Валентність

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Вале́нтність — це число, яке показує, з якою максимальною кількістю одновалентних атомів (найперше гідрогену чи хлору) може сполучатися атом даного елемента або даний фрагмент, чи скільки таких атомів він може замістити[1]. Термін походить від лат. valentia — сила, тож в ході його еволюції йому надавалося й таке визначення: властивість атома приєднувати чи заміщувати певне число атомів чи атомних груп з утворенням хімічного зв'язку. Так, у сполуках HCl, H2O і NH3 хлор є одновалентним, оксиген — двовалентним, нітроген — тривалентним, бо вони сполучені відповідно з одним, двома і трьома атомами гідрогену.

Валентність (точніше, близька за змістом величина стану окиснення, англ. oxidation state) при необхідності вказується в назві сполук за допомогою римських чисел в дужках[2], приміром, купрум(I) хлорид, купрум(II) хлорид.

Природа валентності[ред.ред. код]

Що стосується природи валентності, тобто природи тих сил, які обумовлюють собою хімічний зв'язок атомів у молекулах, то вона довгий час залишалася незрозумілою. Лише коли стала відома будова атомів, з'явилися теорії, які пояснювали причину різної валентності хімічних елементів і природу хімічного зв'язку. Найважливішими з цих теорій є теорія про електровалентний, або іонний, хімічний зв'язок і теорія про ковалентний, або атомний, хімічний зв'язок. Валентність повністю визначається будовою зовнішньої (валентної) електронної оболонки атома.

Розвиток поняття валентності у спробах краще зрозуміти склад і будову речовин привів до його розщеплення на кілька окремих концепцій: іонна валентність, ковалентність, ступінь окиснення, координаційне число. Те чи інше поняття з цього переліку застосовують залежно від способу взаємодії атомів. Класична теорія валентності стикається зі складнощами вже для нітрогену: як у катіоні амонію NH+4, так і в більшості неорганічних оксигеновмісних сполук ковалентність нітрогену становить 4 (і принципово не може сягнути 5), тоді як класичне визначення його валентності в оксиді N2O5 чи відповідній йому нітратній кислоті дає 5.

Валентність хімічних елементів[ред.ред. код]

Деяким хімічним елементам притаманна стала валентність, а деяким — змінна. Наприклад, Гідроген, Натрій і Калій у своїх сполуках бувають тільки одновалентні, Кальцій, Барій, Магній, Цинк і Оксиген — тільки двовалентні, а Бор і Алюміній — тільки тривалентні. Більшість хімічних елементів мають змінну валентність. Так, Купрум може бути одновалентним (CuCl) і двовалентним (CuCl2), Ферум — двовалентним (FeCl2) і тривалентним (FeCl3), Карбон — двовалентним (CO) і чотиривалентним (CO2), Сульфур — чотиривалентним (SO2) та шестивалентним (SO3) тощо.

Найвища валентність елемента часто збігається з його номером групи в короткоперіодному варіанті періодичної системи елементів. Найвища валентність за Оксигеном і Гідрогеном збігається для металів (менш електронегативних за обидва ці елементи), але може відрізнятися для неметалів (більшість яких за електронегативністю проміжна між Гідрогеном та Оксигеном). В останньому випадку сума найвищих валентностей за Гідрогеном та Оксигеном дає 8 (порівняйте з правилом октета), наприклад, H2S та SO3: 2 + 6 = 8.

Для того, щоб визначити значення валентності елементів у сполуках, складніших за бінарні, необхідно знати їх структурну формулу, тобто будову. Приміром, «постійна валентність 2» для Be та Zn означає властивий їм у сполуках постійний ступінь окиснення +2, але їхнє координаційне число в комплексних сполуках становить 4 (Be(OH)2–4, Zn(NH3)2+4 тощо), і саме воно в таких сполуках має відповідати валентності, яка вже не буде постійною. Так само для «змінної валентності»: ступінь окиснення, відповідний зазначеним нижче валентностям, у елемента є, а власне валентності (як координаційного числа в кристалі або кількості усуспільнених електронних пар в молекулі чи іоні) може не існувати.

Елементи з постійною валентністю[ред.ред. код]

  • H, F, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Ag — 1
  • Be, Mg, Ca, Ba, Zn, Ra, Cd, Sr, О — 2
  • Al, B — 3

Популярні елементи зі змінною валентністю[ред.ред. код]

  • Cu, Hg — 1 і 2
  • Fe, Co, Ni — 2 і 3
  • C, Si, Ge, Sn, Pb — 2 і 4
  • P — 3, 5
  • S — 2, 4 і 6
  • Mn — 2, 3, 4, 5 і 7
  • N — 2, 3, 4 і (суто формально) 5
  • Cl, Br, I — 1, 3, 5 і 7
  • Cr — 2, 3, 6

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

  • Pauling L., Hayward R. College Chemistry: An Introductory Textbook of General Chemistry. — 2nd ed. — W. H. Freeman and Company, 1956. — 685 с. (англ.)
  • Химическая энциклопедия: В 5 т./ Гл. ред. И. Л. Кнунянц. Т. 1: Абляционные материалы — Дарзана реакция. — М.: Сов. энцикл., 1988. — 623 с.: ил., табл. — Библиогр. в конце ст. — ISBN 5-85270-008-8. (рос.)
  • Турова Н.Я. Неорганическая химия в таблицах. — М.: Высший химический колледж РАН, 1999. — 140 с. (рос.)

Виноски[ред.ред. код]

  1. IUPAC Gold Book. Valence (англ.)
  2. IUPAC Red Book: Nomenclature of Inorganic Chemistry, 2005. (англ.)