Валентность элементов

До сих пор вы пользовались химическими формулами веществ, приведенными в учебнике, или теми, которые вам называл учитель. Как же правильно составлять химические формулы?

Химические формулы веществ составляются на основе знания качественного и количественного состава вещества. Веществ существует гигантское количество, естественно запомнить все формулы невозможно. Это и не нужно! Важно знать определенную закономерность, согласно которой атомы способны соединяться друг с другом с образованием новых химических соединений. Такая способность называется валентностью.

Валентность – свойство атомов элементов присоединять определенное число атомов других элементов

Рассмотрим модели молекул некоторых веществ, таких, как вода, метан и углекислый газ.

Видно, что в молекуле воды атом кислорода присоединяет два атома водорода. Следовательно, его валентность равна двум. В молекуле метана атом углерода присоединяет четыре атома водорода, его валентность в данном веществе равна четырем. Валентность водорода в обоих случаях равна одному. Такую же валентность углерод проявляет и в углекислом газе, но в отличие от метана, атом углерода присоединяет два атома кислорода, так как валентность кислорода равна двум.

Существуют элементы, валентность которых не меняется в соединениях. О таких элементах говорят, что они обладают постоянной валентностью. Если же валентность элемента может быть различной – это элементы с переменной валентностью. Валентность некоторых химических элементов приведена в таблице 2. Валентность принято обозначать римскими числами.

Таблица 2. Валентность некоторых химических элементов

Символ элемента   Валентность Символ элемента   Валентность
 H, Li, Na, K, F, Ag  C, Si, Sn, Pb  II, IV
 Be, Mg, Ca, Ba, Zn, O II  N  I, II, III, IV
 Al, B III  P, As, Sb  III, V
 S II, IV, VI  Cl  I, II,III, IV,V, VII
 Br, I I, III, V  Ti  II, III, IV

 

Стоит отметить, что высшая валентность элемента численно совпадает с порядковым номером группы Периодической Системы, в которой он находится. Например, углерод находиться в IV группе, его высшая валентность равна IV.

Исключение составляют три элемента:

  • азот – находится в V группе, но его высшая валентность IV;
  • кислород – находится в VI группе, но его высшая валентность II;
  • фтор – находится в VII группе, но его высшая валентность – I.

Исходя из того, что все элементы расположены в восьми группах Периодической Системы, валентность может принимать значения от I до VIII.

Составление формул веществ при помощи валентности

Для составления формул веществ при помощи валентности воспользуемся определенным алгоритмом:

 Алгоритм  Пример
Записать химические формулы элементов
  •  P O
Вверху, над символами элементов записать значение их валентности. Для элементов с переменной валентностью конкретная валентность указана в условии
  •  V II
  • P O
Найти наименьшее общее кратное (НОК) значений валентности, записать его вверху
  • 10
  • V II
  • P O
Поделить НОК на значения валентностей элементов – это индексы, выражающие число атомов  10:V=2(P)
10:II=5(O)
P2O5

 

Определение валентности по формуле вещества

Чтобы определить валентность элементов по формуле вещества, необходим обратный порядок действий. Рассмотрим его также при помощи алгоритма:

Алгоритм Пример
Записать формулу вещества
  • Сl2O
Указать известную валентность элемента (для элементов с постоянной валентностью)
  •     II
  • Cl2O
Найти наименьшее общее кратное (НОК) валентности и индекса элемента
  • 2
  •    II
  • Cl2O
Поделить значение НОК на индекс элемента, валентность которого неизвестна
  • 2:2=1
  • I   II
  • Cl2O

 

При изучении данного параграфа были рассмотрены сложные вещества, в состав которых входят только два вида атомов химических элементов. Формулы более сложных веществ составляются иначе.

Бинарные соединения – соединения, в состав которых входит два вида атомов элементов

Для определения порядка последовательности соединения атомов используют структурные (графические) формулы веществ. В таких формулах валентности элементов обозначают валентными штрихами (черточками). Например, молекулу воды можно изобразить как

Н─О─Н

Графическая формула изображает только порядок соединения атомов, но не структуру молекул. В пространстве такие молекулы могут выглядеть иначе. Так, молекула воды имеет угловую структурную формулу:

  • Валентность – способность атомов элементов присоединять определенное число атомов других химических элементов
  • Существуют элементы с постоянной и переменной валентностью
  • Высшая валентность химического элемента совпадает с его номером группы в Периодической Системе химических элементов Д.И. Менделеева. Исключения: азот, кислород, фтор
  • Бинарные соединения – соединения, в состав которых входит два вида атомов химических элементов
  • Графические формулы отражают порядок связей атомов в молекуле при помощи валентных штрихов
  • Структурная формула отражает реальную форму молекулы в пространстве