เวเลนซ์คงที่ทั้งหมด ความจุคงที่และแปรผัน

วิธีการกำหนดเวเลนซ์ องค์ประกอบทางเคมี- ทุกคนที่เพิ่งเริ่มทำความคุ้นเคยกับเคมีต้องเผชิญกับคำถามนี้ ก่อนอื่นเรามาดูกันก่อนว่ามันคืออะไร ความจุถือได้ว่าเป็นคุณสมบัติของอะตอมขององค์ประกอบหนึ่งในการเก็บอะตอมขององค์ประกอบอื่นจำนวนหนึ่ง

องค์ประกอบที่มีค่าวาเลนซีคงที่และแปรผัน

ตัวอย่างเช่นจาก สูตร H-O-Hเห็นได้ชัดว่าอะตอม H แต่ละอะตอมเชื่อมต่อกับอะตอมเพียงอะตอมเดียวเท่านั้น (ใน ในกรณีนี้ด้วยออกซิเจน) ตามมาด้วยวาเลนซ์ของมันคือ 1 อะตอม O ในโมเลกุลของน้ำถูกพันธะกับอะตอม H โมโนวาเลนต์สองอะตอม ซึ่งหมายความว่ามันเป็นไดวาเลนต์ ค่าวาเลนซ์เขียนด้วยเลขโรมันเหนือสัญลักษณ์ขององค์ประกอบ:

ความจุของไฮโดรเจนและออกซิเจนคงที่ อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้นสำหรับออกซิเจน ตัวอย่างเช่น ในไฮโดรเนียมไอออน H3O+ ออกซิเจนจะมีค่าไตรวาเลนต์ มีองค์ประกอบอื่นที่มีเวเลนซ์คงที่

• Li, Na, K, F – โมโนวาเลนท์;
• Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn – มีเวเลนซ์เป็น II;
• Al, B เป็นไตรวาเลนต์

ตอนนี้เรามาพิจารณาความจุของกำมะถันในสารประกอบ H2S, SO2 และ SO3 กัน

ในกรณีแรก อะตอมกำมะถันหนึ่งอะตอมจะถูกพันธะกับอะตอม H โมโนวาเลนต์สองอะตอม ซึ่งหมายความว่าความจุของมันคือสอง ในตัวอย่างที่สอง สำหรับอะตอมกำมะถันหนึ่งอะตอมจะมีอะตอมออกซิเจนสองอะตอม ซึ่งดังที่ทราบกันดีว่าเป็นไดวาเลนต์ เราได้รับความจุของกำมะถันเท่ากับ IV ในกรณีที่สาม อะตอม S หนึ่งอะตอมจะยึด O อะตอมไว้สามอะตอม ซึ่งหมายความว่าความจุของกำมะถันเท่ากับ VI (ความจุของอะตอมขององค์ประกอบหนึ่งคูณด้วยจำนวนของมัน)

อย่างที่คุณเห็น ซัลเฟอร์สามารถเป็นได-, เตตระ- และเฮกซะวาเลนต์:

กล่าวกันว่าองค์ประกอบดังกล่าวมีความจุแปรผัน

กฎเกณฑ์ในการกำหนดความจุ

1. ความจุสูงสุดสำหรับอะตอมของธาตุหนึ่งๆ เกิดขึ้นพร้อมกับจำนวนหมู่ที่ธาตุนั้นอยู่ในตารางธาตุ ตัวอย่างเช่น สำหรับ Ca คือ 2 สำหรับซัลเฟอร์ – 6 สำหรับคลอรีน – 7 นอกจากนี้ยังมีข้อยกเว้นหลายประการสำหรับกฎนี้:
   - องค์ประกอบของกลุ่ม 6, O มีวาเลนซี II (ใน H3O+ – III);
   - โมโนวาเลนท์ F (แทน 7)
   -โดยปกติจะเป็นเหล็กไดและไตรวาเลนท์ ซึ่งเป็นธาตุของกลุ่ม VIII
   -N สามารถเก็บอะตอมไว้ใกล้ตัวมันเองได้เพียง 4 อะตอมเท่านั้น ไม่ใช่ 5 ดังจากเลขหมู่ดังนี้
   - ทองแดงโมโนและไดวาเลนต์ อยู่ในกลุ่ม I
2. ค่าเวเลนซ์ขั้นต่ำสำหรับองค์ประกอบที่ตัวแปรนั้นถูกกำหนดโดยสูตร: หมายเลขกลุ่มใน PS - 8 ดังนั้น วาเลนซ์ต่ำสุดของซัลเฟอร์ 8 - 6 = 2, ฟลูออรีนและฮาโลเจนอื่นๆ - (8 - 7) = 1 , ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส - (8 – 5)= 3 และต่อๆ ไป
3. ในสารประกอบ ผลรวมของหน่วยความจุของอะตอมขององค์ประกอบหนึ่งจะต้องสอดคล้องกับความจุรวมของอีกองค์ประกอบหนึ่ง
4. ในโมเลกุลของน้ำ H-O-H เวเลนซ์ H เท่ากับ I โดยมีอะตอมอยู่ 2 อะตอม ซึ่งหมายความว่าหน่วยความจุรวมของไฮโดรเจนคือ 2 (1×2=2) ความจุของออกซิเจนมีความหมายเหมือนกัน
5. ในสารประกอบที่ประกอบด้วยอะตอมสองประเภท ธาตุที่อยู่ในอันดับที่สองจะมีวาเลนซีต่ำที่สุด
6. ความจุของกรดตกค้างเกิดขึ้นพร้อมกับจำนวนอะตอม H ในสูตรกรด ความจุของกลุ่ม OH เท่ากับ I
7. ในสารประกอบที่เกิดจากอะตอมของธาตุทั้งสาม อะตอมที่อยู่ตรงกลางของสูตรเรียกว่าอะตอมศูนย์กลาง อะตอม O จะถูกพันธะโดยตรงกับมัน และอะตอมที่เหลือจะเกิดพันธะกับออกซิเจน

เราใช้กฎเหล่านี้เพื่อทำงานให้เสร็จสิ้น

ระดับความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมและโมเลกุลในศตวรรษที่ 19 ไม่อนุญาตให้เราอธิบายเหตุผลว่าทำไมอะตอมจึงสร้างพันธะจำนวนหนึ่งกับอนุภาคอื่น แต่แนวคิดของนักวิทยาศาสตร์ยังล้ำหน้าอยู่ และความจุยังคงถูกศึกษาอยู่ในฐานะหนึ่งในหลักการพื้นฐานของเคมี

จากประวัติความเป็นมาของแนวคิด “ความจุขององค์ประกอบทางเคมี”

เอ็ดเวิร์ด แฟรงก์แลนด์ นักเคมีชาวอังกฤษผู้มีชื่อเสียงแห่งศตวรรษที่ 19 ได้นำคำว่า "พันธะ" มาใช้ทางวิทยาศาสตร์เพื่ออธิบายกระบวนการอันตรกิริยาของอะตอมระหว่างกัน นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าองค์ประกอบทางเคมีบางชนิดก่อตัวเป็นสารประกอบโดยมีอะตอมอื่นจำนวนเท่ากัน ตัวอย่างเช่น ไนโตรเจนจะยึดอะตอมไฮโดรเจนสามอะตอมเข้ากับโมเลกุลแอมโมเนีย

ในเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 1852 แฟรงแลนด์ตั้งสมมติฐานว่ามีพันธะเคมีจำนวนหนึ่งที่อะตอมสามารถก่อตัวขึ้นพร้อมกับอนุภาคเล็กๆ ของสสารได้ แฟรงแลนด์ใช้วลี "พลังเหนียวแน่น" เพื่ออธิบายสิ่งที่ต่อมาเรียกว่าวาเลนซ์ นักเคมีชาวอังกฤษได้กำหนดจำนวนพันธะเคมีที่อะตอมของธาตุแต่ละชนิดที่รู้จักในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 งานของแฟรงแลนด์มีส่วนสำคัญต่อเคมีโครงสร้างสมัยใหม่

การพัฒนามุมมอง

นักเคมีชาวเยอรมัน F.A. Kekule พิสูจน์ในปี 1857 ว่าคาร์บอนเป็นแบบเตตราเบสิก ในสารประกอบที่ง่ายที่สุด มีเทน พันธะเกิดขึ้นจากอะตอมไฮโดรเจน 4 อะตอม นักวิทยาศาสตร์ใช้คำว่า "ความเป็นพื้นฐาน" เพื่อแสดงคุณสมบัติขององค์ประกอบในการรวมอนุภาคอื่น ๆ ตามจำนวนที่กำหนดอย่างเคร่งครัด ในรัสเซีย ข้อมูลถูกจัดระบบโดย A. M. Butlerov (1861) การพัฒนาต่อไปทฤษฎีพันธะเคมีได้มาจากหลักคำสอนเรื่องการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติขององค์ประกอบเป็นระยะ ผู้แต่งคือ D.I. Mendeleev ที่โดดเด่นอีกคน เขาพิสูจน์ว่าความจุขององค์ประกอบทางเคมีในสารประกอบและคุณสมบัติอื่น ๆ นั้นถูกกำหนดโดยตำแหน่งที่อยู่ในตารางธาตุ

การแสดงกราฟิกของวาเลนซีและพันธะเคมี

ความสามารถในการพรรณนาถึงโมเลกุลด้วยสายตาถือเป็นหนึ่งในข้อได้เปรียบที่ไม่อาจปฏิเสธได้ของทฤษฎีความจุ แบบจำลองแรกปรากฏในช่วงทศวรรษปี 1860 และตั้งแต่ปี 1864 เป็นต้นมา ก็ได้ถูกนำมาใช้โดยเป็นตัวแทนของวงกลมที่มีสัญลักษณ์ทางเคมีอยู่ข้างใน ระหว่างสัญลักษณ์ของอะตอม จะมีเครื่องหมายขีดคั่น และจำนวนเส้นเหล่านี้จะเท่ากับค่าความจุ ในปีเดียวกันนั้นมีการผลิตโมเดล ball and stick รุ่นแรก (ดูรูปด้านซ้าย) ในปี พ.ศ. 2409 Kekule ได้เสนอการวาดภาพสเตอริโอเคมีของอะตอมคาร์บอนในรูปของจัตุรมุขซึ่งเขารวมไว้ในตำราเคมีอินทรีย์ของเขา

G. Lewis ศึกษาความจุขององค์ประกอบทางเคมีและการก่อตัวของพันธะ ซึ่งตีพิมพ์ผลงานของเขาในปี 1923 นี่คือชื่อที่ตั้งให้กับอนุภาคที่มีประจุลบที่เล็กที่สุดซึ่งประกอบเป็นเปลือกอะตอม ในหนังสือของเขา ลูอิสใช้จุดรอบๆ ทั้งสี่ด้านเพื่อแสดงวาเลนซ์อิเล็กตรอน

เวเลนซ์ของไฮโดรเจนและออกซิเจน

ก่อนการสร้าง ความจุขององค์ประกอบทางเคมีในสารประกอบมักจะถูกเปรียบเทียบกับอะตอมที่ทราบกันดีอยู่แล้ว เลือกใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นมาตรฐาน องค์ประกอบทางเคมีอื่นดึงดูดหรือแทนที่อะตอม H และ O จำนวนหนึ่ง

ด้วยวิธีนี้ คุณสมบัติถูกกำหนดในสารประกอบที่มีไฮโดรเจนโมโนวาเลนต์ (ความจุขององค์ประกอบที่สองระบุด้วยเลขโรมัน):

• HCl - คลอรีน (I):
• H 2 O - ออกซิเจน (II);
• NH 3 - ไนโตรเจน (III);
• CH 4 - คาร์บอน (IV)

ในออกไซด์ K 2 O, CO, N 2 O 3, SiO 2, SO 3 ความจุออกซิเจนของโลหะและอโลหะถูกกำหนดโดยการเพิ่มจำนวนอะตอม O ที่เพิ่มเป็นสองเท่า ได้รับค่าต่อไปนี้: K ( ฉัน), C (II), N (III) , ศรี(IV), S(VI)

วิธีการตรวจสอบความจุขององค์ประกอบทางเคมี

มีความสม่ำเสมอในการก่อตัวของพันธะเคมีที่เกี่ยวข้องกับคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน:

• ความจุทั่วไปของไฮโดรเจนคือ I
• ความจุปกติของออกซิเจนคือ II
• สำหรับธาตุที่ไม่ใช่โลหะ ความจุต่ำสุดสามารถกำหนดได้โดยสูตร 8 - จำนวนหมู่ที่อยู่ในตารางธาตุ ค่าสูงสุด (หากเป็นไปได้) จะถูกกำหนดโดยหมายเลขกลุ่ม
• สำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยด้านข้าง ความจุสูงสุดที่เป็นไปได้จะเหมือนกับหมายเลขกลุ่มในตารางธาตุ

การหาค่าความจุขององค์ประกอบทางเคมีตามสูตรผสมนั้นดำเนินการโดยใช้อัลกอริทึมต่อไปนี้:

1. เขียนไว้เหนือสัญลักษณ์ทางเคมี คุณค่าที่ทราบสำหรับองค์ประกอบหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ใน Mn 2 O 7 ความจุของออกซิเจนคือ II
2. คำนวณค่ารวมที่คุณต้องคูณความจุด้วยจำนวนอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกันในโมเลกุล: 2 * 7 = 14
3. กำหนดเวเลนซ์ขององค์ประกอบที่สองโดยไม่ทราบค่า หารค่าที่ได้รับในขั้นตอนที่ 2 ด้วยจำนวน Mn อะตอมในโมเลกุล
4. 14: 2 = 7 ในออกไซด์ที่สูงกว่า - VII

ความจุคงที่และแปรผัน

ค่าความจุของไฮโดรเจนและออกซิเจนแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ซัลเฟอร์ในสารประกอบ H 2 S นั้นมีวาเลนต์แบบไดเวเลนต์ และในสูตร SO 3 นั้นมีวาเลนท์แบบเฮกซาวาเลนท์ คาร์บอนก่อตัวเป็น CO มอนอกไซด์และ CO 2 ไดออกไซด์พร้อมกับออกซิเจน ในสารประกอบตัวแรก เวเลนซ์ของ C คือ II และองค์ประกอบที่สองคือ IV ค่าเดียวกันในมีเทน CH 4

ธาตุส่วนใหญ่มีความจุไม่คงที่ แต่แปรผันได้ เช่น ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ การค้นหาสาเหตุหลักของปรากฏการณ์นี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของทฤษฎีพันธะเคมี แนวคิดเกี่ยวกับเปลือกเวเลนซ์ของอิเล็กตรอน และออร์บิทัลของโมเลกุล การมีอยู่ของค่าที่แตกต่างกันของคุณสมบัติเดียวกันนั้นอธิบายได้จากมุมมองของโครงสร้างของอะตอมและโมเลกุล

แนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับความจุ

อะตอมทั้งหมดประกอบด้วยนิวเคลียสบวกที่ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ เปลือกนอกที่พวกมันก่อตัวบางครั้งยังไม่เสร็จ โครงสร้างที่สมบูรณ์จะมีเสถียรภาพมากที่สุด โดยมีอิเล็กตรอน 8 ตัว (ออคเต็ต) การเกิดขึ้นของพันธะเคมีเนื่องจากคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันนำไปสู่สถานะของอะตอมที่มีพลัง

กฎสำหรับการสร้างสารประกอบคือการทำให้เปลือกสมบูรณ์โดยการรับอิเล็กตรอนหรือปล่อยอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ออกไป ขึ้นอยู่กับกระบวนการใดที่ง่ายกว่า หากอะตอมมีอนุภาคที่เป็นลบซึ่งไม่มีคู่เพื่อสร้างพันธะเคมี มันจะสร้างพันธะได้มากเท่ากับที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ โดย ความคิดที่ทันสมัยความจุของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีคือความสามารถในการสร้างพันธะโควาเลนต์จำนวนหนึ่ง ตัวอย่างเช่นในโมเลกุลไฮโดรเจนซัลไฟด์ H 2 S ซัลเฟอร์จะได้รับวาเลนซี II (-) เนื่องจากแต่ละอะตอมมีส่วนร่วมในการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนสองตัว เครื่องหมาย "-" แสดงถึงแรงดึงดูดของคู่อิเล็กตรอนกับองค์ประกอบที่มีประจุไฟฟ้ามากกว่า สำหรับค่าอิเลคโตรเนกาติตีที่น้อยกว่า จะมีการเพิ่ม “+” เข้าไปในค่าเวเลนซ์

ด้วยกลไกของผู้บริจาค-ผู้รับ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับคู่อิเล็กตรอนขององค์ประกอบหนึ่งและออร์บิทัลเวเลนซ์อิสระของอีกองค์ประกอบหนึ่ง

การขึ้นอยู่กับเวเลนซ์กับโครงสร้างอะตอม

ลองพิจารณาตัวอย่างโดยใช้คาร์บอนและออกซิเจนว่าความจุขององค์ประกอบทางเคมีขึ้นอยู่กับโครงสร้างของสารอย่างไร ตารางธาตุให้แนวคิดเกี่ยวกับลักษณะสำคัญของอะตอมคาร์บอน:

• สัญลักษณ์ทางเคมี - C;
• หมายเลของค์ประกอบ - 6;
• ค่าใช้จ่ายหลัก - +6;
• โปรตอนในนิวเคลียส - 6;
• อิเล็กตรอน - 6 รวมถึง 4 อันภายนอกโดยที่ 2 เป็นคู่ 2 - ไม่มีคู่

หากอะตอมของคาร์บอนใน CO มอนนอกไซด์เกิดพันธะสองตัว อนุภาคลบเพียง 6 ตัวเท่านั้นที่จะถูกนำมาใช้ ในการที่จะได้ออคเต็ต ทั้งคู่จะต้องสร้างอนุภาคลบภายนอก 4 อัน คาร์บอนมีความจุ IV (+) ในไดออกไซด์ และ IV (-) ในมีเทน

เลขอะตอมของออกซิเจนคือ 8 เปลือกเวเลนซ์ประกอบด้วยอิเล็กตรอน 6 ตัว โดย 2 ตัวในจำนวนนั้นไม่ก่อตัวเป็นคู่และมีส่วนร่วมในพันธะเคมีและปฏิกิริยากับอะตอมอื่น ๆ ความจุออกซิเจนโดยทั่วไปคือ II (-)

วาเลนซีและสถานะออกซิเดชัน

ในหลายกรณี การใช้แนวคิด "สถานะออกซิเดชัน" จะสะดวกกว่า นี่คือชื่อที่ตั้งให้กับประจุบนอะตอมที่อะตอมจะได้รับหากอิเล็กตรอนที่มีพันธะทั้งหมดถูกถ่ายโอนไปยังองค์ประกอบที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ (EO) สูงกว่า เลขออกซิเดชันในสารอย่างง่ายคือศูนย์ เครื่องหมาย “-” จะถูกเพิ่มเข้าไปในสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบที่มีประจุไฟฟ้ามากกว่า และ “+” จะถูกเพิ่มเข้าไปในสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบที่มีประจุไฟฟ้าน้อยกว่า ตัวอย่างเช่น สำหรับโลหะของกลุ่มย่อยหลัก สถานะออกซิเดชันทั่วไปและประจุไอออนจะเท่ากับหมายเลขกลุ่มที่มีเครื่องหมาย "+" ในกรณีส่วนใหญ่ วาเลนซีและสถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารประกอบเดียวกันจะมีตัวเลขเท่ากัน เมื่อมีอันตรกิริยากับอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่าเท่านั้นสถานะออกซิเดชันจะเป็นบวก โดยองค์ประกอบที่มี EO ต่ำกว่าจะเป็นลบ แนวคิดเรื่อง "วาเลนซี" มักใช้กับสารที่มีโครงสร้างโมเลกุลเท่านั้น

ในบทเรียนเคมี คุณได้คุ้นเคยกับแนวคิดเรื่องความจุขององค์ประกอบทางเคมีแล้ว เรารวบรวมมาไว้ในที่เดียว ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ในเรื่องนี้ ใช้เมื่อคุณเตรียมตัวสำหรับการสอบของรัฐและการสอบ Unified State

การวิเคราะห์วาเลนซีและเคมี

วาเลนซ์– ความสามารถของอะตอมของธาตุเคมีในการเข้าไปในสารประกอบเคมีกับอะตอมของธาตุอื่น กล่าวอีกนัยหนึ่งคือความสามารถของอะตอมในการสร้างพันธะเคมีจำนวนหนึ่งกับอะตอมอื่น

จากภาษาละตินคำว่า "วาเลนซ์" แปลว่า "ความแข็งแกร่งความสามารถ" ชื่อที่ถูกต้องมากใช่มั้ย?

แนวคิดเรื่อง "วาเลนซ์" เป็นหนึ่งในแนวคิดพื้นฐานทางเคมี มีการแนะนำก่อนที่นักวิทยาศาสตร์จะรู้โครงสร้างของอะตอมเสียอีก (ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2396) ดังนั้นเมื่อเราศึกษาโครงสร้างของอะตอมก็มีการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง

ดังนั้น จากมุมมองของทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ เวเลนซ์จึงเกี่ยวข้องโดยตรงกับจำนวนอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมของธาตุ ซึ่งหมายความว่า "วาเลนซี" หมายถึงจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่อะตอมมีกับอะตอมอื่น

เมื่อทราบสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถอธิบายธรรมชาติของพันธะเคมีได้ มันอยู่ในความจริงที่ว่าอะตอมคู่ของสสารใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนคู่หนึ่งร่วมกัน

คุณอาจถามว่านักเคมีในศตวรรษที่ 19 สามารถอธิบายเวเลนซ์ได้อย่างไร ทั้งๆ ที่พวกเขาเชื่อว่าไม่มีอนุภาคใดเล็กกว่าอะตอมเลย นี่ไม่ได้เป็นการบอกว่ามันง่ายมาก - พวกเขาอาศัยการวิเคราะห์ทางเคมี

โดย การวิเคราะห์ทางเคมีนักวิทยาศาสตร์ในอดีตได้กำหนดองค์ประกอบของสารประกอบทางเคมี: มีอะตอมของธาตุต่าง ๆ จำนวนเท่าใดที่มีอยู่ในโมเลกุลของสารที่เป็นปัญหา ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องพิจารณาว่ามวลที่แน่นอนของแต่ละองค์ประกอบในตัวอย่างของสารบริสุทธิ์ (ไม่มีสิ่งเจือปน) คือเท่าใด

จริงอยู่ที่วิธีนี้ไม่ได้ไร้ข้อบกพร่อง เนื่องจากความจุขององค์ประกอบสามารถกำหนดได้ด้วยวิธีนี้เฉพาะในการรวมกันอย่างง่าย ๆ กับไฮโดรเจนโมโนวาเลนต์ (ไฮไดรด์) เสมอหรือออกซิเจนไดวาเลนต์เสมอ (ออกไซด์) ตัวอย่างเช่น ความจุของไนโตรเจนใน NH 3 คือ III เนื่องจากอะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมถูกพันธะกับอะตอมไนโตรเจนสามอะตอม และความจุของคาร์บอนในมีเทน (CH 4) ตามหลักการเดียวกันคือ IV

วิธีการหาวาเลนซีนี้เหมาะสำหรับสารธรรมดาเท่านั้น แต่ในกรด ด้วยวิธีนี้ เราสามารถระบุความจุของสารประกอบ เช่น สารตกค้างที่เป็นกรดได้เท่านั้น แต่ไม่ใช่ขององค์ประกอบทั้งหมด (ยกเว้นความจุที่ทราบของไฮโดรเจน) แยกจากกัน

ดังที่คุณสังเกตเห็นแล้ว วาเลนซ์จะถูกระบุด้วยเลขโรมัน

วาเลนซีและกรด

เนื่องจากความจุของไฮโดรเจนยังคงไม่เปลี่ยนแปลงและเป็นที่รู้จักกันดีสำหรับคุณ คุณจึงสามารถระบุความจุของกรดที่ตกค้างได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่นใน H 2 SO 3 ความจุของ SO 3 คือ I ใน HСlO 3 ความจุของ СlO 3 คือ I

ในทำนองเดียวกัน หากทราบความจุของกรดตกค้าง ก็เป็นเรื่องง่ายที่จะเขียนสูตรที่ถูกต้องของกรด: NO 2 (I) - HNO 2, S 4 O 6 (II) - H 2 S 4 O 6.

ความจุและสูตร

แนวคิดเรื่องเวเลนซ์เหมาะสมสำหรับสสารที่มีลักษณะเป็นโมเลกุลเท่านั้น และไม่เหมาะเป็นอย่างยิ่งสำหรับการอธิบายพันธะเคมีในสารประกอบของคลัสเตอร์ อิออนิก ลักษณะผลึก ฯลฯ

ดัชนีในสูตรโมเลกุลของสารสะท้อนถึงจำนวนอะตอมขององค์ประกอบที่ประกอบเป็นสารเหล่านั้น การรู้ความจุขององค์ประกอบจะช่วยให้วางดัชนีได้อย่างถูกต้อง ในทำนองเดียวกัน เมื่อดูที่สูตรโมเลกุลและดัชนี คุณสามารถบอกความจุขององค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบได้

คุณทำงานแบบนี้ในบทเรียนเคมีที่โรงเรียน ตัวอย่างเช่น การมีสูตรทางเคมีของสารซึ่งทราบความจุของธาตุใดธาตุหนึ่ง จึงสามารถกำหนดความจุของธาตุอื่นได้อย่างง่ายดาย

ในการทำเช่นนี้ คุณเพียงแค่ต้องจำไว้ว่าในสารที่มีลักษณะเป็นโมเลกุล จำนวนเวเลนซ์ขององค์ประกอบทั้งสองจะเท่ากัน ดังนั้น ให้ใช้ตัวคูณร่วมน้อยที่สุด (ซึ่งสอดคล้องกับจำนวนเวเลนซีอิสระที่จำเป็นสำหรับสารประกอบ) เพื่อกำหนดความจุขององค์ประกอบที่คุณไม่รู้จัก

เพื่อให้ชัดเจน ลองใช้สูตรของเหล็กออกไซด์ Fe 2 O 3 ที่นี่อะตอมเหล็กสองอะตอมที่มีวาเลนซี III และอะตอมออกซิเจน 3 อะตอมที่มีวาเลนซี II มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี ตัวคูณร่วมน้อยคือ 6

• ตัวอย่าง: คุณมีสูตร Mn 2 O 7 คุณทราบความจุของออกซิเจน จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะคำนวณว่าตัวคูณร่วมน้อยคือ 14 ดังนั้นความจุของ Mn คือ VII

ในทำนองเดียวกัน คุณสามารถทำสิ่งที่ตรงกันข้ามได้: เขียนสูตรทางเคมีที่ถูกต้องของสาร โดยรู้ค่าความจุของธาตุ

• ตัวอย่าง: ในการเขียนสูตรฟอสฟอรัสออกไซด์อย่างถูกต้อง เราจะคำนึงถึงความจุของออกซิเจน (II) และฟอสฟอรัส (V) ซึ่งหมายความว่าตัวคูณร่วมน้อยสำหรับ P และ O คือ 10 ดังนั้นสูตรจึงมีรูปแบบดังนี้: P 2 O 5

เมื่อทราบคุณสมบัติของธาตุที่แสดงในสารประกอบต่างๆ เป็นอย่างดีแล้ว จึงเป็นไปได้ที่จะระบุเวเลนซ์ของธาตุเหล่านั้นได้ รูปร่างการเชื่อมต่อดังกล่าว

ตัวอย่างเช่น: คอปเปอร์ออกไซด์มีสีแดง (Cu 2 O) และสีดำ (CuO) คอปเปอร์ไฮดรอกไซด์มีสีเหลือง (CuOH) และสีน้ำเงิน (Cu(OH) 2)

เพื่อให้พันธะโควาเลนต์ในสารต่างๆ มองเห็นและเข้าใจได้ง่ายขึ้น ให้จดบันทึกไว้ สูตรโครงสร้าง- เส้นแบ่งระหว่างองค์ประกอบแสดงถึงพันธะ (ความจุ) ที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอม:

ลักษณะความจุ

ปัจจุบัน การกำหนดความจุของธาตุขึ้นอยู่กับความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ชั้นนอกของอะตอม

ความจุสามารถเป็น:

• ค่าคงที่ (โลหะของกลุ่มย่อยหลัก);
• ตัวแปร (อโลหะและโลหะของกลุ่มทุติยภูมิ):
• วาเลนซ์ที่สูงขึ้น
• วาเลนซ์ล่าง

สิ่งต่อไปนี้คงที่ในสารประกอบเคมีต่างๆ:

• ความจุของไฮโดรเจน โซเดียม โพแทสเซียม ฟลูออรีน (I);
• ความจุของออกซิเจน, แมกนีเซียม, แคลเซียม, สังกะสี (II);
• ความจุของอะลูมิเนียม (III)

แต่ความจุของเหล็กและทองแดง โบรมีนและคลอรีน รวมถึงองค์ประกอบอื่นๆ อีกมากมายจะเปลี่ยนไปเมื่อก่อตัวเป็นสารประกอบทางเคมีต่างๆ

ทฤษฎีวาเลนซ์และอิเล็กตรอน

ภายในกรอบของทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ ความจุของอะตอมถูกกำหนดโดยขึ้นอยู่กับจำนวนของอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ซึ่งมีส่วนร่วมในการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนกับอิเล็กตรอนของอะตอมอื่น

มีเพียงอิเล็กตรอนที่อยู่ในเปลือกนอกของอะตอมเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี ดังนั้นความจุสูงสุดขององค์ประกอบทางเคมีคือจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอม

แนวคิดเรื่องความจุมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกฎธาตุซึ่งค้นพบโดย D. I. Mendeleev หากคุณดูตารางธาตุอย่างละเอียด คุณจะสังเกตได้ง่ายว่าตำแหน่งของธาตุในระบบธาตุและความจุของธาตุนั้นเชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออก ความจุสูงสุดขององค์ประกอบที่อยู่ในกลุ่มเดียวกันนั้นสอดคล้องกัน หมายเลขซีเรียลกลุ่มในระบบเป็นระยะ

คุณจะพบความจุต่ำสุดเมื่อคุณลบหมายเลขกลุ่มขององค์ประกอบที่คุณสนใจออกจากจำนวนกลุ่มในตารางธาตุ (มีแปดกลุ่ม)

ตัวอย่างเช่น ความจุของโลหะหลายชนิดเกิดขึ้นพร้อมกับจำนวนหมู่ในตารางธาตุที่เป็นธาตุนั้น

ตารางความจุขององค์ประกอบทางเคมี

หมายเลขซีเรียล เคมี องค์ประกอบ (เลขอะตอม)	ชื่อ	สัญลักษณ์ทางเคมี	วาเลนซ์
1	ไฮโดรเจน ฮีเลียม ลิเธียม เบริลเลียม คาร์บอน ไนโตรเจน / ไนโตรเจน ออกซิเจน ฟลูออรีน นีออน / นีออน โซเดียม/โซเดียม แมกนีเซียม / แมกนีเซียม อลูมิเนียม ซิลิคอน ฟอสฟอรัส / ฟอสฟอรัส ซัลเฟอร์/ซัลเฟอร์ คลอรีน อาร์กอน / อาร์กอน โพแทสเซียม/โพแทสเซียม แคลเซียม สแกนเดียม / สแกนเดียม ไทเทเนียม วาเนเดียม โครเมียม / โครเมียม แมงกานีส / แมงกานีส เหล็ก โคบอลต์ นิกเกิล ทองแดง สังกะสี แกลเลียม เจอร์เมเนียม สารหนู/สารหนู ซีลีเนียม โบรมีน คริปตัน / คริปตัน รูบิเดียม / รูบิเดียม ธาตุโลหะชนิดหนึ่ง / ธาตุโลหะชนิดหนึ่ง อิตเทรียม / อิตเทรียม เซอร์โคเนียม / เซอร์โคเนียม ไนโอเบียม / ไนโอเบียม โมลิบดีนัม เทคนีเชียม / เทคนีเชียม รูทีเนียม / รูทีเนียม โรเดียม แพลเลเดียม เงิน แคดเมียม อินเดียม ดีบุก/ดีบุก พลวง / พลวง เทลลูเรียม / เทลลูเรียม ไอโอดีน / ไอโอดีน ซีนอน / ซีนอน ซีเซียม / ซีเซียม แบเรียม / แบเรียม แลนทานัม / แลนทานัม ซีเรียม พราซีโอดิเมียม / พราซีโอดิเมียม นีโอไดเมียม / นีโอไดเมียม โพรมีเธียม / โพรมีเธียม ซาแมเรียม / ซาแมเรียม ยูโรเปียม แกโดลิเนียม / แกโดลิเนียม เทอร์เบียม / เทอร์เบียม ดิสโพรเซียม / ดิสโพรเซียม โฮลเมียม เออร์เบียม ทูเลียม อิตเทอร์เบียม / อิตเทอร์เบียม ลูเทเทียม / ลูเทเทียม แฮฟเนียม / แฮฟเนียม แทนทาลัม / แทนทาลัม ทังสเตน/ทังสเตน รีเนียม / รีเนียม ออสเมียม / ออสเมียม อิริเดียม / อิริเดียม แพลตตินัม ทอง ปรอท แทลเลียม / แทลเลียม ตะกั่ว/ตะกั่ว บิสมัท พอโลเนียม แอสทาทีน เรดอน / เรดอน แฟรนเซียม เรเดียม แอกทิเนียม ทอเรียม โปรแอคติเนียม / โปรแทกติเนียม ยูเรเนียม / ยูเรเนียม	ชม	ฉัน (I), II, III, IV, V ฉัน (II), III, (IV), V, VII II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI (I), II, (III), (IV) ฉัน, (III), (IV), V (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) ฉัน (III), (IV), V, VII (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI (II), III, (IV), (V) ไม่มีข้อมูล ไม่มีข้อมูล (II), III, IV, (V), VI

เวเลนซ์เหล่านั้นซึ่งองค์ประกอบที่ครอบครองอยู่นั้นไม่ค่อยแสดงออกมาในวงเล็บ

วาเลนซีและสถานะออกซิเดชัน

ดังนั้นเมื่อพูดถึงระดับของการเกิดออกซิเดชันก็หมายความว่าอะตอมในสารที่มีไอออนิก (ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญ) มีประจุตามปกติ และถ้าความจุเป็น ลักษณะที่เป็นกลางจากนั้นสถานะออกซิเดชันอาจเป็นลบบวกหรือเท่ากับศูนย์

สิ่งที่น่าสนใจคือสำหรับอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันนั้น ขึ้นอยู่กับธาตุที่อะตอมก่อตัว สารประกอบเคมี, วาเลนซ์และสถานะออกซิเดชันสามารถเหมือนกัน (H 2 O, CH 4 ฯลฯ) หรือต่างกัน (H 2 O 2, HNO 3)

บทสรุป

เมื่อเพิ่มพูนความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม คุณจะได้เรียนรู้อย่างลึกซึ้งและละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับความจุ คำอธิบายองค์ประกอบทางเคมีนี้ไม่ได้ครอบคลุมทั้งหมด แต่มันมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างมาก อย่างที่คุณเคยเห็นมาแล้วหลายครั้งในการแก้ปัญหาและทำการทดลองทางเคมีในบทเรียนของคุณ

บทความนี้ออกแบบมาเพื่อช่วยคุณจัดระเบียบความรู้เกี่ยวกับวาเลนซ์ และยังเตือนให้คุณทราบด้วยว่าสามารถกำหนดได้อย่างไรและจะใช้วาเลนซ์ที่ไหน

เราหวังว่าคุณจะพบว่าเนื้อหานี้มีประโยชน์ในการเตรียมการบ้านและการเตรียมตัวสำหรับการสอบและการสอบด้วยตนเอง

เว็บไซต์ เมื่อคัดลอกเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วน จำเป็นต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มา

มีองค์ประกอบหลายอย่างที่มีความจุคงที่เสมอและมีองค์ประกอบน้อยมาก แต่องค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดมีความจุแปรผัน

บทเรียนเพิ่มเติมบนเว็บไซต์

อะตอมหนึ่งขององค์ประกอบโมโนวาเลนต์อีกตัวหนึ่งรวมกับอะตอมหนึ่งขององค์ประกอบโมโนวาเลนท์หนึ่ง(เอชซีแอล) - อะตอมของธาตุไดวาเลนต์จะรวมกับอะตอมของธาตุโมโนวาเลนต์ 2 อะตอม(น้ำ2O) หรืออะตอมไดวาเลนต์หนึ่งอะตอม(ซีเอโอ) - ซึ่งหมายความว่า ความจุขององค์ประกอบสามารถแสดงเป็นตัวเลขที่แสดงจำนวนอะตอมขององค์ประกอบโมโนวาเลนต์ที่อะตอมขององค์ประกอบที่กำหนดสามารถรวมเข้าด้วยกันได้ เพลาของธาตุคือจำนวนพันธะที่อะตอมก่อตัว:

Na – monovalent (หนึ่งพันธะ)

H – monovalent (หนึ่งพันธะ)

O – divalent (สองพันธะต่ออะตอม)

S – hexavalent (สร้างพันธะหกพันธะกับอะตอมข้างเคียง)

กฎเกณฑ์ในการกำหนดความจุ
องค์ประกอบในการเชื่อมต่อ

1. เพลา ไฮโดรเจนเข้าใจผิดสำหรับ ฉัน(หน่วย). จากนั้นตามสูตรของน้ำ H 2 O อะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมจะเกาะติดกับอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอม

2. ออกซิเจนในสารประกอบของมันจะแสดงเวเลนซ์เสมอ ครั้งที่สอง- ดังนั้นคาร์บอนในสารประกอบ CO 2 ( คาร์บอนไดออกไซด์) มีวาเลนซี IV

3. เพลาสูงสุดเท่ากับ หมายเลขกลุ่ม .

4. ความจุต่ำสุด เท่ากับความแตกต่างระหว่างหมายเลข 8 (จำนวนกลุ่มในตาราง) และจำนวนกลุ่มที่องค์ประกอบนี้ตั้งอยู่เช่น 8 — เอ็น กลุ่ม .

5. สำหรับโลหะในกลุ่มย่อย “A” เพลาจะเท่ากับหมายเลขหมู่

6. โดยทั่วไปอโลหะจะแสดงวาเลนซ์สองระดับ: สูงและต่ำกว่า

หากพูดโดยนัย เพลาคือจำนวน "แขน" ที่อะตอมเกาะติดกับอะตอมอื่น โดยธรรมชาติแล้วอะตอมไม่มี "มือ" เลย บทบาทของพวกเขาเล่นโดยสิ่งที่เรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน

คุณสามารถพูดได้แตกต่างออกไป: คือความสามารถของอะตอมขององค์ประกอบที่กำหนดในการยึดอะตอมอื่นจำนวนหนึ่ง

ต้องเข้าใจหลักการต่อไปนี้อย่างชัดเจน:

มีองค์ประกอบที่มีเวเลนซ์คงที่ (ซึ่งมีจำนวนค่อนข้างน้อย) และองค์ประกอบที่มีเวเลนซ์แปรผัน (ซึ่งส่วนใหญ่เป็น)

ต้องจำองค์ประกอบที่มีเวเลนซ์คงที่

เพื่อจะได้เรียนรู้วิธีการเขียน สูตรเคมีมีความจำเป็นต้องค้นหารูปแบบตามอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่เชื่อมต่อกันในสัดส่วนที่กำหนด ในการทำเช่นนี้เราจะเปรียบเทียบองค์ประกอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของสารประกอบที่มีสูตรคือ HCl, H 2 O, NH 3, CH 4 (รูปที่ 12.1)

สารเหล่านี้มีองค์ประกอบเชิงคุณภาพคล้ายคลึงกัน: แต่ละโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจน อย่างไรก็ตามองค์ประกอบเชิงปริมาณไม่เหมือนกัน อะตอมของคลอรีน ออกซิเจน ไนโตรเจน และคาร์บอนเชื่อมต่อกับอะตอมไฮโดรเจนหนึ่ง สอง สาม และสี่อะตอมตามลำดับ

รูปแบบนี้สังเกตได้เมื่อต้นศตวรรษที่ 11 เจ. ดาลตัน. เมื่อเวลาผ่านไป I. Ya. Berzelius ค้นพบว่าอะตอมจำนวนมากที่สุดที่เชื่อมต่อกับอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีนั้นไม่เกินค่าที่กำหนด ในปี ค.ศ. 1858 อี. แฟรงแลนด์ เรียก "พลังเชื่อมต่อ" ซึ่งเป็นความสามารถของอะตอมในการจับหรือแทนที่อะตอมอื่นจำนวนหนึ่ง "วาเลนซ์"(ตั้งแต่ lat. วาเลนเซีย -"แรง") ถูกเสนอในปี พ.ศ. 2411 โดยนักเคมีชาวเยอรมัน เค. จี. วิเชลเฮาส์

วาเลนซ์ - สมบัติทั่วไปของอะตอม เป็นการแสดงลักษณะของอะตอมในการโต้ตอบทางเคมี (โดยแรงเวเลนซ์) ระหว่างกัน

ความจุขององค์ประกอบทางเคมีหลายชนิดถูกกำหนดบนพื้นฐานของข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับองค์ประกอบเชิงปริมาณและคุณภาพของสาร ต่อหน่วยเวเลนซ์ยอมรับความจุของอะตอมไฮโดรเจน ถ้าอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีเชื่อมต่อกับอะตอม monovalent สองอะตอม ความจุของมันจะเท่ากับสอง หากรวมกับอะตอมเดี่ยว 3 อะตอม ก็จะเป็นไตรวาเลนต์ เป็นต้น

ค่าวาเลนซ์สูงสุดขององค์ประกอบทางเคมีคือ VIII .

วาเลนซ์ระบุด้วยเลขโรมัน ให้เราแสดงเวเลนซ์ในสูตรของสารประกอบที่พิจารณา:

นักวิทยาศาสตร์ยังค้นพบว่ามีองค์ประกอบหลายอย่างในสารประกอบต่างๆ ที่แสดงออกมา ความหมายที่แตกต่างกันความจุ นั่นคือมีองค์ประกอบทางเคมีที่มีค่าคงที่และแปรผันได้

เป็นไปได้หรือไม่ที่จะระบุความจุตามตำแหน่งขององค์ประกอบทางเคมีในตารางธาตุ? ค่าเวเลนซ์สูงสุดขององค์ประกอบเกิดขึ้นพร้อมกับจำนวนกลุ่มของตารางธาตุที่ธาตุนั้นตั้งอยู่ อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้นอยู่ เช่น ไนโตรเจน ออกซิเจน ฟลูออรีน ทองแดง และองค์ประกอบอื่นๆ จดจำ: หมายเลขกลุ่มระบุด้วยเลขโรมันเหนือคอลัมน์แนวตั้งที่สอดคล้องกันของตารางธาตุ

โต๊ะ. องค์ประกอบทางเคมีที่มีค่าความจุคงที่

องค์ประกอบ	วาเลนซ์	องค์ประกอบ	วาเลนซ์
ไฮโดรเจน (เอช)		แคลเซียม (แคลิฟอร์เนีย)
โซเดียม (นา)		แบเรียม (BA)
		ออกซิเจน(O)
เบริลเลียม (เป็น)		อะลูมิเนียม (อัล)
แมกนีเซียม (มก.)

โต๊ะ. องค์ประกอบทางเคมีที่มีความจุแปรผัน

องค์ประกอบ	วาเลนซ์	องค์ประกอบ	วาเลนซ์
		เหล็ก (เฟ)
		แมงกานีส (มก.)
			II, III, VI วัสดุจากเว็บไซต์
เงิน (Ag)		ฟอสฟอรัส (P)
ทอง (ออสเตรเลีย)		สารหนู (As)
		คาร์บอน (ซี)
ตะกั่ว (Pb)		ซิลิคอน (ศรี)

ในหน้านี้จะมีเนื้อหาในหัวข้อต่อไปนี้: