Determinați valența elementelor chimice

Nivelul de cunoaștere a structurii atomilor și moleculelor din secolul al XIX-lea nu ne-a permis să explicăm motivul pentru care atomii formează un anumit număr de legături cu alte particule. Dar ideile oamenilor de știință și-au depășit timpul, iar valența este încă studiată ca unul dintre principiile de bază ale chimiei.

Din istoria conceptului de "valența elementelor chimice"

Un chimist remarcabil englez din secolul al XIX-lea, Edward Frankland a introdus termenul "conexiune" în utilizarea științifică pentru a descrie procesul de interacțiune a atomilor unul cu celălalt. Cercetătorul a observat că unele elemente chimice formează compuși cu același număr de atomi. De exemplu, azotul combină trei atomi de hidrogen într-o moleculă de amoniac.

În mai 1852, Frankland a emis ipoteza că există un anumit număr de legături chimice pe care un atom se poate forma cu alte mici particule de materie. Frankland a folosit expresia "forță de legătură" pentru a descrie ceea ce ar fi mai târziu numită valență. Chimistul britanic a stabilit câte legături chimice formează atomii elementelor individuale cunoscute la mijlocul secolului al XIX-lea. Opera lui Frankland a fost o contribuție importantă la chimia structurală modernă.

Dezvoltarea punctelor de vedere

Chimistul german F.A. Kekule sa dovedit în 1857 că carbonul este o bază de patru. În cea mai simplă conexiune - metan - există conexiuni cu 4 atomi de hidrogen. Termenul de "bazicitate" folosit de om de știință pentru a identifica proprietățile elementelor pentru a atașa un număr strict definit de alte particule. În Rusia, date privind structura materiei sistematizată de AM Butlerov (1861). Dezvoltarea ulterioară a teoriei legării chimice sa datorat teoriei schimbărilor periodice ale proprietăților elementelor. Autorul său este altul remarcabil Chimist rus, D. I. Mendeleev. El a dovedit că valența elementelor chimice în compuși și alte proprietăți se datorează poziției pe care o ocupă în sistemul periodic.

Reprezentarea grafică a valenței și a legăturilor chimice

Posibilitatea vizualizării moleculelor este unul dintre meritele incontestabile ale teoriei valenței. Primele modele au apărut în anii 1860, iar din 1864 au fost folosite formule structurale, Acestea sunt cercuri cu un semn chimic înăuntru. Între simbolurile atomilor o linie este indicată prin legarea chimică, iar numărul acestor linii este egal cu valoarea valenței. În aceiași ani, au fost produse primele modele cu bilă și tijă (vezi fotografia din stânga). În 1866, Kekule a propus un desen stereochimic al unui atom de carbon sub forma unui tetraedru, pe care la inclus în manualul său "Chimie organică".

Valența elementelor chimice și apariția legăturilor a fost studiată de G. Lewis, care și-a publicat lucrările în 1923 după aceea descoperirea unui electron. Se numesc așa numitele particule mici încărcate negativ, care fac parte din cochiliile atomilor. În cartea sa, Lewis a aplicat puncte în jurul a patru laturi simbol al elementului chimic pentru afișarea electronilor de valență.

Valence pentru hidrogen și oxigen

Înainte de crearea sistemului periodic, valența elementelor chimice din compuși a fost luată pentru a fi comparată cu acei atomi pentru care este cunoscut. Ca standarde, hidrogenul și oxigenul au fost alese. Un alt element chimic a atras sau a înlocuit un anumit număr de atomi de H și O.

În acest fel, proprietățile s-au determinat în compuși cu hidrogen monovalent (valența celui de-al doilea element este notată cu cifra romană):

• HCI - clor (I):
• H₂O este oxigen (II);
• NH₃ - azotul (III);
• CH₄ - Carbon (IV).

În oxizii lui K₂O, CO, N₂O₃, dioxid de siliciu₂, SO₃ determinată de valența metalelor și nemetalelor oxigen, dublarea numărului de atomi atasabila O. Se obțin următoarele valori: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).

Cum se determină valența elementelor chimice

Există regularități în formarea unei legături chimice care implică perechi electronice comune:

• Valența tipică de hidrogen este I.
• Valența uzuală de oxigen este II.
• Pentru elementele nemetalice, valența inferioară poate fi determinată prin formula 8 - numărul grupului în care se află în sistemul periodic. Mai mare, dacă este posibil, este determinată de numărul grupului.
• Pentru elementele subgrupurilor, valența maximă posibilă este aceeași cu numărul grupului lor în tabelul periodic.

Determinarea valenței elementelor chimice prin formula compusului se realizează folosind următorul algoritm:

1. Notați mai sus semnul chimic o valoare cunoscută pentru unul dintre elemente. De exemplu, în Mn₂O₇ valența de oxigen este II.
2. Calculați valoarea totală, pentru care este necesar să multiplicați valența cu numărul de atomi ai aceluiași element chimic în moleculă: 2 * 7 = 14.
3. Determinați valența celui de-al doilea element pentru care este necunoscut. Împărțiți valoarea obținută în subsecțiunea 2 cu numărul de atomi de Mn din moleculă.
4. 14: 2 = 7. Valența manganului în oxidul său superior este VII.

Valența constantă și variabilă

Valorile pentru hidrogen și oxigen sunt diferite. De exemplu, sulful din compusul H₂S este divalent și în formula SO₃ - Hexavalent. Formele de carbon formează cu oxigen CO și dioxid de carbon₂. În primul compus, valența lui C este II, iar în al doilea, IV. Aceeași valoare în metanul CH₄.

Cele mai multe elemente nu prezintă constanta, dar variabilă valență, de exemplu, fosfor, azot, sulf. Căutarea principalelor cauze ale acestui fenomen a condus la apariția unor teorii despre legătura chimică, idei despre coaja de valență a electronilor, orbitale moleculare. Existența diferitelor valori ale aceleiași proprietăți a fost explicată în termenii structurii atomilor și moleculelor.

Concepte moderne de valență

Toți atomii constau dintr-un nucleu pozitiv înconjurat de electroni încărcați negativ. Cochilia exterioară pe care o formează este neterminată. Structura completă este cea mai stabilă, conține 8 electroni (octet). Apariția unei legături chimice datorată perechilor de electroni obișnuiți conduce la o stare energetică favorabilă a atomilor.

Regula pentru formarea compușilor este finalizarea cochiliei prin luarea de electroni sau reculul nepărpătat - în funcție de ce proces este mai ușor de trecut. Dacă un atom furnizează particule negative pentru formarea unei legături chimice, care nu are o pereche, atunci formează cât mai multe legături ca și electronii neparticipați. Conform conceptelor moderne, valența atomilor de elemente chimice este capacitatea de a forma un anumit număr de legături covalente. De exemplu, într-o moleculă de hidrogen sulfurat H₂S sulful dobândește o valență II (-), deoarece fiecare atom participă la formarea a două perechi de electroni. Semnul ";" indică atracția perechii de electroni cu elementul mai electronegativ. La mai puțin electronegativ pentru valoarea valenței, adăugați "+".

Cu mecanismul donator-acceptor, perechi electronice de un element și orbitale libere de valență ale celuilalt participă la proces.

Dependența valenței de structura atomului

Luați în considerare, de exemplu, carbonul și oxigenul, cum valența elementelor chimice depinde de structura materiei. Mese lui Mendeleyev oferă o idee despre principalele caracteristici ale unui atom de carbon:

• semnul chimic - C;
• numărul elementului este 6;
• sarcina nucleului este +6;
• protonii din nucleul - 6;
• electroni - 6, dintre care 4 externi, 2 dintre care formează o pereche, 2 - nepereche.

Dacă atomul de carbon din monoxid de carbon formează două legături, atunci doar 6 particule negative intră în folosință. Pentru a obține un octet, este necesar ca perechile să formeze 4 particule negative externe. Carbonul are o valență de IV (+) în dioxid și IV (-) în metan.

Numărul ordinal al oxigenului este 8, învelișul de valență constă din șase electroni, dintre care doi nu formează o pereche și iau parte la legarea chimică și interacțiunea cu alți atomi. Valența tipică de oxigen este II (-).

Valence și starea de oxidare

În multe cazuri, este mai convenabil să se utilizeze termenul "starea de oxidare". Acesta este numele încărcării atomului, pe care ar dobândi-o dacă toți electronii legați au fost transferați către un element care are o valoare mai mare a electronegativității (EO). Numărul de oxidare din substanța simplă este zero. La starea de oxidare a elementului EO mai mult se adaugă semnul ";", mai puțin decât electonegativul - "+". De exemplu, pentru metalele din principalele subgrupe, gradele de oxidare și încărcăturile ionice sunt echivalente cu numărul grupului cu semnul "+". În cele mai multe cazuri, valența și gradul de oxidare a atomilor din același compus sunt numeric aceleași. Numai atunci când interacționează cu mai mulți atomi electronegativi este gradul de oxidare pozitiv, cu elemente pentru care EO este mai mic, este negativ. Conceptul de "valență" se aplică adesea numai substanțelor cu structură moleculară.