Валентность химических элементов. степень окисления химических элементов

Решение задач по химии

Химические формулы

· Формула и валентность
· Вывод эмпирических формул
· Вывод молекулярных формул
· Расчёты при помощи моля
· Молярный объем газов
· Расчёты по молекулярным уравнениям
· Расчёты по термохимическим уравнениям
· Расчёты по массовым долям
· Электролитическая диссоциация
· Смещение химического равновесия

Справочный материал

· Периодическая таблица элементов
· Таблица степеней окисления
· Таблица растворимости солей
· Таблица электроотрицательности элементов
· Распределение электронов в атоме по энергетическим уровням
· Электронные конфигурации атомов по периодам
· Таблица названий кислот и их анионов

Таблица валентности химических элементов

Порядковый номер хим. элемента (атомный номер)	Наименование	Химический символ	Валентность
1	Водород / Hydrogen Гелий / Helium Литий / Lithium Бериллий / Beryllium Углерод / Carbon Азот / Nitrogen Кислород / Oxygen Фтор / Fluorine Неон / Neon Натрий / Sodium Магний / Magnesium Алюминий / Aluminum Кремний / Silicon Фосфор / Phosphorus Сера / Sulfur Хлор / Chlorine Аргон / Argon Калий / Potassium Кальций / Calcium Скандий / Scandium Титан / Titanium Ванадий / Vanadium Хром / Chromium Марганец / Manganese Железо / Iron Кобальт / Cobalt Никель / Nickel Медь / Copper Цинк / Zinc Галлий / Gallium Германий /Germanium Мышьяк / Arsenic Селен / Selenium Бром / Bromine Криптон / Krypton Рубидий / Rubidium Стронций / Strontium Иттрий / Yttrium Цирконий / Zirconium Ниобий / Niobium Молибден / Molybdenum Технеций / Technetium Рутений / Ruthenium Родий / Rhodium Палладий / Palladium Серебро / Silver Кадмий / Cadmium Индий / Indium Олово / Tin Сурьма / Antimony Теллур / Tellurium Иод / Iodine Ксенон / Xenon Цезий / Cesium Барий / Barium Лантан / Lanthanum Церий / Cerium Празеодим / Praseodymium Неодим / Neodymium Прометий / Promethium Самарий / Samarium Европий / Europium Гадолиний / Gadolinium Тербий / Terbium Диспрозий / Dysprosium Гольмий / Holmium Эрбий / Erbium Тулий / Thulium Иттербий / Ytterbium Лютеций / Lutetium Гафний / Hafnium Тантал / Tantalum Вольфрам / Tungsten Рений / Rhenium Осмий / Osmium Иридий / Iridium Платина / Platinum Золото / Gold Ртуть / Mercury Талий / Thallium Свинец / Lead Висмут / Bismuth Полоний / Polonium Астат / Astatine Радон / Radon Франций / Francium Радий / Radium Актиний / Actinium Торий / Thorium Проактиний / Protactinium Уран / Uranium	H	I (I), II, III, IV, V I, (II), III, (IV), V, VII II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI (I), II, (III), (IV) I, (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) I, (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) Нет данных Нет данных (II), III, IV, (V), VI

В скобках даны те валентности, которые обладающие ими элементы проявляют редко.

Валентность элементов в формулах.

Как мы уже говорили выше, понятие «валентность элементов
» связанно с электронной структурой атома. Но это не единственный вид связи, которые существуют в природе. Химики знакомы еще с ионными, кристаллическими и другими формами структуры вещества. Для таких структур валентность уже не столь актуальна, но вот работая с формулами молекулярных реакций, мы обязательно должны ее учитывать.

Для того, чтоб сделать формулу мы должны расставить все индексы, которые уравновешивают количество атомов, вступающие в реакцию. Только зная валентность веществ, мы можем правильно расставить индексы. И наоборот, зная молекулярную формулу и имея индексы, можно узнать валентность элементов, что входят в состав вещества.

Для произведения подобных расчетов важно помнить, что валентности обоих элементов, вступивших в реакцию, будут равны, а значит, для поиска необходимо найти наименьшее общее кратное. Например, возьмем, оксид железа

В химической связи у нас участвуют железо и кислород. В данной реакции у железа валентность равна III, а кислорода — II. Путем легких вычислений определяем, что наименьшее общее кратное — 6. А значит формула имеет вид Fe 2 O 3

Например, возьмем, оксид железа. В химической связи у нас участвуют железо и кислород. В данной реакции у железа валентность равна III, а кислорода — II. Путем легких вычислений определяем, что наименьшее общее кратное — 6. А значит формула имеет вид Fe 2 O 3 .

Примеры определения степеней окисления в сложных веществах

Решение

В молекуле N2O5 более электроотрицательным является атом кислорода, следовательно, он находится в своей низшей степени окисления -2, а атом азота имеет степень окисления +5. Полученная алгебраическая сумма степеней окисления будет равняться нулю: 2*(+5) + 5*(-2) = 0.

Решение

Степень окисления натрия равна +1, так как это элемент первой группы главной подгруппы. Степень окисления кислорода равна -2, так как данное соединение не относится к исключениям. Сера — это элемент VI группы главной подгруппы, поэтому у нее переменная степень окисления, которую нужно рассчитать.

Степень окисления серы (S) обозначаем за х, учитываем, что алгебраическая сумма степеней окисления равна 0, а также принимаем во внимание число атомов каждого химического элемента, получаем уравнение: 2*(+1) + х + 4(-2) = 0. Отсюда х  = +6. 

Решение

Степень окисления калия равна +1, так как это элемент первой группы главной подгруппы. Степень окисления кислорода равна -2, так как данное соединение не относится к исключениям

Хром — это элемент VI группы побочной подгруппы, поэтому у нее переменная степень окисления, которую нужно рассчитать.Степень окисления серы (Cr) обозначаем за х, учитываем, что алгебраическая сумма степеней окисления равна 0, а также принимаем во внимание число атомов каждого химического элемента, получаем уравнение: 2*(+1) + 2*х + 7(-2) = 0. Отсюда х  = +6. 

Какие бывают характеристики у валентности элементов?

Все вещества, которые обладают валентностью, характеризуются тем, что она у них или постоянна (во всех связях), либо переменная. Постоянная валентность — характеристика очень небольшой группы веществ (водорода, фтора, натрия, калия, кислорода и др. Намного больше в мире атомов, которые обладают переменной валентностью. В разных реакциях, взаимодействуя с разными атомами, они становятся разновалентными. Например, азот в соединении NH3 имеет валентность — III, так как связан с тремя атомами, а в природе он бывает с валентность от одного до четырех. Еще раз повторю, что разная валентность — более распространенное явление.

Определение формул химических соединений с использованием их валентности

В природе химические элементы более или менее охотно взаимодействуют друг с другом, образуя химические соединения. Используя общепризнанные во всем мире буквенные обозначения химических элементов и валентность отдельных элементов, химические соединения записываются с помощью формул. Различают структурные, полуструктурные и суммарные формулы.

Структурная формула

С помощью этой формулы мы можем отобразить структуру молекулы определенного химического соединения. Она учитывает тип и количество атомов, а также все связи между ними.

Полуструктурная формула

В этой формуле образуется своего рода группировка элементов — углерод с водородами группируются отдельно, а функциональные группы — отдельно. Полуструктурные формулы в своих обозначениях показывают связи, возникающие между последовательными атомами углерода и функциональными группами.

Суммарная формула

Наиболее распространенной формулой для описания символического химического соединения, например, для хлорида натрия, то есть популярной поваренной соли, является NaCl. Она учитывает тип и количество атомов.

Таким образом, зная несколько основных принципов валентности химических элементов, можно легко написать суммарную и структурную формулы молекулы, состоящей из двух химических элементов:

• первый шаг – записать рядом друг с другом буквенные обозначения химических элементов, из которых состоит соединение;
• затем в правом верхнем углу римскими цифрами следует записать их валентности, которые затем мы записываем под элементами ниже (крест-накрест!);
• написанные валентности образуют массовое соотношение элементов в химическом соединении. Если это не наименьшее соотношение, то эти цифры следует разделить на общий делитель;
• затем цифры записываются (арабскими цифрами) в правом нижнем углу обозначений химических элементов (единицы не записываются).

Аналогичным образом образуется структурная формула химического соединения:

• необходимо записать буквенные обозначения элементов, составляющих соединение (столько атомов данного элемента, сколько было определено ранее по суммарной формуле);
• рядом с каждым символом записывается столько точек, сколько его валентность;
• точки между атомами соединяются друг с другом (свободной точки быть не может) — каждое соединение символизирует химическую связь.

Составление химических формул по валентности

Зная валентность элементов, можно составлять формулы их бинарных соединений. Например, необходимо записать формулу кислородного соединения хлора, в котором валентность хлора равна семи. Порядок действий здесь таков.

Еще один пример. Составим формулу соединения кремния с азотом, если валентность кремния равна IV, а азота — III.

Записываем рядом символы элементов в следующем виде:

Затем находим НОК валентностей обоих элементов. Оно равно 12 (IV·III).

Определяем индексы каждого элемента:

Записываем формулу соединения: Si₃N₄.

В дальнейшем при составлении формул веществ не обязательно указывать цифрами значения валентностей, а необходимые несложные вычисления можно выполнять в уме.

Краткие выводы урока:

1. Численной характеристикой способности атомов данного элемента соединяться с другими атомами является валентность.
2. Валентность водорода постоянна и равна единице. Валентность кислорода также постоянна и равна двум.
3. Валентность большинства остальных элементов не является постоянной. Ее можно определить по формулам их бинарных соединений с водородом или кислородом.

Надеюсь урок 6 «Валентность» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Характеристики валентности

Сегодня определение валентности элементов базируется на знаниях о строении внешних электронных оболочек их атомов.

Валентность может быть:

• постоянной (металлы главных подгрупп);
• переменной (неметаллы и металлы побочных групп):
  • высшая валентность;
  • низшая валентность.

Постоянной в различных химических соединениях остается:

• валентность водорода, натрия, калия, фтора (I);
• валентность кислорода, магния, кальция, цинка (II);
• валентность алюминия (III).

А вот валентность железа и меди, брома и хлора, а также многих других элементов изменяется, когда они образуют различные химические соедения.

Степень окисления химических элементов

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении, вычисленный в предположении, что все связи в соединении ионные (то есть все связывающие электронные пары полностью смещены к атому более электроотрицательного элемента).

Численно она равна количеству электронов, которое отдает атом приобретающий положительный заряд, или количеству электронов, которое присоединяет к себе атом, приобретающий отрицательный заряд.

Различие понятий степень окисления и валентность

Понятие валентность используется для количественного выражения электронного взаимодействия в ковалентных соединениях, то есть в соединениях, образованных за счет образования общих электронных пар. Степень окисления используется для описания реакций, которые сопровождаются отдачей или присоединением электронов.

В отличии от валентности, являющейся нейтральной характеристикой, степень окисления может иметь положительное, отрицательное, или нулевое значение. Положительное значение соответствует числу отданных электронов, а отрицательная числу присоединенных. Нулевое значение означает, что элемент находится либо в форме простого вещества, либо он был восстановлен до 0 после окисления, либо окислен до нуля после предшествующего восстановления. 

Валентность химических элементов (Таблица)

Как можно определить валентность в соединениях:

• Валентность водорода (H) постоянна всегда 1. Отсюда в соединении H2O валентность O равна 2.
• Валентность кислорода (O) постоянна всегда 2. Отсюда в соединении СО2 валентность С равно 4.
• Высшая валентность всегда равна № группы.
• Низшая валентность равна разности между числом 8 (количество групп в Таблице Менделеева) и номером группы, в которой находится элемент.
• У металлов в подгруппах А таблицы Менделеева, валентность = № группы.
• У неметаллов обычно две валентности: высшая и низшая.

Валентность химических элементов может быть постоянной и переменной. Постоянная в основном у металлов главных подгрупп, переменная у неметаллов и металлов побочных подгруп.

Таблица валентности химических элементов

Атомный №	Химический элемент	Символ	Валентность химических элементов	Примеры соединений
1	Водород / Hydrogen	H	I	HF
2	Гелий / Helium	He	отсутствует	—
3	Литий / Lithium	Li	I	Li2O
4	Бериллий / Beryllium	Be	II	BeH2
5	Бор / Boron	B	III	BCl3
6	Углерод / Carbon	C	IV, II	CO2, CH4
7	Азот / Nitrogen	N	III, IV	NH3
8	Кислород / Oxygen	O	II	H2O, BaO
9	Фтор / Fluorine	F	I	HF
10	Неон / Neon	Ne	отсутствует	—
11	Натрий / Sodium	Na	I	Na2O
12	Магний / Magnesium	Mg	II	MgCl2
13	Алюминий / Aluminum	Al	III	Al2O3
14	Кремний / Silicon	Si	IV	SiO2, SiCl4
15	Фосфор / Phosphorus	P	III, V	PH3, P2O5
16	Сера / Sulfur	S	VI, IV, II	H2S, SO3
17	Хлор / Chlorine	Cl	I, III, V, VII	HCl, ClF3
18	Аргон / Argon	Ar	отсутствует	—
19	Калий / Potassium	K	I	KBr
20	Кальций / Calcium	Ca	II	CaH2
21	Скандий / Scandium	Sc	III	Sc2S3
22	Титан / Titanium	Ti	II, III, IV	Ti2O3, TiH4
23	Ванадий / Vanadium	V	II, III, IV, V	VF5, V2O3
24	Хром / Chromium	Cr	II, III, VI	CrCl2, CrO3
25	Марганец / Manganese	Mn	II, III, IV, VI, VII	Mn2O7, Mn2(SO4)3
26	Железо / Iron	Fe	II, III	FeSO4, FeBr3
27	Кобальт / Cobalt	Co	II, III	CoI2, Co2S3
28	Никель / Nickel	Ni	II, III, IV	NiS, Ni(CO)4
29	Медь / Copper	Сu	I, II	CuS, Cu2O
30	Цинк / Zinc	Zn	II	ZnCl2
31	Галлий / Gallium	Ga	III	Ga(OH)3
32	Германий / Germanium	Ge	II, IV	GeBr4, Ge(OH)2
33	Мышьяк / Arsenic	As	III, V	As2S5, H3AsO4
34	Селен / Selenium	Se	II, IV, VI,	H2SeO3
35	Бром / Bromine	Br	I, III, V, VII	HBrO3
36	Криптон / Krypton	Kr	VI, IV, II	KrF2, BaKrO4
37	Рубидий / Rubidium	Rb	I	RbH
38	Стронций / Strontium	Sr	II	SrSO4
39	Иттрий / Yttrium	Y	III	Y2O3
40	Цирконий / Zirconium	Zr	II, III, IV	ZrI4, ZrCl2
41	Ниобий / Niobium	Nb	I, II, III, IV, V	NbBr5
42	Молибден / Molybdenum	Mo	II, III, IV, V, VI	Mo2O5, MoF6
43	Технеций / Technetium	Tc	I — VII	Tc2S7
44	Рутений / Ruthenium	Ru	II — VIII	RuO4, RuF5, RuBr3
45	Родий / Rhodium	Rh	I, II, III, IV, V	RhS, RhF3
46	Палладий / Palladium	Pd	I, II, III, IV	Pd2S, PdS2
47	Серебро / Silver	Ag	I, II, III	AgO, AgF2, AgNO3
48	Кадмий / Cadmium	Cd	II	CdCl2
49	Индий / Indium	In	III	In2O3
50	Олово / Tin	Sn	II, IV	SnBr4, SnF2
51	Сурьма / Antimony	Sb	III, IV, V	SbF5, SbH3
52	Теллур / Tellurium	Te	VI, IV, II	TeH2, H6TeO6
53	Иод / Iodine	I	I, III, V, VII	HIO3, HI
54	Ксенон / Xenon	Xe	II, IV, VI, VIII	XeF6, XeO4, XeF2
55	Цезий / Cesium	Cs	I	CsCl
56	Барий / Barium	Ba	II	Ba(OH)2
57	Лантан / Lanthanum	La	III	LaH3
58	Церий / Cerium	Ce	III, IV	CeO2 , CeF3
59	Празеодим / Praseodymium	Pr	III, IV	PrF4, PrO2
60	Неодим / Neodymium	Nd	III	Nd2O3
61	Прометий / Promethium	Pm	III	Pm2O3
62	Самарий / Samarium	Sm	II, III	SmO
63	Европий / Europium	Eu	II, III	EuSO4
64	Гадолиний / Gadolinium	Gd	III	GdCl3
65	Тербий / Terbium	Tb	III, IV	TbF4, TbCl3
66	Диспрозий / Dysprosium	Dy	III	Dy2O3
67	Гольмий / Holmium	Ho	III	Ho2O3
68	Эрбий / Erbium	Er	III	Er2O3
69	Тулий / Thulium	Tm	II, III	Tm2O3
70	Иттербий / Ytterbium	Yb	II, III	YO
71	Лютеций / Lutetium	Lu	III	LuF3
72	Гафний / Hafnium	Hf	II, III, IV	HfBr3, HfCl4
73	Тантал / Tantalum	Ta	I — V	TaCl5, TaBr2, TaCl4
74	Вольфрам / Tungsten	W	II — VI	WBr6, Na2WO4
75	Рений / Rhenium	Re	I — VII	Re2S7, Re2O5
76	Осмий / Osmium	Os	II — VI, VIII	OsF8, OsI2, Os2O3
77	Иридий / Iridium	Ir	I — VI	IrS3, IrF4
78	Платина / Platinum	Pt	I, II, III, IV, V	Pt(SO4)3, PtBr4
79	Золото / Gold	Au	I, II, III	AuH, Au2O3, Au2Cl6
80	Ртуть / Mercury	Hg	II	HgF2, HgBr2
81	Талий / Thallium	Tl	I, III	TlCl3, TlF
82	Свинец / Lead	Pb	II, IV	PbS, PbH4
83	Висмут / Bismuth	Bi	III, V	BiF5,  Bi2S3
84	Полоний / Polonium	Po	VI, IV, II	PoCl4, PoO3
85	Астат / Astatine	At	нет данных	—
86	Радон / Radon	Rn	отсутствует	—
87	Франций / Francium	Fr	I	—
88	Радий / Radium	Ra	II	RaBr2
89	Актиний / Actinium	Ac	III	AcCl3
90	Торий / Thorium	Th	II, III, IV	ThO2, ThF4
91	Проактиний / Protactinium	Pa	IV, V	PaCl5,  PaF4
92	Уран / Uranium	U	III, IV	UF4, UO3
93	Нептуний	Np	III — VI	NpF6, NpCl4
94	Плутоний	Pu	II, III, IV	PuO2, PuF3, PuF4
95	Америций	Am	III — VI	AmF3, AmO2
96	Кюрий	Cm	III, IV	CmO2, Cm2O3
97	Берклий	Bk	III, IV	BkF3, BkO2
98	Калифорний	Cf	II, III, IV	Cf2O3
99	Эйнштейний	Es	II, III	EsF3
100	Фермий	Fm	II, III	—
101	Менделевий	Md	II, III	—
102	Нобелий	No	II, III	—
103	Лоуренсий	Lr	III	—
Номер	Элемент	Символ	Валентность химических элементов	Пример

Примеры определения степени окисления

Определим степени окисления хлора в соединениях:

Те правила, которые мы рассмотрели не всегда позволяют рассчитать СО всех элементов, как например в данной молекуле аминопропана.

Здесь удобно пользоваться следующим приемом:

1)Изображаем структурную формулу молекулы, черточка – это связь, пара электронов.

2) Черточку превращаем в стрелку, направленную к более ЭО атому. Эта стрелка символизирует переход электрона к атому. Если связаны два одинаковых атома, оставляем черту как есть – нет перехода электронов.

3) Считаем сколько электронов «пришло» и «ушло».

Например, посчитаем заряд первого атома углерода. Три стрелки направленны к атому, значит, 3 электрона пришло, заряд -3.

Второй атом углерода: водород отдал ему электрон, а азот забрал один электрон. Заряд не поменялся, равен нулю. И т.д.

Наглядность.

Для того, чтоб валентность элемента
была более понятна рекомендуют писать структурные формулы . Создавая их, мы пишем условные обозначения атомов, а потом рисуем черточки, опираясь на валентность. Там каждая черточка обозначает связи каждого из элементов и получается очень наглядно.

Различные химические элементы отличаются по своей способности создавать химические связи, то есть соединяться с другими атомами. Поэтому в сложных веществах они могут находиться только в определенных соотношениях. Разберемся, как определить валентность по таблице Менделеева.

Существует такое определение валентности: это способность атома к образованию определенного числа химических связей.
В отличие от , эта величина всегда только положительная и обозначается римскими цифрами.

В качестве единицы используется эта характеристика для водорода, которая принята равной I. Это свойство показывает, с каким числом одновалентных атомов может соединиться данный элемент. Для кислорода эта величина всегда равна II.

Знать эту характеристику необходимо, чтобы верно записывать химические формулы веществ и уравнения . Знание этой величины поможет установить соотношение между числом атомов различных типов в молекуле.

Данное понятие возникло в химии в XIX веке. Начало теории, объясняющей соединение атомов в различных соотношениях, положил Франкленд, но его идеи о «связывающей силе» не были очень распространены. Решающая роль в развитии теории принадлежала Кекуле. Он называл свойство образовывать некоторое количество связей основностью. Кекуле считал, что это фундаментальное и неизменное свойство каждого вида атомов. Важные дополнения к теории сделал Бутлеров. С развитием этой теории стало возможным наглядно изображать молекулы. Это очень помогло в изучении строения различных веществ.

Валентность химического элемента и степень его окисления

Часто понятия «валентность» и «степень окисления элемента» используются взаимозаменяемо. Правильно ли это? К сожалению, это неправильный подход к этим понятиям. Основной причиной их путаницы является графическое изображение — в обоих случаях используются римские цифры.

Степенью окисления элемента, входящего в состав определенного вещества, называется количество положительных или отрицательных зарядов, которые можно отнести к атомам этого элемента, если бы молекулы этого вещества имели ионную структуру, то есть они были бы способны распадаться на ионы

Важно отметить, что степень окисления является условным понятием, поскольку по определению предполагает наличие только ионных связей, а это не всегда так

Таким образом, в то время как степень окисления определяет заряд гипотетического иона, образующегося при разложении химического соединения, валентность определяет, сколько связей может образовать элемент. Кроме того, степень окисления принимает положительные или отрицательные значения, в отличие от валентности, которая всегда положительна.

Определение валентности по формуле трехэлементной частицы.

Далеко не все химические вещества состоят из двухатомных молекул. Как определить валентность элемента в трёхэлементной частице? Рассмотрим этот вопрос на примере формул двух соединения K2Cr2O7.

Если же вместо калия в формуле будет присутствовать железо, или другой элемент с переменной валентностью, нам потребуется знать, какова же валентность кислотного остатка. Например, нужно вычислить валентности атомов всех элементов в соединении с формулой FeSO4.

Следует отметить, что термин «валентность» чаще использую в органической химии. При составлении формул неорганических соединений чаще используют понятие «степень окисления».

Первый камень преткновения изучающих химию. Большой ошибкой является подход, когда учащийся не пытается понять валентность, ожидая, что знания об этом потом приложатся сами собой. Но этот подход неверный, так как без понимания этого мы упираемся в тупик неспособности составить даже простейшую формулу.

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	I	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.

Валентности постоянные и переменные

Рассмотрим соединения HF, H2S и CaH2. В каждом из этих примеров один атом водорода присоединяет к себе только один атом другого химического элемента, значит его валентность равна одному. Значение валентности записывают над символом химического элемента римскими цифрами.

В приведённом примере атом фтора связан только с одним одновалентным атомом H, значит валентность его тоже равна 1. Атом серы в H2S присоединяет к себе уже два атома H, поэтому она в данном соединении двухвалентна. С двумя водородными атомами связан и кальций в его гидриде CaH2, а значит, и его валентность равна двум.

Кислород в подавляющем большинстве своих соединений двухвалентен, то есть образует две химические связи с другими атомами.

Атом серы в первом случае присоединяет к себе два кислородных атома, то есть всего образует 4 химические связи (один кислород образует две связи, значит сера — два раза по 2), то есть валентность ее равна 4.

В соединении SO3 сера присоединяет уже три атома O, поэтому и валентность ее равна 6 (три раза образует по две связи с каждым атомом кислорода). Атом кальция же присоединяет только один атом кислорода, образуя с ним две связи, значит, его валентность такая же, как и у O, то есть равна 2.

Обратите внимание на то, что атом H одновалентен в любом соединении. Всегда (кроме иона гидроксония H3O(+)) равна 2 валентность кислорода

По две химические связи как с водородом, так и с кислородом образует кальций. Это элементы с постоянной валентностью. Кроме уже указанных, постоянную валентность имеют:

• Li, Na, K, F — одновалентны;
• Be, Mg, Ca, Zn, Cd — обладают валентностью, равной II;
• B, Al и Ga — трехвалентны.

Атом серы, в отличие от рассмотренных случаев, в соединении с водородом имеет валентность, равную II, а с кислородом может быть и четырех- и шестивалентна. Про атомы таких элементов говорят, что они имеют переменную валентность. При этом максимальное ее значение в большинстве случаев совпадает с номером группы, в которой находится элемент в Периодической системе (правило 1).

Из этого правила есть много исключений. Так, элемент 1 группы медь, проявляет валентности и I, и II. Железо, кобальт, никель, азот, фтор, напротив, имеют максимальную валентность, меньшую, чем номер группы. Так, для Fe, Co, Ni это II и III, для N — IV, а для фтора — I.

Минимальное значение валентности всегда соответствует разнице между числом 8 и номером группы (правило 2).

Однозначно определить, какова же валентность элементов, у которых она переменная, можно только по формуле определенного вещества.

Определение валентности по формуле вещества

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

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

», «препарат ». Использование в рамках современного определения зафиксировано в 1884 году (нем. Valenz

). В 1789 году Уильям Хиггинс опубликовал работу, в которой высказал предположение о существовании связей между мельчайшими частицами вещества.

Однако точное и позже полностью подтверждённое понимание феномена валентности было предложено в 1852 году химиком Эдуардом Франклендом в работе, в которой он собрал и переосмыслил все существовавшие на тот момент теории и предположения на этот счёт. . Наблюдая способность к насыщению разных металлов и сравнивая состав органических производных металлов с составом неорганических соединений, Франкленд ввёл понятие о «соединительной силе
», положив этим основание учению о валентности. Хотя Франкленд и установил некоторые частные закономерности, его идеи не получили развития.

Решающую роль в создании теории валентности сыграл Фридрих Август Кекуле . В 1857 г. он показал, что углерод является четырёхосновным (четырёхатомным) элементом, и его простейшим соединением является метан СН 4 . Уверенный в истинности своих представлений о валентности атомов, Кекуле ввёл их в свой учебник органической химии: основность, по мнению автора — фундаментальное свойство атома, свойство такое же постоянное и неизменяемое, как и атомный вес . В 1858 г. взгляды, почти совпадающие с идеями Кекуле, высказал в статье «О новой химической теории
» Арчибальд Скотт Купер .

Уже три года спустя, в сентябре 1861 г. А. М. Бутлеров внёс в теорию валентности важнейшие дополнения. Он провёл чёткое различие между свободным атомом и атомом, вступившим в соединение с другим, когда его сродство «связывается и переходит в новую форму
». Бутлеров ввёл представление о полноте использования сил сродства и о «напряжении сродства
», то есть энергетической неэквивалентности связей, которая обусловлена взаимным влиянием атомов в молекуле. В результате этого взаимного влияния атомы в зависимости от их структурного окружения приобретают различное «химическое значение
». Теория Бутлерова позволила дать объяснение многим экспериментальным фактам, касавшимся изомерии органических соединений и их реакционной способности.

Огромным достоинством теории валентности явилась возможность наглядного изображения молекулы. В 1860-х гг. появились первые молекулярные модели. Уже в 1864 г. А. Браун предложил использовать структурные формулы в виде окружностей с помещёнными в них символами элементов, соединённых линиями, обозначающими химическую связь между атомами; количество линий соответствовало валентности атома. В 1865 г. А. фон Гофман продемонстрировал первые шаростержневые модели, в которых роль атомов играли крокетные шары. В 1866 г. в учебнике Кекуле появились рисунки стереохимических моделей , в которых атом углерода имел тетраэдрическую конфигурацию.

Труды Менделеева

Согласно электронной теории, В. атома определяется из числа непарных электронов (Э)., участвующих в формировании пар с Э. других атомов. Понятие В. связано с созданием закона Менделеева.

Теория электронов

Атомы представляют положительную основу (ядро), вокруг которой расположены отрицательно заряженные электроны. Наружная оболочка последних бывает недостроенной, а завершенная структура устойчивее, она включает восемь электронов.

Создание связи за счет общих пар электронов приводит к благоприятному состоянию атомов.

Максимальная В. — это величина Э. во внешней оболочке атома. Химические связи составляют Э., находящиеся на наружной оболочке атома. Изучив таблицу Менделеева, можно определить, что положение веществ в периодической системе и его В. взаимосвязаны.

Валентность:

• Высшая. Соответствует порядковому № группы.
• Низшая. От числа вида по табличным данным отнимают номер интересующего элемента.

Основанием для образования соединений является прием электронов.

Виды электронов:

• Спаренные. Расположены на одной орбитали.
• Неспаренные. Это 1 электрон на орбитали.

В молекулярной структуре водорода и серы H2S последнее вещество приобретает двойную валентность (-), потому что каждый атом участвует в образовании 2 электропар. Знак черточка или тире указывает на притяжение пары к более отрицательному элементу. У менее отрицательного к валентности добавляют знак плюс.

Распределение свойств

В периодической таблице указаны все 118 химических элементов (водород, литий, бор, натрий, магний, кальций, ванадий, уран и другие).

Химические и физические свойства каждого вещества похожи с предшествующим ему в таблице элементом. Закономерность проявляется у всех, кроме нескольких первых, потому что они не включают перед собой элементов, аналогичных по атомному объему.

Валентность металлов:

Элемент	В
Серебро	I-III
Ртуть	I-II
Золото	I-III
Никель	I- IV
Мышьяк	-III, II, III, V
Свинец	II-IV
Кобальт	II-IV
Олово	II, IV

В периодической таблице элементы классифицированы, упорядочены с учетом атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды называются периодами, а столбцы — группами. В самой первой таблице содержалось не более шестидесяти элементов, теперь продолжительность списка увеличили до 118 элементов. Систематизированы не только химические вещества, но и их свойства.

Достаточно ученому-химику взглянуть на таблицу, и он сможет ответить на разные экзаменационные, научные вопросы.

Говоря о степени окисления, предполагают, что атом в веществе ионной природы имеет заряд, и если валентность нейтральная, то уровень окисления будет нулевым, положительным или отрицательным. Узнать информацию можно из таблицы Менделеева.

Для атома одного и того же Э., в зависимости от элементов, с которыми он сформирует химическое соединение, В. и стадия окисления совпадают (Н2О, СН4) и различаются (Н2О2, HNO3). Само понятие валентности ученые-химики не используют по Менделеевской таблице.