capacidad de los átomos o iones para formar compuestos complejos, se introdujo una nueva serie especial de números para átomos e iones, que difiere de los números de valencia habituales. En iones de plata complejos... unidos directamente al átomo metálico central en la mayor parte dosátomo o dos grupos de átomos, por ejemplo, Ag(NH 3) 2 +, Ag(CN) 2 –, Ag(S 2 O 3) 2 –... Para describir este enlace, el concepto número de coordinación y asignar un número de coordinación de 2 a los iones Ag+. Como se puede observar en los ejemplos dados, los grupos asociados a ellos. átomo central, pueden ser moléculas neutras (NH 3) e iones (CN –, S 2 O 3 –). El ion de cobre divalente Cu ++ y el ion de oro trivalente Au +++ tienen en la mayoría de los casos un número de coordinación de 4. El número de coordinación de un átomo, por supuesto, aún no indica qué tipo de enlace existe entre el átomo central y otros átomos o grupos de átomos asociados a él; pero resultó ser una excelente herramienta para la sistemática de compuestos complejos”.
A. Smith da ejemplos muy claros de las "propiedades especiales" de compuestos complejos en su libro de texto:
“Considere los siguientes compuestos “moleculares” de platino: PtCl 4 2NH 3, PtCl 4 4NH 3, PtCl 4 6NH 3 y PtCl 4 2KCl. Un estudio más detenido de estos compuestos revela una serie de características notables. El primer compuesto en solución prácticamente no se descompone en iones; la conductividad eléctrica de sus soluciones es extremadamente baja; El nitrato de plata no produce precipitado de AgCl con él. Werner aceptó que los átomos de cloro están unidos al átomo de platino mediante valencias ordinarias; Werner los llamó los principales, y las moléculas de amoníaco están conectadas al átomo de platino mediante valencias secundarias adicionales. Este compuesto, según Werner, tiene la siguiente estructura:
Los corchetes grandes indican la integridad de un grupo de átomos, un complejo que no se desintegra cuando se disuelve el compuesto.
El segundo compuesto tiene propiedades diferentes a las del primero; este es un electrolito, la conductividad eléctrica de sus soluciones es del mismo orden que la conductividad eléctrica de las soluciones de sales que se descomponen en tres iones (K 2 SO 4, BaCl 2, MgCl 2); El nitrato de plata precipita dos de cada cuatro átomos. Según Werner, se trata de un compuesto con la siguiente estructura: 2– + 2Cl–. Aquí tenemos un ion complejo; los átomos de cloro que contiene no son precipitados por el nitrato de plata, y este complejo forma una esfera interna de átomos alrededor del núcleo: el átomo de Pt. En el compuesto, los átomos de cloro que se escinden en forma de iones forman la esfera exterior de los átomos, por lo que los escribimos fuera de corchetes grandes. Si suponemos que el Pt tiene cuatro valencias principales, entonces sólo dos se utilizan en este complejo, mientras que las otras dos están retenidas por los dos átomos de cloro externos. En el primer compuesto, las cuatro valencias del platino se utilizan en el propio complejo, por lo que este compuesto no es un electrolito.
En el tercer compuesto, los cuatro átomos de cloro son precipitados por nitrato de plata; la alta conductividad eléctrica de esta sal demuestra que produce cinco iones; es obvio que su estructura es la siguiente: 4– + 4Cl – ... En el ion complejo, todas las moléculas de amoníaco están unidas al Pt mediante valencias secundarias; correspondientes a las cuatro valencias principales del platino, hay cuatro átomos de cloro en la esfera exterior.
En el cuarto compuesto, el nitrato de plata no precipita cloro en absoluto, la conductividad eléctrica de sus soluciones indica descomposición en tres iones y las reacciones de intercambio revelan iones de potasio. Atribuimos a este compuesto la siguiente estructura 2– + 2K + . En el ion complejo se utilizan las cuatro valencias principales del Pt, pero como no se utilizan las valencias principales de dos átomos de cloro, se pueden retener dos iones monovalentes positivos (2K+, 2NH 4+, etc.) en la esfera exterior. "
Los ejemplos dados de diferencias sorprendentes en las propiedades de complejos de platino aparentemente similares dan una idea de las dificultades que encontraron los químicos al intentar determinar la valencia sin ambigüedades.
Después de la creación de ideas electrónicas sobre la estructura de átomos y moléculas, el concepto de "electrovalencia" comenzó a utilizarse ampliamente. Dado que los átomos pueden tanto ceder como aceptar electrones, la electrovalencia puede ser positiva o negativa (hoy en día, en lugar de electrovalencia, se utiliza el concepto de estado de oxidación). ¿Cuán consistentes fueron las nuevas ideas electrónicas sobre la valencia con las anteriores? N. Bjerrum en el libro de texto ya citado escribe sobre esto: “Entre números ordinarios Las valencias y los nuevos números introducidos (electrovalencia y número de coordinación) tienen cierta relación, pero de ningún modo son idénticos. El antiguo concepto de valencia se ha dividido en dos nuevos conceptos”. En esta ocasión, Bjerrum hizo una nota importante: “El número de coordinación del carbono es en la mayoría de los casos 4, y su electrovalencia es +4 o –4. Dado que ambos números suelen coincidir en un átomo de carbono, los compuestos de carbono no son adecuados para estudiar la diferencia entre estos dos conceptos”.
En el marco de la teoría electrónica del enlace químico, desarrollada en los trabajos del químico físico estadounidense G. Lewis y del físico alemán W. Kossel, aparecieron conceptos como enlace donante-aceptor (coordinación) y covalencia. De acuerdo con esta teoría, la valencia de un átomo estaba determinada por el número de electrones que participaban en la formación de pares de electrones comunes con otros átomos. En este caso se consideró la valencia máxima del elemento. igual al numero electrones en la capa electrónica externa del átomo (coincide con el número del grupo de la tabla periódica al que pertenece el elemento). Según otras ideas, basadas en leyes químicas cuánticas (fueron desarrolladas por los físicos alemanes W. Heitler y F. London), no se deben contar todos los electrones externos, sino solo los no apareados (en el estado fundamental o excitado del átomo). ; Ésta es precisamente la definición que figura en varias enciclopedias de química.
Sin embargo, se conocen hechos que no encajan en este diagrama simple. Así, en varios compuestos (por ejemplo, en el ozono), un par de electrones puede contener no dos, sino tres núcleos; en otras moléculas el enlace químico puede ser realizado por un solo electrón. Es imposible describir tales conexiones sin utilizar los aparatos de la química cuántica. ¿Cómo podemos, por ejemplo, determinar la valencia de los átomos en compuestos como el pentaborano B 5 H 9 y otros boranos con enlaces "puente", en los que un átomo de hidrógeno está unido a dos átomos de boro a la vez? ferroceno Fe(C 5 H 5) 2 (un átomo de hierro con un estado de oxidación de +2 está unido a 10 átomos de carbono a la vez); pentacarbonilo de hierro Fe(CO) 5 (el átomo de hierro en estado de oxidación cero está unido a cinco átomos de carbono); ¿Cromato de pentacarbonilo de sodio Na 2 Cr (CO) 5 (estado de oxidación del cromo-2)? Estos casos “no clásicos” no son en absoluto excepcionales. A medida que se desarrolló la química, estos "violadores de valencia" y compuestos con diversas "valencias exóticas" se hicieron cada vez más numerosos.
Para evitar algunas dificultades, se dio una definición según la cual, al determinar la valencia de un átomo, es necesario tener en cuenta el número total de electrones desapareados, pares de electrones solitarios y orbitales vacantes involucrados en la formación de enlaces químicos. Los orbitales vacantes participan directamente en la formación de enlaces donante-aceptor en una variedad de compuestos complejos.
Una de las conclusiones es que el desarrollo de la teoría y la adquisición de nuevos datos experimentales llevaron al hecho de que los intentos de lograr una comprensión clara de la naturaleza de la valencia dividieron este concepto en una serie de conceptos nuevos, como valencia principal y secundaria, valencia y covalencia iónica, número de coordinación y grado de oxidación, etc. Es decir, el concepto de “valencia” se ha “dividido” en una serie de conceptos independientes, cada uno de los cuales opera en un área determinada”. Aparentemente, el concepto tradicional de valencia tiene un significado claro e inequívoco solo para compuestos en los que todos los enlaces químicos son de dos centros (es decir, conectan solo dos átomos) y cada enlace se realiza mediante un par de electrones ubicados entre dos átomos vecinos, en En otras palabras, para compuestos covalentes como HCl, CO 2, C 5 H 12, etc.
La segunda conclusión no es del todo habitual: el término "valencia", aunque se utiliza en la química moderna, tiene una aplicación muy limitada, los intentos de darle una definición inequívoca "para todas las ocasiones" no son muy productivos y casi no son necesarios. No en vano los autores de muchos libros de texto, especialmente los publicados en el extranjero, prescinden de este concepto o se limitan a señalar que el concepto de "valencia" tiene un significado principalmente histórico, mientras que ahora los químicos utilizan principalmente el más extendido, aunque algo artificial, concepto de “grado” de oxidación."
Ilya Leenson
