Валентность. Определение валентности

На уроках химии вы уже познакомились с понятием валентности химических элементов. Мы собрали в одном месте всю полезную информацию по этому вопросу. Используйте ее, когда будете готовиться к ГИА и ЕГЭ.

Валентность и химический анализ

Валентность – способность атомов химических элементов вступать в химические соединения с атомами других элементов. Другими словами, это способность атома образовывать определенное число химических связей с другими атомами.

С латыни слово «валентность» переводится как «сила, способность». Очень верное название, правда?

Понятие «валентность» - одно из основных в химии. Было введено еще до того, как ученым стало известно строение атома (в далеком 1853 году). Поэтому по мере изучения строения атома пережило некоторые изменения.

Так, с точки зрения электронной теории валентность напрямую связана с числом внешних электронов атома элемента. Это значит, что под «валентностью» подразумевают число электронных пар, которыми атом связан с другими атомами.

Зная это, ученые смогли описать природу химической связи. Она заключается в том, что пара атомов вещества делит между собой пару валентных электронов.

Вы спросите, как же химики 19 века смогли описать валентность еще тогда, когда считали, что мельче атома частиц не бывает? Нельзя сказать, что это было так уж просто – они опирались на химический анализ.

Путем химического анализа ученые прошлого определяли состав химического соединения: сколько атомов различных элементов содержится в молекуле рассматриваемого вещества. Для этого нужно было определить, какова точная масса каждого элемента в образце чистого (без примесей) вещества.

Правда, метод этот не без изъянов. Потому что определить подобным образом валентность элемента можно только в его простом соединении со всегда одновалентным водородом (гидрид) или всегда двухвалентным кислородом (оксид). К примеру, валентность азота в NH 3 – III, поскольку один атом водорода связан с тремя атомами азота. А валентность углерода в метане (СН 4), по тому же принципу, – IV.

Этот метод для определения валентности годится только для простых веществ. А вот в кислотах таким образом мы можем только определить валентность соединений вроде кислотных остатков, но не всех элементов (кроме известной нам валентности водорода) по отдельности.

Как вы уже обратили внимание, обозначается валентность римскими цифрами.

Валентность и кислоты

Поскольку валентность водорода остается неизменной и хорошо вам известна, вы легко сможете определить и валентность кислотного остатка. Так, к примеру, в H 2 SO 3 валентность SO 3 – I, в HСlO 3 валентность СlO 3 – I.

Аналогчиным образом, если известна валентность кислотного остатка, несложно записать правильную формулу кислоты: NO 2 (I) – HNO 2 , S 4 O 6 (II) – H 2 S 4 O 6 .

Валентность и формулы

Понятие валентности имеет смысл только для веществ молекулярной природы и не слишком подходит для описания химических связей в соединениях кластерной, ионной, кристаллической природы и т.п.

Индексы в молекулярных формулах веществ отражают количество атомов элементов, которые входят в их состав. Правильно расставить индексы помогает знание валентности элементов. Таким же образом, глядя на молекулярную формулу и индексы, вы можете назвать валентности входящих в состав элементов.

Вы выполняете такие задания на уроках химии в школе. Например, имея химическую формулу вещества, в котором известна валентность одного из элементов, можно легко определить валентность другого элемента.

Для этого нужно только запомнить, что в веществе молекулярной природы число валентностей обоих элементов равны. Поэтому используйте наименьшее общее кратное (соответсвует числу свободных валентностей, необходимых для соединения), чтобы определить неизвестную вам валентность элемента.

Чтобы было понятно, возьмем формулу оксида железа Fe 2 O 3 . Здесь в образовании химической связи участвуют два атома железа с валентностью III и 3 атома кислорода с валентностью II. Наименьшим общим кратным для них является 6.

• Пример: у вас есть формулы Mn 2 O 7 . Вам известна валентность кислорода, легко вычислить, что наименьше общее кратное – 14, откуда валентность Mn – VII.

Аналогичным образом можно поступить и наоборот: записать правильную химическую формулу вещества, зная валентности входящих в него элементов.

• Пример: чтобы правильно записать формулу оксида фосфора, учтем валентность кислорода (II) и фосфора (V). Значит, наименьшее общее кратное для Р и О – 10. Следовательно, формула имеет следующий вид: Р 2 О 5 .

Хорошо зная свойства элементов, которые они проявляют в различных соединениях, можно определить их валентность даже по внешнему виду таких соединений.

Например: оксиды меди имеют красную (Cu 2 O) и черную (CuО) окраску. Гидроксиды меди окрашены в желтый (CuОН) и синий (Cu(ОН) 2) цвета.

А чтобы ковалентные связи в веществах стали для вас более наглядными и понятными, напишите их структурные формулы. Черточки между элементами изображают возникающие между их атомами связи (валентности):

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.

Валентность и электронная теория

В рамках электронной теории валентность атома определеяется на основании числа непарных электронов, которые участвуют в образовании электронных пар с электронами других атомов.

В образовании химических связей участвуют только электроны, находящиеся на внешней оболочке атома. Поэтому максимальная валентность химического элемента – это число электронов во внешней электронной оболочке его атома.

Понятие валентности тесно связано с Периодическим законом, открытым Д. И. Менделеевым. Если вы внимательно посмотрите на таблицу Менделеева, легко сможете заметить: положение элемента в перодической системе и его валентность неравзрывно связаны. Высшая валентность элементов, которые относятся к одной и тоже группе, соответсвует порядковому номеру группы в периодичнеской системе.

Низшую валентность вы узнаете, когда от числа групп в таблице Менделеева (их восемь) отнимете номер группы элемента, который вас интересует.

Например, валентность многих металлов совпадает с номерами групп в таблице периодических элементов, к которым они относятся.

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 и степень окисления

Так, говоря о степени окисления, подразумевают, что атом в веществе ионной (что важно) природы имеет некий условный заряд. И если валентность – это нейтральная характеристика, то степень окисления может быть отрицательной, положительной или равной нулю.

Интересно, что для атома одного и того же элемента, в зависимости от элементов, с которыми он образует химическое соединение, валентность и степень окисления могут совпадать (Н 2 О, СН 4 и др.) и различаться (Н 2 О 2 , HNO 3).

Заключение

Углубляя свои знания о строении атомов, вы глубже и подробнее узнаете и валентность. Эта характеристика химических элементов не является исчерпывающей. Но у нее большое прикладное значение. В чем вы сами не раз убедились, решая задачи и проводя химические опыты на уроках.

Эта статья создана, чтобы помочь вам систематизировать свои знания о валентности. А также напомнить, как можно ее определить и где валентность находит применение.

Надеемся, этот материал окажется для вас полезным при подготовке домашних заданий и самоподготовке к контрольным и экзаменам.

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Валентность - это способность атома данного элемента образовывать определенное количество химических связей.

Образно говоря, валентность - это число "рук", которыми атом цепляется за другие атомы. Естественно, никаких "рук" у атомов нет; их роль играют т. н. валентные электроны.

Можно сказать иначе: валентность - это способность атома данного элемента присоединять определенное число других атомов.

Необходимо четко усвоить следующие принципы:

Существуют элементы с постоянной валентностью (их относительно немного) и элементы с переменной валентностью (коих большинство).

Элементы с постоянной валентностью необходимо запомнить:

Остальные элементы могут проявлять разную валентность.

Высшая валентность элемента в большинстве случаев совпадает с номером группы, в которой находится данный элемент.

Например, марганец находится в VII группе (побочная подгруппа), высшая валентность Mn равна семи. Кремний расположен в IV группе (главная подгруппа), его высшая валентность равна четырем.

Следует помнить, однако, что высшая валентность не всегда является единственно возможной. Например, высшая валентность хлора равна семи (убедитесь в этом!), но известны соединения, в которых этот элемент проявляет валентности VI, V, IV, III, II, I.

Важно запомнить несколько исключений : максимальная (и единственная) валентность фтора равна I (а не VII), кислорода - II (а не VI), азота - IV (способность азота проявлять валентность V - популярный миф, который встречается даже в некоторых школьных учебниках).

Валентность и степень окисления - это не тождественные понятия.

Эти понятия достаточно близки, но не следует их путать! Степень окисления имеет знак (+ или -), валентность - нет; степень окисления элемента в веществе может быть равна нулю, валентность равна нулю лишь в случае, если мы имеем дело с изолированным атомом; численное значение степени окисления может НЕ совпадать с валентностью. Например, валентность азота в N 2 равна III, а степень окисления = 0. Валентность углерода в муравьиной кислоте = IV, а степень окисления = +2.

Если известна валентность одного из элементов в бинарном соединении, можно найти валентность другого.

Делается это весьма просто. Запомните формальное правило: произведение числа атомов первого элемента в молекуле на его валентность должно быть равно аналогичному произведению для второго элемента .

В соединении A x B y: валентность (А) x = валентность (В) y

Пример 1 . Найти валентности всех элементов в соединении NH 3 .

Решение . Валентность водорода нам известна - она постоянна и равна I. Умножаем валентность Н на число атомов водорода в молекуле аммиака: 1 3 = 3. Следовательно, для азота произведение 1 (число атомов N) на X (валентность азота) также должно быть равно 3. Очевидно, что Х = 3. Ответ: N(III), H(I).

Пример 2 . Найти валентности всех элементов в молекуле Cl 2 O 5 .

Решение . У кислорода валентность постоянна (II), в молекуле данного оксида пять атомов кислорода и два атома хлора. Пусть валентность хлора = Х. Составляем уравнение: 5 2 = 2 Х. Очевидно, что Х = 5. Ответ: Cl(V), O(II).

Пример 3 . Найти валентность хлора в молекуле SCl 2 , если известно, что валентность серы равна II.

Решение . Если бы авторы задачи не сообщили нам валентность серы, решить ее было бы невозможно. И S, и Cl - элементы с переменной валентностью. С учетом дополнительной информации, решение строится по схеме примеров 1 и 2. Ответ: Cl(I).

Зная валентности двух элементов, можно составить формулу бинарного соединения.

В примерах 1 - 3 мы по формуле определяли валентность, попробуем теперь проделать обратную процедуру.

Пример 4 . Составьте формулу соединения кальция с водородом.

Решение . Валентности кальция и водорода известны - II и I соответственно. Пусть формула искомого соединения - Ca x H y . Вновь составляем известное уравнение: 2 x = 1 у. В качестве одного из решений этого уравнения можно взять x = 1, y = 2. Ответ: CaH 2 .

"А почему именно CaH 2 ? - спросите вы. - Ведь варианты Ca 2 H 4 и Ca 4 H 8 и даже Ca 10 H 20 не противоречат нашему правилу!"

Ответ прост: берите минимально возможные значения х и у. В приведенном примере эти минимальные (натуральные!) значения как раз и равны 1 и 2.

"Значит, соединения типа N 2 O 4 или C 6 H 6 невозможны? - спросите вы. - Следует заменить эти формулы на NO 2 и CH?"

Нет, возможны. Более того, N 2 O 4 и NO 2 - это совершенно разные вещества. А вот формула СН вообще не соответствует никакому реальному устойчивому веществу (в отличие от С 6 Н 6).

Несмотря на все сказанное, в большинстве случаев можно руководствоваться правилом: берите наименьшие значения индексов.

Пример 5 . Составьте формулу соединения серы с фтором, если известно, что валентность серы равна шести.

Решение . Пусть формула соединения - S x F y . Валентность серы дана (VI), валентность фтора постоянна (I). Вновь составляем уравнение: 6 x = 1 y. Несложно понять, что наименьшие возможные значения переменных - это 1 и 6. Ответ: SF 6 .

Вот, собственно, и все основные моменты.

А теперь проверьте себя! Предлагаю пройти небольшой тест по теме "Валентность" .

Одного химического элемента присоединять или замещать определённое количество атомов другого.

За единицу валентности принята валентность атома водорода , равная 1, то есть водород одновалентен. Поэтому валентность элемента указывает на то, со сколькими атомами водорода соединён один атом рассматриваемого элемента. Например, HCl , где хлор - одновалентен; H 2O , где кислород - двухвалентен; NH 3 , где азот - трёхвалентен.

Таблица элементов с постоянной валентностью.

Формулы веществ можно составлять по валентностям входящих в них элементов. И наоборот, зная валентности элементов, можно составить из них химическую формулу.

Алгоритм составления формул веществ по валентности.

1. Записать символы элементов.

2. Определить валентности входящих в формулу элементов.

3. Найти наименьшее общее кратное численных значений валентности.

4. Найти соотношения между атомами элементов путём деления найденного наименьшего общего кратного на соответствующие валентности элементов.

5. Записать индексы элементов в химической формуле.

Пример: составим химическую формулу оксида фосфора.

1. Запишем символы:

2. Определим валентности:

4. Найдём соотношения между атомами:

5. Запишем индексы:

Алгоритм определения валентности по формулам химических элементов.

1. Записать формулу химического соединения.

2. Обозначить известную валентность элементов.

3. Найти наименьшее общее кратное валентности и индекса.

4. Найти соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов второго элемента. Это и есть искомая валентность.

5. Сделать проверку путём перемножения валентности и индекса каждого элемента. Их произведения должны быть равны.

Пример: определим валентность элементов сульфида водорода.

1. Запишем формулу:

H 2 S

2. Обозначим известную валентность:

H 2 S

3. Найдём наименьшее общее кратное:

H 2 S

4. Найдём соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов серы :

H 2 S

5. Сделаем проверку.

Как определять валентность химических элементов? С этим вопросом сталкивается каждый, кто только начинает знакомиться с химией. Сначала выясним, что же это такое. Валентность можно рассматривать как свойство атомов одного элемента удерживать определенное количество атомов другого элемента.

Элементы с постоянной и переменной валентностью

Например, из формулы Н-О-Н видно, что каждый атом Н соединен только с одним атомом (в данном случае с кислородом). Отсюда следует, что его валентность равна 1. Атом О в молекуле воды связан с двумя одновалентными атомами Н, значит он двухвалентен. Значения валентностей записывают римскими цифрами над символами элементов:

Валентности водорода и кислорода постоянны. Впрочем, для кислорода существуют и исключения. Например, в ионе гидроксония Н3О+ кислород трехвалентен. Существуют и другие элементы с постоянной валентностью.

• Li, Na, K, F – одновалентны;
• Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn – обладают валентностью, равной II;
• Al, B – трехвалентны.

Теперь определим валентность серы в соединениях H2S, SO2 и SO3.

В первом случае один атом серы связан с двумя одновалентными атомами Н, значит его валентность равна двум. Во втором примере на один атом серы приходится два атома кислорода, который, как известно, двухвалентен. Получаем валентность серы, равную IV. В третьем случае один атом S присоединяет три атома О, значит, валентность серы равна VI (валентность атомов одного элемента помноженная на их количество).

Как видим, сера может быть двух-, четырёх- и шестивалентной:

Про такие элементы говорят, что они обладают переменной валентностью.

Правила определения валентностей

1. Максимальная валентность для атомов данного элемента совпадает с номером группы, в которой он находится в Периодической системе. Например, для Са это 2, для серы – 6, для хлора – 7. Исключений из этого правила тоже немало:
   -элемент 6 группы, О, имеет валентность II (в H3O+ – III);
   -одновалентен F (вместо 7);
   -двух- и трехвалентно обычно железо, элемент VIII группы;
   -N может удержать возле себя только 4 атома, а не 5, как следует из номера группы;
   -одно- и двухвалентна медь, расположенная в I группе.
2. Минимальное значение валентности для элементов, у которых она переменная, определяется по формуле: № группы в ПС – 8. Так, низшая валентность серы 8 – 6 = 2, фтора и других галогенов – (8 – 7) = 1, азота и фосфора – (8 – 5)= 3 и так далее.
3. В соединении сумма единиц валентности атомов одного элемента должна соответствовать суммарной валентности другого.
4. В молекуле воды Н-О-Н валентность Н равна I, таких атомов 2, значит, всего единиц валентности у водорода 2 (1×2=2). Такое же значение имеет и валентность кислорода.
5. В соединении, состоящем из атомов двух видов, элемент, расположенный на втором месте, обладает низшей валентностью.
6. Валентность кислотного остатка совпадает с количеством атомов Н в формуле кислоты, валентность группы OH равна I.
7. В соединении, образованном атомами трех элементов, тот атом, который находится в середине формулы, называют центральным. Непосредственно с ним связаны атомы О, а с кислородом образуют связи остальные атомы.

Используем эти правила для выполнения заданий.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Свинец расположен в шестом периоде IV группе главной (А) подгруппе Периодической таблицы. Металл. Обозначение – Pb. Порядковый номер – 82.

Свинец - голубовато-белый тяжелый металл. В разрезе поверхность свинца блестит. На воздухе покрывается пленкой оксидов и из-за этого тускнеет. Он очень мягок и режется ножом. Обладает низкой теплопроводностью. Плотность 11,34 г/см 3 . Температура плавления 327,46 o С, кипения 1749 o С.

Валентность свинца в соединениях

Свинец - восемьдесят второй по счету элемент Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Он находится в шестом периоде в IVВ группе. В ядре атома свинца содержится 82 протона и 125 нейтронов (массовое число равно 207). В атоме свинца есть шесть энергетических уровней, на которых находятся 82 электрона (рис. 1).

Рис. 1. Строение атома свинца.

Электронная формула атома свинца в основном состоянии имеет следующий вид:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 2 .

А энергетическая диаграмма (строится только для электронов внешнего энергетического уровня, которые по-другому называют валентными):

Наличие двух неспаренных электронов свидетельствует о том, что свинец проявляет валентность II в своих соединениях (PbO, Pb(OH) 2 , PbCl 2).

Для свинца характерно наличие возбужденного состояния за счет вакантных орбиталей 6d-подуровня: электроны 6s-подуровня распариваются и один из них занимает вакантную орбиталь 6 d -подуровня:

Наличие четырех неспаренных электронов свидетельствует о том, что свинец проявляет валентность IV в своих соединениях (PbO 2 , PbH 4 , PbCl 4 , Pb(SO 4) 2).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание	К раствору нитрата свинца (II) массой 80г (массовая доля соли 6,6%) прилили раствор йодида натрия массой 60 г (массовая доля NaI 5%). Рассчитайте массу йодида свинца (II), выпадающего в осадок.
Решение	Запишем уравнение реакции взаимодействия нитрата свинца (II) с иодидом натрия: Pb(NO 3) 2 + 2NaI = PbI 2 ↓ + 2NaNO 3 . Найдем массы растворенных веществ нитрата свинца (II) и иодидом натрия: ω = m solute / m solution × 100%; m solute = ω /100%×m solution ; m solute (Pb(NO 3) 2)= ω(Pb(NO 3) 2) /100%×m solution (Pb(NO 3) 2); m solute (Pb(NO 3) 2) = 6,6 /100%× 80 = 5,28 г; m solute (NaI) = ω (NaI) /100%×m solution (NaI); m solute (NaI) = 5 /100% × 60 = 3 г. Найдем количество моль веществ, вступивших в реакцию (молярная масса нитрата свинца (II) равна 331 г/моль, иодида натрия - 150 г/моль) и определим, какое из них находится в избытке: n(Pb(NO 3) 2) =m solute (Pb(NO 3) 2) / M (Pb(NO 3) 2); n (Pb(NO 3) 2) = 5,28 / 331 = 0,016 моль. n(NaI) =m solute (NaI) / M (NaI); n (NaI) = 3 / 150 = 0,02 моль. Иодид натрия находится в избытке, следовательно, все дальнейшие расчеты ведем по нитрату свинца (II). n (Pb(NO 3) 2) : n (PbI 2) = 1:1, т.е. n (Pb(NO 3) 2) = n (PbI 2) = 0,016 моль. Тогда масса иодида свинца (II) будет равна (молярная масса - 461 г/моль): m (PbI 2) = n (PbI 2) × M (PbI 2); m (PbI 2) = 0,016 × 461 = 7,376 г.
Ответ	Масса иодида свинца (II) равна 7,376 г.