Валентність

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

Вале́нтність — це властивість атомів одного хімічного елемента з'єднуватися з певним числом атомів інших хімічних елементів. 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[1], 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.

Визначиння валентності хімічного елемента[ред.ред. код]

Для визначення валентності елементів не обов’язково складати структурні формули. Зверніть увагу на те, що сумарне число зв’язків атомів одного елемента завжди дорівнює сумарному числу зв’язків усіх атомів іншого елемента, тобто, якщо помножити число атомів певного елемента в молекулі на його валентність, то такий добуток буде однаковим для всіх елементів у цій сполуці. Наприклад, у молекулі вуглекислого газу СO2 Карбон чотиривалентний (загальне число зв’язків дорівнює 1 ∙ IV = 4), а Оксиген двовалентний (загальне число зв’язків дорівнює 2 ∙ II = 4).

Загальне число одиниць валентності всіх атомів одного елемента в сполуці дорівнює загальному числу одиниць валентностей усіх атомів іншого елемента.

На підставі цього можна визначати валентності елементів у будь-якій сполуці, яка складається з двох хімічних елементів (ці сполуки називають бінарними). Для цього можна використати такий алгоритм:

1: Указуємо валентність елемента з постійною валентністю.

2: Множимо число атомів цього елемента на його валентність.

3 ∙ II = 6; 2 ∙ II = 4; 4 ∙ I = 4;

3: Ділимо отримане значення на число атомів іншого елемента.

6 : 2 = III; 4 : 1 = IV; 4 : 1 = IV

4: Записуємо значення валентності над символом цього елемента.

Як ми вже згадували, деякі елементи в сполуках проявляють постійну валентність, тобто, незалежно від сполуки, у цих елементів може бути тільки одне значення валентності. Ці елементи та їхню валентність треба запам’ятати. Інші елементи можуть проявляти різні валентності, залежно від різних умов.

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.)
  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0


Chem template.svg Це незавершена стаття з хімії.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.

Виноски[ред.ред. код]

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