Валентность химических элементов

Определение понятия валентности

Валентность определяется как количество связей, которые атом данного химического элемента может образовать, соединяясь с другими атомами.

Что еще мы должны знать о валентности химических элементов?

• валентность элементов определяется с использованием римских цифр;
• в случае химических элементов, соединяющихся в химические соединения путем образования ковалентных связей, можно определить валентность на основе структурной формулы (сколько связей образует данный атом элемента в химическом соединении, сколько составляет его валентность);
• валентность элементов в свободном состоянии всегда равна нулю;
• в случае ионов, валентность элемента численно равна заряду этого иона (за исключением положительных и отрицательных знаков).

Валентность химического элемента и степень его окисления

Часто понятия «валентность» и «степень окисления элемента» используются взаимозаменяемо. Правильно ли это? К сожалению, это неправильный подход к этим понятиям. Основной причиной их путаницы является графическое изображение — в обоих случаях используются римские цифры.

Степенью окисления элемента, входящего в состав определенного вещества, называется количество положительных или отрицательных зарядов, которые можно отнести к атомам этого элемента, если бы молекулы этого вещества имели ионную структуру, то есть они были бы способны распадаться на ионы. Важно отметить, что степень окисления является условным понятием, поскольку по определению предполагает наличие только ионных связей, а это не всегда так.

Таким образом, в то время как степень окисления определяет заряд гипотетического иона, образующегося при разложении химического соединения, валентность определяет, сколько связей может образовать элемент. Кроме того, степень окисления принимает положительные или отрицательные значения, в отличие от валентности, которая всегда положительна.

Каждый элемент имеет только одну валентность?

Химические элементы не взаимодействуют друг с другом одинаково. Следовательно, они проявляют переменную валентность в зависимости от того, с каким элементом они образуют связь. Каждый раз следует указывать валентность элемента в данном соединении, если он принимает более одного значения.

Многие химические элементы характеризуются переменной валентностью. То, какое химическое соединение образует данный элемент, каковы остальные компоненты, определяет его валентность.

Одним из таких элементов является азот. Его валентность может достигать V. Также может принимать более низкие значения. Например, в азотной кислоте (V) валентность азота равна V, а в азотной кислоте (III) азот имеет уже более низкую валентность — III.

Таких примеров может быть больше. Периодическая система химических элементов может помочь в определении валентности химического элемента. Например, элементы I группы имеют валентность, равную I, аналогично второй группе — II. Хлор и другие металлы группы 17, которые в формуле записаны в конце (например, …Cl), имеют валентность, равную I. Также можно определить из периодической системы химических элементов максимальную валентность элементов основных групп в химических соединениях с кислородом и водородом.

Определение формул химических соединений с использованием их валентности

В природе химические элементы более или менее охотно взаимодействуют друг с другом, образуя химические соединения. Используя общепризнанные во всем мире буквенные обозначения химических элементов и валентность отдельных элементов, химические соединения записываются с помощью формул. Различают структурные, полуструктурные и суммарные формулы.

Структурная формула

С помощью этой формулы мы можем отобразить структуру молекулы определенного химического соединения. Она учитывает тип и количество атомов, а также все связи между ними.

Полуструктурная формула

В этой формуле образуется своего рода группировка элементов — углерод с водородами группируются отдельно, а функциональные группы — отдельно. Полуструктурные формулы в своих обозначениях показывают связи, возникающие между последовательными атомами углерода и функциональными группами.

Суммарная формула

Наиболее распространенной формулой для описания символического химического соединения, например, для хлорида натрия, то есть популярной поваренной соли, является NaCl. Она учитывает тип и количество атомов.

Таким образом, зная несколько основных принципов валентности химических элементов, можно легко написать суммарную и структурную формулы молекулы, состоящей из двух химических элементов:

• первый шаг – записать рядом друг с другом буквенные обозначения химических элементов, из которых состоит соединение;
• затем в правом верхнем углу римскими цифрами следует записать их валентности, которые затем мы записываем под элементами ниже (крест-накрест!);
• написанные валентности образуют массовое соотношение элементов в химическом соединении. Если это не наименьшее соотношение, то эти цифры следует разделить на общий делитель;
• затем цифры записываются (арабскими цифрами) в правом нижнем углу обозначений химических элементов (единицы не записываются).

Аналогичным образом образуется структурная формула химического соединения:

• необходимо записать буквенные обозначения элементов, составляющих соединение (столько атомов данного элемента, сколько было определено ранее по суммарной формуле);
• рядом с каждым символом записывается столько точек, сколько его валентность;
• точки между атомами соединяются друг с другом (свободной точки быть не может) — каждое соединение символизирует химическую связь.

Валентность химических элементов «на глаз»

Можно ли определить валентность химического элемента в данном химическом соединении «на глаз»? Получается, что да, хотя к этому методу следует подходить с осторожностью.

У многих из нас мир химии по праву ассоциируется с колбами, содержащими растворы различных интенсивных цветов. Такие растворы могут быть получены в основном благодаря металлам, находящимся в блоке d периодической системы химических элементов. Большинство из них имеют интенсивную окраску, по которой с определенной вероятностью можно сделать вывод о валентности элемента. Например:

• соли железа (II) в растворах имеют бледно-зеленый цвет, а соли железа (III) — желтый,
• соли кобальта (II) имеют розовый цвет, а соли кобальта (III) — синий,
• соли хрома (II) в растворах синего цвета, а соли хрома (III) — фиолетового.