Как рассчитать валентность в соединении. Валентность. Определение валентности

Существует несколько определений понятия «валентность». Чаще всего этим термином называют способность атомов одного элемента присоединять определённое число атомов других элементов. Часто у тех, кто только начинает изучать химию, возникает вопрос: Как определить валентность элемента?. Сделать это несложно, зная несколько правил.

Валентности постоянные и переменные

Рассмотрим соединения HF, H2S и CaH2. В каждом из этих примеров один атом водорода присоединяет к себе только один атом другого химического элемента, значит его валентность равна одному. Значение валентности записывают над символом химического элемента римскими цифрами.

В приведённом примере атом фтора связан только с одним одновалентным атомом H, значит валентность его тоже равна 1. Атом серы в H2S присоединяет к себе уже два атома H, поэтому она в данном соединении двухвалентна. С двумя водородными атомами связан и кальций в его гидриде CaH2, а значит, и его валентность равна двум.

Кислород в подавляющем большинстве своих соединений двухвалентен, то есть образует две химические связи с другими атомами.

Атом серы в первом случае присоединяет к себе два кислородных атома, то есть всего образует 4 химические связи (один кислород образует две связи, значит сера — два раза по 2), то есть валентность ее равна 4.

В соединении SO3 сера присоединяет уже три атома O, поэтому и валентность ее равна 6 (три раза образует по две связи с каждым атомом кислорода). Атом кальция же присоединяет только один атом кислорода, образуя с ним две связи, значит, его валентность такая же, как и у O, то есть равна 2.

Обратите внимание на то, что атом H одновалентен в любом соединении. Всегда (кроме иона гидроксония H3O(+)) равна 2 валентность кислорода. По две химические связи как с водородом, так и с кислородом образует кальций. Это элементы с постоянной валентностью. Кроме уже указанных, постоянную валентность имеют:

• Li, Na, K, F — одновалентны;
• Be, Mg, Ca, Zn, Cd — обладают валентностью, равной II;
• B, Al и Ga — трехвалентны.

Атом серы, в отличие от рассмотренных случаев, в соединении с водородом имеет валентность, равную II, а с кислородом может быть и четырех- и шестивалентна. Про атомы таких элементов говорят, что они имеют переменную валентность. При этом максимальное ее значение в большинстве случаев совпадает с номером группы, в которой находится элемент в Периодической системе (правило 1).

Из этого правила есть много исключений. Так, элемент 1 группы медь, проявляет валентности и I, и II. Железо, кобальт, никель, азот, фтор, напротив, имеют максимальную валентность, меньшую, чем номер группы. Так, для Fe, Co, Ni это II и III, для N — IV, а для фтора — I.

Минимальное значение валентности всегда соответствует разнице между числом 8 и номером группы (правило 2).

Однозначно определить, какова же валентность элементов, у которых она переменная, можно только по формуле определенного вещества.

Определение валентности в бинарном соединении

Рассмотрим, как определить валентность элемента в бинарном (из двух элементов) соединении. Здесь возможны два варианта: в соединении валентность атомов одного элемента известна точно или же обе частицы с переменной валентностью.

Случай первый:

Случай второй:

Определение валентности по формуле трехэлементной частицы.

Далеко не все химические вещества состоят из двухатомных молекул. Как определить валентность элемента в трёхэлементной частице? Рассмотрим этот вопрос на примере формул двух соединения K2Cr2O7.

Если же вместо калия в формуле будет присутствовать железо, или другой элемент с переменной валентностью, нам потребуется знать, какова же валентность кислотного остатка. Например, нужно вычислить валентности атомов всех элементов в соединении с формулой FeSO4.

Следует отметить, что термин «валентность» чаще использую в органической химии. При составлении формул неорганических соединений чаще используют понятие «степень окисления».

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

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.

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.

Элемента;
> прогнозировать возможные значения валентности элемента, исходя из его размещения в периодической системе;
> определять значения валентности элементов в бинарных соединениях по их формулам;
> составлять формулы бинарных соединений, исходя из значений валентности элементов.

Значение валентности элемента при необходимости указывают в химической формуле римской цифрой над его символом: В математических расчетах и тексте для этого используют арабские цифры.

Определите валентность элементов в молекулах аммиака NH 3 и метана CH 4 .

Сведения о валентности элементов в веществе можно представить другим способом. Сначала записывают на определенном расстоянии друг от друга символы каждого атома, находящегося в молекуле. Затем одновалентный атом соединяют с другим одной черточкой, от двухвалентного атома проводят две черточки и т. д.:

Такие формулы называют графическими. Они показывают порядок соединения атомов в молекулах.

Молекула простого вещества водорода имеет графическую формулу H-H. Аналогичными являются графические формулы молекул фтора, хлора, брома, иода. Графическая формула молекулы кислорода 0=0, а молекулы азота .

Составляя такие формулы для молекул сложных веществ, следует иметь в виду, что атомы одного элемента, как правило, не соединены между собой.

Изобразите графические формулы молекул аммиака и метана.

Из графической формулы молекулы легко определить валентность каждого атома. Значение валентности равно количеству черточек, которые исходят от атома.

Для соединений ионного и атомного строения графические формулы не используют.

Валентность элемента и его размещение в периодической системе.

Некоторые элементы имеют постоянную валентность.

Это интересно

В начале XIX в. во взглядах на состав химических соединений господствовал
принцип «наибольшей простоты». Так, формулу воды записывали HO, а не H 2 O.

Гидроген и Флуор всегда одновалентны, а Оксиген - двухвалентен. Другие элементы с постоянной валентностью находятся в I-III группах периодической системы, причем значение валентности каждого элемента совпадает с номером группы. Так, элемент I группы Литий одновалентен, элемент II группы Магний двухвалентен, а элемент III группы Бор трехвалентен. Исключениями являются элементы I группы Купрум (значения валентности - I и 2) и Аурум (I и 3).

Большинство элементов имеют переменную валентность. Приводим ее значения для некоторых из них:

Плюмбум (IV группа) - 2,4;
Фосфор (V группа) - 3,5;
Хром (VI группа) - 2, 3, 6;
Сульфур (VI группа) - 2, 4, 6;
Манган (VII группа) - 2, 4, 6, 7;
Хлор (VII группа) - I, 3, 5, 7.

Из этих сведений вытекает важное правило: максимальное значение валентности элемента совпадает с номером группы, в которой он находится1. Поскольку в периодической системе восемь групп, то значения валентности элементов могут быть от I до 8.

Существует еще одно правило: значение валентности неметаллического элемента в соединении с Гидрогеном или с металлическим элементом равно 8 минус номер группы, в которой размещен элемент. Подтвердим его примерами соединений элементов с Гидрогеном. Элемент VII группы Иод в иодоводороде HI одновалентен (8-7=1), элемент VI группы Оксиген в воде H 2 O двухвалентен (8 - 6 = 2), элемент V группы Нитроген в аммиаке
NH3 трехвалентен (8 - 5 = 3).

Определение валентности элементов в бинарном соединении по его формуле.

Бинарным 2 называют соединение, образованное двумя элементами.

1 Существует несколько исключений.
2 Термин происходит от латинского слова binarius - двойной; состоящий из двух частей.

Это интересно

Формулы соединений, образованных тремя и более элементами, составляют иначе.

Выяснить значение валентности элемента в соединении нужно тогда, когда элемент имеет переменную валентность. Как выполняют такое задание , покажем на примере.

Найдем значение валентности Иода в его соединении с Оксигеном, которое имеет формулу I 2 O 5 .

Вы знаете, что Оксиген - двухвалентный элемент. Запишем значение его валентности над символом этого элемента в химической формуле соединения: . На 5 атомов Оксигена приходится 2 * 5 = 10 единиц валентности. Их нужно «распределить» между двумя атомами Иода (10: 2 = 5). Из этого следует, что Иод в соединении пятивалентен.

Формула соединения с обозначением валентности элементов -

Определите валентность элементов в соединениях с формулами CO 2 и Cl 2 O 7 .

Составление химических формул соединений по валентности элементов.

Выполним задание, противоположное предыдущему, - составим химическую формулу соединения Сульфура с Оксигеном, в котором Сульфур шестивалентен.

Сначала запишем символы элементов, образующих соединение, и укажем над ними значения валентности: . Затем находим наименьшее число, которое делится без остатка на оба значения валентности. Это число 6. Делим его на значение валентности каждого элемента и получаем соответствующие индексы в химической формуле соединения: .

Для проверки химической формулы используют правило: произведения значений валентности каждого элемента на количество его атомов в формуле одинаковы. Эти произведения для только что выведенной химической формулы: 6 -1 = 2-3.

Запомните, что в формулах соединений, в том числе бинарных, сначала записывают символы металлических элементов, а потом - неметаллических. Если соединение образовано только неметаллическими элементами и среди них есть Оксиген или Флуор, то эти элементы записывают последними.

Это интересно

Порядок записи элементов в формуле соединения Оксигена с Флуором такой: OF 2 .

Составьте химические формулы соединений Бора с Флуором и Оксигеном.

Причины соединения атомов друг с другом и объяснение значений валентности элементов связаны со строением атомов. Этот материал будет рассмотрен в 8 классе.

Выводы

Валентность - это способность атома соединяться с определенным количеством таких же или других атомов.

Существуют элементы с постоянной и переменной валентностью. Гидроген и Флуор всегда одновалентны, Оксиген - двухвалентен.

Значения валентности элементов отражают в графических формулах молекул соответствующим количеством черточек возле атомов.

Произведения значений валентности каждого элемента на количество его атомов в формуле бинарного соединения одинаковы.

?
75. Что такое валентность? Назовите максимальное и минимальное значения валентности химических элементов.

76. Укажите символы элементов, имеющих постоянную валентность: К, Ca, Cu, Cl, Zn, F, Н.

77. Определите валентность всех элементов в соединениях, которые имеют такие формулы:

78. Определите валентность элементов в соединениях с такими формулами:
a) BaH 2 , V 2 O 5 , MoS 3 , SiF 4 , Li 3 P; б) CuS, TiCI 4 , Ca 3 N 2 , P 2 O 3 , Mn 2 O 7 .

79. Составьте формулы соединений, образованных элементами с постоян­ной валентностью: Na...H..., Ba...F..., Al...О..., AI...F....

80. Составьте формулы соединений, используя указанные валентности некоторых элементов:

81. Напишите формулы соединений с Оксигеном таких элементов: а) Лития; б) Магния; в) Осмия (проявляет валентность 4 и 8).

82. Изобразите графические формулы молекул CI 2 O, PH 3 , SO 3 .

83. Определите валентность элементов по графическим формулам молекул:

На досуге

«Конструируем» молекулы

Рис. 45. Модель молекулы метана CH 4

По графическим формулам можно изготовлять модели молекул (рис. 45). Самым удобным материалом для этого является пластилин. Из него делают шарикиатомы (для атомов различных элементов используют пластилин разного цвета). Шарики соединяют с помощью спичек; каждая спичка заменяет одну черточку в графической формуле молекулы.

Изготовьте модели молекул H 2 , O 2 , H 2 O (имеет угловую форму), NH3 (имеет форму пирамиды), CO 2 (имеет линейную форму).