Одредите валенцију хемијских елемената

Ниво знања о структури атома и молекула у КСИКС веку није нам омогућио да објаснимо разлог зашто атоми формирају одређени број веза са другим честицама. Али идеје научника су превазишле своје време, а валентност се и даље проучава као један од основних принципа хемије.

Из историје концепта "валенце хемијских елемената"

Угледни енглески хемичар 19. века, Едвард Френкланд, представио је термин "веза" у научној употреби како би описао интеракцију атома једни с другима. Научник је приметио да неки хемијски елементи формирају једињења са истим бројем других атома. На пример, азот додаје три атома водоника у молекул амонијака.

У мају 1852. Франкланд је претпоставио да постоји одређени број хемијских веза које атом може формирати с другим ситним честицама материје. Франкланд је користио фразу "везивна сила" како би описао шта ће се касније назвати валенцијом. Британски хемичар је утврдио колико хемијских веза формирају атоме појединих елемената познатих средином КСИКС века. Рад Франкланда постао је важан допринос модерној структуралној хемији.

Развијање погледа

Немачки хемичар Ф.А. Кекуле је доказао 1857. године да је угљеник четворострука. У најједноставнијем споју - метан - постоје везе са 4 атома водоника. Израз "базичност" научник је идентификовао својства елемената за прикључивање строго дефинисаног броја других честица. У Русији су подаци о структури материје систематизовали АМ Бутлеров (1861). Даљи развој теорије хемијског везивања услед је теорије периодичних промена у својствима елемената. Његов аутор је још један изузетни руски хемичар, ДИ Менделеев. Доказао је да је валенца хемијских елемената у једињењима и другим својствима захваљујући положају који они заузимају у периодичном систему.

Графички приказ валентности и хемијског везивања

Могућност визуализације молекула је једна од несумњивих заслуга теорије валенце. Први модели појавили су се у 1860. години, а од 1864. године коришћене су структурне формуле, које представљају кругове са хемијским знаком унутра. Између симбола атома чртица означава хемијску везу, а број ових линија је једнак вредности валенце. У истим годинама, произведени су први модели са куглицама (погледајте фотографију са леве стране). Године 1866. Кекуле је предложио стереокемијско цртање угљениковог атома у облику тетраедрона, који је укључио у свој уџбеник "Органска хемија".

Валензију хемијских елемената и појаву повезивања проучавао је Г. Левис, који је своје радове објавио 1923. године након открића електрона. Зову се тзв. Негативно наелектрисане ситне честице, које су део граната атома. У својој књизи, Левис је применио тачке око четири стране симбола хемијског елемента који представљају валентне електроне.

Валенца за водоник и кисеоник

Пре стварања периодичног система валентност хемијских елемената у једињењима је узета у поређење са оним атома за које је позната. Као стандарди, изабрани су водоник и кисеоник. Још један хемијски елемент привукао је или заменио одређени број атома Х и О.

На тај начин су одређена својства у једињењима са моновалентним водоником (валентност другог елемента означава римским бројем):

• ХЦл - хлоро (И):
• Х ₂ О - кисеоник (ИИ);
• НХ3 - азот (ИИИ);
• ЦХ4 - угљеник (ИВ).

У оксидима К ₂ О, ЦО, Н ₂ О ₃ , СиО ₂ , СО ₃ , одређена је валентност кисеоника метала и неметала, удвостручивши број доданих атома О. Добијене су следеће вредности: К (И), Ц (ИИ), Н (ИИИ) , Си (ИВ), С (ВИ).

Како одредити валенцију хемијских елемената

Постоје регуларности у формирању хемијске везе која укључује обичне електронске паре:

• Типична водонична валенца је И.
• Уобичајена валентност кисеоника је ИИ.
• За неметалне елементе, доњу валенцу се може одредити формула 8 - број групе у којој се налазе у периодичној табели. Што је више, ако је то могуће, одређује се број групе.
• За елементе подгрупа, максимална валентност је иста као и број њихове групе у периодној таблици.

Одређивање валенце хемијских елемената према формули једињења врши се коришћењем следећег алгоритма:

1. Запишите изнад кемијског знака познату вредност за један од елемената. На пример, у Мн ₂ О _7, валенција кисеоника је ИИ.
2. Израчунајте укупну вриједност, за коју је потребно умножити валенцију према броју атома истог хемијског елемента у молекулу: 2 * 7 = 14.
3. Одредите валенцију другог елемента за који је непознат. Поделите вредност добијену у пододељку 2 бројем атома Мн у молекулу.
4. 14: 2 = 7. Валенца мангана у његовом вишем оксиду је ВИИ.

Константна и варијабилна валенца

Вредности за водоник и кисеоник су различите. На пример, сумпор у једињењу Х2С је двовалентан, ау формули СО3 - хексавалент. Карбон се формира са ЦО моноксидом ЦО ₂ и ЦО ₂ диоксидом. У првом једињењу, валенца Ц је ИИ, ау другом ИВ. Иста вриједност у метан ЦХ ₄ .

Већина елемената не показује константну, већ варијабилну валенцу, на пример, фосфор, азот, сумпор. Тражење главних узрока овог феномена довело је до појаве теорија хемијског везивања, идеја о валентној шкољци електрона, молекуларних орбитала. Постојање различитих вредности истог својства објашњено је у смислу структуре атома и молекула.

Савремени концепти валенце

Сви атоми се састоје од позитивног језгра окруженог негативно наелектрисаним електронима. Спољна љуска, коју формирају, је недовршена. Завршена структура је најстабилнија, садржи 8 електрона (октет). Појава хемијске везе услед обичних електронских парова доводи до енергетски повољног стања атома.

Правило за формирање једињења је завршетак шкољке узимањем електрона или давањем непотрошених, у зависности од тога који процес пролази лакше. Ако атом обезбеди негативне честице за стварање хемијске везе, које немају пар, тада формира што више веза као што су неупарени електрони. Према савременим концептима валентност атома хемијских елемената је способност формирања одређеног броја ковалентних веза. На пример, у молекули Х ₂ С водоник сулфида, сумпор добија валенцију ИИ (-), пошто сваки атом учествује у формирању два електронска пара. Знак "-" указује на привлачење електронског пара на електротехнички елемент. Код мање електронегатива за вредност валенце, додајте "+".

Са механизмом донатора-акцептора, у процесу учествују електронски пар једног елемента и слободне валенцијске орбитале друге стране.

Зависност валенце на структуру атома

Размотрите, на пример, угљеник и кисеоник, како валенца хемијских елемената зависи од структуре материје. Менделејева табела даје идеју о главним карактеристикама угљениковог атома:

• Хемијски знак - Ц;
• Број елемента је 6;
• Ниво језгра је +6;
• Протони у језгру - 6;
• Електрони - 6, укључујући и 4 спољне, од којих 2 формирају пар, 2 - непоштене.

Ако атом угљеника у моноксиду ЦО формира две везе, тада само 6 негативних честица улази у употребу. Да би стекли октет, неопходно је да парови формирају 4 спољне негативне честице. Карбон има валенцу ИВ (+) у диоксиду и ИВ (-) у метану.

Редни број кисеоника је 8, валентна љуска се састоји од шест електрона, од којих 2 не формирају пар и учествују у хемијском везивању и интеракцији са другим атоми. Типична кисеоничка валенца је ИИ (-).

Валенце и оксидационо стање

У многим случајевима је погодније користити израз "оксидационо стање". Ово је име за пуњење атома, које би стекао ако сви везивни електрони преносе на елемент који има вишу вредност електронегативности (ЕО). Оксидациони број у простој супстанци је нула. До степена оксидације више од ЕО елемента се додаје знак "-", мање електронегативан - "+". На пример, за метале главних подгрупа степен оксидације и јонске зараде су еквивалентни броју групе са знаком "+". У већини случајева, валентност и степен оксидације атома у истом саставу су нумерички исти. Само када је у интеракцији са више електронегативних атома степен оксидације позитиван, са елементима за које је ЕО нижи, је негативан. Концепт "валенце" често се примјењује само на супстанце молекуларне структуре.