Валентність
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, NH3 і CH4 хлор є одновалентним, кисень — двовалентним, азот — тривалентним, вуглець — чотиривалентним, бо вони сполучені відповідно з одним, двома, трьома і чотирма атомами водню.
Валентність, а, точніше, близька за змістом величина ступеня окиснення за необхідності вказується в назві сполук за допомогою римських чисел в дужках[1], приміром, хлорид міді(I), хлорид міді(II).
Концепція явища валентності з’явилася в 1852 році, коли британський хімік Едвард Франкланд запропонував гіпотезу, що атоми мають певну “насиченість” , тобто здатність з’єднуватися лише з певною фіксованою кількістю інших атомів. Він спостерігав за реакціями металів з органічними сполуками та помітив закономірності, які пізніше розвинули Август Кекуле та інші науковці в теорію валентності. В 1916 році Гілберт Льюїс пов’язав її з електронними оболонками, пояснюючи, що елементи прагнуть заповнити зовнішній рівень до восьми електронів (правило октету). Наразі (станом на 2026 рік) поняття валентності інтегрована в квантову хімію, де її розглядають через поняття орбіталей атома та їх гібридизацію.[2]
Усі чотири хімічні зв’язки атома вуглецю добре видно на фото вгорі, де наведено пряме пікоскопічне зображення атома C6[3] отримане шляхом денситометрії електронної хмарки[4] (роздільна здатність 10 пікометрів). Внутрішня оболонка складається з двох електронів — біле коло. Відповідно до періодичного закону зовнішню (валентну) оболонку складають чотири валентних хмарки: 1,2 орбіталі створюють сильні сігма-зв'язки з сусідніми атомами вуглецю (зелений колір); 3,4 орбіталі створюють слабі пі-зв’язки з атомами верхнього та нижнього шару графіту (блакитний колір).
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 азоту: як у катіоні амонію NH+
4, так і в більшості неорганічних оксигеновмісних сполук ковалентність азоту становить 4 (і принципово не може сягнути 5), тоді як класичне визначення його валентності в оксиді N2O5 чи відповідній йому нітратній кислоті дає 5.
Деяким хімічним елементам притаманна стала валентність, а деяким — змінна. Наприклад, водень, натрій і калій у своїх сполуках бувають тільки одновалентні, кальцій, барій, магній, цинк і кисень — тільки двовалентні, а бор і алюміній — тільки тривалентні. Більшість хімічних елементів мають змінну валентність. Так, мідь може бути одновалентним (CuCl) і двовалентним (CuCl2), залізо — двовалентним (FeCl2) і тривалентним (FeCl3), вуглець — двовалентним (CO) і чотиривалентним (CO2), сірка — чотиривалентним (SO2) та шестивалентним (SO3) тощо.
Найвища валентність елемента часто збігається з його номером групи в короткоперіодному варіанті періодичної системи елементів. Найвища валентність за киснем і воднем збігається для металів (менш електронегативних за обидва ці елементи), але може відрізнятися для неметалів (більшість яких за електронегативністю проміжна між воднем та киснем). В останньому випадку сума найвищих валентностей за воднем та киснем дає 8 (порівняйте з правилом октета), наприклад, H2S та SO3: 2 + 6 = 8.
 | Наведені нижче типові значення валентності є ілюстративними! За оглядом хімічних властивостей елементів звертайтеся до статті про кожен із них. |
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.
- H, F, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr — I
- Be, Mg, Ca, Ba, Zn, Ra, Cd, Sr, О — II
- Al, B — III
- Cu, Hg — I і II
- Fe, Co, Ni — II і III
- C, Si, Ge, Sn, Pb — II і IV
- P — III, V
- S — II, IV і VI
- Mn — II, III, IV, VI і VII
- N — I, II, III, 4IVі (суто формально) V
- Cl, Br, I — I, III, V і VII
- Cr — II, III, VI
Можливість зміни валентності елемента полягає у зміні його електронної будови.
Структурна формула показує як кількісний склад (наприклад, формула H2O),так і послідовність сполучення атомів та кратність зв'язків (одинарні, подвійні, потрійні). Одна риска в цих формулах означає одну спільну пару електронів.
| Назва речовини | Хімічна формула | Елемент та його валентність | Кількість зв'язків (рисок) | Графічна (структурна) формула |
|---|---|---|---|---|
| Вода | H2O | H (I), O (II) | Оксиген утворює два зв'язки, кожен Гідроген — по одному | H — O — H |
| Вуглекислий газ | CO2 | C (IV), O (II) | Карбон утворює чотири зв'язки, кожен Оксиген — по два | O = C = O |
| Хлоридна кислота | HCl | H (I), Cl (I) | Обидва елементи мають по одному зв'язку | H — Cl |
| Назва сполуки | Молекулярна формула | Клас сполук | Валентність елементів | Графічна (структурна) формула |
|---|---|---|---|---|
| Етен (етилен) | C2H4 | Алкени (ненасичені вуглеводні) | C (IV), H (I) | H H \ / C = C / \ H H |
| Ацетилен (етин) | C2H2 | Алкіни (ненасичені вуглеводні) | C (IV), H (I) | H — C ≡ C — H |
У фармацевтичній промисловості валентність визначає, як молекули взаємодіють із рецепторами. Наприклад, в молекулі аспірину, зв'язок з чотирьохвалентним вуглецем у кільці, блокує ферменти завдяки точним зв’язкам. У нанотехнологіях валентність графену (вуглець — IV) дозволяє створювати надпровідники. Для екології валентність важлива в системах очищенні води: залізо тривалентне використовують в коагулянтах, які видаляють забрудники. У промисловості валентність допомагає синтезувати полімерні сполуки:використання вуглецю із валентністю чотири дозволяє створювати пластмаси, зокрема у поліетилен, створюючи довгі ланцюги.[2]
- Глосарій термінів з хімії / укладачі: Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.
- Pauling L., Hayward R. College Chemistry: An Introductory Textbook of General Chemistry. — 2nd ed. — W. H. Freeman and Company, 1956. — 685 с. (англ.)
- Валентность // Химическая энциклопедия : в 5 т. / гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М. : Сов. энцикл., 1988. — Т. 1 : Абляционные материалы — Дарзана реакция. — Стб. 664. — 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.)
- ↑ IUPAC Red Book: Nomenclature of Inorganic Chemistry, 2005. [Архівовано 18 травня 2017 у Wayback Machine.](англ.)
- 1 2 Ярослав, Стаценко (21 грудня 2025). Валентність в хімії: глибоке занурення з прикладами та поясненнями. Wem.ua (укр.). Процитовано 15 червня 2026.
- ↑ Кучеров, А.П.; Лавровский, С.Е. (2018). Пикоскопия - прямая визуализация молекул (PDF). Інформаційні технології та спеціальна безпека (4): 12—41.(рос.)
- ↑ Kucherov O., Rud A., Gubanov V., Biliy M. Spatial 3d Direct Visualization of Atoms, Molecules and Chemical Bonds // American Journal of Applied Chemistry. — 2020. — Т. 8, № 4. — С. 94—99. DOI: 10.11648/j.ajac.20200804.11 (англ.)