วาเลนซ์ขององค์ประกอบทางเคมี

คำจำกัดความของวาเลนซ์

วาเลนซ์ถูกกำหนดให้เป็นจำนวนพันธะที่อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีสามารถสร้างขึ้นได้โดยการเชื่อมโยงกับอะตอมอื่น เราควรรู้อะไรอีกบ้างเกี่ยวกับความจุขององค์ประกอบทางเคมี

• ความจุขององค์ประกอบแสดงเป็นเลขโรมัน
• ในกรณีขององค์ประกอบทางเคมีที่รวมกันเป็นสารประกอบโดยการสร้างพันธะโควาเลนต์ วาเลนซ์สามารถกำหนดได้จากสูตรโครงสร้าง (เวเลนซ์ของธาตุเท่ากับจำนวนพันธะที่สร้างขึ้นโดยอะตอมที่กำหนดของธาตุนั้นในสารประกอบ)
• วาเลนซ์ขององค์ประกอบในสถานะองค์ประกอบจะเป็นศูนย์เสมอ
• สำหรับไอออน วาเลนซ์ของธาตุจะมีจำนวนเท่ากับประจุของไอออนนั้น (ไม่รวมเครื่องหมายบวกและลบ)

วาเลนซ์และสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมี

เงื่อนไขของ วาเลนซ์ และ สถานะออกซิเดชัน ของธาตุมักจะใช้แทนกันได้ สิ่งนี้เป็นธรรมหรือไม่? น่าเสียดายที่แนวทางดังกล่าวกับแนวคิดเหล่านี้ไม่ถูกต้อง สาเหตุหลักที่ทำให้เข้าใจผิดคือการแสดงกราฟิก: คำศัพท์ทั้งสองใช้เลขโรมัน สถานะออกซิเดชัน ของธาตุที่ประกอบเป็นสสารเฉพาะหมายถึงจำนวนของประจุบวกหรือประจุลบซึ่งอาจเกิดจากอะตอมของธาตุนั้น ถ้าโมเลกุลของสารนั้นมีโครงสร้างเป็นไอออนิก กล่าวคือ ถ้าพวกมันสามารถสลายตัวได้ เป็นไอออน สิ่งที่สำคัญคือ คำว่า ‘สถานะออกซิเดชัน’ เป็นแบบธรรมดา ตามคำนิยามถือว่ามีพันธะไอออนิกอยู่เท่านั้น ซึ่งไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป ดังนั้น ในขณะที่สถานะออกซิเดชันกำหนดประจุของไอออนสมมุติที่เกิดจากการสลายตัวของสารประกอบทางเคมี เวเลนซ์ จะกำหนดจำนวนของพันธะที่องค์ประกอบสามารถก่อตัวได้ นอกจากนี้ สถานะออกซิเดชันยังใช้ค่าบวกและค่าลบ ซึ่งแตกต่างจากค่าความจุซึ่งเป็นค่าบวกเสมอ

แต่ละองค์ประกอบมีวาเลนซ์เดียวหรือไม่

องค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันจะไม่ทำปฏิกิริยาในลักษณะเดียวกัน ด้วยเหตุนี้ ความจุของพวกมันจึงแตกต่างกันไป ตามองค์ประกอบที่พวกมันสร้างพันธะด้วย เราต้องระบุวาเลนซ์ของธาตุในสารประกอบเสมอหากใช้มากกว่าหนึ่งค่า องค์ประกอบทางเคมีหลายชนิดมีวาเลนซ์แปรผัน สารประกอบเคมีชนิดใดที่ก่อตัวขึ้นจากธาตุและส่วนประกอบอื่นๆ จะเป็นตัวกำหนดวาเลนซ์ของธาตุ ตัวอย่างเช่น หนึ่งในองค์ประกอบดังกล่าวคือ ไนโตรเจน วาเลนซ์สูงสุดของมันคือ V นอกจากนี้ยังอาจใช้ค่าที่ต่ำกว่า ตัวอย่างเช่น ใน กรดไตรออกโซไนตริก(V) วาเลนซ์ของไนโตรเจนคือ V ในขณะที่กรดไดออกโซไนตริก(III) วาเลนซ์ของไนโตรเจนจะต่ำกว่าและเท่ากับ III มีตัวอย่างมากกว่านี้ ความช่วยเหลือในการกำหนดความจุขององค์ประกอบทางเคมีมีให้โดยตารางธาตุ ตัวอย่างเช่น ความจุขององค์ประกอบกลุ่ม I คือ I และความจุขององค์ประกอบกลุ่ม II คือ II คลอรีน และโลหะหมู่ 17 อื่นๆ ซึ่งอยู่ในสูตรสุดท้าย (เช่น …Cl) มีวาเลนซ์เท่ากับ I นอกจากนี้ ตารางธาตุยังทำให้สามารถระบุวาเลนซ์สูงสุดของธาตุจากหมู่หลักในสารประกอบทางเคมีได้ด้วย ออกซิเจนและไฮโดรเจน

การกำหนดสูตรของสารเคมีโดยใช้วาเลนซ์

โดยธรรมชาติแล้ว องค์ประกอบทางเคมีอาจมีแนวโน้มที่จะเกิดอันตรกิริยามากขึ้นหรือน้อยลงเพื่อสร้างสารประกอบทางเคมี ด้วยการใช้สัญลักษณ์ตัวอักษรเคมีที่เป็นที่รู้จักทั่วโลกและความจุของธาตุแต่ละชนิด เราจึงจดบันทึกสารประกอบทางเคมีโดยใช้สูตร เราแยกแยะสูตรโครงสร้าง กึ่งโครงสร้าง และโมเลกุล

สูตรโครงสร้าง

ด้วยสูตรนี้ เราสามารถแสดงโครงสร้างของโมเลกุลของสารประกอบทางเคมีเฉพาะได้ รวมถึงประเภทและปริมาณของอะตอมตลอดจนพันธะทั้งหมดที่มีอยู่ระหว่างอะตอม

สูตรกึ่งโครงสร้าง

ในสูตรนี้ เราสร้างการจัดกลุ่มของธาตุ: เราจัดกลุ่มคาร์บอนกับไฮโดรเจนโดยแยกจากหมู่ฟังก์ชัน ในสัญกรณ์สูตรกึ่งโครงสร้างแสดงพันธะที่มีอยู่ระหว่างอะตอมของคาร์บอนและหมู่ฟังก์ชัน

สูตรโมเลกุล

สูตรทั่วไปที่ใช้สำหรับคำอธิบายเชิงสัญลักษณ์ของสารประกอบทางเคมี เช่น สูตรโมเลกุลของโซเดียมคลอไรด์ (เกลือทั่วไป) คือ NaCl รวมถึงประเภทและปริมาณของอะตอม ดังนั้น เมื่อเรารู้กฎพื้นฐานสองสามข้อเกี่ยวกับวาเลนซ์ขององค์ประกอบทางเคมี เราสามารถจด สูตรโมเลกุลและสูตร โครงสร้างของโมเลกุลที่ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีสององค์ประกอบได้อย่างง่ายดาย:

• ขั้นตอนแรกคือการเขียนสัญลักษณ์ทางเคมีของธาตุที่ก่อตัวเป็นสารประกอบติดกัน
• ถัดไป ที่มุมบนขวา ด้วยเลขโรมัน เราเขียนวาเลนซ์ของมัน ซึ่งเราจะเขียนภายใต้องค์ประกอบด้านล่าง (ตามขวาง!);
• วาเลนซ์ที่จดบันทึกไว้สร้างอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมอยู่ในสารประกอบ หากนี่ไม่ใช่อัตราส่วนต่ำสุด ตัวเลขควรหารด้วยเงินปันผลทั่วไป
• จากนั้นควรเขียนตัวเลข (เป็นเลขอารบิค) ที่มุมขวาล่างของสัญลักษณ์ทางเคมีของธาตุ (อย่าเขียนหมายเลขหนึ่ง)

สูตรโครงสร้างของสารเคมี ถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกัน:

• ขั้นแรกให้เขียนสัญลักษณ์ตัวอักษรขององค์ประกอบที่ก่อตัวเป็นสารประกอบ (เช่น จำนวนอะตอมของธาตุที่กำหนดก่อนหน้านี้ตามสูตรโมเลกุล)
• โดยแต่ละสัญลักษณ์ ให้เขียนจุดมากเท่าที่เป็นความจุขององค์ประกอบที่สอดคล้องกัน
• เชื่อมโยงจุดที่เขียนระหว่างอะตอม (จุดอาจไม่เหลือ); แต่ละลิงค์หมายถึงพันธะเคมี

วาเลนซ์ขององค์ประกอบทางเคมีกำหนด ‘ด้วยตาเปล่า’

เป็นไปได้หรือไม่ที่จะกำหนดวาเลนซ์ขององค์ประกอบทางเคมีในสารประกอบทางเคมี ‘ด้วยตาเปล่า’? เป็นไปได้ แต่เราควรจำไว้ว่าให้ระมัดระวังเล็กน้อยเมื่อเราใช้วิธีนั้น พวกเราหลายคนเชื่อมโยงโลกของเคมีเข้ากับขวดบรรจุสารละลายที่มีสีเข้มข้นหลากหลาย โซลูชันดังกล่าวสามารถหาได้จากโลหะที่แสดงในบล็อก d ของตารางธาตุเป็นหลัก โลหะเหล่านี้ส่วนใหญ่มีสีที่เข้มข้นซึ่งมีความเป็นไปได้ในระดับหนึ่งที่สามารถบ่งบอกถึงความจุของธาตุได้ เพื่อยกตัวอย่าง:

• เกลือของธาตุเหล็ก(II) ในสารละลายจะมีสีเขียวอ่อน และเกลือของธาตุเหล็ก(III) จะมีสีเหลือง
• เกลือโคบอลต์ (II) เป็นสีชมพู และเกลือโคบอลต์ (III) เป็นสีน้ำเงิน
• เกลือโครเมียม(II) ในสารละลายมีสีน้ำเงินและเกลือโครเมียม(III) มีสีม่วง