atómov chemické prvky môže tvoriť rôzny počet väzieb. Táto schopnosť má špeciálny názov - valencia. Poďme zistiť, ako určiť valenciu podľa periodickej tabuľky, zistiť, čo to je jeho rozdiel od stupňa oxidácii, uvidíme vzory charakteristické pre uhlík, fosfor, zinok, naučíme sa nájsť valenciu chemických prvkov.

V kontakte s

Základné informácie

Valencia je schopnosť atómov rôznych chemických prvkov vytvárať medzi sebou väzby. Inými slovami, môžeme povedať, že ide o schopnosť atómu pripojiť k sebe určitý počet ďalších atómov.

Dôležité! Nie je to vždy konštantné číslo pre ten istý prvok. Prvok môže mať v rôznych zlúčeninách rôzny význam.

Definícia podľa tabuľky D.I. Mendelejev

Na určenie tejto schopnosti atómu je potrebné vedieť, čo je skupiny a podskupiny periodická tabuľka .

Ide o zvislé stĺpce, ktoré rozdeľujú všetky prvky podľa určitého atribútu. V závislosti od označenia sa rozlišujú pododdelenia prvkov.

Tieto stĺpce rozdeľujú prvky na ťažké a ľahké prvky, ako aj podskupiny - halogény, inertné plyny a pod.

Na určenie schopnosti prvku vytvárať väzby je teda potrebné dodržiavať dve pravidlá:

• Najvyššia valencia prvku sa rovná číslu jeho skupiny.
• Najnižšiu valenciu nájdeme ako rozdiel medzi číslom 8 a číslom skupiny, v ktorej sa nachádza daný prvok.

Napríklad fosfor vykazuje najvyššiu valenciu V - P2O5 a najnižšia (8-5) \u003d 3 - PF 3.

Pri určovaní tohto ukazovateľa tiež stojí za zmienku niekoľko hlavných charakteristík a vlastností:

• Valencia vodíka je vždy I - H 2 O, HNO 3, H 3 PO 4.
• Valencia sa vždy rovná II - CO 2, SO 3.
• Pre kovy, ktoré sa nachádzajú v hlavnej podskupine, sa tento ukazovateľ vždy rovná číslu skupiny - Al 2 O 3, NaOH, KH.
• U nekovov sa najčastejšie prejavujú len dve valencie – vyššia a nižšia.

Existujú aj prvky, ktoré môžu mať 3 alebo 4 rôzne hodnoty tento ukazovateľ. Patria sem chlór, bór, jód, chróm, síra a iné. Napríklad chlór má valenciu I, III, V, VII - HCl, ClF3, ClF5, HCl04, v tomto poradí.

Definícia podľa vzorca

Na určenie podľa vzorca môžete použiť niekoľko pravidiel:

1. Ak je známa valencia (V) jedného z prvkov v dvojitej zlúčenine: povedzme, že existuje zlúčenina uhlíka a kyslíka CO 2, pričom vieme, že valencia kyslíka je vždy rovná II, potom môžeme použiť toto pravidlo: súčin počtu atómov podľa jeho V jedného prvku by sa mal rovnať súčinu počtu atómov iného prvku podľa jeho V. Valenciu teda môžeme nájsť nasledovne - 2 × 2 (v molekule existujú 2 atómy kyslíka s V = 2), tj valencia uhlíka je 4. Zvážte niekoľko ďalších príkladov: P 2 O 5 - tu je valencia fosforu \u003d (5 * 2) / 2 \u003d 5. HCl - valencia chlóru sa bude rovnať I, pretože táto molekula má 1 atóm vodíka a V \u003d 1.
2. Ak je známa valencia niekoľkých prvkov, ktoré tvoria skupinu: v molekule hydroxidu sodného NaOH je valencia kyslíka II a vodíková valencia je I, tak skupina -OH má jednu voľnú valenciu, pretože kyslík má pripojenú iba jednu. atóm vodíka a ešte jedna väzba je voľná. Sodík sa k nemu pripojí. Možno konštatovať, že sodík je jednomocný prvok.

Rozdiel medzi oxidačným stavom a valenciou

Je veľmi dôležité pochopiť zásadný rozdiel medzi týmito pojmami. Stupeň oxidácie je podmienený elektrický náboj, ktorý má jadro atómu, zatiaľ čo valencia je počet väzieb, ktoré môže jadro prvku vytvoriť.

Pozrime sa bližšie na to, čo je to oxidačný stav. Podľa moderná teória o štruktúre atómu jadro prvku pozostáva z kladne nabitých protónov a neutrónov bez náboja a okolo neho sú elektróny s záporný náboj, ktoré vyrovnávajú náboj jadra a robia prvok elektricky neutrálnym.

Keď atóm vytvorí väzbu s iným prvkom, to darovať alebo prijať elektróny, teda opúšťa stav rovnováhy a začína vlastniť nabíjačka. Navyše, ak sa atóm vzdá elektrónu, nabije sa kladne, a ak ho prijme, stane sa záporným.

Pozor! V kombinácii chlóru a vodíka HCl odovzdáva vodík jeden elektrón a získava náboj +1 a chlór prijíma elektrón a stáva sa záporným -1. V komplexných zlúčeninách, HNO 3 a H 2 SO 4, budú oxidačné stavy nasledovné - H + 1 N + 5 O 3 -2 a H 2 + 1 S + 6 O 4 -2.

Porovnaním týchto dvoch definícií môžeme dospieť k záveru, že valencia a oxidačný stav sa často zhodujú: valencia vodíka +1 a valencia I, oxidačný stav kyslíka -2 a V II, ale je veľmi dôležité mať na pamäti, že toto pravidlo nie je vždy dodržané!

V organickej zlúčenine uhlíka nazývanej formaldehyd so vzorcom HCOH má uhlík oxidačný stav 0, ale má V 4. V peroxide vodíka H 2 O 2 má kyslík oxidačný stav +1, ale V zostáva rovnaký až 2. Preto by sme nemali identifikovať tieto dva pojmy, pretože v niektorých prípadoch to môže viesť k chybe.

Valencie spoločných prvkov

Vodík

Jeden z najbežnejších prvkov vo vesmíre, ktorý sa nachádza v mnohých zlúčeninách a má vždy V=1. Je to spôsobené štruktúrou jeho vonkajšieho elektrónového orbitálu, v ktorom má vodík 1 elektrón.

Na prvej úrovni nemôžu byť súčasne viac ako dva elektróny, takže vodík sa môže buď vzdať svojho elektrónu a vytvoriť väzbu (elektrónový obal zostane prázdny), alebo prijať 1 elektrón a vytvoriť novú väzbu ( elektrónový obal bude úplne naplnený).

Príklad: H20 - 2 atómy vodíka s V \u003d 1 sú spojené s dvojmocným kyslíkom; HCl - jednomocný chlór a vodík; HCN je kyselina kyanovodíková, kde vodík tiež vykazuje V 1.

Uhlík

Uhlík môže mať valenciu II alebo IV. Je to spôsobené štruktúrou vonkajšej elektronickej úrovne, na ktorej sú 2 elektróny, ak ich rozdá, jeho V bude II. To znamená, že 2 elektróny vytvorili 2 nové väzby, napríklad zlúčenina CO - oxid uhoľnatý, kde kyslík aj vodík sú dvojmocné. Existujú však situácie, keď jeden elektrón z prvej úrovne prejde na druhú uhlík má 4 voľné elektróny ktoré môžu vytvárať väzby: CO 2 , HCOOH, H 2 CO 3 .

Fosfor

Tento prvok môže mať valenciu III a V. Rovnako ako v predchádzajúcich prípadoch je to spôsobené štruktúrou vonkajšej elektronickej úrovne, na ktorej má 3 elektróny, teda schopnosť vytvárať 3 väzby, ale podobne ako uhlík môže mať prechod 1 elektrónu s s-orbitálom do d-orbitálu, potom nepárové elektróny bude 5, čo znamená, že aj valencia sa bude rovnať V. Napríklad: PH 3, P 2 O 5, H 3 RO 4.

Zinok

Ako prvok hlavnej podskupiny a kov môže mať zinok len valenciu, ktorá rovná jeho skupinovému číslu, teda 2. Vo všetkých jeho zlúčeninách je valencia zinku II a nezávisí od typu prvku a typu väzby s ním. Príklad: ZnCl2, ZnO, ZnH2, ZnS04.

Stanovenie valencie chemických prvkov

Štúdium valencie podľa periodickej tabuľky Mendelejeva

Výkon

Teraz viete, čo je valencia, ako sa líši od oxidačného stavu a ľahko určíte valenciu prvkov pomocou vzorcov alebo periodickej tabuľky.

Valencia je schopnosť atómov pripojiť k sebe určitý počet iných atómov.

Valence- odhodlaný číslo skupiny(počet chemických väzieb v štrukturálne vzorec látky).

Valenceprvky, ktoré potrebujete poznať, aby ste mohli zostaviť chemické vzorce zlúčenín (valencia sa označuje rímske číslice I, II, III–VIII).

Štrukturálny vzorec látky zobrazuje poradie spojenia atómov medzi sebou, podľa ich valencií, t.j. chemická štruktúra.
	Na- monovalentný (jedna väzba) H- monovalentný (jedna väzba) O- dvojmocný (dve väzby na atóm) S- šesťmocný (tvorí šesť väzieb so susednými atómami)

Pravidlá určovania valencie prvkov v zlúčeninách

1. Valencia vodík brať za ja(jednotka).

2. Kyslík vo svojich zlúčeninách vykazuje valenciu II.

3. Najvyššia valencia rovná sa číslo skupiny N skupiny (výnimky, N, O, F - pre tieto prvky je charakteristická len najnižšia valencia).

4. nižšia valencia rovná sa rozdielu medzi číslom 8 (počet skupín v tabuľke) a číslom skupiny, v ktorej sa tento prvok nachádza, t.j. 8 - N skupiny

Stanovenie valencie kovov

(charakterizované valenciou - konštantná a premenlivá)

Kovy hlavných (A) podskupín ja(ALE),II(ALE),III(ALE)	Vyššie konštantný valencia. B =Nskupiny	Kovovévždy zaujíma prvé miesto vo vzorci
Kovy sekundárnych (B) podskupín ja(B)-VIII(B)	charakteristika premenlivý valencia. Napríklad oxid mangánu ( VII ), chlorid chrómový (II ).

Stanovenie valencie nekovov

(valencie sú charakteristické - vyššie, nižšie, premenlivé)

Vyznačuje sa vyššou valenciou B =Nskupiny	Nekovové
Charakterizovaná nízkou valenciou 8 - Nskupiny	Nekovovésa v tomto prípade umiestni na druhé miesto vo vzorci
charakteristika premenlivý valencia. B - uvedené v názve látky. Napríklad oxid sírový ( IV ), sulfid fosforu ( III ).	Nekovovév tomto prípade je vo vzorci na prvom mieste

Pamätajte!Najnižšia valencia je znázornená prvok - nekov, ktorý sa nachádza v periodickej tabuľke vpravo a hore a najvyššia valencia je prvok umiestnený vľavo a nižšie.

Ak toto pravidlo nefunguje. Potom by ste mali použiť informácie o binárne vzorce látok (oxidy, chloridy, sulfidy atď.).

Binárny chemický vzorec je vzorec chemickej zlúčeniny, ktorá obsahuje dva typy atómov.
OXIDY	SULFIDY	Chloridy
Oxid- ide o komplexnú látku, ktorá sa skladá z dvoch typov atómov, z ktorých jeden je kyslík, s valenciou ( II). Na20 CaO P205	Sulfid- ide o komplexnú látku, ktorá pozostáva z dvoch typov atómov, z ktorých jeden je síra, s valenciou ( II). K 2 S MgS04 Al2S3	Chlorid- ide o komplexnú látku, ktorá pozostáva z dvoch typov atómov, z ktorých jeden je chlór, s mocenstvom ( ja). FeCl3 NaCl CaCl2
Všeobecný vzorec kde E je prvok; X - valencia prvku	Všeobecný vzorec * Ostatné binárne zlúčeniny: EXFy- fluorid;EXBry- bromid; EXja y - jodid; EXN y – nitrid; EXP y - fosfid; EXh y - hydrid (prvok v druhej polohe má nižšiu mocnosť). Algoritmus na formuláciu zlúčeniny oxidu fosforu Sekvenovanie Formulovanie oxidu fosforečného 1. Napíšte symboly prvkov R O 2. Určte valencie prvkov V II PO 3. Nájdite najmenší spoločný násobok číselných hodnôt valencií 5 2 = 10 4. Nájdite pomery medzi atómami prvkov tak, že nájdený najmenší násobok vydelíte príslušnými valenciami prvkov. 10: 5 = 2 10: 2 = 5 P:O=2:5 5. Napíšte indexy na symboly prvkov R205 6. Vzorec zlúčeniny (oxidu) R205 Na zostavenie vzorca pre látku môžete použiť nasledujúci algoritmus: B=N skupiny B= 8- N skupiny A x IN pri Pamätajte!Ak je prvkom A kov sekundárnej podskupiny alebo nekov s premennou mocnosťou, valencia A sa neurčuje podľa periodickej tabuľky, ale podľa názvu látky. Napríklad oxid sírový ( IV ), sulfid fosforu ( III ).

Úroveň vedomostí o štruktúre atómov a molekúl v 19. storočí neumožňovala vysvetliť dôvod, prečo atómy vytvárajú určitý počet väzieb s inými časticami. Nápady vedcov však predbehli dobu a valencia sa stále skúma ako jeden zo základných princípov chémie.

Z histórie pojmu "valencia chemických prvkov"

Vynikajúci anglický chemik 19. storočia Edward Frankland zaviedol pojem „väzba“ do vedeckého používania, aby opísal proces vzájomnej interakcie atómov. Vedec si všimol, že niektoré chemické prvky tvoria zlúčeniny s rovnakým počtom iných atómov. Napríklad dusík pripája tri atómy vodíka k molekule amoniaku.

V máji 1852 Frankland vyslovil hypotézu, že existuje špecifický počet chemických väzieb, ktoré môže atóm vytvoriť s inými drobnými časticami hmoty. Frankland použil frázu „spájajúca sila“ na opis toho, čo by sa neskôr nazývalo valencia. Britský chemik určil, koľko chemických väzieb tvoria atómy jednotlivých prvkov známych v polovici 19. storočia. Franklandova práca bola dôležitým príspevkom k modernej štruktúrnej chémii.

Vývoj názorov

Nemecký chemik F.A. Kekule v roku 1857 dokázal, že uhlík je štvorsýtny. V jeho najjednoduchšej zlúčenine – metáne – sú väzby so 4 atómami vodíka. Vedec použil výraz „zásaditosť“ na označenie vlastnosti prvkov pripájať presne definovaný počet iných častíc. V Rusku údaje o systematizoval A. M. Butlerov (1861). Ďalší vývoj teória chemickej väzby prijatá vďaka doktríne periodickej zmeny vlastností prvkov. Jej autorom je ďalší vynikajúci D. I. Mendelejev. Dokázal, že valencia chemických prvkov v zlúčeninách a ďalšie vlastnosti sú spôsobené polohou, v ktorej sa nachádzajú periodický systém.

Grafické znázornenie valencie a chemickej väzby

Možnosť vizuálnej reprezentácie molekúl je jednou z nepochybných výhod teórie valencie. Prvé modely sa objavili v 60. rokoch 19. storočia a od roku 1864 sa začali používať kruhy s chemickým znakom vo vnútri. Medzi symbolmi atómov je vyznačená pomlčka a počet týchto riadkov sa rovná hodnote valencie. V tých istých rokoch boli vyrobené prvé modely s guľôčkovou palicou (pozri fotografiu vľavo). V roku 1866 Kekule navrhol stereochemický nákres atómu uhlíka vo forme štvorstenu, ktorý zahrnul do svojej učebnice Organická chémia.

Valenciou chemických prvkov a tvorbou väzieb sa zaoberal G. Lewis, ktorý publikoval svoje práce v roku 1923 podľa názvu záporne nabitých najmenších častíc, ktoré tvoria obaly atómov. Lewis vo svojej knihe použil bodky okolo štyroch strán na znázornenie valenčných elektrónov.

Valencia pre vodík a kyslík

Pred vytvorením sa valencia chemických prvkov v zlúčeninách zvyčajne porovnávala s tými atómami, pre ktoré je známa. Ako štandardy boli zvolené vodík a kyslík. Iný chemický prvok pritiahol alebo nahradil určitý počet atómov H a O.

Týmto spôsobom boli stanovené vlastnosti zlúčenín s jednomocným vodíkom (valencia druhého prvku je označená rímskou číslicou):

• HCl - chlór (I):
• H20 - kyslík (II);
• NH3 - dusík (III);
• CH4 - uhlík (IV).

V oxidoch K 2 O, CO, N 2 O 3, SiO 2, SO 3 bola kyslíková valencia kovov a nekovov stanovená zdvojnásobením počtu pridaných atómov O. Získali sa tieto hodnoty: K (I C (II), N (III), Si (IV), S (VI).

Ako určiť valenciu chemických prvkov

Existujú zákonitosti pri vytváraní chemickej väzby zahŕňajúcej zdieľané elektrónové páry:

• Typická valencia vodíka je I.
• Obvyklá valencia kyslíka je II.
• Pre nekovové prvky možno najnižšiu valenciu určiť vzorcom 8 - číslom skupiny, v ktorej sa nachádzajú v periodickom systéme. Najvyššie, ak je to možné, je určené číslom skupiny.
• Pre prvky vedľajších podskupín je maximálna možná valencia rovnaká ako ich číslo skupiny v periodickej tabuľke.

Stanovenie valencie chemických prvkov podľa vzorca zlúčeniny sa vykonáva pomocou nasledujúceho algoritmu:

1. Napíšte známu hodnotu jedného z prvkov nad chemický znak. Napríklad v Mn207 je kyslíková valencia II.
2. Vypočítajte celkovú hodnotu, pre ktorú je potrebné vynásobiť valenciu počtom atómov toho istého chemického prvku v molekule: 2 * 7 \u003d 14.
3. Určte valenciu druhého prvku, pre ktorý nie je známy. Vydeľte hodnotu získanú v kroku 2 počtom atómov Mn v molekule.
4. 14: 2 = 7. vo svojom najvyššom oxide - VII.

Konštantná a premenlivá valencia

Hodnoty valencie pre vodík a kyslík sú odlišné. Napríklad síra v zlúčenine H2S je dvojmocná a vo vzorci S03 je šesťmocná. Uhlík tvorí s kyslíkom oxid CO a oxid CO 2 . V prvej zlúčenine je valencia C II a v druhej zlúčenine IV. Rovnaká hodnota v metáne CH 4 .

Väčšina prvkov nevykazuje konštantnú, ale premenlivú mocnosť, napríklad fosfor, dusík, síra. Hľadanie hlavných príčin tohto javu viedlo k vzniku teórií chemických väzieb, predstáv o valenčnom obale elektrónov a molekulových orbitáloch. Existencia rôznych hodnôt tej istej vlastnosti bola vysvetlená z hľadiska štruktúry atómov a molekúl.

Moderné predstavy o valencii

Všetky atómy pozostávajú z kladného jadra obklopeného záporne nabitými elektrónmi. Vonkajší obal, ktorý tvoria, je nedokončený. Hotová štruktúra je najstabilnejšia, obsahuje 8 elektrónov (oktet). Vznik chemickej väzby v dôsledku spoločných elektrónových párov vedie k energeticky priaznivému stavu atómov.

Pravidlom pre tvorbu zlúčenín je dokončenie obalu prijatím elektrónov alebo darovaním nepárových, podľa toho, ktorý proces je jednoduchší. Ak atóm zabezpečuje vytvorenie chemickej väzby záporných častíc, ktoré nemajú pár, potom tvorí toľko väzieb, koľko má nepárových elektrónov. Podľa moderných koncepcií je valencia atómov chemických prvkov schopnosťou vytvárať určitý počet kovalentných väzieb. Napríklad v molekule sírovodíka H2S získava síra valenciu II (-), pretože každý atóm sa podieľa na tvorbe dvoch elektrónových párov. Znamienko "-" označuje príťažlivosť elektrónového páru k viac elektronegatívnemu prvku. Pre menej elektronegatívnu hodnotu sa k valenčnej hodnote pripočíta „+“.

Pri mechanizme donor-akceptor sa procesu zúčastňujú elektrónové páry jedného prvku a voľné valenčné orbitály iného prvku.

Závislosť valencie od štruktúry atómu

Uvažujme na príklade uhlíka a kyslíka, ako mocnosť chemických prvkov závisí od štruktúry látky. Periodická tabuľka poskytuje predstavu o hlavných charakteristikách atómu uhlíka:

• chemický znak - C;
• číslo prvku - 6;
• jadrové nabíjanie - +6;
• protóny v jadre - 6;
• elektróny - 6, vrátane 4 vonkajších, z ktorých 2 tvoria pár, 2 sú nepárové.

Ak atóm uhlíka oxidu uhoľnatého tvorí dve väzby, potom sa používa iba 6 negatívnych častíc. Na získanie oktetu je potrebné, aby páry tvorili 4 vonkajšie negatívne častice. Uhlík má valenciu IV (+) v oxide a IV (-) v metáne.

Poradové číslo kyslíka je 8, valenčný obal pozostáva zo šiestich elektrónov, z ktorých 2 netvoria pár a podieľajú sa na chemickej väzbe a interakcii s inými atómami. Typická valencia kyslíka je II (-).

Valencia a oxidačný stav

V mnohých prípadoch je vhodnejšie použiť pojem "oxidačný stav". Toto je názov pre náboj, ktorý by atóm získal, keby sa všetky väzbové elektróny preniesli na prvok, ktorý má vyššiu hodnotu elektronegativity (EO). Oxidačné číslo v jednoduchej látke je nula. K oxidačnému stavu viac EO prvku sa pridá znamienko „-“, k menej elektronegatívnemu znamienko „+“. Napríklad pre kovy hlavných podskupín sú typické oxidačné stavy a iónové náboje, ktoré sa rovnajú číslu skupiny so znamienkom „+“. Vo väčšine prípadov sú valencia a oxidačný stav atómov v tej istej zlúčenine číselne rovnaké. Len pri interakcii s viac elektronegatívnymi atómami je oxidačný stav pozitívny, pri prvkoch, v ktorých je EO nižší, je negatívny. Pojem "valencia" sa často používa iba na látky s molekulárnou štruktúrou.

Ako určiť valenciu:

Všimnite si, že počet atómov kyslíka sa líši od zlúčeniny k zlúčenine.

Napríklad CO 2 a H 2 O. V oxide uhličitom pripadajú na 1 molekulu uhlíka 2 molekuly kyslíka a vo vode naopak 2 vodíky a len jeden kyslík.

Faktom je, že rôzne látky smieť pripojiť k sebe iný počet atómov (tvoria určitý počet väzieb): vodík - 1 atóm (1 väzba), kyslík - 2 atómy (2 väzby) atď. Táto vlastnosť atómov je tzv valencia(z latinského „mať moc“ – rovnaký koreň ako meno „Valentín“, čo je tiež „mať moc“).

Existuje aj určitá postupnosť tohto spojenia, ktorá je vyjadrená v štruktúrne vzorce kde sú odkazy zobrazené pomlčkami.

Tu štruktúrny vzorec pre vodu (H20):

Vodík je tu viazaný iba na kyslík, ale nie na seba. To znamená, že každý atóm vodíka má jednu väzbu, je jednoväzbová.

Kyslík má dve väzby – je dvojmocný.

Ďalší štruktúrny (grafický) vzorec pre oxid uhličitý(CO2):

Kyslík je tu dvojmocný, jeho atómy sú viazané iba na štvormocný uhlík.

Trojmocný dusík v amoniaku a štvormocný uhlík v metáne by vyzeral takto:

Valencia môže byť označená aj rímskymi číslicami navrchu:

Keď poznáte valenciu jednej látky, môžete ľahko pochopiť valenciu druhej:

Napríklad Fe 2 O 3 - 3 atómy kyslíka majú valenciu 2, čo znamená 3 * 2 = 6, a máme 2 atómy železa, čo znamená, že jeho valencia je 6: 2 = 3.

Valencia niektorých prvkov však môže byť premenlivý, t.j. líšiť. v závislosti od látky, s ktorou prichádza do styku. Premenná valencia je uvedená v zátvorkách: CO 2 (IV), CO (II).

V jednoduchých látkach nemá zmysel označovať valenciu. Valencia môže byť zaujímavá len pre molekulárne látky, ktoré obsahujú 2 alebo viac prvkov.

Upravte túto lekciu a/alebo pridajte úlohu a neustále získavajte peniaze* Pridajte si vlastnú lekciu a/alebo úlohy a neustále získavajte peniaze

VALENCE(lat. valentia - sila) schopnosť atómu pripojiť alebo nahradiť určitý počet iných atómov alebo skupín atómov.

Po mnoho desaťročí bol pojem valencie jedným zo základných, fundamentálnych pojmov v chémii. S týmto pojmom sa určite stretli všetci študenti chémie. Spočiatku sa im to zdalo celkom jednoduché a jednoznačné: vodík je jednomocný, kyslík je dvojmocný atď. V jednej z príručiek pre žiadateľov sa píše: „Valencia je počet chemických väzieb vytvorených atómom v zlúčenine.“ Ale aká je potom v súlade s touto definíciou valencia uhlíka v karbide železa Fe 3 C, v karbonyle železa Fe 2 (CO) 9, v dlho známych soliach K 3 Fe (CN) 6 a K 4 Fe ( CN) 6? A dokonca aj v chloride sodnom je každý atóm v kryštáli NaCl viazaný na šesť ďalších atómov! Toľko definícií, dokonca aj vytlačených v učebniciach, treba aplikovať veľmi opatrne.

V moderných publikáciách možno nájsť rôzne, často nejednotné definície. Napríklad toto: "Valencia je schopnosť atómov tvoriť určitý počet kovalentných väzieb." Táto definícia je jasná, jednoznačná, ale je použiteľná len pre zlúčeniny s kovalentnými väzbami. Určte valenciu atómu a celkový počet elektróny podieľajúce sa na tvorbe chemickej väzby; a počet elektrónových párov, ktorými je daný atóm viazaný k iným atómom; a počet jeho nepárových elektrónov podieľajúcich sa na tvorbe spoločných elektrónových párov. Ťažkosti spôsobuje aj ďalšia často sa vyskytujúca definícia valencie ako počet chemických väzieb, ktorými je daný atóm spojený s inými atómami, pretože nie je vždy možné jednoznačne definovať, čo je chemická väzba. Koniec koncov, nie vo všetkých zlúčeninách chemické väzby tvorené pármi elektrónov. Najjednoduchším príkladom sú iónové kryštály, ako je chlorid sodný; v ňom každý atóm sodíka tvorí väzbu (iónovú) so šiestimi atómami chlóru a naopak. Mali by sme zvážiť chemické väzby? vodíkové väzby(napríklad v molekulách vody)?

Vzniká otázka, čomu sa môže rovnať valencia atómu dusíka v súlade s jeho rôznymi definíciami. Ak je valencia určená celkovým počtom elektrónov zapojených do tvorby chemických väzieb s inými atómami, potom by sa maximálna valencia atómu dusíka mala považovať za rovnú piatim, pretože atóm dusíka môže pri tvorbe použiť všetkých svojich päť vonkajších elektrónov. chemických väzieb - dva s-elektróny a tri p-elektróny. Ak je valencia určená počtom elektrónových párov, s ktorými je daný atóm viazaný k iným, potom je v tomto prípade maximálna valencia atómu dusíka štyri. V tomto prípade tri p-elektróny tvoria s ostatnými atómami tri Kovalentné väzby a ešte jednu väzbu tvoria dva 2s-elektróny dusíka. Príkladom je reakcia amoniaku s kyselinami za vzniku amónneho katiónu.Nakoniec, ak je valencia určená iba počtom nespárovaných elektrónov v atóme, potom valencia dusíka nemôže byť väčšia ako tri, pretože atóm N nemôže mať viac ako tri nepárové elektróny (excitácia elektrónu 2s môže nastať len do úrovne s n = 3, čo je energeticky mimoriadne nepriaznivé). Takže v halogenidoch dusík tvorí iba tri kovalentné väzby a neexistujú žiadne zlúčeniny ako NF5, NCI5 alebo NBr5 (na rozdiel od úplne stabilných PF3, PCl3 a PBr3). Ale ak atóm dusíka prenesie jeden zo svojich 2s elektrónov na iný atóm, potom vo výslednom katióne N + zostanú štyri nepárové elektróny a valencia tohto katiónu bude štyri. To sa deje napríklad v molekule kyselina dusičná. Touto cestou, rôzne definície valencie vedú k rôznym výsledkom aj v prípade jednoduchých molekúl.

Ktorá z týchto definícií je „správna“ a je možné dať jednoznačnú definíciu valencie. Na zodpovedanie týchto otázok je užitočné urobiť exkurziu do minulosti a zvážiť, ako sa pojem „valencia“ zmenil s rozvojom chémie.

Myšlienka valencie prvkov (ktorá však v tom čase nebola uznaná) bola prvýkrát vyjadrená v polovici 19. Anglický chemik E. Frankland: hovoril o určitej „saturačnej kapacite“ kovov a kyslíka. Následne sa valencia začala chápať ako schopnosť atómu pripojiť alebo nahradiť určitý počet iných atómov (alebo skupín atómov) za vzniku chemickej väzby. Jeden z tvorcov teórie chemická štruktúra Friedrich August Kekule napísal: "Valencia je základná vlastnosť atómu, vlastnosť rovnako konštantná a nemenná ako samotná atómová hmotnosť." Kekule považoval valenciu prvku za konštantnú hodnotu. Koncom 50. rokov 19. storočia väčšina chemikov verila, že valencia (vtedy nazývaná „atomicita“) uhlíka bola 4, valencie kyslíka a síry boli 2 a valencie halogénov boli 1. V roku 1868 nemecký chemik K.G.“ valencia“ (po latinsky valentia – sila). Dlho sa však takmer nepoužíval, aspoň v Rusku (namiesto toho sa hovorilo napríklad o „jednotkách afinity“, „počte ekvivalentov“, „počte akcií“ atď.). Je príznačné, že v encyklopedický slovník Brockhaus a Efron(takmer všetky články o chémii v tejto encyklopédii prezrel, opravil a často napísal D.I. Mendelejev) vôbec tam nie je žiaden článok „valencia“. Nie je to ani v klasickom diele Mendelejeva. Základy chémie(len občas spomenie pojem „atomicita“, bez toho, aby sa ním podrobne zaoberal a bez toho, aby mu dal jednoznačnú definíciu).

Aby sme názorne ukázali ťažkosti, ktoré sprevádzali pojem „valencia“ od samého počiatku, je vhodné citovať populárny na začiatku 20. storočia. v mnohých krajinách, vďaka veľkému pedagogickému talentu autora, učebnica amerického chemika Alexandra Smitha, ktorú vydal v roku 1917 (v ruskom preklade - v rokoch 1911, 1916 a 1931): „Ani jeden koncept v chémii nedostal taký množstvo nejasných a nepresných definícií ako pojem valencie“. A ďalej v sekcii Niektoré zvláštnosti v názoroch na valenciu autor píše:

„Keď bol prvýkrát skonštruovaný koncept valencie, potom sa celkom mylne verilo, že každý prvok má jednu valenciu. Preto pri uvažovaní takých párov zlúčenín ako sú CuCl a CuCl 2, alebo ... FeCl 2 a FeCl 3 sme vychádzali z predpokladu, že meď vždy je dvojmocné a železo je trojmocné a na tomto základe boli vzorce skreslené tak, aby vyhovovali tomuto predpokladu. Vzorec pre chlorid meďnatý bol teda napísaný (a často aj teraz) takto: Cu 2 Cl 2. V tomto prípade majú vzorce dvoch zlúčenín chloridu meďnatého v grafickom znázornení tvar: Cl–Cu–Cu–Cl a Cl–Cu–Cl. V oboch prípadoch každý atóm medi obsahuje (na papieri) dve jednotky a je teda dvojmocný (na papieri). Podobne... zdvojnásobenie vzorca FeCl 2 dalo Cl 2 >Fe–Fe 2, čo nám umožnilo zvážiť... železité železo.“ A Smith pokračuje k veľmi dôležitému a nadčasovému záveru: „Je úplne v rozpore s vedeckou metódou vymýšľať alebo skresľovať fakty s cieľom podporiť názor, ktorý nie je založený na skúsenostiach, ale je výsledkom jednoduchého predpokladu. História vedy však ukazuje, že takéto chyby sú často pozorované.

Prehľad myšlienok začiatku storočia o valencii podal v roku 1912 ruský chemik L.A. Chugaev, ktorý získal svetové uznanie za prácu v chémii. komplexné zlúčeniny. Chugaev jasne ukázal ťažkosti spojené s definíciou a aplikáciou konceptu valencie:

„Valencia je termín používaný v chémii v rovnakom zmysle ako „atomicita“ na označenie maximálneho počtu atómov vodíka (alebo iných monatomických atómov alebo monatomických radikálov), s ktorými môže byť atóm daného prvku v priamom spojení (alebo ktorý môže nahradiť). Slovo valencia sa často používa aj vo význame jednotky valencie, prípadne jednotky afinity. Takže hovoria, že kyslík má dve, dusík tri valencie atď. Slová valencia a „atomicita“ sa predtým používali bez rozdielu, ale keďže samotné pojmy nimi vyjadrené stratili svoju pôvodnú jednoduchosť a stali sa komplikovanejšími, v mnohých prípadoch zostalo v platnosti len slovo valencia ... Komplikáciou tzv. pojem valencie sa začal poznaním, že valencia je premenná veličina... navyše v zmysle veci je vždy vyjadrená ako celé číslo.

Chemici vedeli, že mnohé kovy majú premenlivú mocnosť a mali sa rozprávať napríklad o dvojmocnom, trojmocnom a šesťmocnom chróme. Čugajev povedal, že aj v prípade uhlíka je potrebné pripustiť možnosť, že jeho valencia môže byť iná ako 4 a CO nie je jedinou výnimkou: „Divalentný uhlík sa veľmi pravdepodobne nachádza v karbylamínoch CH 3 -N = C, v kyseline fulmínovej a jej soliach C=NOH, C=NOMe atď. Vieme, že existuje aj trojatómový uhlík...“ rozširuje klasický pojem valencie a rozširuje ho na prípady, na ktoré je ako taký nepoužiteľný. Ak Thiele dospel k potrebe... povoliť „rozdrvenie“ jednotiek valencie, potom existuje celý riadok skutočnosti, ktoré nás nútia vyvodiť pojem valencie z úzkeho rámca, v ktorom bol pôvodne uzavretý v inom zmysle. Videli sme, že štúdium najjednoduchších (väčšinou binárnych ...) zlúčenín tvorených chemickými prvkami, pre každý z nich, nás núti predpokladať určité, vždy malé a samozrejme celočíselné hodnoty ich valencie. Takýchto hodnôt je vo všeobecnosti veľmi málo (prvky vykazujúce viac ako tri rôzne valencie sú zriedkavé) ... Skúsenosti však ukazujú, že keď by sa všetky vyššie uvedené jednotky valencie mali považovať za nasýtené, schopnosť molekúl vytvorených v tomto prípad na ďalšie pripojenie vôbec nedosahuje limit. Kovové soli teda pridávajú vodu, amoniak, amíny..., čím vytvárajú rôzne hydráty, amoniaky... atď. zložité spojenia, ktoré ... dnes zaraďujeme medzi komplexné. Existencia takýchto zlúčenín, ktoré nezapadajú do rámca najjednoduchšieho pojmu valencie, si prirodzene vyžiadala jeho rozšírenie a zavedenie ďalších hypotéz. Jednou z týchto hypotéz, ktorú navrhol A. Werner, je, že popri hlavných, čiže základných, valenčných jednotkách existujú aj ďalšie, vedľajšie. Tie sú zvyčajne označené bodkovanou čiarou.

Aká mocnosť by sa napríklad mala pripísať atómu kobaltu v jeho chloride, ktorý pridal šesť molekúl amoniaku za vzniku zlúčeniny CoCl 3 6NH 3 (alebo, čo je to isté, Co (NH 3) 6 Cl 3) ? V ňom je atóm kobaltu spojený súčasne s deviatimi atómami chlóru a dusíka! D.I. Mendelejev pri tejto príležitosti napísal o málo prebádaných „silách zvyškovej afinity“. A švajčiarsky chemik A. Werner, ktorý vytvoril teóriu komplexných zlúčenín, zaviedol pojmy hlavná (primárna) valencia a sekundárna (sekundárna) valencia (v modernej chémii tieto pojmy zodpovedajú oxidačnému stavu a koordinačnému číslu). Obe valencie môžu byť variabilné a v niektorých prípadoch je veľmi ťažké alebo dokonca nemožné ich rozlíšiť.

Ďalej sa Chugaev dotýka teórie elektrovalencie R. Abegga, ktorá môže byť pozitívna (v zlúčeninách s vyšším kyslíkom) alebo negatívna (v zlúčeninách s vodíkom). V tomto prípade je súčet vyšších mocností prvkov v kyslíku a vodíku pre skupiny IV až VII 8. Prezentácia v mnohých učebniciach chémie je stále založená na tejto teórii. Na záver Chugaev spomína chemické zlúčeniny, pre ktoré je pojem valencie prakticky nepoužiteľný – intermetalické zlúčeniny, ktorých zloženie „je často vyjadrené vo veľmi zvláštnych vzorcoch, len veľmi málo pripomínajúcich obvyklé hodnoty valencie. Sú to napríklad tieto zlúčeniny: NaCd5, NaZn12, FeZn7 a ďalšie.

Na niektoré ťažkosti pri určovaní valencie poukázal ďalší slávny ruský chemik I.A. Kablukov vo svojej učebnici Základné princípy anorganickej chémie, vydanej v roku 1929. Čo sa týka koordinačného čísla, citujme (v ruskom preklade) učebnicu vydanú v Berlíne v roku 1933 od jedného zo zakladateľov modernej teórie riešení, dánskeho chemika Nilsa Bjerruma:

„Zvyčajné počty valencií nedávajú žiadnu predstavu charakteristické vlastnosti prejavuje sa mnohými atómami v početných komplexných zlúčeninách. Na vysvetlenie schopnosti atómov alebo iónov vytvárať komplexné zlúčeniny bol pre atómy a ióny zavedený nový špeciálny rad čísel, odlišný od bežných valenčných čísel. V komplexných iónoch striebra ... z väčšej časti priamo spojené s centrálnym atómom kovu dva atóm alebo dve skupiny atómov, napríklad Ag (NH 3) 2 +, Ag (CN) 2 -, Ag (S 2 O 3) 2 - ... Na popísanie tohto spojenia bol zavedený pojem koordinačné číslo a priraďte iónom Ag + koordinačné číslo 2. Ako je zrejmé z uvedených príkladov, skupiny spojené s centrálny atóm, môžu byť neutrálne molekuly (NH 3) a ióny (CN -, S 2 O 3 -). Dvojmocný ión medi Cu ++ a trojmocný ión zlata Au +++ majú vo väčšine prípadov koordinačné číslo 4. Koordinačné číslo atómu, samozrejme, ešte neudáva, aký druh väzby existuje medzi centrálnym atómom a iné atómy alebo skupiny atómov s ním spojené; ale ukázalo sa, že je to vynikajúci nástroj pre systematiku komplexných zlúčenín.

Veľmi názorné príklady„špeciálne vlastnosti“ komplexných zlúčenín uvádza vo svojej učebnici A. Smith:

„Zvážte nasledujúce „molekulárne“ zlúčeniny platiny: PtCl 4 2NH 3, PtCl 4 4NH 3, PtCl 4 6NH 3 a PtCl 4 2KCl. Bližšie štúdium týchto zlúčenín odhaľuje množstvo pozoruhodných vlastností. Prvá zlúčenina v roztoku sa prakticky nerozkladá na ióny; elektrická vodivosť jeho roztokov je extrémne nízka; dusičnan strieborný nezráža s ním AgCl. Werner predpokladal, že atómy chlóru sú viazané na atóm platiny bežnými valenciami; Werner ich nazval hlavnými a molekuly amoniaku sú spojené s atómom platiny ďalšími, bočnými valenciami. Táto zlúčenina má podľa Wernera nasledujúcu štruktúru:

Veľké zátvorky označujú integritu skupiny atómov, komplexu, ktorý sa nerozkladá, keď je zlúčenina rozpustená.

Druhá zlúčenina má odlišné vlastnosti ako prvá; ide o elektrolyt, elektrická vodivosť jeho roztokov je rovnakého rádu ako elektrická vodivosť roztokov solí, ktoré sa rozkladajú na tri ióny (K 2 SO 4, BaCl 2, MgCl 2); dusičnan strieborný vyzráža dva zo štyroch atómov. Podľa Wernera má táto zlúčenina nasledujúcu štruktúru: 2– + 2Cl –. Tu máme komplexný ión, atómy chlóru v ňom nie sú vyzrážané dusičnanom strieborným a tento komplex tvorí okolo jadra - atóm Pt - vnútornú sféru atómov v zlúčenine sa atómy chlóru odštiepia vo forme iónov z vonkajšej gule atómov, preto ich píšeme mimo veľkých zátvoriek. Ak predpokladáme, že Pt má štyri hlavné valencie, potom sa v tomto komplexe používajú iba dve, zatiaľ čo ďalšie dve obsahujú dva vonkajšie atómy chlóru. V prvej zlúčenine sú všetky štyri valencie platiny použité v samotnom komplexe, v dôsledku čoho táto zlúčenina nie je elektrolytom.

V tretej zlúčenine sú všetky štyri atómy chlóru vyzrážané dusičnanom strieborným; vysoká elektrická vodivosť tejto soli ukazuje, že dáva päť iónov; je zrejmé, že jeho štruktúra je nasledovná: 4– + 4Cl – ... V komplexnom ióne sú všetky molekuly amoniaku spojené s Pt bočnými valenciami; čo zodpovedá štyrom hlavným valenciám platiny, vo vonkajšej sfére sú štyri atómy chlóru.

V štvrtej zlúčenine dusičnan strieborný vôbec nezráža chlór, elektrická vodivosť jeho roztokov naznačuje rozklad na tri ióny a výmenné reakcie odhaľujú draselné ióny. Tejto zlúčenine pripisujeme nasledujúcu štruktúru: 2– + 2K + . V komplexnom ióne sa používajú štyri hlavné valencie Pt, ale keďže nie sú použité hlavné valencie dvoch atómov chlóru, môžu byť vo vonkajšej sfére zadržané dva kladné jednomocné ióny (2K +, 2NH 4 + atď.). .

Uvedené príklady nápadného rozdielu vo vlastnostiach navonok podobných komplexov platiny poskytujú predstavu o ťažkostiach, s ktorými sa stretávajú chemici pri pokuse jednoznačne určiť valenciu.

Po vytvorení elektronických predstáv o štruktúre atómov a molekúl sa pojem „elektrovalencia“ začal široko používať. Keďže atómy môžu darovať aj prijímať elektróny, elektrovalencia môže byť pozitívna aj negatívna (teraz sa namiesto elektrovalencie používa pojem oxidačného stavu). Do akej miery sa zhodovali nové elektronické predstavy o valencii so starými? N. Bjerrum v už citovanej učebnici o tom píše: „Medzi zvyčajnými valenčnými číslami a zavedenými novými číslami - elektrovalenciou a koordinačným číslom je určitá závislosť, ale v žiadnom prípade nie sú totožné. Starý pojem valencie sa rozdelil na dva nové pojmy. Pri tejto príležitosti Bjerrum urobil dôležitú poznámku: „Koordinačné číslo uhlíka je vo väčšine prípadov 4 a jeho elektrovalencia je buď +4 alebo -4. Keďže obe čísla sa pre atóm uhlíka zvyčajne zhodujú, zlúčeniny uhlíka nie sú vhodné na štúdium rozdielu medzi týmito dvoma pojmami.

V rámci elektrónovej teórie chemickej väzby, vyvinutej v prácach amerického fyzikálneho chemika G. Lewisa a nemeckého fyzika W. Kossela, sa objavili pojmy ako donor-akceptorová (koordinačná) väzba a kovalencia. V súlade s touto teóriou bola valencia atómu určená počtom jeho elektrónov podieľajúcich sa na tvorbe spoločných elektrónových párov s inými atómami. V tomto prípade bola uvažovaná maximálna valencia prvku rovná sa číslu elektróny vo vonkajšom elektrónovom obale atómu (zhoduje sa s číslom skupiny periodickej tabuľky, do ktorej prvok patrí). Podľa iných konceptov založených na kvantových chemických zákonoch (vyvinuli ich nemeckí fyzici W. Heitler a F. London) by sa nemali počítať všetky vonkajšie elektróny, ale iba nepárové (v základnom alebo excitovanom stave atómu); táto definícia je uvedená v mnohých chemických encyklopédiách.

Sú však známe fakty, ktoré do toho nezapadajú jednoduchý obvod. Takže v mnohých zlúčeninách (napríklad v ozóne) môže pár elektrónov držať nie dve, ale tri jadrá; v iných molekulách môže byť chemická väzba uskutočnená jediným elektrónom. Nie je možné opísať takéto spojenia bez použitia aparátu kvantovej chémie. Ako napríklad určiť valenciu atómov v takých zlúčeninách, ako je pentaborán B 5 H 9 a iné bórany s „mostovými“ väzbami, v ktorých je atóm vodíka viazaný na dva atómy bóru naraz; ferocén Fe (C 5 H 5) 2 (atóm železa s oxidačným stavom +2 je bezprostredne spojený s 10 atómami uhlíka); pentakarbonyl železa Fe(CO)5 (atóm železa v nulovom oxidačnom stave je naviazaný na päť atómov uhlíka); pentakarbonylchromát sodný Na 2 Cr (CO) 5 (oxidačný stav chrómu-2)? Takéto „neklasické“ prípady nie sú ničím výnimočným. Podobných „prerušovačov valencie“, zlúčenín s rôznymi „exotickými valenciami“, ako sa vyvíjala chémia, bolo čoraz viac.

Na obídenie niektorých ťažkostí bola uvedená definícia, podľa ktorej je pri určovaní valencie atómu potrebné vziať do úvahy celkový počet nespárovaných elektrónov, osamelých elektrónových párov a prázdnych orbitálov, ktoré sa podieľajú na tvorbe chemických väzieb. Prázdne orbitály sa priamo podieľajú na vzniku darcovsko-akceptorové väzby v rôznych komplexných zlúčeninách.

Jedným zo záverov je, že vývoj teórie a získavanie nových experimentálnych údajov viedli k tomu, že pokusy o jasné pochopenie podstaty valencie rozdelili tento pojem na množstvo nových pojmov, akými sú hlavná a vedľajšia valencia. , iónová valencia a kovalencia, koordinačné číslo a stupeň oxidácie atď. To znamená, že pojem „valencia“ sa „rozdelil“ na množstvo nezávislých pojmov, z ktorých každý pôsobí v určitej oblasti. Tradičný pojem valencie má zrejme jasný a jednoznačný význam iba pre zlúčeniny, v ktorých sú všetky chemické väzby dvojcentrové (t. j. spájajúce iba dva atómy) a každá väzba je uskutočnená párom elektrónov umiestnených medzi dvoma susednými atómami, inými slovami, pre kovalentné zlúčeniny, ako je HCl, CO2, C5H12 atď.

Druhý záver nie je celkom obvyklý: pojem „valencia“, hoci sa používa v modernej chémii, má veľmi obmedzené použitie, pokusy dať mu jednoznačnú definíciu „pre všetky príležitosti“ nie sú veľmi produktívne a takmer ani potrebné. Nie nadarmo sa autori mnohých učebníc, najmä tých v zahraničí, bez tohto pojmu vôbec zaobídu alebo sa obmedzia na poukázanie na to, že pojem „valencia“ má najmä historický význam, zatiaľ čo teraz chemici väčšinou používajú bežnejší, aj keď trochu umelý koncept "oxidačného stavu".

Iľja Leenson