Valentnost je sposobnost atoma danega elementa, da tvori določeno število kemičnih vezi.
Slikovito rečeno je valenca število »rok«, s katerimi se atom oprime drugih atomov. Seveda atomi nimajo "rok"; njihovo vlogo igrajo ti. valenčni elektroni.
Lahko rečeš drugače: Valenca je sposobnost atoma danega elementa, da veže določeno število drugih atomov.
Naslednja načela je treba jasno razumeti:
Obstajajo elementi s konstantno valenco (ki jih je relativno malo) in elementi s spremenljivo valenco (teh je večina).
Zapomniti si je treba elemente s konstantno valenco:
Preostali elementi imajo lahko različne valence.
Najvišja valenca elementa v večini primerov sovpada s številko skupine, v kateri se element nahaja.
Na primer, mangan je v skupini VII (stranska podskupina), najvišja valenca Mn je sedem. Silicij se nahaja v skupini IV (glavna podskupina), njegova najvišja valenca je štiri.
Ne smemo pa pozabiti, da najvišja valenca ni vedno edina možna. Najvišja valenca klora je na primer sedem (o tem se prepričajte!), vendar so znane spojine, v katerih ima ta element valence VI, V, IV, III, II, I.
Pomembno si je zapomniti nekaj izjeme: največja (in edina) valenca fluora je I (in ne VII), kisik - II (in ne VI), dušik - IV (sposobnost dušika, da pokaže valenco V, je priljubljen mit, ki ga najdemo celo v nekaterih šolah učbeniki).
Valenca in oksidacijsko stanje nista enaka pojma.
Ti koncepti so precej blizu, vendar jih ne smete zamenjati! Oksidacijsko stanje ima predznak (+ ali -), valenca pa ne; oksidacijsko stanje elementa v snovi je lahko nič, valenca je nič le, če imamo opravka z izoliranim atomom; številčna vrednost oksidacijskega stanja morda NE sovpada z valenco. Na primer, valenca dušika v N 2 je III, oksidacijsko stanje pa = 0. Valenca ogljika v mravljični kislini je = IV, oksidacijsko stanje pa = +2.
Če je znana valenca enega od elementov v binarni spojini, je mogoče ugotoviti valenco drugega.
To se naredi precej preprosto. Zapomnite si formalno pravilo: zmnožek števila atomov prvega elementa v molekuli in njegove valence mora biti enak podobnemu zmnožku za drugi element.
V spojini A x B y: valenca (A) x = valenca (B) y
Primer 1. Poiščite valence vseh elementov v spojini NH 3.
rešitev. Poznamo valenco vodika – ta je konstantna in enaka I. Valenco H pomnožimo s številom vodikovih atomov v molekuli amoniaka: 1 3 = 3. Zato je za dušik produkt 1 (število atomov N) z X (valenca dušika) mora biti prav tako enaka 3. Očitno je X = 3. Odgovor: N(III), H(I).
Primer 2. Poiščite valence vseh elementov v molekuli Cl 2 O 5.
rešitev. Kisik ima konstantno valenco (II); molekula tega oksida vsebuje pet atomov kisika in dva atoma klora. Naj bo valenca klora = X. Sestavimo enačbo: 5 2 = 2 X. Očitno je X = 5. Odgovor: Cl(V), O(II).
Primer 3. Poiščite valenco klora v molekuli SCl 2, če je znano, da je valenca žvepla II.
rešitev. Če nam avtorji problema ne bi povedali valence žvepla, ga ne bi bilo mogoče rešiti. Tako S kot Cl sta elementa s spremenljivo valenco. Ob upoštevanju Dodatne informacije, je rešitev sestavljena po shemi primerov 1 in 2. Odgovor: Cl(I).
Če poznate valence dveh elementov, lahko ustvarite formulo za binarno spojino.
V primerih 1 - 3 smo določili valenco po formuli, zdaj pa poskusimo narediti obratni postopek.
Primer 4. Napišite formulo za spojino kalcija in vodika.
rešitev. Znani sta valenci kalcija in vodika - II oziroma I. Naj bo formula želene spojine Ca x H y. Ponovno sestavimo dobro znano enačbo: 2 x = 1 y. Kot eno od rešitev te enačbe lahko vzamemo x = 1, y = 2. Odgovor: CaH 2.
"Zakaj ravno CaH 2 - navsezadnje različice Ca 2 H 8 in celo Ca 10 H 20 niso v nasprotju z našim pravilom!"
Odgovor je preprost: vzemite minimum možne vrednosti x in y. V danem primeru sta ti minimalni (naravni!) vrednosti natančno 1 in 2.
"Torej, spojine, kot sta N 2 O 4 ali C 6 H 6, so nemogoče?"
Ne, možne so. Poleg tega sta N 2 O 4 in NO 2 popolnoma različni snovi. Toda formula CH sploh ne ustreza nobeni resnični stabilni snovi (za razliko od C 6 H 6).
Kljub vsemu povedanemu lahko v večini primerov sledite pravilu: vzemite najmanjše vrednosti indeksi.
Primer 5. Napišite formulo za spojino žvepla in fluora, če je znano, da je valenca žvepla šest.
rešitev. Naj bo formula spojine S x F y . Podana je valenca žvepla (VI), valenca fluora je konstantna (I). Ponovno oblikujemo enačbo: 6 x = 1 y. Zlahka je razumeti, da sta najmanjši možni vrednosti spremenljivk 1 in 6. Odgovor: SF 6.
Tukaj so pravzaprav vse glavne točke.
Sedaj pa preveri sam! Predlagam, da greste skozi kratko test na temo "Valenca".
En kemični element veže ali nadomešča določeno število atomov drugega.
Za enoto valence se šteje valenca vodikovega atoma, ki je enaka 1, kar pomeni, da je vodik enovalenten. Zato valenca elementa označuje, s koliko atomi vodika je povezan en atom zadevnega elementa. na primer HCl, kjer je klor monovalenten; H2O, kjer je kisik dvovalenten; NH 3, kjer je dušik trivalenten.
Tabela elementov s konstantno valenco.
Formule snovi je mogoče sestaviti glede na valence njihovih sestavnih elementov. In obratno, če poznate valence elementov, lahko sestavite iz njih kemijska formula.
Algoritem za sestavljanje formul snovi po valenci.
1. Zapiši simbole elementov.
2. Določite valenco elementov, vključenih v formulo.
3. Poiščite najmanjši skupni večkratnik številskih vrednosti valence.
4. Poiščite razmerja med atomi elementov tako, da najdeni najmanjši skupni večkratnik delite z ustreznimi valencami elementov.
5. Zapišite indekse elementov v kemijsko formulo.
primer: Sestavimo kemijsko formulo fosforjevega oksida.
1. Zapišite simbole:
2. Določimo valenco:
4. Poiščimo razmerja med atomi:
5. Zapišite indekse:
Algoritem za določanje valence z uporabo formul kemijskih elementov.
1. Zapišite formulo kemijske spojine.
2. Določite znano valenco elementov.
3. Poiščite najmanjši skupni večkratnik valence in indeksa.
4. Poiščite razmerje med najmanjšim skupnim večkratnikom in številom atomov drugega elementa. To je želena valenca.
5. Preverite z množenjem valence in indeksa vsakega elementa. Njihovi izdelki morajo biti enaki.
primer: Določimo valenco elementov vodikovega sulfida.
1. Zapišimo formulo:
H 2 S
2. Označimo znano valenco:
H 2 S
3. Poiščite najmanjši skupni večkratnik:
H 2 S
4. Poiščite razmerje med najmanjšim skupnim večkratnikom in številom žveplovih atomov:
H 2 S
5. Naredimo pregled.
- enovalenten vodik, halogeni, alkalijske kovine
- dvovalenten kisik, zemeljsko alkalijske kovine.
- trivalentno aluminij (Al) in bor (B).
- najvišja valenca ustreza (enaki) številki skupine;
- najnižja valenca je določena s formulo: številka skupine - 8.
- II v spojini H2S
- IV v spojini SO2
- VI v spojini SO3
Če želite določiti valenco določene snovi, morate pogledati Mendelejevo periodično tabelo kemičnih elementov; oznake v rimskih številkah bodo valence določenih snovi v tej tabeli. Na primer, AMPAK, vodik (H) bo vedno enovalenten, kisik (O) pa bo vedno dvovalenten. Spodaj je goljufija, za katero mislim, da vam bo pomagala)
Najprej je treba omeniti, da imajo lahko kemični elementi konstanto in spremenljiva valenca. Kar zadeva konstantno valenco, si morate takšne elemente preprosto zapomniti
Alkalijske kovine, vodik in halogeni veljajo za enovalentne;
Toda bor in aluminij sta trivalentna.
Torej, pojdimo zdaj skozi periodni sistem, da določimo valenco. Najvišja valenca za element je vedno enaka njegovi skupini
Najnižjo valenco določimo tako, da od 8 odštejemo številko skupine. Nekovine imajo v večji meri nižjo valenco.
Kemični elementi imajo lahko konstantno ali spremenljivo valenco. Elemente s konstantno valenco se je treba naučiti. Nenehno
Valenco lahko določimo s pomočjo periodnega sistema. Najvišja valenca elementa je vedno enaka številu skupine, v kateri se nahaja.
Nekovine imajo največkrat najnižjo spremenljivo valenco. Izvedeti nižjo valenco, se številka skupine odšteje od 8 - rezultat je želena vrednost. Na primer, žveplo je v skupini 6 in njegova najvišja valenca je VI, najnižja valenca bo II (86 = 2).
Po šolski definiciji je valenca sposobnost kemijskega elementa, da tvori določeno število kemijskih vezi z drugimi atomi.
Kot je znano, je valenca lahko konstantna (ko kemijski element vedno tvori enako število vezi z drugimi atomi) in spremenljiva (ko se glede na določeno snov spreminja valenca istega elementa).
Periodični sistem kemijskih elementov D.I. Mendelejeva nam bo pomagal določiti valenco.
Veljajo naslednja pravila:
1) Največ Valenca kemijskega elementa je enaka številu skupine. Na primer, klor je v 7. skupini, kar pomeni, da ima največjo valenco 7. Žveplo: je v 6. skupini, kar pomeni, da ima največjo valenco 6.
2) Najmanjša valenca za nekovine je enako 8 minus številka skupine. Na primer, najmanjša valenca istega klora je 8 7, to je 1.
Žal, pri obeh pravilih obstajajo izjeme.
Na primer, baker je v skupini 1, vendar največja valenca bakra ni 1, ampak 2.
Kisik je v skupini 6, vendar je njegova valenca skoraj vedno 2 in sploh ne 6.
Koristno je zapomniti naslednja pravila:
3) Vse alkalno kovine (kovine skupine I, glavna podskupina) imajo vedno valenca 1. Na primer, valenca natrija je vedno 1, ker je alkalijska kovina.
4) Vse alkalijska zemlja kovine (kovine II. skupine, glavna podskupina) imajo vedno valenca 2. Na primer, valenca magnezija je vedno 2, ker je zemeljskoalkalijska kovina.
5) Aluminij ima vedno valenco 3.
6) Vodik ima vedno valenco 1.
7) Kisik ima skoraj vedno valenco 2.
8) Ogljik ima skoraj vedno valenco 4.
Treba je spomniti, da v različnih virov definicije valence se lahko razlikujejo.
Bolj ali manj natančno lahko valenco definiramo kot število skupnih elektronskih parov, preko katerih je dani atom povezan z drugimi.
Po tej definiciji je valenca dušika v HNO3 4 in ne 5. Dušik ne more biti petovaleten, ker bi v tem primeru okrog dušikovega atoma krožilo 10 elektronov. Vendar se to ne more zgoditi, ker je največje število elektronov 8.
Valenca katerega koli kemičnega elementa je njegova lastnost oziroma lastnost njegovih atomov (atomov tega elementa), da držijo določeno število atomov, vendar drugega kemičnega elementa.
Obstajajo kemični elementi s konstantno in spremenljivo valenco, ki se spreminja glede na to, s katerim elementom je (ta element) v kombinaciji ali v katerega vstopa.
Valence nekaterih kemijskih elementov:
Pojdimo zdaj na to, kako se določi valenca elementa iz tabele.
Valenco je torej mogoče določiti z periodni sistem:
Iz šolskega tečaja kemije vemo, da imajo lahko vsi kemični elementi konstantno ali spremenljivo valenco. Elemente s konstantno valenco si je treba le zapomniti (na primer vodik, kisik, alkalijske kovine in drugi elementi). Valenco je mogoče enostavno določiti iz periodnega sistema, ki je v vsakem kemijskem učbeniku. Najvišja valenca ustreza njegovi številki skupine, v kateri se nahaja.
Valenco katerega koli elementa lahko določimo iz samega periodnega sistema, s številko skupine.
Vsaj to je mogoče storiti v primeru kovin, ker je njihova valenca enaka številu skupine.
Zgodba z nekovinami je nekoliko drugačna: njihova najvišja valenca (v spojinah s kisikom) je prav tako enaka številu skupine, najnižjo valenco (v spojinah z vodikom in kovinami) pa je treba določiti po naslednji formuli: 8 - številka skupine.
Več ko delate s kemični elementi, bolje si zapomniš njihovo valenco. Za začetek bo tale goljufija zadostovala:
Tisti elementi, katerih valenca ni konstantna, so označeni z rožnato.
Valentnost je sposobnost atomov nekaterih kemičnih elementov, da nase vežejo atome drugih elementov. Za uspešno pisanje formul, prava odločitev naloge morate dobro znati določiti valenco. Najprej se morate naučiti vseh elementov s konstantno valenco. Tukaj so: 1. Vodik, halogeni, alkalijske kovine (vedno enovalentni); 2. kisik in zemeljsko alkalijske kovine (dvovalentne); 3. B in Al (trivalentni). Za določitev valence z uporabo periodnega sistema, morate ugotoviti, v kateri skupini je kemični element in ugotoviti, ali je v glavni skupini ali sekundarni.
Element ima lahko eno ali več valent.
Največja valenca elementa je enaka številu valenčnih elektronov. Valentnost lahko določimo tako, da poznamo lokacijo elementa v periodnem sistemu. Največje valenčno število je enako številu skupine, v kateri se nahaja zahtevani element.
Valenca je označena z rimsko številko in je običajno zapisana v zgornjem desnem kotu simbola elementa.
Nekateri elementi imajo lahko različne valence različne povezave.
Na primer, žveplo ima naslednje valence:
Pravila za določanje valence niso tako enostavna za uporabo, zato si jih je treba zapomniti.
Določanje valence s pomočjo periodnega sistema je preprosto. Praviloma ustreza številki skupine, v kateri se element nahaja. Toda obstajajo elementi, ki imajo lahko različne valence v različnih spojinah. V tem primeru govorimo o stalni in spremenljivi valenci. Spremenljivka je lahko maksimalna, enaka številki skupine, lahko pa je minimalna ali vmesna.
Toda veliko bolj zanimivo je določiti valenco v spojinah. Za to obstajajo številna pravila. Prvič, enostavno je določiti valenco elementov, če ima en element v spojini konstantno valenco, na primer kisik ali vodik. Na levi je redukcijsko sredstvo, to je element s pozitivno valenco, na desni je oksidant, to je element z negativno valenco. Indeks elementa s konstantno valenco pomnožimo s to valenco in delimo z indeksom elementa z neznano valenco.
Primer: silicijevi oksidi. Valenca kisika je -2. Poiščimo valenco silicija.
SiO 1*2/1=2 Valenca silicija v monoksidu je +2.
SiO2 2*2/1=4 Valenca silicija v dioksidu je +4.
Navodila
Na primer, lahko uporabite dva snovi– HCl in H2O. To je vsem dobro znano in voda. Prva snov vsebuje en atom vodika (H) in en atom klora (Cl). To nakazuje, da v tej spojini tvorijo eno, kar pomeni, da držijo en atom blizu sebe. torej valenca tako eno kot drugo sta enaka 1. To je tudi enostavno določiti valenca elementov, ki tvorijo molekulo vode. Vsebuje dva atoma vodika in en atom kisika. Posledično je atom kisika tvoril dve vezi, da bi povezal dva vodika, ti pa so tvorili eno vez. pomeni, valenca kisik je 2, vodik pa 1.
Ampak včasih se moraš soočiti snovi so bolj zapleteni glede na lastnosti svojih sestavnih atomov. Obstajata dve vrsti elementov: stalni (vodik itd.) in nestalni valenca Yu. Pri atomih druge vrste je to število odvisno od spojine, katere del so. Primer je (S). Lahko ima valence 2, 4, 6 in včasih celo 8. Določanje sposobnosti elementov, kot je žveplo, da zadržijo druge atome okoli sebe, je nekoliko težje. Če želite to narediti, morate poznati druge komponente snovi.
Zapomni si pravilo: zmnožek števila atomov krat valenca enega elementa v spojini mora sovpadati z istim produktom za drugi element. To lahko preverimo tako, da ponovno pogledamo molekulo vode (H2O):
2 (količina vodika) * 1 (njegova valenca) = 2
1 (količina kisika) * 2 (njegova valenca) = 2
2 = 2 pomeni, da je vse pravilno definirano.
Zdaj preverite ta algoritem na bolj zapleteni snovi, na primer N2O5 - oksid. Prej je bilo navedeno, da ima kisik konstanto valenca 2, tako da lahko sestavimo:
2 (valenca kisik) * 5 (njegova količina) = X (neznano valenca dušik) * 2 (njegova količina)
S preprostimi aritmetičnimi izračuni je mogoče ugotoviti, da valenca dušik v tej spojini je 5.
Valenca je sposobnost kemičnih elementov, da zadržijo določeno število atomov drugih elementov. Hkrati je to število vezi, ki jih tvori določen atom z drugimi atomi. Določanje valence je precej preprosto.
Navodila
Upoštevajte, da je valenca atomov nekaterih elementov konstantna, medtem ko so drugi spremenljivi, to je, da se nagibajo k spreminjanju. Na primer, vodik v vseh spojinah je monovalenten, saj tvori samo enega. Kisik je sposoben tvoriti dve vezi, pri čemer je dvovalenten. Toda y ima lahko II, IV ali VI. Vse je odvisno od elementa, s katerim je povezan. Tako je žveplo element s spremenljivo valenco.
Upoštevajte, da je v molekulah vodikovih spojin izračun valence zelo preprost. Vodik je vedno monovalenten in ta indikator za element, povezan z njim, bo enak številu vodikovih atomov v dani molekuli. Na primer, v CaH2 bo kalcij dvovalenten.
Zapomnite si glavno pravilo za določanje valence: produkt valenčnega indeksa atoma katerega koli elementa in števila njegovih atomov v kateri koli molekuli je produkt valenčnega indeksa atoma drugega elementa in števila njegovih atomov v dano molekulo.
Poglejte črkovno formulo za to enakost: V1 x K1 = V2 x K2, kjer je V valenca atomov elementov, K pa število atomov v molekuli. Z njegovo pomočjo je enostavno določiti valenčni indeks katerega koli elementa, če so znani preostali podatki.
Razmislite o primeru molekule žveplovega oksida SO2. Kisik v vseh spojinah je dvovalenten, zato zamenjamo vrednosti v razmerju: Voxygen x Kisik = Vžveplo x Xers, dobimo: 2 x 2 = Vžveplo x 2. Od tod Vžveplo = 4/2 = 2. Tako , je valenca žvepla v tej molekuli enaka 2.
Video na temo
Valenca– eden glavnih izrazov, ki se uporablja v teoriji kemijska struktura. Ta koncept definira sposobnost atoma, da tvori kemične vezi in kvantitativno predstavlja število vezi, v katerih sodeluje.
Navodila
Valenca(iz latinščine valentia - "moč") - indikator sposobnosti atoma, da nase pritrdi druge atome in z njimi tvori kemične vezi znotraj molekule. Skupno število vezi, v katerih lahko sodeluje atom, je enako številu njegovih nesparjenih elektronov. Takšne vezi imenujemo kovalentne.
Neparni elektroni so prosti elektroni iz zunanje lupine atoma, ki se seznanijo z zunanjimi elektroni drugega atoma. Poleg tega se vsak tak par imenuje elektron, takšni elektroni pa valenca. Na podlagi tega lahko valenca zveni takole: to je število elektronskih parov, v katerih je dani atom povezan z drugimi atomi.
Največji valenčni indeks kemijskih elementov ene skupine periodnega sistema je praviloma enak serijska številka skupine. Različni atomi istega elementa imajo lahko različne valence. Polarnost nastalih produktov se ne upošteva, zato je valenca brez predznaka. Ne more biti ne ničelna ne negativna.
Količina katerega koli kemičnega elementa se običajno šteje za število enovalentnih atomov vodika ali dvovalentnih atomov kisika. Vendar pa lahko pri določanju valence uporabite druge elemente, katerih valenca je natančno znana.
Včasih se koncept valence identificira s konceptom "oksidacijskega stanja", vendar je to napačno, čeprav v nekaterih primerih ti kazalci sovpadajo. Oksidacijsko število je formalni izraz, ki označuje možni naboj, ki bi ga prejel atom, če bi njegove elektrone prenesli na bolj elektronegativne atome. V tem primeru je oksidacijsko stanje izraženo v enotah naboja in ima lahko znak v nasprotju z valenco. Ta izraz je postal razširjen v anorganski znanosti, ker v anorganske spojine presoditi valenco. Valenca se uporablja tudi v organska kemija, saj večina organske spojine Ima molekularna struktura.
Video na temo
To je sposobnost atoma, da medsebojno deluje z drugimi atomi in z njimi tvori kemične vezi. K nastanku teorije valence so veliko prispevali številni znanstveniki, predvsem Nemec Kekule in naš rojak Butlerov. Elektroni, ki sodelujejo pri tvorbi kemijske vezi, imenujemo valenca.
Boste potrebovali
- Mendelejeva tabela.
Navodila
Spomni se atoma. On je naš solarni sistem: masivno jedro ("zvezda") se nahaja v središču, elektroni ("") pa krožijo okoli njega. Dimenzije jedra, čeprav je v njem skoncentrirana skoraj vsa masa atoma, so zanemarljive v primerjavi z razdaljo do elektronskih orbit. Kateri od elektronov v atomu bo najlažje sodeloval z elektroni drugih atomov? Ni težko razumeti, da so tisti, ki so najbolj oddaljeni od jedra, v zunanji elektronski lupini.
VALENCA(latinsko valentia – trdnost) sposobnost atoma, da pritrdi ali nadomesti določeno število drugih atomov ali skupin atomov.
Dolga desetletja je bil pojem valence eden osnovnih, temeljnih pojmov v kemiji. S tem pojmom se morajo srečati vsi študenti kemije. Sprva se jim je zdelo povsem preprosto in nedvoumno: vodik je enovalenten, kisik je dvovalenten itd. Eden od priročnikov za prosilce pravi: "Valenca je število kemičnih vezi, ki jih tvori atom v spojini." Toda kakšna je potem v skladu s to definicijo valenca ogljika v železovem karbidu Fe 3 C, v železovem karbonilu Fe 2 (CO) 9, v že dolgo znanih solih K 3 Fe (CN) 6 in K 4 Fe( CN) 6? In tudi v natrijevem kloridu je vsak atom v kristalu NaCl vezan na šest drugih atomov! Toliko definicij, tudi tistih, ki so natisnjene v učbenikih, je treba uporabljati zelo previdno.
V sodobnih publikacijah je mogoče najti različne, pogosto nedosledne definicije. Na primer to: "Valenca je sposobnost atomov, da tvorijo določeno število kovalentnih vezi." Ta definicija je jasna in nedvoumna, vendar velja le za spojine s kovalentnimi vezmi. Določite valenco atoma in skupno število elektroni, ki sodelujejo pri tvorbi kemične vezi; in število elektronskih parov, s katerimi je dani atom povezan z drugimi atomi; in število njegovih nesparjenih elektronov, ki sodelujejo pri tvorbi skupnih elektronskih parov. Težave povzroča tudi druga pogosta definicija valence kot števila kemičnih vezi, s katerimi je določen atom povezan z drugimi atomi, saj ni vedno mogoče jasno opredeliti, kaj je kemična vez. Navsezadnje nimajo vse spojine kemičnih vezi, ki jih tvorijo pari elektronov. Najenostavnejši primer so ionski kristali, kot je natrijev klorid; v njej vsak atom natrija tvori vez (ionsko) s šestimi atomi klora in obratno. Ali bi morali vodikove vezi obravnavati kot kemične vezi (na primer v molekulah vode)?
Postavlja se vprašanje, čemu je lahko enaka valenca dušikovega atoma glede na njegove različne definicije. Če je valenca določena s skupnim številom elektronov, ki sodelujejo pri tvorbi kemičnih vezi z drugimi atomi, potem je treba največjo valenco atoma dušika šteti za enako pet, saj lahko atom dušika uporabi vseh pet svojih zunanjih elektronov - dva s-elektroni in trije p-elektroni – pri tvorbi kemičnih vezi. Če je valenca določena s številom elektronskih parov, s katerimi je določen atom povezan z drugimi, potem je v tem primeru največja valenca atoma dušika štiri. V tem primeru trije p-elektroni tvorijo tri kovalentne vezi z drugimi atomi, druga vez pa nastane zaradi dveh 2s-elektronov dušika. Primer je reakcija amoniaka s kislinami, da nastane amonijev kation Nazadnje, če je valenca določena samo s številom neparnih elektronov v atomu, potem valenca dušika ne more biti večja od treh, saj atom N ne more imeti več. kot trije nesparjeni elektroni (vzbujanje 2s elektrona lahko nastane le na nivoju z n = 3, kar je energijsko izjemno neugodno). Tako v halogenih dušik tvori samo tri kovalentne vezi in ni spojin, kot so NF 5, NCl 5 ali NBr 5 (za razliko od popolnoma stabilnih PF 3, PCl 3 in PBr 3). Če pa atom dušika prenese enega od svojih 2s elektronov na drug atom, bo imel nastali kation N+ štiri neparne elektrone in valenca tega kationa bo štiri. To se zgodi na primer v molekuli dušikove kisline. Tako različne definicije valence vodijo do različnih rezultatov tudi za preproste molekule.
Katera od teh definicij je »pravilna« in ali je sploh mogoče podati nedvoumno definicijo za valenco? Da bi odgovorili na ta vprašanja, je koristno narediti ekskurzijo v preteklost in razmisliti, kako se je pojem "valence" spremenil z razvojem kemije.
Zamisel o valenci elementov (ki pa takrat še ni bila priznana) je bila prvič izražena sredi 19. stoletja. Angleški kemik E. Frankland: govoril je o določeni "zmožnosti nasičenja" kovin in kisika. Kasneje so valenco začeli razumeti kot sposobnost atoma, da pritrdi ali zamenja določeno število drugih atomov (ali skupin atomov), da tvori kemično vez. Eden od ustvarjalcev teorije kemijske zgradbe, Friedrich August Kekule, je zapisal: "Valenca je temeljna lastnost atoma, lastnost, ki je tako stalna in nespremenljiva kot sama atomska teža." Kekule je menil, da je valenca elementa konstantna. Do konca petdesetih let 19. stoletja je večina kemikov verjela, da je valenca (takrat imenovana »atomarnost«) ogljika 4, valenca kisika in žvepla 2, halogenov pa 1. Leta 1868 je nemški kemik K. G. Wichelhaus predlagal uporabo izraz "atomičnost" namesto "valenca" (v latinščini valentia - moč). Vendar se dolgo časa skoraj ni uporabljal, vsaj v Rusiji (namesto tega so govorili na primer o "enotah afinitete", "številu ekvivalentov", "številu delnic" itd.). Pomenljivo je, da v Enciklopedični slovar Brockhaus in Efron(skoraj vse članke o kemiji v tej enciklopediji je pregledal, uredil in pogosto napisal D.I. Mendeleev) sploh ni članka o "valenci". Tudi v klasičnem delu Mendelejeva ga ni. Osnove kemije(le občasno omenja pojem "atomičnosti", ne da bi se na njem podrobneje posvetil in ne da bi ga nedvoumno opredelil).
Da bi nazorno prikazali težave, ki so spremljale koncept »valence« že od samega začetka, je primerno navesti koncept, ki je bil priljubljen na začetku 20. stoletja. v mnogih državah je zaradi velikega pedagoškega talenta avtorja učbenik ameriškega kemika Aleksandra Smitha, ki ga je izdal leta 1917 (v ruskem prevodu - leta 1911, 1916 in 1931): »Noben pojem v kemiji ni prejel toliko nejasnih in nenatančnih definicij, kot je koncept valence " In naprej v razdelku Nekaj nenavadnosti v pogledih na valenco avtor piše:
»Ko je bil koncept valence prvič zgrajen, je veljalo – povsem zmotno – da ima vsak element eno valenco. Zato smo pri obravnavi parov spojin, kot sta CuCl in CuCl 2 ali ... FeCl 2 in FeCl 3, izhajali iz predpostavke, da baker Nenehno je dvovalentno, železo pa je trivalentno, in na tej podlagi so popačili formule, da bi jih prilagodili tej predpostavki. Tako je bila formula bakrovega monoklorida napisana (in se pogosto piše še danes) takole: Cu 2 Cl 2. V tem primeru sta formuli dveh spojin bakrovega klorida v grafični prikaz dobijo obliko: Cl–Cu–Cu–Cl in Cl–Cu–Cl. V obeh primerih ima vsak atom bakra (na papirju) dve enoti in je zato dvovalenten (na papirju). Podobno... podvojitev formule FeCl 2 je dala Cl 2 >Fe–Fe 2, kar nam je omogočilo, da je železo obravnavano kot trivalentno.” In potem Smith naredi zelo pomemben in relevanten zaključek v vsakem trenutku: "To je precej gnusno znanstvena metoda- izmišljevati ali izkrivljati dejstva, da bi podprli prepričanje, ki ne temelji na izkušnjah, ampak je rezultat zgolj ugibanja. Toda zgodovina znanosti kaže, da se takšne napake pogosto opazijo.«
Pregled idej začetka stoletja o valentnosti je leta 1912 podal ruski kemik L. A. Chugaev, ki je prejel svetovno priznanje za svoje delo na področju kemije kompleksnih spojin. Chugaev je jasno pokazal težave, povezane z opredelitvijo in uporabo koncepta valence:
»Valenca je izraz, ki se v kemiji uporablja v enakem pomenu kot »atomičnost« za označevanje največjega števila vodikovih atomov (ali drugih enoatomskih atomov ali monoatomskih radikalov), s katerimi je lahko atom danega elementa v neposredni povezavi (ali s katerimi je je sposoben nadomestiti ). Beseda valenca se pogosto uporablja tudi v pomenu enote valence ali enote afinitete. Tako pravijo, da ima kisik dva, dušik tri itd. Besedi valenca in »atomičnost« sta se prej uporabljali brez kakršnega koli razlikovanja, a ker sta sama pojma, ki sta ju izražala, izgubila svojo prvotno preprostost in postala bolj zapletena, je v številnih primerih ostala v rabi le beseda valenca ... Zaplet Koncept valence se je začel s spoznanjem, da je valenca spremenljiva količina ... in v smislu zadeve je vedno izražena kot celo število.«
Kemiki so vedeli, da imajo številne kovine spremenljivo valenco, zato bi morali govoriti na primer o dvovalentnem, trivalentnem in šestvalentnem kromu. Čugajev je dejal, da je treba tudi v primeru ogljika priznati možnost, da je njegova valenca lahko drugačna od 4, in CO ni edina izjema: »Dvovalentni ogljik je zelo verjetno vsebovan v karbilaminih CH 3 -N=C, v fulminatni kislini in njenih soleh C=NOH, C=NOMe itd. Vemo, da obstaja tudi triatomni ogljik ...« Čugaev je o teoriji nemškega kemika I. Thieleja o »delnih« ali delnih valencah govoril kot »eden prvih poskusov razširitve klasičnega koncepta valence in njegove razširitve na primere, za katere kot taka ni uporabna. Če je Thiele prišel do potrebe ... dovoliti »fragmentacijo« valenčnih enot, potem obstaja cela vrsta dejstev, ki nas silijo, da v drugem smislu izpeljemo koncept valence iz ozkega okvira, v katerem je bilo prvotno vsebovano. Videli smo, da nas preučevanje najpreprostejših (večinoma binarnih ...) spojin, ki jih tvorijo kemični elementi za vsakega od teh slednjih, prisili, da predpostavimo določene, vedno majhne in seveda cele vrednosti njihove valence. Takšnih vrednosti je na splošno zelo malo (elementi z več kot tremi različnimi valencami so redki) ... Izkušnje pa kažejo, da ko je treba vse zgoraj omenjene valenčne enote obravnavati kot nasičene, sposobnost molekul, ki nastanejo v tem primer za nadaljnje dodajanje še ne doseže omejitve. Tako kovinske soli dodajajo vodo, amoniak, amine..., pri čemer nastanejo različni hidrati, amoniak... itd. kompleksne spojine, ki... jih zdaj uvrščamo med kompleksne. Obstoj takšnih spojin, ki se ne ujemajo z okvirom najpreprostejše zamisli o valenci, je seveda zahteval njeno razširitev in uvedbo dodatnih hipotez. Ena od teh hipotez, ki jo je predlagal A. Werner, je, da poleg glavnih ali osnovnih enot valence obstajajo tudi druge, sekundarne. Slednje so običajno označene s pikčasto črto.«
Dejansko, kakšno valenco bi morali na primer pripisati atomu kobalta v njegovem kloridu, ki je dodal šest molekul amoniaka, da je nastala spojina CoCl 3 6NH 3 (ali, kar je isto, Co(NH 3) 6 Cl 3) ? V njem je atom kobalta kombiniran hkrati z devetimi atomi klora in dušika! D.I. Mendelejev je ob tej priložnosti pisal o malo raziskanih »silah preostale afinitete«. In švicarski kemik A. Werner, ki je ustvaril teorijo kompleksnih spojin, je uvedel koncepte glavne (primarne) valence in sekundarne (sekundarne) valence (v sodobni kemiji ti koncepti ustrezajo oksidacijskemu stanju in koordinacijskemu številu). Obe valenci sta lahko spremenljivi, v nekaterih primerih ju je zelo težko ali celo nemogoče razlikovati.
Nato se Chugaev dotakne teorije elektrovalence R. Abegga, ki je lahko pozitivna (v spojinah z višjim kisikom) ali negativna (v spojinah z vodikom). Poleg tega je vsota najvišjih valenc elementov za kisik in vodik za skupine od IV do VII enaka 8. Predstavitev v številnih kemijskih učbenikih še vedno temelji na tej teoriji. Na koncu omenja Chugaev kemične spojine, za katere je koncept valence praktično neuporaben - intermetalne spojine, katerih sestava je »pogosto izražena z zelo nenavadnimi formulami, ki zelo malo spominjajo na običajne vrednosti valence. To so na primer naslednje spojine: NaCd 5, NaZn 12, FeZn 7 itd.«
Drugi znani ruski kemik I.A. Kablukov je v svojem učbeniku opozoril na nekatere težave pri določanju valence Osnovni začetki anorganska kemija , izdano leta 1929. Kar zadeva koordinacijsko številko, naj citiramo (v ruskem prevodu) učbenik, ki ga je leta 1933 v Berlinu izdal eden od ustvarjalcev moderna teorija rešitve danskega kemika Nielsa Bjerruma:
»Navadna valenčna števila ne dajejo pojma značilne lastnosti, ki se kaže v številnih atomih v številnih kompleksnih spojinah. Da bi pojasnili sposobnost atomov ali ionov, da tvorijo kompleksne spojine, je bila za atome in ione uvedena nova posebna serija števil, ki se razlikuje od običajnih valenčnih števil. V kompleksnih srebrovih ionih... neposredno vezanih na osrednji kovinski atom večinoma dva atom ali dve skupini atomov, na primer Ag(NH 3) 2 +, Ag(CN) 2 –, Ag(S 2 O 3) 2 –... Za opis te vezi je koncept koordinacijsko številko in pripišite koordinacijsko število 2 ionom Ag + Kot je razvidno iz navedenih primerov, skupine, povezane z centralni atom, so lahko nevtralne molekule (NH 3) in ioni (CN –, S 2 O 3 –). Dvovalentni bakrov ion Cu ++ in trivalentni zlati ion Au +++ imata v večini primerov koordinacijsko število 4. Koordinacijsko število atoma seveda še ne pove, kakšna vez obstaja med centralnim atomom in drugi atomi ali skupine atomov, povezane z njim; vendar se je izkazalo za odlično orodje za sistematiko kompleksnih spojin.«
A. Smith daje zelo jasne primere "posebnih lastnosti" kompleksnih spojin v svojem učbeniku:
»Razmislite o naslednjih »molekularnih« spojinah platine: PtCl 4 2NH 3, PtCl 4 4NH 3, PtCl 4 6NH 3 in PtCl 4 2KCl. Natančnejša študija teh spojin razkrije številne izjemne značilnosti. Prva spojina v raztopini praktično ne razpade na ione; električna prevodnost njegovih raztopin je izjemno nizka; srebrov nitrat s seboj ne tvori oborine AgCl. Werner je sprejel, da so atomi klora vezani na atom platine z navadnimi valencami; Werner jih je imenoval glavne, molekule amoniaka pa so z dodatnimi, sekundarnimi valencami povezane z atomom platine. Po Wernerju ima ta spojina naslednjo strukturo:
Veliki oklepaji označujejo celovitost skupine atomov, kompleksa, ki ne razpade, ko se spojina raztopi.
Druga spojina ima drugačne lastnosti od prve; to je elektrolit, električna prevodnost njegovih raztopin je istega reda kot električna prevodnost raztopin soli, ki razpadejo na tri ione (K 2 SO 4, BaCl 2, MgCl 2); srebrov nitrat obori dva od štirih atomov. Po Wernerju je to spojina z naslednjo strukturo: 2– + 2Cl–. Tukaj imamo kompleksen ion; atomi klora v njem niso oborjeni s srebrovim nitratom in ta kompleks tvori notranjo kroglo atomov okoli jedra - atom Pt v spojini atomi klora, ki se odcepijo v obliki ionov, tvorijo zunanjo kroglo atomov, zato jih pišemo zunaj velikih oklepajev. Če predpostavimo, da ima Pt štiri glavne valence, potem sta v tem kompleksu uporabljeni samo dve, drugi dve pa držita dva zunanja atoma klora. V prvi spojini so v samem kompleksu uporabljene vse štiri valence platine, zaradi česar ta spojina ni elektrolit.
V tretji spojini se vsi štirje atomi klora oborijo s srebrovim nitratom; visoka električna prevodnost te soli kaže, da proizvaja pet ionov; očitno je njegova struktura naslednja: 4– + 4Cl – ... V kompleksnem ionu so vse molekule amoniaka vezane na Pt s sekundarnimi valencami; kar ustreza štirim glavnim valencam platine, so v zunanji krogli štirje atomi klora.
V četrti spojini srebrov nitrat sploh ne obori klora, električna prevodnost njegovih raztopin kaže na razpad na tri ione, izmenjavalne reakcije pa razkrijejo kalijeve ione. Tej spojini pripisujemo naslednjo strukturo 2– + 2K + . V kompleksnem ionu se uporabljajo štiri glavne valence Pt, ker pa glavni valenci dveh atomov klora nista uporabljeni, se lahko dva pozitivna monovalentna iona (2K +, 2NH 4 + itd.) ohranita v zunanji krogli. ”
Navedeni primeri presenetljivih razlik v lastnostih navzven podobnih kompleksov platine dajejo idejo o težavah, s katerimi so se srečevali kemiki, ko so poskušali nedvoumno določiti valenco.
Po ustvarjanju elektronskih idej o strukturi atomov in molekul se je koncept "elektrovalentnosti" začel široko uporabljati. Ker lahko atomi dajejo in sprejemajo elektrone, je elektrovalentnost lahko pozitivna ali negativna (danes se namesto elektrovalentnosti uporablja koncept oksidacijskega stanja). Kako skladne so bile nove elektronske ideje o valenci s prejšnjimi? N. Bjerrum v že citiranem učbeniku o tem piše: »Med navadne številke valence in uvedeni novi števili - elektrovalentnost in koordinacijsko število - obstaja neka povezava, nikakor pa nista enaki. Stari koncept valence se je razdelil na dva nova koncepta.« Ob tej priložnosti je Bjerrum naredil pomembno opombo: »Koordinacijsko število ogljika je v večini primerov 4, njegova elektrovalentnost pa +4 ali –4. Ker obe številki običajno sovpadata za atom ogljika, so ogljikove spojine neprimerne za preučevanje razlike med tema dvema pojmoma.«
V okviru elektronske teorije kemijske vezi, razvite v delih ameriškega fizikalnega kemika G. Lewisa in nemškega fizika W. Kossela, so se pojavili pojmi, kot sta donorska in akceptorska (koordinacijska) vez in kovalenca. V skladu s to teorijo je bila valenca atoma določena s številom njegovih elektronov, ki sodelujejo pri tvorbi skupnih elektronskih parov z drugimi atomi. V tem primeru je bila upoštevana največja valenca elementa enako številu elektronov v zunanji elektronski ovojnici atoma (sovpada s številko skupine periodnega sistema, ki ji element pripada). Po drugih idejah, ki temeljijo na kvantno kemijskih zakonih (razvila sta jih nemška fizika W. Heitler in F. London), ne bi smeli šteti vseh zunanjih elektronov, temveč le neparne (v osnovnem ali vzbujenem stanju atoma) ; Točno to je definicija, podana v številnih kemijskih enciklopedijah.
Znana pa so dejstva, ki v to ne sodijo preprost diagram. Tako lahko v številnih spojinah (na primer v ozonu) par elektronov ne vsebuje dveh, ampak treh jeder; v drugih molekulah lahko kemično vez izvede en sam elektron. Takšnih povezav je nemogoče opisati brez uporabe aparata kvantne kemije. Kako lahko na primer določimo valenco atomov v spojinah, kot so pentaboran B 5 H 9 in drugi borani z »mostnimi« vezmi, v katerih je atom vodika vezan na dva atoma bora hkrati; ferocen Fe(C 5 H 5) 2 (atom železa z oksidacijskim stanjem +2 je vezan na 10 atomov ogljika hkrati); železov pentakarbonil Fe(CO) 5 (atom železa v ničelnem oksidacijskem stanju je vezan na pet ogljikovih atomov); Natrijev pentakarbonil kromat Na 2 Cr(CO) 5 (oksidacijsko stanje kroma-2)? Takšni »neklasični« primeri niso prav nič izjema. Z razvojem kemije je bilo takšnih »valenčnih kršiteljev« in spojin z različnimi »eksotičnimi valencami« čedalje več.
Da bi se izognili nekaterim težavam, je bila podana definicija, po kateri je treba pri določanju valence atoma upoštevati skupno število neparnih elektronov, osamljenih elektronskih parov in prostih orbital, ki sodelujejo pri tvorbi kemičnih vezi. Prazne orbitale so neposredno vključene v tvorbo donorsko-akceptorskih vezi v različnih kompleksnih spojinah.
Eden od zaključkov je, da je razvoj teorije in pridobivanje novih eksperimentalnih podatkov privedlo do dejstva, da so poskusi doseganja jasnega razumevanja narave valence ta koncept razdelili na številne nove koncepte, kot so glavna in sekundarna valenca, ionska valenca in kovalentnost, koordinacijsko število in stopnja oksidacije itd. To pomeni, da se je koncept "valence" "razcepil" na več neodvisnih konceptov, od katerih vsak deluje na določenem področju. Očitno ima tradicionalni koncept valence jasen in nedvoumen pomen samo za spojine, v katerih so vse kemijske vezi dvocentrične (tj. povezujejo samo dva atoma) in vsako vez izvaja par elektronov, ki se nahaja med dvema sosednjima atomoma, v z drugimi besedami - za kovalentne spojine, kot so HCl, CO 2, C 5 H 12 itd.
Drugi sklep ni povsem običajen: izraz "valenca", čeprav se uporablja v sodobni kemiji, ima zelo omejeno uporabo, poskusi, da bi mu dali nedvoumno definicijo "za vse priložnosti", niso zelo produktivni in komaj potrebni. Ni zaman, da avtorji številnih učbenikov, zlasti tistih, ki so bili izdani v tujini, sploh ne delajo brez tega pojma ali se omejujejo na poudarjanje, da ima pojem "valenca" predvsem zgodovinski pomen, medtem ko zdaj kemiki uporabljajo predvsem bolj razširjeno, čeprav je nekoliko umeten koncept "stopnje" oksidacije."
Ilya Leenson
