Wartościowość to zdolność atomu danego pierwiastka do tworzenia określonej liczby wiązań chemicznych.
Mówiąc obrazowo, wartościowość to liczba „rąk”, którymi atom przylega do innych atomów. Oczywiście atomy nie mają „rąk”; ich rolę pełnią tzw. elektrony walencyjne.
Inaczej można powiedzieć: wartościowość to zdolność atomu danego pierwiastka do przyłączenia określonej liczby innych atomów.
Należy jasno zrozumieć następujące zasady:
Istnieją pierwiastki o stałej wartościowości (jest ich stosunkowo mało) oraz pierwiastki o zmiennej wartościowości (których jest większość).
Elementy z stała wartościowość musisz pamiętać:
Pozostałe pierwiastki mogą wykazywać inną wartościowość.
Najwyższa wartościowość pierwiastka w większości przypadków pokrywa się z numerem grupy, w której znajduje się pierwiastek.
Na przykład mangan znajduje się w grupie VII (podgrupa boczna), najwyższa wartościowość Mn wynosi siedem. Krzem znajduje się w grupie IV (głównej podgrupie), jego najwyższa wartościowość wynosi cztery.
Należy jednak pamiętać, że najwyższa wartościowość nie zawsze jest jedyną możliwą. Na przykład najwyższa wartościowość chloru to siedem (sprawdź!), ale znane są związki, w których pierwiastek ten wykazuje wartościowości VI, V, IV, III, II, I.
Warto pamiętać o kilku wyjątki: maksymalna (i jedyna) wartościowość fluoru to I (a nie VII), tlenu - II (a nie VI), azotu - IV (zdolność azotu do wykazywania wartościowości V to popularny mit, który pojawia się nawet w niektórych szkołach podręczniki).
Wartościowość i stopień utlenienia nie są pojęciami identycznymi.
Te pojęcia są wystarczająco bliskie, ale nie należy ich mylić! Stopień utlenienia ma znak (+ lub -), wartościowość - nie; stopień utlenienia pierwiastka w substancji może wynosić zero, wartościowość wynosi zero tylko wtedy, gdy mamy do czynienia z izolowanym atomem; wartość liczbowa stopnia utlenienia NIE może pokrywać się z wartościowością. Na przykład wartościowość azotu w N2 to III, a stopień utlenienia = 0. Wartościowość węgla w kwasie mrówkowym to IV, a stopień utlenienia to +2.
Jeśli znana jest wartościowość jednego z pierwiastków w związku binarnym, można znaleźć wartościowość drugiego.
Odbywa się to bardzo prosto. Pamiętaj o formalnej zasadzie: iloczyn liczby atomów pierwszego pierwiastka w cząsteczce i jego wartościowości musi być równy temu samemu iloczynowi drugiego pierwiastka.
W związku A x B y: wartościowość (A) x = wartościowość (B) y
Przykład 1. Znajdź wartościowości wszystkich pierwiastków w związku NH3.
Rozwiązanie. Znamy wartościowość wodoru - jest stała i równa I. Mnożymy wartościowość H przez liczbę atomów wodoru w cząsteczce amoniaku: 1 3 \u003d 3. Dlatego dla azotu iloczyn 1 (liczba N atomów) przez X (wartościowość azotu) również powinno być równe 3. Oczywiście X = 3. Odpowiedź: N(III), H(I).
Przykład 2. Znajdź wartościowości wszystkich pierwiastków w cząsteczce Cl 2 O 5.
Rozwiązanie. Tlen ma stałą wartościowość (II), w cząsteczce tego tlenku jest pięć atomów tlenu i dwa atomy chloru. Niech wartościowość chloru \u003d X. Tworzymy równanie: 5 2 \u003d 2 X. Oczywiście X \u003d 5. Odpowiedź: Cl (V), O (II).
Przykład 3. Znajdź wartościowość chloru w cząsteczce SCl 2, jeśli wiadomo, że wartościowość siarki wynosi II.
Rozwiązanie. Gdyby autorzy problemu nie powiedzieli nam wartościowości siarki, rozwiązanie byłoby niemożliwe. Zarówno S, jak i Cl są pierwiastkami o zmiennej wartościowości. Biorąc pod uwagę Dodatkowe informacje, rozwiązanie jest budowane według schematu z przykładów 1 i 2. Odpowiedź: Cl(I).
Znając wartościowość dwóch pierwiastków, możesz sporządzić wzór na związek binarny.
W przykładach 1 - 3 określiliśmy wartościowość za pomocą wzoru, teraz spróbujmy wykonać procedurę odwrotną.
Przykład 4. Napisz wzór związku wapnia i wodoru.
Rozwiązanie. Znane są wartościowości wapnia i wodoru - odpowiednio II i I. Niech wzorem żądanego związku będzie Ca x Hy. Ponownie tworzymy dobrze znane równanie: 2 x \u003d 1 y. Jako jedno z rozwiązań tego równania możemy przyjąć x = 1, y = 2. Odpowiedź: CaH 2 .
„A dlaczego właściwie CaH 2? – pytacie. – Przecież warianty Ca 2 H 4 i Ca 4 H 8, a nawet Ca 10 H 20 nie przeczą naszej regule!”
Odpowiedź jest prosta: weź minimum możliwa wartość x i y. W podanym przykładzie te minimalne (naturalne!) wartości są dokładnie równe 1 i 2.
"Więc takie związki jak N 2 O 4 czy C 6 H 6 są niemożliwe? - pytacie. - Czy te wzory zastąpić NO 2 i CH?"
Nie, są możliwe. Ponadto N 2 O 4 i NO 2 to zupełnie różne substancje. Ale wzór CH w ogóle nie odpowiada żadnej rzeczywistej stabilnej substancji (w przeciwieństwie do C 6 H 6).
Mimo wszystko, co zostało powiedziane, w większości przypadków możesz kierować się zasadą: bierz najmniejsze wartości indeksy.
Przykład 5. Napisz wzór związku siarki z fluorem, jeśli wiadomo, że wartościowość siarki wynosi sześć.
Rozwiązanie. Niech wzorem złożonym będzie S x F y . Podana jest wartościowość siarki (VI), wartościowość fluoru jest stała (I). Ponownie tworzymy równanie: 6 x \u003d 1 y. Łatwo zrozumieć, że najmniejsze możliwe wartości zmiennych to 1 i 6. Odpowiedź: SF 6 .
Tutaj w rzeczywistości są wszystkie główne punkty.
Teraz sprawdź siebie! Proponuję przejść się trochę test na temat „Wartość”.
Jeden pierwiastek chemiczny do przyłączenia lub zastąpienia określonej liczby atomów innego.
Wartościowość atomu wodoru przyjmuje się jako jednostkę wartościowości równą 1, to znaczy wodór jest jednowartościowy. Dlatego wartościowość pierwiastka wskazuje, z iloma atomami wodoru związany jest jeden atom danego pierwiastka. Na przykład, HCl, gdzie chlor jest jednowartościowy; H2O, gdzie tlen jest dwuwartościowy; NH3 gdzie azot jest trójwartościowy.
Tabela pierwiastków o stałej wartościowości.
Formuły substancji można zestawiać według wartościowości ich pierwiastków składowych. I odwrotnie, znając wartościowości pierwiastków, można z nich komponować wzór chemiczny.
Algorytm zestawiania wzorów substancji według wartościowości.
1. Zapisz symbole pierwiastków.
2. Wyznacz wartościowości pierwiastków zawartych we wzorze.
3. Znajdź najmniejszą wspólną wielokrotność wartości liczbowych wartościowości.
4. Znajdź związek między atomami pierwiastków, dzieląc znalezioną najmniejszą wspólną wielokrotność przez odpowiadające im wartościowości pierwiastków.
5. Zapisz indeksy pierwiastków we wzorze chemicznym.
Przykład: Napisz wzór chemiczny tlenku fosforu.
1. Napiszmy symbole:
2. Zdefiniuj wartościowości:
4. Znajdź związek między atomami:
5. Zapiszmy indeksy:
Algorytm wyznaczania wartościowości za pomocą wzorów pierwiastków chemicznych.
1. Zapisz wzór związku chemicznego.
2. Wskaż znaną wartościowość pierwiastków.
3. Znajdź najmniejszą wspólną wielokrotność wartościowości i indeksu.
4. Znajdź stosunek najmniejszej wspólnej wielokrotności do liczby atomów drugiego pierwiastka. To jest pożądana wartościowość.
5. Sprawdź, mnożąc wartościowość i indeks każdego pierwiastka. Ich dzieła muszą być równe.
Przykład: określić wartościowość pierwiastków siarkowodoru.
1. Napiszmy formułę:
H 2 S
2. Oznacz znaną wartościowość:
H 2 S
3. Znajdź najmniejszą wspólną wielokrotność:
H 2 S
4. Znajdź stosunek najmniejszej wspólnej wielokrotności do liczby atomów siarki:
H 2 S
5. Sprawdźmy.
- jednowartościowy wodór, halogeny, metale alkaliczne
- dwuwartościowy tlen, metale ziem alkalicznych.
- trójwartościowy glin (Al) i bor (B).
- najwyższa wartościowość odpowiada (jest równa) numerowi grupy;
- najniższą wartościowość określa wzór: numer grupy to 8.
- II w związku H2S
- IV w związku SO2
- VI w związku SO3
Aby określić wartościowość konkretnej substancji, należy spojrzeć na układ okresowy pierwiastków chemicznych Mendelejewa, oznaczenia cyframi rzymskimi będą wartościowościami niektórych substancji w tej tabeli. Na przykład H O, wodór (H) zawsze będzie jednowartościowy a, a tlen (O) zawsze będzie dwuwartościowy. Poniżej znajduje się ściągawka, która mam nadzieję ci pomoże)
Przede wszystkim warto zauważyć, że pierwiastki chemiczne mogą mieć zarówno stałą, jak i zmienna wartościowość. Jeśli chodzi o stałą wartościowość, to po prostu musisz zapamiętać takie elementy
Metale alkaliczne, wodór i halogeny są uważane za jednowartościowe;
Ale trójwartościowy bor i aluminium.
Przejdźmy teraz do układu okresowego pierwiastków, aby określić wartościowość. Najwyższa wartościowość pierwiastka jest zawsze równa jego numerowi grupy
Niższą wartościowość można znaleźć odejmując numer grupy od 8. Niższą wartościowością obdarzone są w większym stopniu niemetale.
Pierwiastki chemiczne mogą mieć stałą lub zmienną wartościowość. Pierwiastków o stałej wartościowości trzeba się nauczyć. Zawsze
Wartościowość można określić z układu okresowego. Najwyższa wartościowość pierwiastka jest zawsze równa numerowi grupy, w której się znajduje.
Niemetale najczęściej mają niższą zmienną wartościowość. dowiedzieć się niższa wartościowość, numer grupy jest odejmowany od 8 - wynikiem będzie pożądana wartość. Na przykład siarka należy do grupy 6, a jej najwyższą wartościowością jest VI, a najniższą wartościowością będzie II (86 = 2).
Zgodnie ze szkolną definicją wartościowość to zdolność pierwiastka chemicznego do tworzenia określonej liczby wiązań chemicznych z innymi atomami.
Jak wiesz, wartościowość jest stała (kiedy pierwiastek chemiczny zawsze tworzy taką samą liczbę wiązań z innymi atomami) i zmienna (kiedy w zależności od konkretnej substancji zmienia się wartościowość tego samego pierwiastka).
Układ okresowy pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa pomoże nam określić wartościowość.
Obowiązują następujące zasady:
1) Maksymalny wartościowość pierwiastka chemicznego jest równa numerowi grupy. Na przykład chlor należy do 7. grupy, co oznacza, że jego maksymalna wartościowość wynosi 7. Siarka: należy do 6. grupy, co oznacza, że nie ma maksymalnej wartościowości 6.
2) Minimum wartościowość dla niemetale równa się 8 minus numer grupy. Na przykład minimalna wartościowość tego samego chloru wynosi 8 7, czyli 1.
Niestety, istnieją wyjątki od obu reguł.
Na przykład miedź znajduje się w pierwszej grupie, jednak maksymalna wartościowość miedzi nie wynosi 1, ale 2.
Tlen jest w szóstej grupie, ale jego wartościowość prawie zawsze wynosi 2, a wcale nie 6.
Warto zapamiętać następujące zasady:
3) Wszystkie alkaliczny metale (metale grupy I, główna podgrupa) zawsze wartościowość 1. Na przykład wartościowość sodu wynosi zawsze 1, ponieważ jest to metal alkaliczny.
4) Wszystkie ziemia alkaliczna metale (metale grupy II, główna podgrupa) zawsze mają wartościowość 2. Na przykład wartościowość magnezu wynosi zawsze 2, ponieważ jest to metal ziem alkalicznych.
5) Aluminium ma zawsze wartościowość równą 3.
6) Wodór ma zawsze wartościowość równą 1.
7) Tlen prawie zawsze ma wartościowość równą 2.
8) Węgiel prawie zawsze ma wartościowość równą 4.
Należy pamiętać, że w różnych źródłach definicje wartościowości mogą się różnić.
Mniej lub bardziej precyzyjnie wartościowość można zdefiniować jako liczba wspólnych par elektronów, za pomocą których dany atom jest połączony z innymi.
Zgodnie z tą definicją wartościowość azotu w HNO3 wynosi 4, a nie 5. Azot nie może być pięciowartościowy, ponieważ w tym przypadku 10 elektronów krążyłoby wokół atomu azotu. A tak nie może być, ponieważ maksimum elektronów wynosi 8.
Wartościowością dowolnego pierwiastka chemicznego jest jego właściwość, a raczej właściwość jego atomów (atomów tego pierwiastka) do utrzymywania określonej liczby atomów, ale innego pierwiastka chemicznego.
Istnieją pierwiastki chemiczne zarówno o stałej, jak i zmiennej wartościowości, która zmienia się w zależności od tego, z jakim pierwiastkiem (dany pierwiastek) jest połączony lub do którego wchodzi.
Wartościowości niektórych pierwiastków chemicznych:
Przejdźmy teraz do sposobu określania wartościowości pierwiastka z tabeli.
Tak więc wartościowość można określić za pomocą układ okresowy:
Ze szkolnego kursu chemii wiemy, że wszystkie pierwiastki chemiczne mogą mieć stałą lub zmienną wartościowość. Wystarczy zapamiętać pierwiastki o stałej wartościowości (na przykład wodór, tlen, metale alkaliczne i inne pierwiastki). Wartościowość można łatwo określić na podstawie układu okresowego pierwiastków, który znajduje się w każdym podręczniku chemii. Najwyższa wartościowość odpowiada jego numerowi grupy, w której się znajduje.
Wartościowość dowolnego pierwiastka można określić na podstawie samego układu okresowego pierwiastków, na podstawie numeru grupy.
Przynajmniej można to zrobić w przypadku metali, ponieważ ich wartościowość jest równa numerowi grupy.
Z niemetalami trochę inaczej: ich najwyższa wartościowość (w związkach z tlenem) jest równa numerowi grupy, ale niższa wartościowość (w związkach z wodorem i metalami) musi być określona wzorem: 8 - grupa numer.
Im więcej pracujesz z pierwiastkami chemicznymi, tym lepiej pamiętasz ich wartościowość. A na początek wystarczy ta ściągawka:
Elementy, których wartościowość nie jest stała, są podświetlone na różowo.
Wartościowość to zdolność atomów niektórych pierwiastków chemicznych do przyłączania do siebie atomów innych pierwiastków. Aby skutecznie pisać formuły, Dobra decyzja zadań, musisz dobrze wiedzieć, jak określić wartościowość. Najpierw musisz nauczyć się wszystkich pierwiastków o stałej wartościowości. Oto one: 1. Wodór, halogeny, metale alkaliczne (zawsze jednowartościowe); 2. Tlen i metale ziem alkalicznych (dwuwartościowe); 3. B i Al (trójwartościowy). Wyznaczanie wartościowości zgodnie z układem okresowym, musisz dowiedzieć się, w której grupie znajduje się pierwiastek chemiczny i ustalić, czy znajduje się on w grupie głównej, czy bocznej.
Element może mieć jedną lub więcej wartościowości.
Maksymalna wartościowość pierwiastków jest równa liczbie elektronów walencyjnych. Wartościowość możemy określić znając położenie pierwiastka w układzie okresowym. Maksymalna liczba wartościowości jest równa numerowi grupy, w której znajduje się wymagany pierwiastek.
Wartościowość jest oznaczona cyfrą rzymską i jest zwykle zapisywana w prawym górnym rogu symbolu pierwiastka.
Niektóre pierwiastki mogą mieć różne wartościowości w różne połączenia.
Na przykład siarka ma następujące wartościowości:
Zasady określania wartościowości nie są tak łatwe w użyciu, dlatego należy o nich pamiętać.
Łatwo jest określić wartościowość zgodnie z układem okresowym. Z reguły odpowiada numerowi grupy, w której znajduje się element. Ale są pierwiastki, które w różnych związkach mogą mieć różne wartościowości. W tym przypadku mówimy o stałej i zmiennej wartościowości. Zmienna może być maksymalna, równa numerowi grupy, może być minimalna lub pośrednia.
Ale o wiele bardziej interesujące jest określenie wartościowości w związkach. Jest na to kilka zasad. Przede wszystkim łatwo jest określić wartościowość pierwiastków, jeśli jeden pierwiastek w związku ma stałą wartościowość, na przykład jest to tlen lub wodór. Po lewej stronie znajduje się środek redukujący, czyli pierwiastek o wartościowości dodatniej, po prawej środek utleniający, czyli pierwiastek o wartościowości ujemnej. Indeks pierwiastka o stałej wartościowości mnoży się przez tę wartościowość i dzieli przez indeks pierwiastka o nieznanej wartościowości.
Przykład: tlenki krzemu. Wartościowość tlenu wynosi -2. Znajdź wartościowość krzemu.
SiO 1*2/1=2 Wartościowość krzemu w monotlenku wynosi +2.
SiO2 2*2/1=4 Wartościowość krzemu w ditlenku wynosi +4.
Instrukcja
Na przykład dwa Substancje– HCl i H2O. Jest dobrze znany wszystkim i wodzie. Pierwsza substancja zawiera jeden atom wodoru (H) i jeden atom chloru (Cl). Sugeruje to, że w tym związku tworzą one jeden, to znaczy trzymają jeden atom blisko siebie. Stąd, wartościowość a jedno i drugie równa się 1. Równie łatwo jest to ustalić wartościowość pierwiastki tworzące cząsteczkę wody. Zawiera dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu. Dlatego atom tlenu utworzył dwa wiązania, aby przyłączyć dwa atomy wodoru, a one z kolei utworzyły po jednym wiązaniu. Oznacza, wartościowość tlen to 2, a wodór to 1.
Ale czasem trzeba się zmierzyć Substancje mi bardziej złożone pod względem właściwości atomów składowych. Istnieją dwa rodzaje pierwiastków: ze stałą (wodór itp.) i nietrwałe wartościowość Yu. W przypadku atomów drugiego typu liczba ta zależy od związku, w którym są zawarte. Przykładem jest (S). Może mieć wartościowości 2, 4, 6, a czasem nawet 8. Określenie zdolności pierwiastków takich jak siarka do utrzymywania innych atomów jest nieco trudniejsze. Aby to zrobić, musisz znać inne komponenty Substancje.
Zapamiętaj zasadę: iloczyn liczby atomów przez wartościowość jednego pierwiastka w składzie musi odpowiadać temu samemu produktowi innego pierwiastka. Można to zweryfikować, ponownie odnosząc się do cząsteczki wody (H2O):
2 (ilość wodoru) * 1 (jego wartościowość) = 2
1 (ilość tlenu) * 2 (jego wartościowość) = 2
2 = 2 oznacza, że wszystko jest zdefiniowane poprawnie.
Teraz przetestuj ten algorytm na bardziej złożonej substancji, na przykład N2O5 - tlenek. Wcześniej stwierdzono, że tlen ma stałą wartościowość 2, dzięki czemu możesz skomponować:
2 (wartościowość tlen) * 5 (jego ilość) \u003d X (nieznane wartościowość azot) * 2 (jego ilość)
Można to ustalić za pomocą prostych obliczeń arytmetycznych wartościowość azot w tym związku wynosi 5.
Wartościowość- jest to zdolność pierwiastków chemicznych do utrzymywania określonej liczby atomów innych pierwiastków. Jednocześnie jest to liczba wiązań, jakie dany atom tworzy z innymi atomami. Określenie wartościowości jest dość proste.
Instrukcja
Należy pamiętać, że wartościowość atomów niektórych pierwiastków jest stała, podczas gdy inne są zmienne, to znaczy mają tendencję do zmian. Na przykład wodór we wszystkich związkach jest jednowartościowy, ponieważ tworzy tylko jeden. Tlen może tworzyć dwa wiązania, będąc dwuwartościowym. Ale y może być II, IV lub VI. Wszystko zależy od elementu, z którym się łączy. Zatem siarka jest pierwiastkiem o zmiennej wartościowości.
Zauważ, że w cząsteczkach związków wodoru bardzo łatwo jest obliczyć wartościowość. Wodór jest zawsze jednowartościowy, a ten wskaźnik pierwiastka z nim związanego będzie równy liczbie atomów wodoru w tej cząsteczce. Na przykład w CaH2 wapń będzie dwuwartościowy.
Zapamiętaj główną zasadę określania wartościowości: iloczyn indeksu walencyjnego atomu pierwiastka i liczby jego atomów w dowolnej cząsteczce, iloczyn indeksu walencyjnego atomu drugiego pierwiastka i liczby jego atomów w dana cząsteczka.
Spójrz na wzór literowy oznaczający tę równość: V1 x K1 \u003d V2 x K2, gdzie V to wartościowość atomów pierwiastków, a K to liczba atomów w cząsteczce. Z jego pomocą łatwo jest określić indeks walencyjny dowolnego pierwiastka, jeśli reszta danych jest znana.
Rozważmy przykład cząsteczki tlenku siarki SO2. Tlen we wszystkich związkach jest dwuwartościowy, dlatego zastępując wartości w proporcji: Voxygen x Tlen \u003d Vsulfur x Kser, otrzymujemy: 2 x 2 \u003d Vsulfur x 2. Stąd Vsulfur \u003d 4/2 \u003d 2. Zatem wartościowość siarki w tej cząsteczce wynosi 2.
Powiązane wideo
Wartościowość jest jednym z głównych terminów używanych w teorii struktura chemiczna. Pojęcie to określa zdolność atomu do tworzenia wiązań chemicznych i przedstawia ilościowo liczbę wiązań, w których uczestniczy.
Instrukcja
Wartościowość(z łac. valentia - „siła”) - wskaźnik zdolności atomu do przyłączania do siebie innych atomów, tworząc z nimi wiązania chemiczne wewnątrz cząsteczki. Całkowita liczba wiązań, w których może uczestniczyć atom, jest równa liczbie jego niesparowanych elektronów. Takie wiązania nazywane są kowalencyjnymi.
Elektrony niesparowane to wolne elektrony w zewnętrznej powłoce atomu, które łączą się w pary z zewnętrznymi elektronami innego atomu. Ponadto każda taka para nazywana jest parą elektronów, a takie elektrony nazywane są wartościowością. Na tej podstawie wartościowości mogą brzmieć tak: jest to liczba par elektronów, wzdłuż których dany atom jest połączony z innymi atomami.
Maksymalny indeks wartościowości pierwiastków chemicznych jednej grupy układu okresowego jest z reguły równy numerowi seryjnemu grupy. Różne atomy tego samego pierwiastka mogą mieć różne wartościowości. Polaryzacja wyniku nie jest brana pod uwagę, więc wartościowość nie ma znaku. Nie może być zerowa ani ujemna.
Za ilość dowolnego pierwiastka chemicznego uważa się liczbę jednowartościowych atomów wodoru lub dwuwartościowych atomów tlenu. Jednak przy określaniu wartościowości można zastosować inne pierwiastki, których wartościowość jest dokładnie znana.
Czasami pojęcie wartościowości jest utożsamiane z pojęciem „stanu utlenienia”, ale nie jest to prawdą, chociaż w niektórych przypadkach wskaźniki te są zbieżne. Stan utlenienia to termin formalny, który oznacza możliwy ładunek, jaki otrzymałby atom, gdyby jego elektrony w elektronach zostały przeniesione na bardziej elektroujemne atomy. W tym przypadku stopień utlenienia jest wyrażony w jednostkach ładunku i może mieć znak, w przeciwieństwie do wartościowości. Termin ten rozpowszechnił się w nieorganicznych, ponieważ w związki nieorganiczne sędzia Walenty. Wartościowość ten sam używany w Chemia organiczna ponieważ większość związków organicznych ma struktura molekularna.
Powiązane wideo
Jest to zdolność atomu do interakcji z innymi atomami, tworząc z nimi wiązania chemiczne. Wielu naukowców, przede wszystkim niemiecki Kekule i nasz rodak Butlerow, wnieśli wielki wkład w stworzenie teorii wartościowości. elektrony, które biorą udział w tworzeniu wiązania chemicznego, nazywane są wartościowościami.
Będziesz potrzebować
- Tablica Mendelejewa.
Instrukcja
Pamiętaj o atomie. On jest nasz Układ Słoneczny: w centrum znajduje się masywne jądro („gwiazda”), wokół którego krążą elektrony („”). Wielkość jądra, choć skupiona jest w nim prawie cała masa atomu, jest znikoma w porównaniu z odległością do orbit elektronów. Który z elektronów atomu najłatwiej wejdzie w interakcje z elektronami innych atomów? Nietrudno zrozumieć, że te, które znajdują się najdalej od jądra, znajdują się na zewnętrznej powłoce elektronowej.
WARTOŚCIOWOŚĆ(łac. valentia - siła) zdolność atomu do przyłączenia lub zastąpienia określonej liczby innych atomów lub grup atomów.
Przez wiele dziesięcioleci pojęcie wartościowości było jednym z podstawowych, fundamentalnych pojęć w chemii. Wszyscy studenci chemii musieli zetknąć się z tym pojęciem. Na początku wydawało im się to dość proste i jednoznaczne: wodór jest jednowartościowy, tlen dwuwartościowy i tak dalej. W jednym z podręczników dla wnioskodawców jest tak napisane: „Walencja to liczba wiązań chemicznych utworzonych przez atom w związku”. Ale jaka jest zatem, zgodnie z tą definicją, wartościowość węgla w węgliku żelaza Fe 3 C, w karbonylu żelaza Fe 2 (CO) 9, w znanych od dawna solach K 3 Fe (CN) 6 i K 4 Fe ( CN) 6? Nawet w chlorku sodu każdy atom w krysztale NaCl jest związany z sześcioma innymi atomami! Tak wiele definicji, nawet drukowanych w podręcznikach, musi być stosowanych bardzo ostrożnie.
We współczesnych publikacjach można spotkać różne, często niespójne definicje. Na przykład: „Walencyjność to zdolność atomów do tworzenia określonej liczby wiązań kowalencyjnych”. Definicja ta jest jasna, jednoznaczna, ale dotyczy tylko związków z wiązaniami kowalencyjnymi. Wyznacz wartościowość atomu i Łączna elektrony biorące udział w tworzeniu wiązania chemicznego; oraz liczbę par elektronów, za pomocą których dany atom jest związany z innymi atomami; oraz liczba jego niesparowanych elektronów uczestniczących w tworzeniu wspólnych par elektronów. Inna często spotykana definicja wartościowości jako liczby wiązań chemicznych, za pomocą których dany atom jest połączony z innymi atomami, również nastręcza trudności, ponieważ nie zawsze da się jednoznacznie określić, czym jest wiązanie chemiczne. Rzeczywiście, nie we wszystkich związkach wiązania chemiczne są tworzone przez pary elektronów. Najprostszym przykładem są kryształy jonowe, takie jak chlorek sodu; w nim każdy atom sodu tworzy wiązanie (jonowe) z sześcioma atomami chloru i odwrotnie. Czy konieczne jest traktowanie wiązań wodorowych jako wiązań chemicznych (na przykład w cząsteczkach wody)?
Powstaje pytanie, jaka może być wartościowość atomu azotu zgodnie z jego różnymi definicjami. Jeśli wartościowość jest określona przez całkowitą liczbę elektronów biorących udział w tworzeniu wiązań chemicznych z innymi atomami, wówczas maksymalną wartościowość atomu azotu należy uznać za równą pięciu, ponieważ atom azotu może wykorzystać wszystkie swoje pięć zewnętrznych elektronów w tworzeniu wiązań chemicznych - dwa s-elektrony i trzy p-elektrony. Jeśli wartościowość jest określona przez liczbę par elektronów, z którymi dany atom jest związany z innymi, to w tym przypadku maksymalna wartościowość atomu azotu wynosi cztery. W tym przypadku trzy elektrony p tworzą trzy wiązania kowalencyjne z innymi atomami, a dzięki dwóm elektronom 2s azotu powstaje jeszcze jedno wiązanie. Przykładem jest reakcja amoniaku z kwasami, w wyniku której powstaje kation amonowy. Wreszcie, jeśli wartościowość jest określona tylko liczbą niesparowanych elektronów w atomie, to wartościowość azotu nie może być większa niż trzy, ponieważ atom N nie może mieć więcej niż trzy niesparowane elektrony (wzbudzenie elektronu 2s może nastąpić tylko do poziomu przy n = 3, co jest energetycznie skrajnie niekorzystne). Tak więc w halogenkach azot tworzy tylko trzy wiązania kowalencyjne i nie ma takich związków jak NF 5 , NCl 5 czy NBr 5 (w przeciwieństwie do całkowicie stabilnych PF 3 , PCl 3 i PBr 3). Ale jeśli atom azotu przeniesie jeden ze swoich elektronów 2s na inny atom, wówczas w powstałym kationie N + pozostaną cztery niesparowane elektrony, a wartościowość tego kationu wyniesie cztery. Dzieje się tak na przykład w cząsteczce kwasu azotowego. Zatem różne definicje wartościowości prowadzą do różnych wyników, nawet w przypadku prostych cząsteczek.
Która z tych definicji jest „poprawna” i czy można podać jednoznaczną definicję wartościowości. Aby odpowiedzieć na te pytania, warto zrobić wycieczkę w przeszłość i zastanowić się, jak zmieniło się pojęcie „wartościowości” wraz z rozwojem chemii.
Idea wartościowości pierwiastków (która jednak nie zyskała wówczas uznania) została po raz pierwszy wyrażona w połowie XIX wieku. Angielski chemik E. Frankland: mówił o pewnej „zdolności nasycenia” metali i tlenu. Następnie wartościowość zaczęto rozumieć jako zdolność atomu do przyłączenia lub zastąpienia pewnej liczby innych atomów (lub grup atomów) z utworzeniem wiązania chemicznego. Jeden z twórców teorii budowy chemicznej, Friedrich August Kekule, napisał: „Walencyjność jest podstawową właściwością atomu, właściwością tak stałą i niezmienną jak sama masa atomowa”. Kekule uważał wartościowość pierwiastka za wartość stałą. Pod koniec lat pięćdziesiątych XIX wieku większość chemików uważała, że wartościowość (wówczas zwana „atomowością”) węgla wynosiła 4, wartościowości tlenu i siarki wynosiły 2, a wartościowości halogenów 1. W 1868 r. niemiecki chemik K.G. walencja” (po łacinie valentia – siła). Jednak przez długi czas prawie nigdy nie był używany, przynajmniej w Rosji (zamiast tego mówiono na przykład o „jednostkach pokrewieństwa”, „liczbie ekwiwalentów”, „liczbie akcji” itp.). Istotne jest, że w słownik encyklopedyczny Brockhausa i Efrona(prawie wszystkie artykuły na temat chemii w tej encyklopedii zostały przejrzane, poprawione i często napisane przez D.I. Mendelejewa) w ogóle nie ma artykułu „wartościowość”. Nie ma go również w klasycznym dziele Mendelejewa. Podstawy chemii(jedynie sporadycznie wspomina o pojęciu „atomowości”, nie rozwodząc się nad nim szczegółowo i nie podając jednoznacznej definicji).
Aby wizualnie pokazać trudności, jakie towarzyszyły pojęciu „walencji” od samego początku, należy przytoczyć popularne na początku XX wieku. wielu krajach, dzięki wielkiemu talentowi pedagogicznemu autora, podręcznik amerykańskiego chemika Aleksandra Smitha, wydany przez niego w 1917 r. (w tłumaczeniu rosyjskim - w 1911, 1916 i 1931 r.): szereg niejasnych i niedokładnych definicji, jak pojęcie wartościowości”. I dalej w dziale Pewne dziwactwa w poglądach na wartościowość autor pisze:
„Kiedy po raz pierwszy skonstruowano pojęcie wartościowości, sądzono – całkiem błędnie – że każdy pierwiastek ma jedną wartościowość. Dlatego biorąc pod uwagę takie pary związków jak CuCl i CuCl 2 lub ... FeCl 2 i FeCl 3, wyszliśmy z założenia, że miedź Zawsze jest dwuwartościowy, a żelazo trójwartościowy i na tej podstawie formuły zostały zniekształcone w taki sposób, aby pasowały do tego założenia. Tak więc wzór na chlorek miedzi został napisany (i często zapisywany nawet teraz) w następujący sposób: Cu 2 Cl 2. W tym przypadku wzory dwóch związków chlorku miedzi w obraz graficzny otrzymać postać: Cl–Cu–Cu–Cl i Cl–Cu–Cl. W obu przypadkach każdy atom miedzi zawiera (na papierze) dwie jednostki i dlatego jest dwuwartościowy (na papierze). Podobnie… podwojenie wzoru FeCl 2 dało Cl 2 >Fe–Fe 2, co pozwoliło nam rozważyć… żelazo żelazowe”. A potem Smith wyciąga bardzo ważny i ponadczasowy wniosek: „To jest dość obrzydliwe metoda naukowa- wymyślać lub zniekształcać fakty w celu podparcia przekonania, które nie jest oparte na doświadczeniu, ale jest wynikiem zwykłego przypuszczenia. Jednak historia nauki pokazuje, że często obserwuje się takie błędy.
W 1912 r. Rosyjski chemik L.A. Chugaev, który zdobył światowe uznanie za swoją pracę nad chemią związków złożonych, dokonał przeglądu pomysłów początku wieku na temat wartościowości. Chugaev wyraźnie pokazał trudności związane z definicją i zastosowaniem pojęcia wartościowości:
„Walencyjność jest terminem używanym w chemii w takim samym znaczeniu jak „atomowość” w odniesieniu do maksymalnej liczby atomów wodoru (lub innych jednoatomowych atomów lub jednoatomowych rodników), z którymi atom danego pierwiastka może być w bezpośrednim związku (lub które może zastąpić). Słowo wartościowość jest często używane również w znaczeniu jednostki wartościowości lub jednostki powinowactwa. Mówią więc, że tlen ma dwie wartościowości, azot trzy wartościowości itd. Słowa wartościowość i „atomowość” były wcześniej używane bez żadnego rozróżnienia, ale ponieważ same wyrażone przez nie pojęcia straciły swoją pierwotną prostotę i stały się bardziej skomplikowane, w wielu przypadkach pozostało w użyciu tylko słowo wartościowość… pojęcie wartościowości rozpoczęło się od uznania, że wartościowość jest wielkością zmienną… co więcej, w sensie merytorycznym jest zawsze wyrażana jako liczba całkowita.
Chemicy wiedzieli, że wiele metali ma zmienną wartościowość i powinni mówić na przykład o chromie dwuwartościowym, trójwartościowym i sześciowartościowym. Czugajew powiedział, że nawet w przypadku węgla musiał dopuścić możliwość, że jego wartościowość może być różna od 4, a CO nie jest jedynym wyjątkiem: jego sole C=NOH, C=NOMe itd. Wiemy, że istnieje również węgiel trójatomowy…” rozszerzają klasyczną koncepcję wartościowości i rozszerzają ją na przypadki, do których jako taka nie ma zastosowania. Jeśli Thiele doszedł do potrzeby ... zezwolenia na „fragmentację” jednostek wartościowości, to istnieje szereg faktów, które sprawiają, że konieczne jest wyprowadzenie pojęcia wartościowości w innym sensie z wąskich ram, w których było pierwotnie zamknięte . Widzieliśmy, że badanie najprostszych (głównie binarnych…) związków utworzonych przez pierwiastki chemiczne, dla każdego z tych ostatnich, zmusza nas do przyjęcia pewnych, zawsze małych i oczywiście całkowitych wartości ich wartościowości. Takich wartości na ogół jest bardzo mało (pierwiastki wykazujące więcej niż trzy różne wartościowości są rzadkie)… Doświadczenie pokazuje jednak, że gdy wszystkie powyższe jednostki wartościowości należy uznać za nasycone, zdolność cząsteczek powstających w tym przypadku dalsze dodawanie wcale nie osiąga granicy. Tak więc sole metali dodają wodę, amoniak, aminy… tworząc różne hydraty, amoniaki… itd. złożone związki, które… obecnie klasyfikujemy jako złożone. Istnienie takich związków, które nie mieszczą się w ramach najprostszej koncepcji wartościowości, wymagało oczywiście jej rozszerzenia i wprowadzenia dodatkowych hipotez. Jedna z tych hipotez, zaproponowana przez A. Wernera, głosi, że obok głównych, czyli podstawowych jednostek wartościowości, istnieją inne, drugorzędne. Te ostatnie są zwykle oznaczone linią przerywaną.
Rzeczywiście, jaką wartościowość należy na przykład przypisać atomowi kobaltu w jego chlorku, który dodał sześć cząsteczek amoniaku, tworząc związek CoCl 3 · 6NH 3 (lub, co jest tym samym, Co (NH 3) 6 Cl 3) ? W nim atom kobaltu jest połączony jednocześnie z dziewięcioma atomami chloru i azotu! DI Mendelejew napisał przy tej okazji o mało zbadanych „siłach szczątkowego powinowactwa”. A szwajcarski chemik A. Werner, który stworzył teorię związków złożonych, wprowadził pojęcia wartościowości głównej (pierwotnej) i wartościowości bocznej (wtórnej) (we współczesnej chemii pojęcia te odpowiadają stopniowi utlenienia i liczbie koordynacyjnej). Obie wartościowości mogą być zmienne, aw niektórych przypadkach ich rozróżnienie jest bardzo trudne lub wręcz niemożliwe.
Ponadto Chugaev dotyka teorii elektrowartościowości R. Abegga, która może być dodatnia (w związkach o wyższej zawartości tlenu) lub ujemna (w związkach z wodorem). W tym przypadku suma wyższych wartościowości pierwiastków w tlenie i wodorze dla grup od IV do VII wynosi 8. Prezentacja w wielu podręcznikach do chemii nadal opiera się na tej teorii. Podsumowując, wspomina Czugajew związki chemiczne, dla których pojęcie wartościowości praktycznie nie ma zastosowania - związki międzymetaliczne, których skład „jest często wyrażany w bardzo osobliwych wzorach, bardzo mało przypominających zwykłe wartościowości. Takimi są na przykład następujące związki: NaCd 5 , NaZn 12 , FeZn 7 i inne.
Na pewne trudności w określaniu wartościowości zwrócił uwagę inny znany rosyjski chemik I.A. Kablukov w swoim podręczniku Podstawowe początki chemia nieorganiczna , wydany w 1929 r. Co do numeru koordynacyjnego przytoczymy (w tłumaczeniu rosyjskim) podręcznik wydany w Berlinie w 1933 r. przez jednego z twórców nowoczesna teoria rozwiązania duńskiego chemika Nilsa Bjerruma:
„Zwykłe liczby wartościowości nie dają pojęcia o charakterystycznych właściwościach wykazywanych przez wiele atomów w licznych złożonych związkach. Aby wyjaśnić zdolność atomów lub jonów do tworzenia związków złożonych, wprowadzono nową specjalną serię liczb dla atomów i jonów, różniącą się od zwykłych liczb wartościowości. W złożonych jonach srebra ... bezpośrednio połączonych z centralnym atomem metalu przez większą część dwa atom lub dwie grupy atomów, na przykład Ag (NH 3) 2 +, Ag (CN) 2 -, Ag (S 2 O 3) 2 - ... Aby opisać to połączenie, wprowadzono koncepcję numer koordynacyjny i przypisać jonom Ag + liczbę koordynacyjną 2. Jak widać z podanych przykładów, grupy związane z centralny atom, mogą to być cząsteczki obojętne (NH 3) i jony (CN -, S 2 O 3 -). Dwuwartościowy jon miedzi Cu ++ i trójwartościowy jon złota Au +++ w większości przypadków mają liczbę koordynacyjną 4. Liczba koordynacyjna atomu oczywiście nie wskazuje jeszcze, jaki rodzaj wiązania istnieje między atomem centralnym a inne atomy lub grupy atomów z nim związane; ale okazało się, że jest to doskonałe narzędzie do systematyki złożonych związków.
A. Smith podaje w swoim podręczniku bardzo obrazowe przykłady „specjalnych właściwości” związków złożonych:
„Rozważmy następujące „molekularne” związki platyny: PtCl 4 · 2NH 3 , PtCl 4 · 4NH 3 , PtCl 4 · 6NH 3 i PtCl 4 · 2KCl. Bliższe badanie tych związków ujawnia szereg niezwykłych cech. Pierwszy związek w roztworze praktycznie nie rozkłada się na jony; przewodność elektryczna jego roztworów jest wyjątkowo niska; azotan srebra nie wytrąca z nim AgCl. Werner założył, że atomy chloru są związane z atomem platyny zwykłymi wartościowościami; Werner nazwał je głównymi, a cząsteczki amoniaku są połączone z atomem platyny dodatkowymi, bocznymi wartościowościami. Ten związek według Wernera ma następującą strukturę:
Duże nawiasy wskazują integralność grupy atomów, kompleksu, który nie rozkłada się po rozpuszczeniu związku.
Drugi związek ma inne właściwości niż pierwszy; jest to elektrolit, przewodność elektryczna jego roztworów jest tego samego rzędu, co przewodność elektryczna roztworów soli, które rozkładają się na trzy jony (K 2 SO 4, BaCl 2, MgCl 2); azotan srebra wytrąca dwa z czterech atomów. Według Wernera związek ten ma następującą budowę: 2– + 2Cl –. Tutaj mamy złożony jon, atomy chloru w nim nie są wytrącane przez azotan srebra, a ten kompleks tworzy się wokół jądra - atomu Pt - wewnętrznej sfery atomów w związku atomy chloru odszczepiają się w postaci jonów tworząc zewnętrzną sferę atomów, dlatego piszemy je poza dużymi nawiasami. Jeśli założymy, że Pt ma cztery główne wartościowości, to w tym kompleksie używane są tylko dwie, podczas gdy pozostałe dwie zawierają dwa zewnętrzne atomy chloru. W pierwszym związku wszystkie cztery wartościowości platyny są wykorzystywane w samym kompleksie, w wyniku czego związek ten nie jest elektrolitem.
W trzecim związku wszystkie cztery atomy chloru są wytrącane przez azotan srebra; wysoka przewodność elektryczna tej soli wskazuje, że daje ona pięć jonów; oczywiste jest, że jego struktura jest następująca: 4– + 4Cl – ... W jonie kompleksowym wszystkie cząsteczki amoniaku są związane z Pt bocznymi wartościowościami; odpowiadające czterem głównym wartościowościom platyny, w zewnętrznej sferze znajdują się cztery atomy chloru.
W czwartym związku azotan srebra w ogóle nie wytrąca chloru, przewodnictwo elektryczne jego roztworów wskazuje na rozkład na trzy jony, a reakcje wymiany ujawniają jony potasu. Temu związkowi przypisujemy następującą budowę: 2– + 2K + . W jonie złożonym używane są cztery główne wartościowości Pt, ale ponieważ główne wartościowości dwóch atomów chloru nie są używane, dwa dodatnie jony jednowartościowe (2K +, 2NH 4 + itp.) Mogą być zatrzymane w sferze zewnętrznej .
Podane przykłady uderzającej różnicy we właściwościach pozornie podobnych kompleksów platyny dają wyobrażenie o trudnościach, jakie napotkali chemicy, próbując jednoznacznie określić wartościowość.
Po stworzeniu elektronicznych idei dotyczących budowy atomów i cząsteczek zaczęto powszechnie stosować pojęcie „elektrowalności”. Ponieważ atomy mogą zarówno oddawać, jak i przyjmować elektrony, elektrowalencja może być dodatnia lub ujemna (obecnie zamiast elektrowalencji stosuje się pojęcie stopnia utlenienia). W jakim stopniu nowe elektroniczne koncepcje dotyczące wartościowości zgadzały się ze starymi? Pisze o tym N. Bjerrum w cytowanym już podręczniku: „Między zwykłe liczby wartościowości i wprowadził nowe liczby - elektrowalencję i liczbę koordynacyjną - istnieje pewna zależność, ale w żadnym wypadku nie są one tożsame. Stara koncepcja wartościowości podzieliła się na dwie nowe koncepcje. Przy tej okazji Bjerrum zrobił ważną notatkę: „Liczba koordynacyjna węgla w większości przypadków wynosi 4, a jego elektrowalencja wynosi albo +4, albo -4. Ponieważ obie liczby zwykle pokrywają się dla atomu węgla, związki węgla nie nadają się do badania różnicy między tymi dwoma pojęciami.
W ramach elektronowej teorii wiązań chemicznych, rozwiniętej w pracach amerykańskiego fizykochemika G. Lewisa i niemieckiego fizyka W. Kossela, pojawiły się takie pojęcia jak wiązanie donor-akceptor (koordynacja) i kowalencja. Zgodnie z tą teorią wartościowość atomu była określana przez liczbę jego elektronów uczestniczących w tworzeniu wspólnych par elektronowych z innymi atomami. W tym przypadku uwzględniono maksymalną wartościowość pierwiastka równa liczbie elektronów w zewnętrznej powłoce elektronowej atomu (pokrywa się z numerem grupy układu okresowego pierwiastków, do której należy pierwiastek). Zgodnie z innymi koncepcjami opartymi na prawach chemii kwantowej (opracowali je niemieccy fizycy W. Heitler i F. London) nie należy liczyć wszystkich elektronów zewnętrznych, a tylko te niesparowane (w stanie podstawowym lub wzbudzonym atomu); definicja ta jest podana w wielu encyklopediach chemicznych.
Znane są jednak fakty, które do tego nie pasują prosty obwód. Tak więc w wielu związkach (na przykład w ozonie) para elektronów może pomieścić nie dwa, ale trzy jądra; w innych cząsteczkach wiązanie chemiczne może być realizowane przez pojedynczy elektron. Nie da się opisać takich połączeń bez użycia aparatury chemii kwantowej. Jak na przykład określić wartościowość atomów w takich związkach jak pentaboran B 5 H 9 i inne borany z wiązaniami „mostkowymi”, w których atom wodoru jest związany jednocześnie z dwoma atomami boru; ferrocen Fe (C 5 H 5) 2 (atom żelaza o stopniu utlenienia +2 jest natychmiast połączony z 10 atomami węgla); pentakarbonyl żelaza Fe(CO) 5 (atom żelaza na zerowym stopniu utlenienia jest związany z pięcioma atomami węgla); chromian pentakarbonylu sodu Na 2 Cr (CO) 5 (stopień utlenienia chromu-2)? Takie „nieklasyczne” przypadki nie są bynajmniej wyjątkiem. Podobnych „łamaczy wartościowości”, związków o różnych „egzotycznych wartościowościach”, w miarę rozwoju chemii, było coraz więcej.
Aby ominąć pewne trudności, podano definicję, zgodnie z którą przy określaniu wartościowości atomu należy wziąć pod uwagę całkowitą liczbę niesparowanych elektronów, niewspółdzielonych par elektronów i wolnych orbitali zaangażowanych w tworzenie wiązań chemicznych. Wolne orbitale są bezpośrednio zaangażowane w tworzenie wiązań donor-akceptor w różnych złożonych związkach.
Jednym z wniosków jest to, że rozwój teorii i pozyskanie nowych danych eksperymentalnych doprowadził do tego, że próby jednoznacznego zrozumienia natury wartościowości podzieliły to pojęcie na szereg nowych pojęć, takich jak wartościowość główna i drugorzędna , wartościowość i kowalencja jonowa, liczba koordynacyjna i stopień utlenienia itp. Oznacza to, że pojęcie „wartościowości” „rozdzieliło się” na szereg niezależnych pojęć, z których każde działa w określonym obszarze. Najwyraźniej tradycyjne pojęcie wartościowości ma jasne i jednoznaczne znaczenie tylko dla związków, w których wszystkie wiązania chemiczne są dwuśrodkowe (tj. innymi słowy, dla związków kowalencyjnych, takich jak HCl, CO2, C5H12 itd.
Drugi wniosek nie jest dość powszechny: termin „wartościowość”, choć jest używany we współczesnej chemii, ma bardzo ograniczone zastosowanie, próby nadania mu jednoznacznej definicji „na każdą okazję” są mało produktywne i mało potrzebne. Nie bez powodu autorzy wielu podręczników, zwłaszcza tych wydawanych za granicą, w ogóle rezygnują z tego pojęcia lub ograniczają się do wskazania, że pojęcie „wartościowości” ma głównie znaczenie historyczne, podczas gdy obecnie chemicy posługują się głównie bardziej powszechnym, choć nieco sztuczna koncepcja „stopnia utlenienia”.
Ilja Leenson
