Valencia je schopnosť atómu daného prvku vytvoriť určitý počet chemických väzieb.
Obrazne povedané, valencia je počet „rúk“, ktorými sa atóm drží na iných atómoch. Atómy prirodzene nemajú žiadne „ruky“; ich úlohu zohráva tzv. valenčné elektróny.
Môžete to povedať inak: Valencia je schopnosť atómu daného prvku pripojiť určitý počet ďalších atómov.
Je potrebné jasne pochopiť nasledujúce zásady:
Existujú prvky s konštantnou valenciou (ktorých je relatívne málo) a prvky s premenlivou valenciou (ktorých je väčšina).
Je potrebné pamätať na prvky s konštantnou valenciou:
Zvyšné prvky môžu vykazovať rôzne valencie.
Najvyššia valencia prvku sa vo väčšine prípadov zhoduje s číslom skupiny, v ktorej sa prvok nachádza.
Napríklad mangán je v skupine VII (bočná podskupina), najvyššia valencia Mn je sedem. Kremík sa nachádza v skupine IV (hlavná podskupina), jeho najvyššia valencia je štyri.
Treba však pripomenúť, že najvyššia valencia nie je vždy jediná možná. Napríklad najvyššia mocnosť chlóru je sedem (presvedčte sa o tom!), ale sú známe zlúčeniny, v ktorých tento prvok vykazuje valencie VI, V, IV, III, II, I.
Je dôležité zapamätať si niekoľko výnimky: maximálna (a jediná) valencia fluóru je I (a nie VII), kyslík - II (a nie VI), dusík - IV (schopnosť dusíka prejavovať valenciu V je populárny mýtus, ktorý sa vyskytuje dokonca aj v niektorých školách učebnice).
Valencia a oxidačný stav nie sú totožné pojmy.
Tieto pojmy sú si dosť blízke, ale nemali by sa zamieňať! Oxidačný stav má znamienko (+ alebo -), valencia nie; oxidačný stav prvku v látke môže byť nulový, valencia je nulová, len ak máme do činenia s izolovaným atómom; číselná hodnota oxidačného stavu sa NEMUSÍ zhodovať s valenciou. Napríklad valencia dusíka v N2 je III a oxidačný stav = 0. Valencia uhlíka v kyseline mravčej je = IV a oxidačný stav = +2.
Ak je známa valencia jedného z prvkov v binárnej zlúčenine, možno nájsť valenciu druhého.
To sa robí úplne jednoducho. Pamätajte na formálne pravidlo: súčin počtu atómov prvého prvku v molekule a jeho valencie sa musí rovnať podobnému súčinu druhého prvku.
V zlúčenine A x B y: valencia (A) x = valencia (B) y
Príklad 1. Nájdite valencie všetkých prvkov v zlúčenine NH 3.
Riešenie. Valenciu vodíka poznáme - je konštantná a rovná sa I. Valenciu H vynásobíme počtom atómov vodíka v molekule amoniaku: 1 3 = 3. Preto pre dusík platí súčin 1 (počet atómov). N) by X (valencia dusíka) mala byť tiež rovná 3. Je zrejmé, že X = 3. Odpoveď: N(III), H(I).
Príklad 2. Nájdite valencie všetkých prvkov v molekule Cl 2 O 5.
Riešenie. Kyslík má konštantnú mocnosť (II), molekula tohto oxidu obsahuje päť atómov kyslíka a dva atómy chlóru. Nech je valencia chlóru = X. Vytvorme rovnicu: 5 2 = 2 X. Je zrejmé, že X = 5. Odpoveď: Cl(V), O(II).
Príklad 3. Nájdite valenciu chlóru v molekule SCl 2, ak je známe, že valencia síry je II.
Riešenie. Keby nám autori problému nepovedali mocenstvo síry, nebolo by možné to vyriešiť. S aj Cl sú prvky s premenlivou valenciou. Vziať do úvahy Ďalšie informácie, riešenie zostrojíme podľa schémy príkladov 1 a 2. Odpoveď: Cl(I).
Keď poznáte valencie dvoch prvkov, môžete vytvoriť vzorec pre binárnu zlúčeninu.
V príkladoch 1 - 3 sme určovali valenciu pomocou vzorca; teraz skúsme urobiť opačný postup.
Príklad 4. Napíšte vzorec pre zlúčeninu vápnika a vodíka.
Riešenie. Valencie vápnika a vodíka sú známe - II a I. Nech vzorec požadovanej zlúčeniny je Ca x H y. Opäť zostavíme známu rovnicu: 2 x = 1 y. Ako jedno z riešení tejto rovnice môžeme vziať x = 1, y = 2. Odpoveď: CaH 2.
"Prečo práve CaH 2? - pýtate sa. - Koniec koncov, varianty Ca 2 H 4 a Ca 4 H 8 a dokonca ani Ca 10 H 20 nie sú v rozpore s naším pravidlom!"
Odpoveď je jednoduchá: vezmite si minimum možné hodnoty x a y. V uvedenom príklade sú tieto minimálne (prirodzené!) hodnoty presne 1 a 2.
Pýtate sa: „Takže zlúčeniny ako N 2 O 4 alebo C 6 H 6 sú nemožné?“ „Mali by sa tieto vzorce nahradiť NO 2 a CH?“
Nie, sú možné. Navyše N204 a N02 sú úplne odlišné látky. Ale vzorec CH nezodpovedá vôbec žiadnej skutočnej stabilnej látke (na rozdiel od C 6 H 6).
Napriek všetkému, čo bolo povedané, vo väčšine prípadov sa môžete riadiť pravidlom: vziať najmenšie hodnoty indexy.
Príklad 5. Napíšte vzorec pre zlúčeninu síry a fluóru, ak je známe, že mocenstvo síry je šesť.
Riešenie. Nech vzorec zlúčeniny je S x F y . Valencia síry je uvedená (VI), valencia fluóru je konštantná (I). Rovnicu opäť sformulujeme: 6 x = 1 y. Je ľahké pochopiť, že najmenšie možné hodnoty premenných sú 1 a 6. Odpoveď: SF 6.
Tu sú v skutočnosti všetky hlavné body.
Teraz sa presvedčte! Odporúčam vám prejsť krátkym časom test na tému "Valencia".
Jeden chemický prvok pripája alebo nahrádza určitý počet atómov iného prvku.
Za jednotku valencie sa považuje valencia atómu vodíka rovná 1, to znamená, že vodík je jednoväzbový. Preto valencia prvku udáva, s koľkými atómami vodíka je pripojený jeden atóm príslušného prvku. Napríklad, HCl kde chlór je jednomocný; H20 kde kyslík je dvojmocný; NH 3, kde dusík je trojmocný.
Tabuľka prvkov s konštantnou valenciou.
Vzorce látok môžu byť zostavené podľa mocností ich základných prvkov. A naopak, ak poznáte valencie prvkov, môžete z nich skladať chemický vzorec.
Algoritmus na zostavovanie vzorcov látok podľa valencie.
1. Zapíšte si symboly prvkov.
2. Určte valenciu prvkov zahrnutých vo vzorci.
3. Nájdite najmenší spoločný násobok číselných hodnôt valencie.
4. Nájdite vzťahy medzi atómami prvkov tak, že nájdený najmenší spoločný násobok vydelíte príslušnými valenciami prvkov.
5. Napíšte indexy prvkov v chemickom vzorci.
Príklad: Poďme vytvoriť chemický vzorec oxidu fosforu.
1. Zapíšte si symboly:
2. Určme valencie:
4. Nájdite vzťahy medzi atómami:
5. Zapíšte si indexy:
Algoritmus na určenie valencie pomocou vzorcov chemických prvkov.
1. Napíšte vzorec chemickej zlúčeniny.
2. Označte známu mocnosť prvkov.
3. Nájdite najmenší spoločný násobok valencie a indexu.
4. Nájdite pomer najmenšieho spoločného násobku k počtu atómov druhého prvku. Toto je požadovaná valencia.
5. Skontrolujte vynásobením valencie a indexu každého prvku. Ich produkty musia byť rovnaké.
Príklad: Určme valenciu sírovodíkových prvkov.
1. Napíšeme vzorec:
H 2 S
2. Označme známu valenciu:
H 2 S
3. Nájdite najmenší spoločný násobok:
H 2 S
4. Nájdite pomer najmenšieho spoločného násobku k počtu atómov síry:
H 2 S
5. Urobme kontrolu.
- monovalentný vodík, halogény, alkalické kovy
- dvojmocný kyslík, kovy alkalických zemín.
- trojmocný hliník (Al) a bór (B).
- najvyššia valencia zodpovedá (rovná sa) číslu skupiny;
- najnižšia valencia je určená vzorcom: číslo skupiny - 8.
- II v zlúčenine H2S
- IV v zlúčenine S02
- VI v zlúčenine S03
Aby ste mohli určiť valenciu konkrétnej látky, musíte sa pozrieť na Mendelejevovu periodickú tabuľku chemických prvkov; označenia rímskymi číslicami budú valencie určitých látok v tejto tabuľke. Napríklad ALE, vodík (H) bude vždy monovalentný a kyslík (O) bude vždy dvojmocný. Nižšie je uvedený cheat, ktorý vám podľa mňa pomôže)
V prvom rade stojí za zmienku, že chemické prvky môžu mať konštantné aj variabilná valencia. Pokiaľ ide o konštantnú valenciu, tieto prvky si jednoducho musíte zapamätať
Alkalické kovy, vodík a halogény sa považujú za monovalentné;
Ale bór a hliník sú trojmocné.
Poďme si teda prejsť periodickú tabuľku, aby sme určili valenciu. Najvyššia valencia prvku sa vždy rovná jeho skupinovému číslu
Najnižšia valencia sa určí odčítaním čísla skupiny od 8. Nižšou valenciou sú vo väčšej miere obdarené nekovy.
Chemické prvky môžu mať konštantnú alebo premenlivú mocnosť. Prvky s konštantnou valenciou sa musia naučiť. Vždy
Valenciu je možné určiť pomocou periodickej tabuľky. Najvyššia valencia prvku sa vždy rovná číslu skupiny, v ktorej sa nachádza.
Najnižšiu premennú valenciu majú najčastejšie nekovy. Zistiť nižšia valencia, číslo skupiny sa odpočíta od 8 - výsledkom je požadovaná hodnota. Napríklad síra je v skupine 6 a jej najvyššia valencia je VI, najnižšia valencia bude II (86 = 2).
Podľa školskej definície je valencia schopnosť chemického prvku vytvárať určitý počet chemických väzieb s inými atómami.
Ako je známe, valencia môže byť konštantná (keď chemický prvok tvorí vždy rovnaký počet väzieb s inými atómami) a premenlivá (keď sa v závislosti od konkrétnej látky mení valencia toho istého prvku).
Periodický systém chemických prvkov od D.I. Mendelejeva nám pomôže určiť valenciu.
Platia nasledujúce pravidlá:
1) Maximálne Valencia chemického prvku sa rovná číslu skupiny. Napríklad chlór je v 7. skupine, čo znamená, že má maximálnu mocnosť 7. Síra: je v 6. skupine, čo znamená, že má maximálnu mocnosť 6.
2) Minimum valencia pre nekovy sa rovná 8 mínus číslo skupiny. Napríklad minimálna valencia toho istého chlóru je 8 7, to znamená 1.
Bohužiaľ, z oboch pravidiel existujú výnimky.
Napríklad meď je v skupine 1, ale maximálna valencia medi nie je 1, ale 2.
Kyslík je v skupine 6, ale jeho valencia je takmer vždy 2 a vôbec nie 6.
Je užitočné pamätať na nasledujúce pravidlá:
3) Všetky alkalický kovy (kovy I. skupiny, hlavná podskupina) vždy majú valencia 1. Napríklad valencia sodíka je vždy 1, pretože ide o alkalický kov.
4) Všetky alkalickej zeminy kovy (kovy II. skupiny, hlavná podskupina) majú vždy valencia 2. Napríklad valencia horčíka je vždy 2, pretože ide o kov alkalických zemín.
5) Hliník má vždy valenciu 3.
6) Vodík má vždy valenciu 1.
7) Kyslík má takmer vždy valenciu 2.
8) Uhlík má takmer vždy valenciu 4.
Treba pripomenúť, že v rôzne zdroje definície valencie sa môžu líšiť.
Viac či menej presne možno definovať valenciu ako počet zdieľaných elektrónových párov, prostredníctvom ktorých je daný atóm spojený s ostatnými.
Podľa tejto definície je valencia dusíka v HNO3 4, nie 5. Dusík nemôže byť päťmocný, pretože v tomto prípade by okolo atómu dusíka cirkulovalo 10 elektrónov. To sa však nemôže stať, pretože maximálny počet elektrónov je 8.
Valencia akéhokoľvek chemického prvku je jeho vlastnosťou, alebo skôr vlastnosťou jeho atómov (atómov tohto prvku) držať určitý počet atómov, ale iného chemického prvku.
Existujú chemické prvky s konštantnou aj premenlivou mocnosťou, ktorá sa mení v závislosti od toho, s ktorým prvkom (tento prvok) je v kombinácii alebo do ktorého vstupuje.
Valencie niektorých chemických prvkov:
Prejdime teraz k tomu, ako sa valencia prvku určuje z tabuľky.
Takže valencia môže byť určená pomocou periodická tabuľka:
Zo školského kurzu chémie vieme, že všetky chemické prvky môžu mať konštantnú alebo premenlivú mocnosť. Prvky, ktoré majú konštantnú valenciu, si stačí zapamätať (napríklad vodík, kyslík, alkalické kovy a iné prvky). Valencia sa dá ľahko určiť z periodickej tabuľky, ktorá je v každej učebnici chémie. Najvyššej valencii zodpovedá jeho číslo v skupine, v ktorej sa nachádza.
Valencia akéhokoľvek prvku môže byť určená zo samotnej periodickej tabuľky, podľa čísla skupiny.
Prinajmenšom sa to dá urobiť v prípade kovov, pretože ich valencia sa rovná číslu skupiny.
Príbeh s nekovmi je trochu iný: ich najvyššia valencia (v zlúčeninách s kyslíkom) sa tiež rovná číslu skupiny, ale najnižšia valencia (v zlúčeninách s vodíkom a kovmi) sa musí určiť pomocou nasledujúceho vzorca: 8 - číslo skupiny.
Čím viac pracujete chemické prvky, tým lepšie si zapamätáte ich valenciu. Na začiatok vám postačí tento cheat sheet:
Tie prvky, ktorých valencia nie je konštantná, sú zvýraznené ružovou farbou.
Valencia je schopnosť atómov niektorých chemických prvkov pripojiť k sebe atómy iných prvkov. Ak chcete úspešne písať vzorce, správne rozhodnutieúlohy, ktoré musíte dobre vedieť určiť valenciu. Najprv sa musíte naučiť všetky prvky s konštantnou valenciou. Tu sú: 1. Vodík, halogény, alkalické kovy (vždy jednomocné); 2. Kyslík a kovy alkalických zemín (dvojmocné); 3. B a Al (trojmocný). Na určenie valencie pomocou periodickej tabuľky, musíte zistiť, v ktorej skupine je chemický prvok a určiť, či je v hlavnej skupine alebo vedľajšej.
Prvok môže mať jednu alebo viac valencií.
Maximálna valencia prvku sa rovná počtu valenčných elektrónov. Valenciu môžeme určiť tak, že poznáme umiestnenie prvku v periodickej tabuľke. Maximálne valenčné číslo sa rovná číslu skupiny, v ktorej sa nachádza požadovaný prvok.
Valencia je označená rímskou číslicou a zvyčajne sa píše v pravom hornom rohu symbolu prvku.
Niektoré prvky môžu mať rôzne valencie rôzne spojenia.
Napríklad síra má nasledujúce valencie:
Pravidlá na určovanie valencie nie sú také jednoduché na používanie, preto si ich treba pamätať.
Určenie valencie pomocou periodickej tabuľky je jednoduché. Spravidla zodpovedá číslu skupiny, v ktorej sa prvok nachádza. Existujú však prvky, ktoré môžu mať v rôznych zlúčeninách rôzne valencie. V tomto prípade hovoríme o konštantnej a variabilnej valencii. Premenná môže byť maximálna, rovná sa číslu skupiny, alebo môže byť minimálna alebo stredná.
Ale oveľa zaujímavejšie je určiť valenciu v zlúčeninách. Existuje na to množstvo pravidiel. Po prvé, je ľahké určiť valenciu prvkov, ak má jeden prvok v zlúčenine konštantnú valenciu, napríklad kyslík alebo vodík. Vľavo je redukčné činidlo, to znamená prvok s kladnou valenciou, vpravo je oxidačné činidlo, to znamená prvok so zápornou valenciou. Index prvku s konštantnou valenciou sa vynásobí touto valenciou a vydelí sa indexom prvku s neznámou valenciou.
Príklad: oxidy kremíka. Valencia kyslíka je -2. Poďme nájsť valenciu kremíka.
SiO 1*2/1=2 Valencia kremíka v oxide je +2.
SiO2 2*2/1=4 Valencia kremíka v oxide je +4.
Inštrukcie
Môžete napríklad použiť dve látok– HCl a H2O. To je dobre známe každému a vode. Prvá látka obsahuje jeden atóm vodíka (H) a jeden atóm chlóru (Cl). To naznačuje, že v tejto zlúčenine tvoria jeden, to znamená, že držia jeden atóm blízko seba. teda valencia jedno aj druhé sa rovnajú 1. Je tiež ľahké určiť valencia prvky, ktoré tvoria molekulu vody. Obsahuje dva atómy vodíka a jeden atóm kyslíka. V dôsledku toho atóm kyslíka vytvoril dve väzby na pripojenie dvoch vodíkov a oni zase vytvorili jednu väzbu. znamená, valencia kyslík je 2 a vodík je 1.
Ale niekedy musíte čeliť látok sú zložitejšie z hľadiska vlastností atómov, z ktorých sú ich súčasťou. Existujú dva typy prvkov: konštantné (vodík atď.) a nestále valencia Yu. Pre atómy druhého typu tento počet závisí od zlúčeniny, ktorej sú súčasťou. Príkladom je (S). Môže mať valencie 2, 4, 6 a niekedy aj 8. Určiť schopnosť prvkov ako je síra držať okolo seba ďalšie atómy je o niečo zložitejšie. Aby ste to dosiahli, musíte poznať ďalšie komponenty látok.
Pamätajte na pravidlo: súčin počtu atómov krát valencia jedného prvku v zlúčenine sa musí zhodovať s rovnakým súčinom pre druhý prvok. Dá sa to overiť opätovným pohľadom na molekulu vody (H2O):
2 (množstvo vodíka) * 1 (jeho valencia) = 2
1 (množstvo kyslíka) * 2 (jeho valencia) = 2
2 = 2 znamená, že všetko je definované správne.
Teraz otestujte tento algoritmus na zložitejšej látke, napríklad N2O5 - oxid. Predtým bolo uvedené, že kyslík má konštantu valencia 2, takže môžeme zostaviť:
2 (valencia kyslík) * 5 (jeho množstvo) = X (neznáme valencia dusík) * 2 (jeho množstvo)
Jednoduchými aritmetickými výpočtami sa to dá určiť valencia dusík v tejto zlúčenine je 5.
Valence je schopnosť chemických prvkov držať určitý počet atómov iných prvkov. Zároveň je to počet väzieb vytvorených daným atómom s inými atómami. Určenie valencie je pomerne jednoduché.
Inštrukcie
Upozorňujeme, že valencia atómov niektorých prvkov je konštantná, zatiaľ čo iné sú premenlivé, to znamená, že majú tendenciu sa meniť. Napríklad vodík vo všetkých zlúčeninách je monovalentný, pretože tvorí iba jeden. Kyslík je schopný vytvárať dve väzby, pričom je dvojmocný. Ale y môže mať II, IV alebo VI. Všetko závisí od prvku, s ktorým je spojený. Síra je teda prvok s premenlivou mocnosťou.
Všimnite si, že v molekulách zlúčenín vodíka je výpočet valencie veľmi jednoduchý. Vodík je vždy monovalentný a tento indikátor pre prvok s ním spojený sa bude rovnať počtu atómov vodíka v danej molekule. Napríklad v CaH2 bude vápnik dvojmocný.
Pamätajte na hlavné pravidlo na určenie valencie: súčin valenčného indexu atómu ľubovoľného prvku a počtu jeho atómov v ktorejkoľvek molekule je súčinom valenčného indexu atómu druhého prvku a počtu jeho atómov v daná molekula.
Pozrite sa na vzorec písmen pre túto rovnosť: V1 x K1 = V2 x K2, kde V je valencia atómov prvkov a K je počet atómov v molekule. S jeho pomocou je ľahké určiť valenčný index akéhokoľvek prvku, ak sú známe zostávajúce údaje.
Zoberme si príklad molekuly oxidu sírového SO2. Kyslík vo všetkých zlúčeninách je dvojmocný, preto dosadením hodnôt do pomeru: Voxygen x Kyslík = Vsíra x Xers, dostaneme: 2 x 2 = Síra x 2. Odtiaľto Vsíra = 4/2 = 2. , valencia síry v tejto molekule sa rovná 2.
Video k téme
Valence– jeden z hlavných pojmov používaných v teórii chemická štruktúra. Tento pojem definuje schopnosť atómu vytvárať chemické väzby a kvantitatívne predstavuje počet väzieb, na ktorých sa podieľa.
Inštrukcie
Valence(z latinského valentia - „sila“) - indikátor schopnosti atómu pripájať k sebe ďalšie atómy a vytvárať s nimi chemické väzby vo vnútri molekuly. Celkový počet väzieb, na ktorých sa môže atóm podieľať, sa rovná počtu jeho nepárových elektrónov. Takéto väzby sa nazývajú kovalentné.
Nespárované elektróny sú voľné elektróny z vonkajšieho obalu atómu, ktoré sa párujú s vonkajšími elektrónmi iného atómu. Okrem toho sa každý takýto pár nazýva elektrón a takéto elektróny sa nazývajú valencia. Na základe toho môže valencia znieť takto: ide o počet elektrónových párov, v ktorých je daný atóm spojený s inými atómami.
Maximálny valenčný index chemických prvkov jednej skupiny periodickej tabuľky sa spravidla rovná sériové číslo skupiny. Rôzne atómy toho istého prvku môžu mať rôzne valencie. Polarita vytvorených produktov sa neberie do úvahy, takže valencia nemá žiadne znamienko. Nemôže byť ani nula, ani záporná.
Množstvo akéhokoľvek chemického prvku sa zvyčajne považuje za počet jednomocných atómov vodíka alebo dvojmocných atómov kyslíka. Pri určovaní valencie však môžete použiť iné prvky, ktorých valencia je presne známa.
Niekedy sa pojem valencie stotožňuje s pojmom „oxidačný stav“, ale to je nesprávne, hoci v niektorých prípadoch sa tieto ukazovatele zhodujú. Oxidačné číslo je formálny termín označujúci možný náboj, ktorý by atóm dostal, keby sa jeho elektróny preniesli na viac elektronegatívnych atómov. V tomto prípade je oxidačný stav vyjadrený v jednotkách náboja a môže mať znamienko, na rozdiel od valencie. Tento termín sa v anorganickej vede rozšíril, pretože v r anorganické zlúčeniny posúdiť valenciu. Valence sa používa aj v organická chémia, keďže väčšina Organické zlúčeniny Má molekulárna štruktúra.
Video k téme
Ide o schopnosť atómu interagovať s inými atómami a vytvárať s nimi chemické väzby. K vytvoreniu teórie valencie výrazne prispeli mnohí vedci, predovšetkým Nemec Kekule a náš krajan Butlerov. Elektróny, ktoré sa podieľajú na tvorbe chemickej väzby, sa nazývajú valencia.
Budete potrebovať
- Mendelejevov stôl.
Inštrukcie
Pamätajte na atóm. On je náš slnečná sústava: masívne jadro („hviezda“) sa nachádza v strede a okolo neho sa točia elektróny („“). Rozmery jadra, hoci je v ňom sústredená takmer celá hmota atómu, sú v porovnaní so vzdialenosťou k dráham elektrónov zanedbateľné. Ktorý z elektrónov v atóme bude najľahšie interagovať s elektrónmi iných atómov? Nie je ťažké pochopiť, že tie, ktoré sú najďalej od jadra, sú vo vonkajšom elektrónovom obale.
VALENCE(lat. valentia - sila) schopnosť atómu pripojiť alebo nahradiť určitý počet iných atómov alebo skupín atómov.
Po mnoho desaťročí bol pojem valencie jedným zo základných, fundamentálnych pojmov v chémii. S týmto pojmom sa musia stretnúť všetci študenti chémie. Spočiatku sa im to zdalo celkom jednoduché a jednoznačné: vodík je jednomocný, kyslík je dvojmocný atď. Jedna z príručiek pre žiadateľov hovorí toto: „Valencia je počet chemických väzieb vytvorených atómom v zlúčenine.“ Ale aká je potom v súlade s touto definíciou valencia uhlíka v karbide železa Fe 3 C, v karbonyle železa Fe 2 (CO) 9, v dlho známych soliach K 3 Fe(CN) 6 a K 4 Fe( CN) 6? A dokonca aj v chloride sodnom je každý atóm v kryštáli NaCl viazaný na šesť ďalších atómov! Toľko definícií, dokonca aj tých, ktoré sú vytlačené v učebniciach, treba aplikovať veľmi opatrne.
V moderných publikáciách možno nájsť rôzne, často nejednotné definície. Napríklad toto: "Valencia je schopnosť atómov tvoriť určitý počet kovalentných väzieb." Táto definícia je jasná a jednoznačná, ale je použiteľná len pre zlúčeniny s kovalentnými väzbami. Určte valenciu atómu a celkový počet elektróny podieľajúce sa na tvorbe chemickej väzby; a počet elektrónových párov, s ktorými je daný atóm spojený s inými atómami; a počet jeho nepárových elektrónov podieľajúcich sa na tvorbe spoločných elektrónových párov. Ťažkosti spôsobuje aj ďalšia často sa vyskytujúca definícia valencie ako počet chemických väzieb, ktorými je daný atóm spojený s inými atómami, pretože nie je vždy možné jednoznačne definovať, čo je chemická väzba. Koniec koncov, nie všetky zlúčeniny majú chemické väzby tvorené pármi elektrónov. Najjednoduchším príkladom sú iónové kryštály, ako je chlorid sodný; v ňom každý atóm sodíka tvorí väzbu (iónovú) so šiestimi atómami chlóru a naopak. Mali by sa vodíkové väzby považovať za chemické väzby (napríklad v molekulách vody)?
Vzniká otázka, čomu sa môže rovnať valencia atómu dusíka v súlade s jeho rôznymi definíciami. Ak je valencia určená celkovým počtom elektrónov zapojených do tvorby chemických väzieb s inými atómami, potom by sa maximálna valencia atómu dusíka mala považovať za rovnú piatim, pretože atóm dusíka môže použiť všetkých päť svojich vonkajších elektrónov - dva s-elektróny a tri p-elektróny - pri vytváraní chemických väzieb.elektróny. Ak je valencia určená počtom elektrónových párov, s ktorými je daný atóm spojený s ostatnými, potom je v tomto prípade maximálna valencia atómu dusíka štyri. V tomto prípade tri p-elektróny tvoria tri kovalentné väzby s inými atómami a ďalšia väzba vzniká vďaka dvom 2s-elektrónom dusíka. Príkladom je reakcia amoniaku s kyselinami za vzniku amónneho katiónu. Nakoniec, ak je valencia určená iba počtom nespárovaných elektrónov v atóme, potom valencia dusíka nemôže byť väčšia ako tri, pretože atóm N nemôže mať viac ako tri nepárové elektróny (excitácia elektrónu 2s môže nastať len na úrovni s n = 3, čo je energeticky mimoriadne nepriaznivé). V halogenidoch teda dusík tvorí iba tri kovalentné väzby a neexistujú zlúčeniny ako NF 5, NCI 5 alebo NBr 5 (na rozdiel od úplne stabilných PF 3, PCl 3 a PBr 3). Ale ak atóm dusíka prenesie jeden zo svojich 2s elektrónov na iný atóm, potom výsledný katión N+ bude mať štyri nepárové elektróny a valencia tohto katiónu bude štyri. To sa deje napríklad v molekule kyseliny dusičnej. Rôzne definície valencie teda vedú k rôznym výsledkom aj pre jednoduché molekuly.
Ktorá z týchto definícií je „správna“ a je vôbec možné dať jednoznačnú definíciu valencie? Na zodpovedanie týchto otázok je užitočné urobiť exkurziu do minulosti a zvážiť, ako sa pojem „valencia“ zmenil s rozvojom chémie.
Myšlienka valencie prvkov (ktorá však v tom čase nebola uznaná) bola prvýkrát vyjadrená v polovici 19. Anglický chemik E. Frankland: hovoril o určitej „saturačnej kapacite“ kovov a kyslíka. Následne sa valencia začala chápať ako schopnosť atómu pripojiť alebo nahradiť určitý počet iných atómov (alebo skupín atómov) za vzniku chemickej väzby. Jeden z tvorcov teórie chemickej štruktúry Friedrich August Kekule napísal: „Valencia je základnou vlastnosťou atómu, vlastnosťou rovnako konštantnou a nemennou ako samotná atómová hmotnosť. Kekule považoval valenciu prvku za konštantnú hodnotu. Koncom 50. rokov 19. storočia väčšina chemikov verila, že valencia (vtedy nazývaná „atomicita“) uhlíka bola 4, valencia kyslíka a síry bola 2 a halogény boli 1. V roku 1868 nemecký chemik K. G. Wichelhaus navrhol použiť výraz „atomicita“ namiesto „valencia“ (v latinčine valentia – sila). Dlho sa však takmer nepoužíval, aspoň v Rusku (namiesto toho sa hovorilo napríklad o „jednotkách afinity“, „počte ekvivalentov“, „počte akcií“ atď.). Je príznačné, že v Encyklopedický slovník Brockhaus a Efron(takmer všetky články o chémii v tejto encyklopédii recenzoval, upravoval a často písal D.I. Mendelejev) nie je tam vôbec žiadny článok o „valencii“. Nenachádza sa ani v klasickom Mendelejevovom diele. Základy chémie(len občas spomína pojem „atomicita“, bez toho, aby sa ním podrobne zaoberal a bez toho, aby mu dal jednoznačnú definíciu).
Aby sme jasne demonštrovali ťažkosti, ktoré sprevádzali pojem „valencia“ od samého začiatku, je vhodné citovať pojem, ktorý bol populárny na začiatku 20. storočia. v mnohých krajinách, vďaka veľkému pedagogickému talentu autora, učebnica amerického chemika Alexandra Smitha, ktorú vydal v roku 1917 (v ruskom preklade - v rokoch 1911, 1916 a 1931): „Ani jeden pojem v chémii nedostal toľko nejasných a nepresných definícií ako pojem valencie“ A ďalej v sekcii Niektoré zvláštnosti v názoroch na valenciu autor píše:
„Keď bol prvýkrát skonštruovaný koncept valencie, verilo sa – úplne mylne – že každý prvok má jednu valenciu. Preto pri uvažovaní o dvojiciach zlúčenín ako CuCl a CuCl 2, alebo... FeCl 2 a FeCl 3 sme vychádzali z predpokladu, že meď Vždy je dvojmocné a železo je trojmocné a na tomto základe skreslili vzorce tak, aby ich prispôsobili tomuto predpokladu. Vzorec chloridu meďnatého bol teda napísaný (a často sa píše dodnes) takto: Cu 2 Cl 2. V tomto prípade vzorce dvoch zlúčenín chloridu meďnatého v grafické znázornenie získajte tvar: Cl–Cu–Cu–Cl a Cl–Cu–Cl. V oboch prípadoch každý atóm medi obsahuje (na papieri) dve jednotky a je teda dvojmocný (na papieri). Podobne... zdvojnásobenie vzorca FeCl 2 dalo Cl 2 >Fe–Fe 2, čo nám umožnilo považovať... železo za trojmocné.“ A potom Smith urobí vždy veľmi dôležitý a relevantný záver: „Je to dosť nechutné vedecká metóda- vymýšľať si alebo skresľovať fakty na podporu presvedčenia, ktoré nie je založené na skúsenostiach, ale je výsledkom iba dohadov. História vedy však ukazuje, že takéto chyby sú často pozorované.“
Prehľad myšlienok zo začiatku storočia o valencii podal v roku 1912 ruský chemik L.A. Chugaev, ktorý získal celosvetové uznanie za svoju prácu v oblasti chémie komplexných zlúčenín. Chugaev jasne ukázal ťažkosti spojené s definíciou a aplikáciou konceptu valencie:
„Valencia je termín používaný v chémii v rovnakom zmysle ako „atomicita“ na označenie maximálneho počtu atómov vodíka (alebo iných jednoatómových atómov alebo jednoatómových radikálov), s ktorými môže byť atóm daného prvku v priamom spojení (alebo s ktorými môže byť je schopný nahradiť ). Slovo valencia sa často používa aj vo význame jednotky valencie alebo jednotky afinity. Hovorí sa teda, že kyslík má dva, dusík tri atď. Slová valencia a „atomicita“ sa predtým používali bez rozdielu, ale keďže samotné pojmy nimi vyjadrené stratili svoju pôvodnú jednoduchosť a stali sa komplikovanejšími, v mnohých prípadoch zostalo v platnosti len slovo valencia... Komplikácia tzv. pojem valencie sa začal poznaním, že valencia je premenlivá veličina... a v zmysle veci je vždy vyjadrená ako celé číslo.
Chemici vedeli, že mnohé kovy majú premenlivú mocnosť a mali by hovoriť napríklad o dvojmocnom, trojmocnom a šesťmocnom chróme. Čugajev povedal, že aj v prípade uhlíka bolo potrebné uznať možnosť, že jeho valencia môže byť iná ako 4 a CO nie je jedinou výnimkou: „Divalentný uhlík je veľmi pravdepodobne obsiahnutý v karbilamínoch CH 3 -N=C, vo fulminátovej kyseline a jej soliach C=NOH, C=NOMe atď. Vieme, že existuje aj trojatómový uhlík...“ Pri diskusii o teórii nemeckého chemika I. Thieleho o „čiastočných“ alebo parciálnych valenciách o nej Chugajev hovoril ako „jeden z prvých pokusov o rozšírenie klasického pojmu valencie a jeho rozšírenie na prípady, na ktoré je ako taký nepoužiteľný. Ak Thiele dospel k potrebe... umožniť „fragmentáciu“ jednotiek valencie, potom je tu celý rad faktov, ktoré nás v inom zmysle nútia odvodiť pojem valencie z úzkeho rámca, v ktorom bol pôvodne obsiahnutý. Videli sme, že štúdium najjednoduchších (väčšinou binárnych...) zlúčenín tvorených chemickými prvkami pre každý z nich nás núti predpokladať určité, vždy malé a samozrejme celé hodnoty ich valencie. Takýchto hodnôt je vo všeobecnosti veľmi málo (prvky vykazujúce viac ako tri rôzne valencie sú zriedkavé)... Skúsenosti však ukazujú, že ak by sa všetky vyššie uvedené valenčné jednotky mali považovať za nasýtené, schopnosť molekúl vytvorených v tomto prípad ďalšieho pridania ešte nedosahuje limit. Soli kovov teda pridávajú vodu, čpavok, amíny..., čím vznikajú rôzne hydráty, čpavok... atď. komplexné zlúčeniny, ktoré... teraz klasifikujeme ako komplexné. Existencia takých zlúčenín, ktoré nezapadajú do rámca najjednoduchšej myšlienky valencie, si prirodzene vyžiadala jej rozšírenie a zavedenie ďalších hypotéz. Jednou z týchto hypotéz, ktorú navrhol A. Werner, je, že popri hlavných alebo základných valenčných jednotkách existujú aj ďalšie, sekundárne. Tie sú zvyčajne označené bodkovanou čiarou.“
Aká mocnosť by sa napríklad mala priradiť atómu kobaltu v jeho chloride, ktorý pridal šesť molekúl amoniaku za vzniku zlúčeniny CoCl 3 6NH 3 (alebo, čo je to isté, Co(NH 3) 6 Cl 3) ? V ňom sa atóm kobaltu spája súčasne s deviatimi atómami chlóru a dusíka! D.I. Mendelejev pri tejto príležitosti napísal o málo prebádaných „silách zvyškovej afinity“. A švajčiarsky chemik A. Werner, ktorý vytvoril teóriu komplexných zlúčenín, zaviedol pojmy hlavná (primárna) valencia a sekundárna (sekundárna) valencia (v modernej chémii tieto pojmy zodpovedajú oxidačnému stavu a koordinačnému číslu). Obidve valencie môžu byť variabilné a v niektorých prípadoch je veľmi ťažké alebo dokonca nemožné ich rozlíšiť.
Ďalej sa Chugaev dotýka teórie elektrovalencie R. Abegga, ktorá môže byť pozitívna (v zlúčeninách s vyšším kyslíkom) alebo negatívna (v zlúčeninách s vodíkom). Navyše súčet najvyšších mocností prvkov pre kyslík a vodík pre skupiny IV až VII je rovný 8. Prezentácia v mnohých učebniciach chémie je stále založená na tejto teórii. Na záver Chugaev spomína chemické zlúčeniny, pre ktoré je pojem valencie prakticky nepoužiteľný – intermetalické zlúčeniny, ktorých zloženie „je často vyjadrené veľmi svojráznymi vzorcami, len veľmi málo pripomínajúcimi bežné valenčné hodnoty. Sú to napríklad tieto zlúčeniny: NaCd 5, NaZn 12, FeZn 7 atď.“
Ďalší slávny ruský chemik I.A. Kablukov poukázal vo svojej učebnici na niektoré ťažkosti pri určovaní valencie Základné začiatky anorganická chémia , vydané v roku 1929. Čo sa týka koordinačného čísla, citujme (v ruskom preklade) učebnicu vydanú v Berlíne v roku 1933 od jedného z tvorcov moderná teória roztoky dánskeho chemika Nielsa Bjerruma:
„Obyčajné valenčné čísla nedávajú žiadnu predstavu charakteristické vlastnosti, prejavujúce sa mnohými atómami v početných komplexných zlúčeninách. Na vysvetlenie schopnosti atómov alebo iónov vytvárať komplexné zlúčeniny bol pre atómy a ióny zavedený nový špeciálny rad čísel, odlišný od bežných valenčných čísel. V komplexných iónoch striebra... priamo naviazaných na centrálny atóm kovu z väčšej časti dva atóm alebo dve skupiny atómov, napríklad Ag(NH 3) 2 +, Ag(CN) 2 –, Ag(S 2 O 3) 2 –... Na opis tejto väzby sa používa pojem koordinačné číslo a priraďte iónom Ag + koordinačné číslo 2. Ako je zrejmé z uvedených príkladov, skupiny spojené s centrálny atóm, môžu byť neutrálne molekuly (NH 3) a ióny (CN –, S 2 O 3 –). Dvojmocný ión medi Cu ++ a trojmocný ión zlata Au +++ majú vo väčšine prípadov koordinačné číslo 4. Koordinačné číslo atómu samozrejme ešte neudáva, aký druh väzby existuje medzi centrálnym atómom a iné atómy alebo skupiny atómov s ním spojené; ale ukázalo sa, že je to vynikajúci nástroj pre systematiku komplexných zlúčenín.“
A. Smith uvádza vo svojej učebnici veľmi jasné príklady „špeciálnych vlastností“ komplexných zlúčenín:
„Zvážte nasledujúce „molekulárne“ zlúčeniny platiny: PtCl 4 2NH 3, PtCl 4 4NH 3, PtCl 4 6NH 3 a PtCl 4 2KCl. Bližšie štúdium týchto zlúčenín odhaľuje množstvo pozoruhodných vlastností. Prvá zlúčenina v roztoku sa prakticky nerozkladá na ióny; elektrická vodivosť jeho roztokov je extrémne nízka; dusičnan strieborný s ním nevytvára zrazeninu AgCl. Werner akceptoval, že atómy chlóru sú viazané na atóm platiny bežnými valenciami; Werner ich nazval hlavnými a molekuly amoniaku sú spojené s atómom platiny ďalšími, sekundárnymi valenciami. Táto zlúčenina má podľa Wernera nasledujúcu štruktúru:
Veľké zátvorky označujú integritu skupiny atómov, komplexu, ktorý sa nerozpadá, keď sa zlúčenina rozpustí.
Druhá zlúčenina má odlišné vlastnosti ako prvá; ide o elektrolyt, elektrická vodivosť jeho roztokov je rovnakého rádu ako elektrická vodivosť roztokov solí, ktoré sa rozkladajú na tri ióny (K 2 SO 4, BaCl 2, MgCl 2); dusičnan strieborný vyzráža dva zo štyroch atómov. Podľa Wernera ide o zlúčeninu s nasledujúcou štruktúrou: 2– + 2Cl–. Tu máme komplexný ión; atómy chlóru v ňom nie sú vyzrážané dusičnanom strieborným a tento komplex tvorí vnútornú guľu atómov okolo jadra - atóm Pt v zlúčenine atómy chlóru odštiepené vo forme iónov tvoria vonkajšiu sféru atómov, preto ich píšeme mimo veľkých zátvoriek. Ak predpokladáme, že Pt má štyri hlavné valencie, potom sa v tomto komplexe používajú iba dve, zatiaľ čo ostatné dve sú držané dvoma vonkajšími atómami chlóru. V prvej zlúčenine sú všetky štyri valencie platiny použité v samotnom komplexe, v dôsledku čoho táto zlúčenina nie je elektrolytom.
V tretej zlúčenine sú všetky štyri atómy chlóru vyzrážané dusičnanom strieborným; vysoká elektrická vodivosť tejto soli ukazuje, že produkuje päť iónov; je zrejmé, že jeho štruktúra je nasledovná: 4– + 4Cl – ... V komplexnom ióne sú všetky molekuly amoniaku viazané na Pt sekundárnymi valenciami; čo zodpovedá štyrom hlavným valenciám platiny, vo vonkajšej sfére sú štyri atómy chlóru.
V štvrtej zlúčenine dusičnan strieborný vôbec nezráža chlór, elektrická vodivosť jeho roztokov naznačuje rozklad na tri ióny a výmenné reakcie odhaľujú draselné ióny. Tejto zlúčenine pripisujeme nasledujúcu štruktúru 2– + 2K + . V komplexnom ióne sa používajú štyri hlavné valencie Pt, ale keďže nie sú použité hlavné valencie dvoch atómov chlóru, môžu sa vo vonkajšej sfére udržať dva kladné jednomocné ióny (2K +, 2NH 4 + atď.). “
Uvedené príklady nápadných rozdielov vo vlastnostiach navonok podobných komplexov platiny poskytujú predstavu o ťažkostiach, s ktorými sa chemici stretli pri pokuse o jednoznačné určenie valencie.
Po vytvorení elektronických predstáv o štruktúre atómov a molekúl sa pojem „elektrovalencia“ začal široko používať. Keďže atómy môžu elektróny dávať aj prijímať, elektrovalencia môže byť pozitívna alebo negatívna (v súčasnosti sa namiesto elektrovalencie používa pojem oxidačný stav). Ako konzistentné boli nové elektronické predstavy o valencii s predchádzajúcimi? N. Bjerrum v už citovanej učebnici o tom píše: „Medzi bežné čísla valencie a nové čísla - elektrovalencia a koordinačné číslo - existuje určitý vzťah, ale v žiadnom prípade nie sú totožné. Starý pojem valencie sa rozdelil na dva nové pojmy.“ Pri tejto príležitosti Bjerrum urobil dôležitú poznámku: „Koordinačné číslo uhlíka je vo väčšine prípadov 4 a jeho elektrovalencia je buď +4 alebo –4. Keďže obe čísla sa pre atóm uhlíka zvyčajne zhodujú, zlúčeniny uhlíka nie sú vhodné na štúdium rozdielu medzi týmito dvoma pojmami.
V rámci elektrónovej teórie chemickej väzby, vyvinutej v prácach amerického fyzikálneho chemika G. Lewisa a nemeckého fyzika W. Kossela, sa objavili pojmy ako donor-akceptorová (koordinačná) väzba a kovalencia. V súlade s touto teóriou bola valencia atómu určená počtom jeho elektrónov podieľajúcich sa na tvorbe spoločných elektrónových párov s inými atómami. V tomto prípade bola uvažovaná maximálna valencia prvku rovná sa číslu elektróny vo vonkajšom elektrónovom obale atómu (zhoduje sa s číslom skupiny periodickej tabuľky, do ktorej prvok patrí). Podľa iných predstáv, založených na kvantových chemických zákonoch (vyvinuli ich nemeckí fyzici W. Heitler a F. London), by sa nemali počítať všetky vonkajšie elektróny, ale iba nepárové (v základnom alebo excitovanom stave atómu) ; Presne toto je definícia uvedená v množstve chemických encyklopédií.
Sú však známe fakty, ktoré do toho nezapadajú jednoduchý diagram. V mnohých zlúčeninách (napríklad v ozóne) teda pár elektrónov môže obsahovať nie dve, ale tri jadrá; v iných molekulách môže byť chemická väzba uskutočnená jediným elektrónom. Nie je možné opísať takéto spojenia bez použitia aparátu kvantovej chémie. Ako môžeme napríklad určiť valenciu atómov v zlúčeninách, ako je pentaborán B 5 H 9 a iné bórany s „mostovými“ väzbami, v ktorých je atóm vodíka naviazaný na dva atómy bóru naraz; ferocén Fe(C 5 H 5) 2 (atóm železa s oxidačným stavom +2 je naviazaný na 10 atómov uhlíka naraz); pentakarbonyl železa Fe(CO)5 (atóm železa v nulovom oxidačnom stave je naviazaný na päť atómov uhlíka); Pentakarbonylchróman sodný Na 2 Cr(CO) 5 (oxidačný stav chrómu-2)? Takéto „neklasické“ prípady nie sú vôbec výnimočné. Ako sa chémia vyvíjala, takýchto „narušiteľov valencie“ a zlúčenín s rôznymi „exotickými valenciami“ bolo čoraz viac.
Na obídenie niektorých ťažkostí bola uvedená definícia, podľa ktorej je pri určovaní valencie atómu potrebné brať do úvahy celkový počet nespárovaných elektrónov, osamelých elektrónových párov a voľných orbitálov podieľajúcich sa na tvorbe chemických väzieb. Prázdne orbitály sa priamo podieľajú na tvorbe väzieb donor-akceptor v rôznych komplexných zlúčeninách.
Jedným zo záverov je, že vývoj teórie a získavanie nových experimentálnych údajov viedli k tomu, že pokusy o jasné pochopenie podstaty valencie rozdelili tento pojem na množstvo nových pojmov, akými sú hlavná a sekundárna valencia, resp. iónová valencia a kovalencia, koordinačné číslo a stupeň oxidácie atď. To znamená, že pojem „valencia“ sa „rozdelil“ na množstvo nezávislých pojmov, z ktorých každý pôsobí v určitej oblasti. Tradičný pojem valencie má zrejme jasný a jednoznačný význam len pre zlúčeniny, v ktorých sú všetky chemické väzby dvojcentrové (t. j. spájajúce iba dva atómy) a každá väzba je uskutočnená párom elektrónov umiestnených medzi dvoma susednými atómami, v inými slovami - pre kovalentné zlúčeniny ako HCl, CO 2, C 5 H 12 atď.
Druhý záver nie je úplne obvyklý: pojem „valencia“, hoci sa používa v modernej chémii, má veľmi obmedzené použitie, pokusy dať mu jednoznačnú definíciu „pre všetky príležitosti“ nie sú príliš produktívne a sú sotva potrebné. Nie nadarmo sa autori mnohých učebníc, najmä tých v zahraničí, bez tohto pojmu vôbec zaobídu alebo sa obmedzia na poukázanie na to, že pojem „valencia“ má najmä historický význam, zatiaľ čo v súčasnosti chemici používajú najmä rozšírenejší, tzv. hoci trochu umelý, koncept „stupňovej“ oxidácie“.
Ilya Leenson
