Cum se determină valența într-un compus de hidrogen. Ce este valența

Cum se determină valența elementelor chimice? Această întrebare se confruntă cu toți cei care abia încep să se familiarizeze cu chimia. În primul rând, să aflăm despre ce este vorba. Valența poate fi considerată drept proprietatea atomilor unui element de a deține un anumit număr de atomi ai altui element.

Elemente cu valență constantă și variabilă

De exemplu, de la formulele H-O-H este clar că fiecare atom de H este conectat doar la un atom (în în acest caz, cu oxigen). Rezultă că valența sa este 1. Atomul de O dintr-o moleculă de apă este legat de doi atomi de H monovalenți, ceea ce înseamnă că este divalent. Valorile valenței sunt scrise cu cifre romane deasupra simbolurilor elementelor:

Valențele hidrogenului și oxigenului sunt constante. Cu toate acestea, există excepții pentru oxigen. De exemplu, în ionul hidroniu H3O+, oxigenul este trivalent. Există și alte elemente cu valență constantă.

Li, Na, K, F – monovalent;
Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cd, Zn – au valența II;
Al, B sunt trivalente.

Acum să determinăm valența sulfului în compușii H2S, SO2 și SO3.

În primul caz, un atom de sulf este legat de doi atomi de H monovalenți, ceea ce înseamnă că valența sa este de două. În al doilea exemplu, pentru un atom de sulf există doi atomi de oxigen, care, după cum se știe, este bivalenți. Obținem o valență a sulfului egală cu IV. În al treilea caz, un atom de S atașează trei atomi de O, ceea ce înseamnă că valența sulfului este egală cu VI (valența atomilor unui element înmulțită cu numărul lor).

După cum puteți vedea, sulful poate fi di-, tetra- și hexavalent:

Se spune că astfel de elemente au valență variabilă.

Reguli pentru determinarea valențelor

Valența maximă pentru atomii unui element dat coincide cu numărul grupului în care se află în tabelul periodic. De exemplu, pentru Ca este 2, pentru sulf – 6, pentru clor – 7. Există, de asemenea, multe excepții de la această regulă:
-element din grupa 6, O, are valenţa II (în H3O+ – III);
- F monovalent (în loc de 7);
-de obicei fier di- si trivalent, element din grupa VIII;
-N poate ține doar 4 atomi lângă el însuși și nu 5, după cum reiese din numărul grupului;
- cupru mono și divalent, situat în grupa I.
Valoarea minimă a valenței pentru elementele pentru care este variabilă este determinată de formula: numărul grupului în PS - 8. Astfel, cea mai mică valență a sulfului 8 - 6 = 2, fluor și alți halogeni - (8 - 7) = 1 , azot și fosfor - (8 – 5)= 3 și așa mai departe.
Într-un compus, suma unităților de valență ale atomilor unui element trebuie să corespundă cu valența totală a celuilalt.
Într-o moleculă apă N-O-N Valența lui H este egală cu I, există 2 astfel de atomi, ceea ce înseamnă că hidrogenul are 2 unități de valență în total (1×2=2). Valența oxigenului are același sens.
Într-un compus format din două tipuri de atomi, elementul situat pe locul doi are cea mai mică valență.
Valența reziduului acid coincide cu numărul de atomi de H din formula acidă, valența grupării OH este egală cu I.
Într-un compus format din atomi de trei elemente, atomul care se află în mijlocul formulei se numește cel central. Atomii de O sunt legați direct de acesta, iar atomii rămași formează legături cu oxigenul.

Folosim aceste reguli pentru a îndeplini sarcinile.

Diferitele elemente chimice diferă prin capacitatea lor de a crea legături chimice, adică să se conecteze cu alți atomi. Prin urmare, în substanțele complexe nu pot fi prezente decât în anumite proporții. Să ne dăm seama cum să determinăm valența folosind tabelul periodic.

Există o astfel de definiție a valenței: aceasta este capacitatea unui atom de a forma un anumit număr de legături chimice. Spre deosebire de , această cantitate este întotdeauna numai pozitivă și este notă cu cifre romane.

Această caracteristică pentru hidrogen este folosită ca unitate, care este luată egală cu I. Această proprietate arată cu câți atomi monovalenți se poate combina un anumit element. Pentru oxigen, această valoare este întotdeauna egală cu II.

Este necesar să cunoașteți această caracteristică pentru a scrie corect formulele chimice ale substanțelor și ecuațiilor. Cunoașterea acestei cantități va ajuta la stabilirea relației dintre numărul de atomi tipuri variateîntr-o moleculă.

Acest concept a apărut în chimie în secolul al XIX-lea. Frankland a început o teorie care explică combinația de atomi în diferite proporții, dar ideile sale despre „forța de legare” nu erau foarte răspândite. Rolul decisiv în dezvoltarea teoriei i-a revenit lui Kekula. El a numit proprietatea de a forma un anumit număr de legături basicitate. Kekulé credea că aceasta este o proprietate fundamentală și neschimbătoare a fiecărui tip de atom. Butlerov a făcut completări importante teoriei. Odată cu dezvoltarea acestei teorii, a devenit posibilă reprezentarea vizuală a moleculelor. Acest lucru a fost foarte util în studierea structurii diferitelor substanțe.

Cum poate ajuta tabelul periodic?

Puteți găsi valența uitându-vă la numărul grupului în versiunea cu perioadă scurtă. Pentru majoritatea elementelor pentru care această caracteristică este constantă (ia o singură valoare), aceasta coincide cu numărul grupului.

Astfel de proprietăți au subgrupuri principale. De ce? Numărul grupului corespunde numărului de electroni din învelișul exterior. Acești electroni se numesc electroni de valență. Ei sunt responsabili pentru capacitatea de a se conecta cu alți atomi.

Grupul este format din elemente cu o structură electronică similară, iar sarcina nucleară crește de sus în jos. Pe termen scurt, fiecare grup este împărțit în subgrupe principale și secundare. Reprezentanții subgrupurilor principale sunt elementele s și p, reprezentanții subgrupurilor laterale au electroni în orbitalii d și f.

Cum se determină valența elementelor chimice dacă se modifică? Poate coincide cu numărul grupului sau poate fi egal cu numărul grupului minus opt și poate lua și alte valori.

Important! Cu cât elementul este mai sus și la dreapta, cu atât capacitatea sa de a forma relații este mai mică. Cu cât este deplasat mai mult în jos și la stânga, cu atât este mai mare.

Modul în care se modifică valența în tabelul periodic pentru un anumit tip de atom depinde de structura învelișului său de electroni. Sulful, de exemplu, poate fi di-, tetra- și hexavalent.

În starea fundamentală (neexcitată) a sulfului, doi electroni nepereche sunt localizați în subnivelul 3p. În această stare, se poate combina cu doi atomi de hidrogen și poate forma hidrogen sulfurat. Dacă sulful intră într-o stare mai excitată, atunci un electron se va muta la subnivelul 3d liber și vor fi 4 electroni nepereche.

Sulful va deveni tetravalent. Dacă îi oferi și mai multă energie, atunci un alt electron se va muta de la subnivelul 3s la 3d. Sulful va intra într-o stare și mai excitată și va deveni hexavalent.

Constant și variabil

Uneori, capacitatea de a forma legături chimice se poate schimba. Depinde de compusul în care este inclus elementul. De exemplu, sulful în H2S este bivalent, în SO2 este tetravalent, iar în SO3 este hexavalent. Cea mai mare dintre aceste valori este numită cea mai mare, iar cea mai mică este numită cea mai mică. Valențele cele mai înalte și cele mai mici conform tabelului periodic pot fi stabilite astfel: cea mai mare coincide cu numărul grupului, iar cea mai mică este egală cu 8 minus numărul grupului.

Cum se determină valența elementelor chimice și dacă se modifică? Trebuie să stabilim dacă avem de-a face cu un metal sau cu un nemetal. Dacă este un metal, trebuie să stabiliți dacă aparține subgrupului principal sau secundar.

Metalele principalelor subgrupe au capacitatea constantă de a forma legături chimice.
Pentru metalele subgrupurilor secundare - variabilă.
Pentru nemetale este, de asemenea, variabilă. În cele mai multe cazuri, capătă două semnificații - superior și inferior, dar uneori poate fi număr mai mare Opțiuni. Exemple sunt sulful, clorul, bromul, iodul, cromul și altele.

La compuși, valența cea mai scăzută este arătată de elementul care este mai sus și, respectiv, la dreapta în tabelul periodic, cea mai mare este cel care este la stânga și mai jos.

Adesea, capacitatea de a forma legături chimice capătă mai mult de două semnificații. Atunci nu le vei putea recunoaște din tabel, dar va trebui să le înveți. Exemple de astfel de substanțe:

carbon;
sulf;
clor;
brom.

Cum se determină valența unui element în formula unui compus? Dacă este cunoscut pentru alte componente ale substanței, acest lucru nu este dificil. De exemplu, trebuie să calculați această proprietate pentru clorul în NaCl. Sodiul este un element al subgrupului principal al primului grup, deci este monovalent. În consecință, clorul din această substanță poate crea o singură legătură și este, de asemenea, monovalent.

Important! Cu toate acestea, nu este întotdeauna posibil să se afle această proprietate pentru toți atomii dintr-o substanță complexă. Să luăm ca exemplu HClO4. Cunoscând proprietățile hidrogenului, putem stabili doar că ClO4 este un reziduu monovalent.

Cum altfel poți afla această valoare?

Capacitatea de a forma un anumit număr de conexiuni nu coincide întotdeauna cu numărul grupului și, în unele cazuri, va trebui pur și simplu învățat. Aici va veni în ajutor tabelul de valență a elementelor chimice, care arată valorile acestei valori. Manualul de chimie de clasa a VIII-a oferă valori pentru capacitatea de a se combina cu alți atomi din cele mai comune tipuri de atomi.

H, F, Li, Na, K	1
O, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn	2
B,Al	3
C, Si	4
Cu	1, 2
Fe	2, 3
Cr	2, 3, 6
S	2, 4, 6
N	3, 4
P	3, 5
Sn, Pb	2, 4
Cl, Br, I	1, 3, 5, 7

Aplicație

Merită spus că chimiștii folosesc în prezent cu greu conceptul de valență conform tabelului periodic. În schimb, conceptul de stare de oxidare este folosit pentru capacitatea unei substanțe de a forma un anumit număr de relații, pentru substanțele cu structură - covalență, iar pentru substanțele cu structură ionică - sarcină ionică.

Cu toate acestea, conceptul luat în considerare este utilizat în scopuri metodologice. Cu ajutorul lui este ușor de explicat de ce atomii tipuri diferite se combină în rapoartele pe care le observăm și de ce aceste rapoarte sunt diferite pentru diferiți compuși.

În prezent, abordarea conform căreia combinarea elementelor în substanțe noi a fost explicată întotdeauna folosind valența conform tabelului periodic, indiferent de tipul de legătură din compus, este depășită. Acum știm că pentru legăturile ionice, covalente și metalice există diferite mecanisme de combinare a atomilor în molecule.

Video util

Să rezumam

Folosind tabelul periodic, nu este posibil să se determine capacitatea de a forma legături chimice pentru toate elementele. Pentru cei care prezintă o valență conform tabelului periodic, în cele mai multe cazuri este egală cu numărul grupului. Dacă există două opțiuni pentru această valoare, atunci aceasta poate fi egală cu numărul grupului sau opt minus numărul grupului. Există și tabele speciale prin care puteți afla această caracteristică.

Conceptul de „valență” s-a format în chimie încă de la începutul secolului al XIX-lea. Omul de știință englez E. Frankland a observat că toate elementele pot forma doar un anumit număr de legături cu atomii altor elemente. El a numit-o „forță conectivă”. Mai târziu, omul de știință german F.A. Kekule a studiat metanul și a ajuns la concluzia că un atom de carbon poate adăuga conditii normale doar patru atomi de hidrogen.

El a numit-o elementaritate. Baza carbonului este patru. Adică, carbonul poate forma patru legături cu alte elemente.

Dezvoltare în continuare Conceptul primit în lucrările lui D.I. Mendeleev. Dmitri Ivanovici a dezvoltat doctrina modificărilor periodice ale proprietăților substanțelor simple. El a definit forța de conectare ca fiind capacitatea unui element de a atașa un anumit număr de atomi ai altui element.

Determinarea din tabelul periodic

Tabelul periodic facilitează determinarea elementului de bază al elementelor. Pentru asta ai nevoie să poată citi tabelul periodic. Tabelul are opt grupuri pe verticală, iar perioadele sunt dispuse orizontal. Dacă perioada este formată din două rânduri, atunci se numește mare, iar dacă este formată dintr-un singur rând, se numește mică. Elementele sunt distribuite neuniform pe verticală în coloane și grupuri. Valenta este intotdeauna indicata cu cifre romane.

Pentru a determina valența, trebuie să știți ce este. Pentru metalele subgrupelor principale este întotdeauna constantă, dar pentru nemetale și metalele subgrupurilor secundare poate fi variabilă.

Constanta este egală cu numărul grupului. O variabilă poate fi mai mare sau mai mică. Cea mai mare variabilă este egală cu numărul grupului, iar cea mai mică este calculată prin formula: opt minus numărul grupului . Când determinați, trebuie să vă amintiți:

pentru hidrogen este egal cu I;
pentru oxigen - II.

Dacă un compus are un atom de hidrogen sau de oxigen, atunci determinarea valenței sale nu este dificilă, mai ales dacă avem o hidrură sau un oxid.

Formula și algoritmul

Cea mai mică valență este pentru acele elemente care sunt situate în dreapta și mai sus în tabel. Și, invers, dacă elementul este mai jos și la stânga, atunci va fi mai sus. Pentru a o defini, trebuie să urmați algoritmul universal:

Exemplu: să luăm compusul de amoniac - NH3. Știm că atomul de hidrogen are o valență constantă și este egal cu I. Înmulțim I cu 3 (numărul de atomi) - cel mai mic multiplu este 3. Azotul din această formulă are un indice de unu. De aici concluzia: împărțim 3 la 1 și constatăm că pentru azot este egal cu IIII.

Valoarea hidrogenului și oxigenului este întotdeauna ușor de determinat. Este mai dificil atunci când trebuie determinat fără ele. De exemplu , compus SiCI4. Cum se determină valența elementelor în acest caz? Clorul este în grupa 7. Aceasta înseamnă că valența sa este fie 7, fie 1 (opt minus numărul grupului). Siliciul se află în al patrulea grup, ceea ce înseamnă că potențialul său de a forma legături este de patru. Devine logic că clorul prezintă cea mai mică valență în această situație și este egal cu I.

Manualele moderne de chimie conțin întotdeauna un tabel al valenței elementelor chimice. Acest lucru face sarcina mult mai ușoară pentru studenți. Tema este studiată în clasa a VIII-a - la cursul de chimie anorganică.

Reprezentări moderne

Reprezentări moderne despre valență pe baza structurii atomilor. Un atom este format dintr-un nucleu și electroni care se rotesc în orbitali.

Nucleul în sine este format din protoni și neutroni, care determină greutatea atomică. Pentru ca o substanță să fie stabilă, nivelurile sale de energie trebuie să fie umplute și să aibă opt electroni.

Atunci când interacționează, elementele se străduiesc pentru stabilitate și fie renunță la electronii neperechi, fie îi acceptă. Interacțiunea are loc conform principiului „care este mai ușor” - dând sau acceptând electroni. Acest lucru determină și modul în care se schimbă valența în tabelul periodic. Numărul de electroni nepereche din orbitalul energetic exterior este egal cu numărul grupului.

Ca exemplu

Sodiu din metale alcaline se află în prima grupă a tabelului periodic al lui Mendeleev. Aceasta înseamnă că are un electron nepereche în nivelul său de energie exterior. Clorul este în grupa a șaptea. Aceasta înseamnă că clorul are șapte electroni nepereche. Clorul are nevoie de exact un electron pentru a-și finaliza nivelul de energie. Sodiul își renunță electronul și devine stabil în compus. Clorul primește un electron suplimentar și, de asemenea, devine stabil. Ca urmare, apare o legătură și o conexiune puternică - NaCl - celebrul sare. Valența clorului și a sodiului în acest caz va fi egală cu 1.

VALENŢĂ(latină valentia - putere) capacitatea unui atom de a atașa sau înlocui un anumit număr de alți atomi sau grupuri de atomi.

Timp de multe decenii, conceptul de valență a fost unul dintre conceptele de bază, fundamentale în chimie. Toți studenții la chimie trebuie să treacă peste acest concept. La început li s-a părut destul de simplu și lipsit de ambiguitate: hidrogenul este monovalent, oxigenul este bivalent etc. Unul dintre manualele pentru solicitanți spune acest lucru: „Valența este numărul de legături chimice formate de un atom într-un compus”. Dar care este atunci, în conformitate cu această definiție, valența carbonului în carbura de fier Fe 3 C, în carbonilul de fier Fe 2 (CO) 9, în sărurile de mult cunoscute K 3 Fe(CN) 6 și K 4 Fe( CN) 6? Și chiar și în clorura de sodiu, fiecare atom din cristalul de NaCl este legat de alți șase atomi! Atâtea definiții, chiar și cele tipărite în manuale, trebuie aplicate cu mare atenție.

În publicațiile moderne se pot găsi definiții diferite, adesea inconsecvente. De exemplu, acesta: „Valența este capacitatea atomilor de a forma un anumit număr de legături covalente.” Această definiție este clară și lipsită de ambiguitate, dar este aplicabilă numai compușilor cu legături covalente. Valența unui atom este determinată de numărul total de electroni implicați în formarea unei legături chimice; și numărul de perechi de electroni cu care un atom dat este conectat la alți atomi; și numărul de electroni neperechi care participă la formarea perechilor de electroni comuni. O altă definiție frecvent întâlnită a valenței ca număr de legături chimice prin care un anumit atom este conectat la alți atomi provoacă, de asemenea, dificultăți, deoarece nu este întotdeauna posibil să se definească clar ce este o legătură chimică. La urma urmei, nu toți compușii au legături chimice formate din perechi de electroni. Cel mai simplu exemplu sunt cristalele ionice, cum ar fi clorura de sodiu; în el, fiecare atom de sodiu formează o legătură (ionică) cu șase atomi de clor și invers. Legăturile de hidrogen ar trebui considerate legături chimice (de exemplu, în moleculele de apă)?

Se pune întrebarea cu ce poate fi egală valența unui atom de azot în conformitate cu diferitele sale definiții. Dacă valența este determinată de numărul total de electroni implicați în formarea legăturilor chimice cu alți atomi, atunci valența maximă a unui atom de azot ar trebui considerată egală cu cinci, deoarece atomul de azot poate folosi toți cei cinci electroni externi - doi. electroni s și trei electroni p – când formează legături chimice.electroni. Dacă valența este determinată de numărul de perechi de electroni cu care un atom dat este conectat la alții, atunci în acest caz valența maximă a unui atom de azot este de patru. În acest caz, trei electroni p formează trei legături covalente cu alți atomi, iar o altă legătură se formează datorită a doi electroni 2s de azot. Un exemplu este reacția amoniacului cu acizii pentru a forma un cation de amoniu. În cele din urmă, dacă valența este determinată doar de numărul de electroni nepereche dintr-un atom, atunci valența azotului nu poate fi mai mare de trei, deoarece atomul de N nu poate avea mai mult. decat trei electroni nepereche (excitarea electronului 2s poate avea loc doar la nivelul cu n = 3, ceea ce este extrem de nefavorabil energetic). Astfel, în halogenuri, azotul formează doar trei legături covalente și nu există compuși precum NF 5, NCl 5 sau NBr 5 (spre deosebire de PF 3, PCl 3 și PBr 3 complet stabil). Dar dacă un atom de azot transferă unul dintre electronii lui 2s către alt atom, atunci cationul N+ rezultat va avea patru electroni nepereche, iar valența acestui cation va fi de patru. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, într-o moleculă de acid azotic. Astfel, diferite definiții ale valenței conduc la rezultate diferite chiar și pentru molecule simple.

Care dintre aceste definiții este „corectă” și este chiar posibil să se dea o definiție clară pentru valență? Pentru a răspunde la aceste întrebări, este util să faceți o excursie în trecut și să luați în considerare modul în care conceptul de „valență” s-a schimbat odată cu dezvoltarea chimiei.

Ideea valenței elementelor (care, totuși, nu a primit recunoaștere la acel moment) a fost exprimată pentru prima dată la mijlocul secolului al XIX-lea. Chimistul englez E. Frankland: a vorbit despre o anumită „capacitate de saturare” a metalelor și a oxigenului. Ulterior, valența a început să fie înțeleasă ca capacitatea unui atom de a atașa sau înlocui un anumit număr de alți atomi (sau grupuri de atomi) pentru a forma o legătură chimică. Unul dintre creatorii teoriei structura chimica Friedrich August Kekule a scris: „Valența este o proprietate fundamentală a atomului, o proprietate la fel de constantă și de neschimbată precum greutatea atomică în sine.” Kekule a considerat valența unui element ca fiind o valoare constantă. Până la sfârșitul anilor 1850, majoritatea chimiștilor credeau că valența (numită atunci „atomicitate”) carbonului era 4, valența oxigenului și a sulfului era 2, iar halogenii erau 1. În 1868, chimistul german K. G. Wichelhaus a propus utilizarea termenul „atomicitate” în loc de „valență” (în latină valentia - putere). Cu toate acestea, de mult timp aproape că nu a fost folosit, cel puțin în Rusia (în schimb s-au vorbit, de exemplu, despre „unități de afinitate”, „număr de echivalente”, „număr de acțiuni”, etc.). Este semnificativ faptul că în Dicţionar enciclopedic Brockhaus și Efron(aproape toate articolele despre chimie din această enciclopedie au fost revizuite, editate și adesea scrise de D.I. Mendeleev) nu există deloc un articol despre „valență”. Nu se găsește nici în opera clasică a lui Mendeleev. Bazele Chimiei(nu menționează decât ocazional conceptul de „atomicitate”, fără să se ocupe de el în detaliu și fără a-i oferi o definiție lipsită de ambiguitate).

Pentru a demonstra clar dificultățile care au însoțit conceptul de „valență” încă de la început, este oportun să citam un concept care a fost popular la începutul secolului al XX-lea. în multe țări, datorită marelui talent pedagogic al autorului, manualul chimistului american Alexander Smith, publicat de acesta în 1917 (în traducere rusă - în 1911, 1916 și 1931): „Nici un singur concept în chimie nu a primit atât de multe definiții neclare și imprecise precum conceptul de valență " Și mai departe în secțiune Câteva ciudatenii în vederile despre valență autorul scrie:

„Când conceptul de valență a fost construit pentru prima dată, s-a crezut – complet eronat – că fiecare element are o valență. Prin urmare, atunci când luăm în considerare perechi de compuși precum CuCl și CuCl 2, sau... FeCl 2 și FeCl 3, am pornit de la presupunerea că cuprul Mereu este divalent, iar fierul este trivalent și, pe această bază, au distorsionat formulele astfel încât să le potrivească acestei presupuneri. Astfel, formula monoclorurii de cupru a fost scrisă (și este adesea scrisă până astăzi) astfel: Cu 2 Cl 2. În acest caz, formulele a doi compuși de clorură de cupru într-o reprezentare grafică iau forma: Cl–Cu–Cu–Cl și Cl–Cu–Cl. În ambele cazuri, fiecare atom de cupru deține (pe hârtie) două unități și, prin urmare, este divalent (pe hârtie). La fel... dublarea formulei FeCl 2 a dat Cl 2 >Fe–Fe 2, ceea ce ne-a permis să considerăm... fierul ca trivalent.” Și apoi Smith face o concluzie foarte importantă și relevantă în orice moment: „Este destul de dezgustător metodă științifică- a inventa sau a denatura fapte pentru a susține o credință care, nefiind bazată pe experiență, este rezultatul unei simple presupuneri. Cu toate acestea, istoria științei arată că astfel de erori sunt adesea observate.”

O trecere în revistă a ideilor începutului de secol despre valență a fost făcută în 1912 de chimistul rus L.A. Chugaev, care a primit recunoaștere mondială pentru munca sa privind chimia compușilor complecși. Chugaev a arătat clar dificultățile asociate cu definirea și aplicarea conceptului de valență:

„Valența este un termen folosit în chimie în același sens ca „atomicitate” pentru a desemna numărul maxim de atomi de hidrogen (sau alți atomi monoatomi sau radicali monoatomi) cu care un atom al unui element dat poate fi în legătură directă (sau cu care este capabil să înlocuiască ). Cuvântul valență este adesea folosit și în sensul unei unități de valență sau al unei unități de afinitate. Astfel, ei spun că oxigenul are doi, azotul trei etc. Cuvintele valență și „atomicitate” au fost folosite anterior fără nicio distincție, dar pe măsură ce însăși conceptele exprimate de ele și-au pierdut simplitatea inițială și au devenit mai complicate, pentru un număr de cazuri a rămas în uz doar cuvântul valență... Complicația conceptul de valență a început cu recunoașterea faptului că valența este o mărime variabilă... și în sensul materiei este întotdeauna exprimată ca un număr întreg.”

Chimiștii știau că multe metale au valență variabilă și ar trebui să vorbească, de exemplu, despre crom divalent, trivalent și hexavalent. Chugaev a spus că chiar și în cazul carbonului, a fost necesar să se recunoască posibilitatea ca valența acestuia să fie diferită de 4, iar CO nu este singura excepție: „Carbonul divalent este foarte probabil conținut în carbilaminele CH 3 -N=C, în acidul fulminat și sărurile sale C=NOH, C=NOMe etc. Știm că există și carbonul triatomic...” Discută despre teoria chimistului german I. Thiele despre valențele „parțiale” sau parțiale, Chugaev a vorbit despre el ca „una dintre primele încercări extinde conceptul clasic de valență și îl extinde la cazurile în care acesta, ca atare, este inaplicabil. Dacă Thiele a ajuns la necesitatea... de a permite „fragmentarea” unităților de valență, atunci există o serie întreagă de fapte care ne obligă, într-un alt sens, să derivăm conceptul de valență din cadrul îngust în care acesta a fost conținut inițial. Am văzut că studiul celor mai simpli compuși (în mare parte binari...) formați din elemente chimice pentru fiecare dintre aceștia din urmă ne obligă să presupunem valori certe, întotdeauna mici și, desigur, întregi ale valenței lor. Astfel de valori, în general, sunt foarte puține (elementele care prezintă mai mult de trei valențe diferite sunt rare)... Experiența arată însă că atunci când toate unitățile de valență menționate mai sus trebuie considerate saturate, capacitatea moleculelor formate în acest cazul pentru adăugarea ulterioară nu atinge încă limita. Astfel, sărurile metalice adaugă apă, amoniac, amine..., formând diverși hidrați, amoniac... etc. compuși complecși pe care... acum îi clasificăm ca fiind complecși. Existența unor astfel de compuși care nu se încadrează în cadrul celei mai simple idei de valență a necesitat în mod natural extinderea acesteia și introducerea de ipoteze suplimentare. Una dintre aceste ipoteze, propusă de A. Werner, este că alături de unitățile principale, sau de bază, de valență, există și altele, secundare. Acestea din urmă sunt de obicei indicate printr-o linie punctată.”

Într-adevăr, ce valență, de exemplu, ar trebui să fie atribuită atomului de cobalt din clorura sa, care a adăugat șase molecule de amoniac pentru a forma compusul CoCl 3 6NH 3 (sau, ceea ce este același, Co(NH 3) 6 Cl 3) ? În ea, un atom de cobalt este combinat simultan cu nouă atomi de clor și azot! D.I. Mendeleev a scris cu această ocazie despre „forțele afinității reziduale” puțin studiate. Iar chimistul elvețian A. Werner, care a creat teoria compușilor complecși, a introdus conceptele de valență principală (primară) și valență secundară (secundară) (în chimia modernă, aceste concepte corespund stării de oxidare și numărului de coordonare). Ambele valențe pot fi variabile, iar în unele cazuri este foarte dificil sau chiar imposibil să le distingem.

În continuare, Chugaev atinge teoria electrovalenței a lui R. Abegg, care poate fi pozitivă (în compușii cu oxigen superior) sau negativă (în compușii cu hidrogen). Mai mult, suma celor mai mari valențe ale elementelor pentru oxigen și hidrogen pentru grupele IV până la VII este egală cu 8. Prezentarea în multe manuale de chimie se bazează încă pe această teorie. În concluzie, menționează Chugaev compuși chimici, pentru care conceptul de valență este practic inaplicabil - compuși intermetalici, a căror compoziție „este adesea exprimată prin formule foarte ciudate, care amintesc foarte puțin de valorile obișnuite de valență. Aceștia sunt, de exemplu, următorii compuși: NaCd 5, NaZn 12, FeZn 7 etc.”

Un alt chimist rus celebru I.A. Kablukov a subliniat unele dificultăți în determinarea valenței în manualul său. Principii de bază ale chimiei anorganice, publicat în 1929. În ceea ce privește numărul de coordonare, să cităm (în traducere rusă) un manual publicat la Berlin în 1933 de unul dintre fondatorii teoriei moderne a soluțiilor, chimistul danez Niels Bjerrum:

„Numerele de valență obișnuite nu dau nicio idee despre proprietățile caracteristice prezentate de mulți atomi în numeroși compuși complecși. Pentru a explica capacitatea atomilor sau ionilor de a forma compuși complecși, a fost introdusă o nouă serie specială de numere pentru atomi și ioni, diferite de numerele de valență obișnuite. În ionii complecși de argint... cei mai mulți dintre ei sunt legați direct de atomul central de metal Două atom sau două grupuri de atomi, de exemplu, Ag(NH 3) 2 +, Ag(CN) 2 –, Ag(S 2 O 3) 2 –... Pentru a descrie această legătură, conceptul număr de coordonareși atribuiți ionilor Ag + un număr de coordonare de 2. După cum se poate vedea din exemplele date, grupurile asociate cu atomul central, pot fi molecule neutre (NH 3) și ioni (CN –, S 2 O 3 –). Ionul de cupru divalent Cu ++ și ionul de aur trivalent Au +++ au în majoritatea cazurilor un număr de coordonare de 4. Numărul de coordonare al unui atom, desigur, nu indică încă ce fel de legătură există între atomul central și alți atomi sau grupuri de atomi asociate cu acesta; dar s-a dovedit a fi un instrument excelent pentru sistematica compușilor complecși.”

Exemple foarte clare" proprietăți speciale„a compușilor complecși este dat în manualul său de A. Smith:

„Luați în considerare următorii compuși „moleculari” ai platinei: PtCl 4 2NH 3, PtCl 4 4NH 3, PtCl 4 6NH 3 și PtCl 4 2KCl. Un studiu mai atent al acestor compuși relevă o serie de caracteristici remarcabile. Primul compus în soluție practic nu se descompune în ioni; conductivitatea electrică a soluțiilor sale este extrem de scăzută; azotatul de argint nu produce precipitat de AgCl cu el. Werner a acceptat că atomii de clor sunt legați de atomul de platină prin valențe obișnuite; Werner le-a numit pe cele principale, iar moleculele de amoniac sunt conectate la atomul de platină prin valențe suplimentare, secundare. Acest compus, conform lui Werner, are următoarea structură:

Parantezele mari indică integritatea unui grup de atomi, un complex care nu se dezintegrează atunci când compusul este dizolvat.

Al doilea compus are proprietăți diferite față de primul; acesta este un electrolit, conductivitatea electrică a soluțiilor sale este de același ordin cu conductivitatea electrică a soluțiilor de săruri care se descompun în trei ioni (K 2 SO 4, BaCl 2, MgCl 2); nitratul de argint precipită doi din patru atomi. Potrivit lui Werner, acesta este un compus cu următoarea structură: 2– + 2Cl–. Aici avem un ion complex; atomii de clor din el nu sunt precipitați de nitrat de argint, iar acest complex formează o sferă interioară de atomi în jurul nucleului - atomul Pt. în compus, atomii de clor despărțiți sub formă de ioni formează sfera exterioară a atomilor, motiv pentru care îi scriem în afara parantezelor mari. Dacă presupunem că Pt are patru valențe principale, atunci doar două sunt utilizate în acest complex, în timp ce celelalte două sunt ținute de cei doi atomi de clor exterior. În primul compus, toate cele patru valențe ale platinei sunt utilizate în complexul în sine, drept urmare acest compus nu este un electrolit.

În al treilea compus, toți cei patru atomi de clor sunt precipitați de nitrat de argint; conductivitatea electrică ridicată a acestei săruri arată că produce cinci ioni; este evident că structura sa este următoarea: 4– + 4Cl – ... În ionul complex, toate moleculele de amoniac sunt legate de Pt prin valențe secundare; corespunzând celor patru valențe principale ale platinei, există patru atomi de clor în sfera exterioară.

În al patrulea compus, azotatul de argint nu precipită deloc clorul, conductivitatea electrică a soluțiilor sale indică descompunerea în trei ioni, iar reacțiile de schimb dezvăluie ioni de potasiu. Această legătură o atribuim clădirea următoare 2– + 2K + . În ionul complex, se folosesc cele patru valențe principale ale Pt, dar deoarece nu sunt utilizate valențele principale a doi atomi de clor, în sfera exterioară pot fi reținuți doi ioni monovalenți pozitivi (2K +, 2NH 4 + etc.). ”

Exemplele date de diferențe izbitoare în proprietățile complexelor de platină similare în exterior oferă o idee despre dificultățile pe care chimiștii le-au întâmpinat atunci când încercau să determine fără ambiguitate valența.

După crearea ideilor electronice despre structura atomilor și moleculelor, conceptul de „electrovalență” a început să fie utilizat pe scară largă. Deoarece atomii pot să dea și să accepte electroni, electrovalența poate fi fie pozitivă, fie negativă (în prezent, în loc de electrovalență, se folosește conceptul de stare de oxidare). Cât de consistente au fost noile idei electronice despre valență cu cele anterioare? N. Bjerrum, în manualul deja citat, scrie despre asta: „Există o oarecare dependență între numerele obișnuite de valență și noile numere introduse - electrovalența și numărul de coordonare -, dar ele nu sunt deloc identice. Vechiul concept de valență s-a împărțit în două concepte noi.” Cu această ocazie, Bjerrum a făcut o notă importantă: „Numărul de coordonare al carbonului este în majoritatea cazurilor 4, iar electrovalența acestuia este fie +4, fie –4. Deoarece ambele numere coincid de obicei pentru un atom de carbon, compușii de carbon nu sunt potriviți pentru a studia diferența dintre aceste două concepte.”

În cadrul teoriei electronice a legăturii chimice, dezvoltată în lucrările fizicianului american G. Lewis și ale fizicianului german W. Kossel, au apărut concepte precum legătura donor-acceptor (coordonare) și covalență. În conformitate cu această teorie, valența unui atom a fost determinată de numărul de electroni care participă la formarea perechilor de electroni comuni cu alți atomi. În acest caz, valența maximă a unui element a fost considerată egală cu numărul de electroni din învelișul electron exterior al atomului (coincide cu numărul grupului din tabelul periodic căruia îi aparține elementul dat). Conform altor idei, bazate pe legi chimice cuantice (au fost dezvoltate de fizicienii germani W. Heitler și F. London), nu ar trebui numărați toți electronii externi, ci doar cei nepereche (în starea fundamentală sau excitată a atomului) ; Aceasta este tocmai definiția dată într-o serie de enciclopedii chimice.

Cu toate acestea, se cunosc fapte care nu se încadrează în această schemă simplă. Astfel, într-un număr de compuși (de exemplu, în ozon), o pereche de electroni poate conține nu doi, ci trei nuclee; în alte molecule legătura chimică poate fi realizată de un singur electron. Este imposibil să descrii astfel de conexiuni fără a folosi aparatul chimiei cuantice. Cum, de exemplu, putem determina valența atomilor din compuși precum pentaboranul B 5 H 9 și alți borani cu legături „punte”, în care un atom de hidrogen este legat de doi atomi de bor simultan; ferocen Fe(C5H5)2 (un atom de fier cu o stare de oxidare de +2 este legat de 10 atomi de carbon deodată); pentacarbonil de fier Fe(CO)5 (atomul de fier în starea de oxidare zero este legat de cinci atomi de carbon); Pentacarbonil cromat de sodiu Na2Cr(CO)5 (starea de oxidare a cromului-2)? Astfel de cazuri „non-clasice” nu sunt deloc excepționale. Pe măsură ce chimia s-a dezvoltat, astfel de „încălcători de valență” și compuși cu diverse „valențe exotice” au devenit din ce în ce mai numeroși.

Pentru a evita unele dificultăți, s-a dat o definiție conform căreia, la determinarea valenței unui atom, este necesar să se țină seama de numărul total de electroni nepereche, perechi de electroni singuri și orbitali liberi implicați în formarea legăturilor chimice. Orbitalii liberi sunt direct implicați în formarea legăturilor donor-acceptor într-o varietate de compuși complecși.

Una dintre concluzii este că dezvoltarea teoriei și achiziția de noi date experimentale au condus la faptul că încercările de a obține o înțelegere clară a naturii valenței au împărțit acest concept într-o serie de concepte noi, cum ar fi valența principală și secundară, valența și covalența ionică, numărul de coordonare și gradul de oxidare etc. Adică, conceptul de „valență” s-a „împărțit” într-un număr de concepte independente, fiecare dintre acestea operând într-o anumită zonă.” Aparent, conceptul tradițional de valență are o semnificație clară și lipsită de ambiguitate doar pentru compușii în care toate legăturile chimice sunt în două centre (adică leagă doar doi atomi) și fiecare legătură este realizată de o pereche de electroni situată între doi atomi vecini, în alte cuvinte - pentru compuși covalenti precum HCl, CO 2, C 5 H 12 etc.

A doua concluzie nu este în întregime obișnuită: termenul „valență”, deși este folosit în chimia modernă, are o aplicație foarte limitată, încercările de a-i oferi o definiție clară „pentru toate ocaziile” nu sunt foarte productive și nu sunt deloc necesare. Nu degeaba autorii multor manuale, în special cele publicate în străinătate, se lasă deloc fără acest concept sau se limitează la a sublinia că conceptul de „valență” are în principal o semnificație istorică, în timp ce în prezent chimiștii folosesc în principal cel mai răspândit, deși oarecum artificial, conceptul de „grad” de oxidare”.

Ilya Leenson

Subiectul lecției: „Valența. Determinarea valenței prin formulele compușilor lor"

Tipul de lecție: studiul și consolidarea primară a noilor cunoștințe

Forme organizatorice: conversație, sarcini individuale, independentă

Obiectivele lecției:

Didactic:

Pe baza cunoștințelor elevilor, repetați conceptele de „formulă chimică”;

Să-i ajute pe elevi să dezvolte conceptul de „valență” și capacitatea de a determina valența atomilor elementelor folosind formulele substanțelor;

Concentrați atenția studenților asupra posibilității de integrare a cursurilor de chimie și matematică.

Educational:

Continuă dezvoltarea abilităților de a formula definiții;

Explicați semnificația conceptelor studiate și explicați succesiunea acțiunilor la determinarea valenței folosind formula unei substanțe;

Contribuie la îmbogățirea vocabularului, dezvoltarea emoțiilor, abilităților creative;

Dezvoltați capacitatea de a evidenția principalele, esențiale, de a compara, de a generaliza, de a dezvolta dicția și vorbirea.

Educational:

Încurajează sentimentul de camaraderie și capacitatea de a lucra colectiv;

Creșterea nivelului de educație estetică a elevilor;

Orientați elevii spre imagine sănătoasă viaţă.

Rezultatele învățării planificate:

Subiect: cunoașteți definiția „valenței”.

Să fie capabil să determine valența elementelor folosind formulele compușilor binari. Cunoașteți valența unor elemente chimice.

Meta-subiect: pentru a dezvolta capacitatea de a lucra folosind un algoritm pentru a rezolva probleme educaționale și cognitive.

Personal: formarea unei atitudini responsabile față de învățare, pregătirea elevilor pentru autoeducație bazată pe motivația de a învăța.

Principalele tipuri de activități ale elevilor. Determinați valența elementelor din compuși binari.

Noțiuni de bază: valență, valență constantă și variabilă.

Echipament pentru elevi: manualul G.E. Rudzitis, F.G. Feldman „Chimie. clasa a 8-a". - M.: Educație, 2015; pe fiecare tabel „Algoritm pentru determinarea valenței” (Anexa 2); Înmânează.

În timpul orelor	Activitățile profesorului	Activități studențești
1.Moment organizatoric	Profesorul îi întâmpină pe elevi, determină pregătirea pentru lecție, creează un microclimat favorabil în clasă	Salutați profesorul și demonstrați-vă pregătirea pentru lecție
2.Actualizarea cunoștințelor	Conversație frontală cu studenții pe tema finalizată „Formulă chimică”. Exercitiul 1: Ce scrie aici? Profesorul demonstrează formule tipărite pe coli separate de hârtie (Anexa 1). Sarcina 2: munca individuala pe cartonașe (doi elevi lucrează la tablă). După finalizarea calculelor, verificați. Cardul nr. 1. Calculați greutatea moleculară relativă a acestor substanțe: NaCl, K2O. Cardul nr. 2. Calculați greutatea moleculară relativă a acestor substanțe: CuO, SO2.	Elevii răspund la întrebările profesorului, citesc formule în „limbaj chimic” Elevii primesc carduri: prima opțiune este nr. 1, a doua opțiune este nr. 2 și completează sarcinile. Doi elevi merg la tablă și fac calcule pe spatele tablei. Când termină sarcinile, verifică totul împreună pentru corectitudine; dacă există erori, găsesc modalități de a le elimina.
3. Studierea materialelor noi	1. Explicația profesorului. Formularea problemei. Conceptul de valență. Până acum, am folosit formule gata făcute date în manual. Formulele chimice pot fi derivate pe baza datelor privind compoziția substanțelor. Dar cel mai adesea atunci când compui formule chimice sunt luate în considerare modelele pe care le respectă elementele atunci când se conectează între ele. Exercițiu: comparați compoziția calitativă și cantitativă în molecule: HCl, H2O, NH3, CH4. Ce au moleculele în comun? Cum sunt ele diferite unele de altele? Problemă: De ce diferiți atomi dețin un număr diferit de atomi de hidrogen? Concluzie: Atomii au abilități diferite de a reține un anumit număr de alți atomi în compuși. Aceasta se numește valență. Cuvântul „valență” provine din lat. valentia - putere. Scrieți definiția în caiet: Valenta este proprietatea atomilor de a retine un anumit numar de alti atomi intr-un compus. Valenta este indicata cu cifre romane. Valența atomului de hidrogen este considerată una, iar cea a oxigenului este de două. 1.Notați valența unui element cunoscut: I 2. găsi numărul total unitățile de valență ale unui element cunoscut: 3.Numărul total de unități de valență se împarte la numărul de atomi ai altui element și se află valența acestuia:	Profesorii ascultă Prezența atomilor de hidrogen. HCl - un atom de clor deține un atom de hidrogen H2O - un atom de oxigen conține doi atomi de hidrogen NH3 - un atom de azot deține trei atomi de hidrogen CH4 - un atom de carbon conține patru atomi de hidrogen. Ei rezolvă problema, fac presupuneri și împreună cu profesorul ajung la o concluzie. Scrieți definiția și ascultați explicațiile profesorului. Folosind algoritmul pentru determinarea valenței, scrieți formula într-un caiet și determinați valența elementelor Ascultă explicațiile profesorului
4.Verificarea primară a cunoștințelor dobândite	Exercitiul 1: determina valența elementelor din substanțe. Sarcina se află în fișă. Exercițiul 2:În trei minute trebuie să finalizați una dintre cele trei sarcini alese. Alegeți doar sarcina pe care o puteți gestiona. Sarcina se află în fișă. Stratul de aplicare („4”). Nivel creativ („5”). Profesorul verifică aleatoriu caietele elevilor și atribuie note pentru temele corect finalizate.	simulator: elevii vin la tablă în lanț și determină valențele elementelor din formulele propuse Elevii realizează sarcinile propuse, alegând nivelul la care, în opinia lor, sunt capabili. Analizați răspunsurile împreună cu profesorul
5.Rezumând lecția	Conversatie cu elevii: Ce problemă ne-am pus la începutul lecției? La ce concluzie am ajuns? Definiți „valența”. Care este valența unui atom de hidrogen? Oxigen? Cum se determină valența unui atom într-un compus? Evaluarea muncii elevilor în ansamblu și a elevilor individuali.	Răspunde la întrebările profesorului. Analizați munca lor în clasă.
6.Tema pentru acasă	§ 16, ex. 1, 2, 5, sarcini de testare	Notează sarcina în jurnal
7. Reflecție	Organizează alegerea de către elevi a unei evaluări adecvate a atitudinii lor față de lecție și a stării de după lecție (Anexa 3, tipărit pentru fiecare)	Evaluează-le sentimentele după lecție

Literatură:

Gara N. N. Chimie: lecţii în clasa a VIII-a: un manual pentru profesori / N. N. Gara. - M.: Educație, 2014.

Testarea și măsurarea materialelor. Chimie clasa a VIII-a/Comp. N.P. Troegubova. - M.: VAKO, 2013.

Rudzitis G.E., Feldman F.G. "Chimie. clasa a 8-a". - M.: Educație, 2015.

Troegubova N.P. Dezvoltarea lecției de chimie, clasa a VIII-a. - M.: VAKO, 2014.

Jurnalul „Biologie” - www.1september.ru - tehnologie de învățare orientată spre personalitate.

Anexa 1

Ce înseamnă următoarea intrare?

a) 4H; 7Fe; H2; 4H2 b) NaCI; AlBr3; FeS

Anexa 2

Algoritm de determinare a valenței.

Algoritm de determinare a valenței	Exemplu
1. Notați formula substanței.
2. Desemnați valența cunoscută a elementului
3. Aflați numărul de unități de valență ale atomilor unui element cunoscut înmulțind valența elementului cu numărul atomilor acestuia		2 II Cu2O
4. Împărțiți numărul de unități de valență ale atomilor la numărul de atomi ale celuilalt element. Răspunsul rezultat este valența dorită	2 I II H2S	2 I II Cu2O
5. Faceți o verificare, adică numărați numărul de unități de valență ale fiecărui element	I II H2S (2=2)	I II Cu2O (2=2)

Pe parcursul lecției am lucrat: activ/pasiv

Sunt: mulțumit/nemulțumit de munca mea la clasă?

Lecția mi s-a părut scurtă/lungă

În timpul lecției I: nu obosit/obosit

Starea mea de spirit: a devenit mai bună / a devenit mai proastă

Materialul lecției a fost clar/de neînțeles pentru mine, interesant/plictisitor.

Înmânează.

Exercitiul 1: determinați valența elementelor în substanțe:

SiH4, CrO3, H2S, CO2, CO, SO3, SO2, Fe2O3, FeO, HCl, HBr, Cl2O5, Cl2O7, РН3, K2O, Al2O3, P2O5, NO2, N2O5, Cr2O3, SiO2, B2O3, MnO2, SiO74, MnO2 CuO, N2O3.

Exercițiul 2:

În trei minute trebuie să finalizați una dintre cele trei sarcini alese. Alegeți doar sarcina pe care o puteți gestiona.

Nivelul reproductiv („3”). Determinați valența atomilor elementelor chimice folosind formulele compușilor: NH3, Au2O3, SiH4, CuO.

Stratul de aplicare („4”). Din seria dată notează doar acele formule în care atomii de metal sunt divalenți: MnO, Fe2O3, CrO3, CuO, K2O, CaH2.

Nivel creativ („5”). Găsiți un model în succesiunea de formule: N2O, NO, N2O3 și puneți valențele deasupra fiecărui element.