Валентность химического соединения. Валентность. Определение валентности

В этой статье рассмотрим способы и поймем, как определить валентность элементов таблицы Менделеева.

В химии принято, что валентность химических элементов можно узнать по группе (колонке) в таблице Менделеева . В действительности не всегда валентность элемента соответствует номеру группы, но в большинстве случаев определенная валентность по такому методу даст правильный результат часто элементы, в зависимости от разных факторов, имеют не одну валентность.

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; H2O, где кислород - двухвалентен; NH3, где азот - трёхвалентен.

Как определить валентность по таблице Менделеева.

Таблица Менделеева содержит в себе химические элементы, которые размещены в ней по определенным принципам и законам. Каждый элемент стоит на месте, который определяется его характеристиками и свойствами и каждый элемент имеет свой номер. Горизонтальные линии называются периодами, которые возрастают от первой строки вниз. Если период состоит из двух рядов (что указано сбоку нумерацией), то такой период называется большим. Если он имеет только один ряд, то называется малым.

Кроме того, в таблице есть группы, которых всего восемь. Элементы размещаются в столбцах по вертикали. Здесь их размещение неравномерно - с одной стороны больше элементов (главная группа), с другой - меньше (побочная группа).

Валентностью называют способность атома образовывать некоторое количество химических связей с атомами других элементов. по таблице Менделеева поможет понять знание видов валентности.

Для элементов побочных подгрупп (а к ним относятся только металлы) валентность нужно запоминать, тем более что в большинстве случае она равна I, II, реже III. Также придется заучить валентности химических элементов, которые имеют более двух значений. Или постоянно держать под рукой таблицу валентности элементов .

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:

2. Обозначим известную валентность:

3. Найдём наименьшее общее кратное:

4. Найдём соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов серы :

5. Сделаем проверку:

Таблица характерных значений валентностей некоторых атомов химических соединений.

Химическая формула отражает состав (структуру) химического соединения или простого вещества. Например, Н 2 О - два атома водорода соединены с атомом кислорода. Химические формулы содержат также некоторые сведения о структуре вещества: например, Fe(OH) 3 , Al 2 (SO 4) 3 - в этих формулах указаны некоторые устойчивые группировки (ОН, SO 4), которые входят в состав вещества - его молекулы, формульной или структурной единицы (ФЕ или СЕ).

Молекулярная формула указывает число атомов каждого элемента в молекуле. Молекулярная формула описывает только вещества с молекулярным строением (газы, жидкости и некоторые твердые вещества). Состав вещества с атомной или ионной структурой можно описать только символами формульных единиц.

Формульные единицы указывают простейшее соотношение между числом атомов разных элементов в веществе. Например, формульная единица бензола  СН, молекулярная формула  С 6 Н 6 .

Структурная (графическая) формула указывает порядок соединения атомов в молекуле (а также в ФЕ и СЕ) и число связей между атомами.

Рассмотрение таких формул привело к представлению о валентности (valentia - сила) - как о способности атома данного элемента присоединять к себе определенное число других атомов. Можно выделить три вида валентности: стехиометрическую (включая степень окисления), структурную и электронную.

Стехиометрическая валентность. Количественный подход к определению валентности оказался возможным после установления понятия «эквивалент» и его определения по закону эквивалентов. Основываясь на этих понятиях можно ввести представление о стехиометрической валентности - это число эквивалентов, которое может к себе присоединить данный атом, или - число эквивалентов в атоме. Эквиваленты определяются по количеству атомов водорода, то и V стх фактически означает число атомов водорода (или эквивалентных ему частиц), с которыми взаимодействует данный атом.

V стх = Z B или V стх = . (1.1)

Например, в SO 3 ( S= +6), Z B (S) равен 6 V стх (S) = 6.

Эквивалент водорода равен 1, поэтому для элементов в приведенных ниже соединениях Z B (Cl) = 1, Z B (О) =2, Z B (N) = 3, а Z B (C) = 4. Численное значение стехиометрической валентности принято обозначать римскими цифрами:

I I I II III I IV I

HCl, H 2 O, NН 3 , CH 4 .

В тех случаях, когда элемент не соединяется с водородом, валентность искомого элемента определяется по элементу, валентность которого известна. Чаще всего ее находят по кислороду, поскольку валентность его в соединениях обычно равна двум. Например, в соединениях:

II II III II IV II

CaO Al 2 O 3 CО 2 .

При определении стехиометрической валентности элемента по формуле бинарного соединения следует помнить, что суммарная валентность всех атомов одного элемента должна быть равна суммарной валентности всех атомов другого элемента.

Зная валентность элементов, можно составить химическую формулу вещества. При составлении химических формул можно соблюдать следующий порядок действий:

1. Пишут рядом химические символы элементов, которые входят в состав соединения: KO AlCl AlO ;

2. Над символами химических элементов проставляют их валентность:

I II III I III II

3. Используя выше сформулированное правило, определяют наименьшее общее кратное чисел, выражающих стехиометрическую валентность обоих элементов (2, 3 и 6, соответственно).

Делением наименьшего общего кратного на валентность соответствующего элемента находят индексы:

I II III I III II

K 2 O AlCl 3 Al 2 O 3 .

Пример 1. Составить формулу оксида хлора, зная, что хлор в нем семивалентен, а кислород - двухвалентен.

Решение. Находим наименьшее кратное чисел 2 и 7 - оно равно 14. Разделив наименьшее общее кратное на стехиометрическую валентность соответствующего элемента, находим индексы: для атомов хлора 14/7 = 2, для атомов кислорода 14/2 = 7.

Формула оксида -Cl 2 O 7 .

Степень окисления также характеризует состав вещества и равна стехиометрической валентности со знаком "плюс" (для металла или более электроположительного элемента в молекуле) или “минус”.

 = ±V стх. (1.2)

w определяется через V стх, следовательно через эквивалент, и это означает, что w(Н) = ±1; далее опытным путем могут быть найдены w всех других элементов в различных соединениях. В частности, важно, что ряд элементов имеют всегда или почти всегда постоянные степени окисления.

Полезно помнить следующие правила определения степеней окисления.

1. w(Н) = ±1 (. w = +1 в Н 2 О, НCl; . w = –1 в NaH, CaH 2);

2. F (фтор) во всех соединениях имеет w = –1, остальные галогены с металлами, водородом и другими более электроположительными элементами тоже имеют w = –1.

3. Кислород в обычных соединения имеет. w = –2 (исключения – пероксид водорода и его производные – Н 2 О 2 или BaO 2 , в которых кислород имеет степень окисления –1, а также фторид кислорода OF 2 , степень окисления кислорода в котором равна +2).

4. Щелочные (Li – Fr) и щелочно-земельные (Ca - Ra) металлы всегда имеют степень окисления, равную номеру группы, то есть +1 и +2, соответственно;

5. Al, Ga, In, Sc, Y, La и лантаноиды (кроме Се) – w = +3.

6. Высшая степень окисления элемента равна номеру группы периодической системы, а низшая = (№ группы - 8). Например, высшая w (S) = +6 в SO 3 , низшая w = -2 в Н 2 S.

7. Степени окисления простых веществ приняты равными нулю.

8. Степени окисления ионов равны их зарядам.

9. Степени окисления элементов в соединении компенсируют друг друга так, что их сумма для всех атомов в молекуле или нейтральной формульной единице равна нулю, а для иона - его заряду. Это можно использовать для определения неизвестной степени окисления по известным и составления формулы многоэлементных соединений.

Пример 2. Определить степень окисления хрома в солиK 2 CrO 4 и в ионеCr 2 O 7 2 - .

Решение. Принимаемw(К) = +1;w(О) =-2. Для структурной единицыK 2 CrO 4 имеем:

2 . (+1) + Х + 4 . (-2) = 0, отсюда Х =w(Сr) = +6.

Для иона Cr 2 O 7 2 - имеем: 2 . Х + 7 . (-2) =-2, Х =w(Cr) = +6.

То есть степень окисления хрома в обоих случаях одинакова.

Пример 3. Определить степень окисления фосфора в соединенияхP 2 O 3 иPH 3 .

Решение. В соединенииP 2 O 3 w(О) =-2. Исходя из того, что алгебраическая сумма степеней окисления молекулы должна быть равной нулю, находим степень окисления фосфора: 2 . Х + 3 . (-2) = 0, отсюда Х =w(Р) = +3.

В соединении PH 3 w(Н) = +1, отсюда Х + 3.(+1) = 0. Х =w(Р) =-3.

Пример 4. Напишите формулы оксидов, которые можно получить при термическом разложении перечисленных ниже гидроксидов:

H 2 SiO 3 ; Fe(OH) 3 ; H 3 AsO 4 ; H 2 WO 4 ; Cu(OH) 2 .

Решение. H 2 SiO 3 -определим степень окисления кремния:w(Н) = +1,w(О) =-2, отсюда: 2 . (+1) + Х + 3 . (-2) = 0.w(Si) = Х = +4. Составляем формулу оксида-SiO 2 .

Fe(OH) 3 -заряд гидроксогруппы равен-1, следовательноw(Fe) = +3 и формула соответствующего оксидаFe 2 O 3 .

H 3 AsO 4 -степень окисления мышьяка в кислоте: 3 . (+1) +X+ 4 . (-2) = 0.X=w(As) = +5. Таким образом, формула оксида-As 2 O 5 .

H 2 WO 4 -w(W) в кислоте равна +6, таким образом формула соответствующего оксида-WO 3 .

Cu(OH) 2 -так как имеется две гидроксогруппы, заряд которой равен-1, следовательноw(Cu) = +2 и формула оксида -CuO.

Большинство элементов имеют по несколько степеней окисления.

Рассмотрим, как с помощью таблицы Д.И. Менделеева можно определить основные степени окисления элементов.

Устойчивые степени окисления элементов главных подгрупп можно определять по следующим правилам:

1. У элементов I-III групп существуют единственные степени окисления - положительные и равные по величине номерам групп (кроме таллия, имеющего w = +1 и +3).

У элементов IV-VI групп, кроме положительной степени окисления, соответствующей номеру группы, и отрицательной, равной разности между числом 8 и номером группы, существуют еще промежуточные степени окисления, обычно отличающиеся между собой на 2 единицы. Для IV группы степени окисления, соответственно, равны +4, +2, -2, -4; для элементов V группы соответственно -3, -1 +3 +5; и для VI группы - +6, +4, -2.

3. У элементов VII группы существуют все степени окисления от +7 до -1, различающиеся на две единицы, т.е. +7,+5, +3, +1 и -1. В группе галогенов выделяется фтор, который не имеет положительных степеней окисления и в соединениях с другими элементами существует только в одной степени окисления -1. (Имеется несколько соединений галогенов с четными степенями окисления: ClO, ClO 2 и др.)

У элементов побочных подгрупп нет простой связи между устойчивыми степенями окисления и номером группы. У некоторых элементов побочных подгрупп устойчивые степени окисления следует просто запомнить. К таким элементам относятся:

Cr (+3 и +6), Mn (+7, +6, +4 и +2), Fe, Co и Ni (+3 и +2), Cu (+2 и +1), Ag (+1), Au (+3 и +1), Zn и Cd (+2), Hg (+2 и +1).

Для составления формул трех- и многоэлементных соединений по степеням окисления необходимо знать степени окисления всех элементов. При этом количество атомов элементов в формуле определяется из условия равенства суммы степеней окисления всех атомов заряду формульной единицы (молекулы, иона). Например, если известно, что в незаряженной формульной единице имеются атомы K, Cr и О со степенями окисления равными +1, +6 и -2 соответственно, то этому условию будут удовлетворять формулы K 2 CrO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , K 2 Cr 3 O 10 и многие другие; аналогично этому иону с зарядом -2, содержащему Cr +6 и O - 2 будут соответствовать формулы CrO 4 2 - , Cr 2 O 7 2 - , Cr 3 O 10 2 - , Cr 4 O 13 2 - и т.д.

3. Электронная валентность V ‑ число химических связей, образуемых данным атомом.

Например, в молекуле H 2 O 2 Н ¾ О

V стх (O) = 1, V к. ч.(O) = 2, V .(O) = 2

То есть, имеются химические соединения, в которых стехиометрическая и электронная валентности не совпадают; к ним, например, относятся и комплексные соединения.

Координационная и электронная валентности более подробно рассматриваются в темах “Химическая связь” и “Комплексные соединения”.

Рассматривая формулы различных соединений, нетрудно заметить, что число атомов одного и того же элемента в молекулах различных веществ не одинаково. Например, HCl, NH 4 Cl, H 2 S, H 3 PO 4 и т.д. Число атомов водорода в этих соединениях изменяется от 1 до 4. Это характерно не только для водорода.

Как же угадать, какой индекс поставить рядом с обозначением химического элемента? Как составляются формулы вещества? Это легко сделать, когда знаешь валентность элементов, входящих в состав молекулы данного вещества.

– это свойство атома данного элемента присоединять, удерживать или замещать в химических реакциях определённое количество атомов другого элемента. За единицу валентности принята валентность атома водорода. Поэтому иногда определение валентности формулируют так:валентность – это свойство атома данного элемента присоединять или замещать определённое количество атомов водорода.

Если к одному атому данного элемента прикрепляется один атом водорода, то элемент одновалентен, если два – двухвалентен и т.д. Водородные соединения известны не для всех элементов, но почти все элементы образуют соединения с кислородом О. Кислород считается постоянно двухвалентным.

Постоянная валентность:

I – H, Na, Li, K, Rb, Cs
II – O, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd
III – B, Al, Ga, In

Но как поступить в том случае, если элемент не соединяется с водородом? Тогда валентность необходимого элемента определяют по валентности известного элемента. Чаще всего её находят, используя валентность кислорода, потому что в соединениях его валентность всегда равно 2.Например, не составит труда найти валентность элементов в следующих соединениях: Na 2 O (валентность Na – 1, O – 2), Al 2 O 3 (валентность Al – 3, O – 2).

Химическую формулу данного вещества можно составить, только зная валентность элементов. Например, составить формулы таких соединений, как CaO, BaO, CO, просто, потому что число атомов в молекулах одинаково, так как валентности элементов равны.

А если валентности разные? Когда мы действуем в таком случае? Необходимо запомнить следующее правило: в формуле любого химического соединения произведение валентности одного элемента на число его атомов в молекуле равно произведению валентности на число атомов другого элемента. Например, если известно, что валентность Mn в соединении равна 7, а O – 2, тогда формула соединения будет выглядеть так Mn 2 O 7.

Как же мы получили формулу?

Рассмотрим алгоритм составления формул по валентности для состоящих из двух химических элементов.

Существует правило, что число валентностей у одного химического элемента равно числу валентностей у другого . Рассмотрим на примере образования молекулы, состоящей из марганца и кислорода.
Будем составлять в соответствии с алгоритмом:

1. Записываем рядом символы химических элементов:

Mn O

2. Ставим над химическими элементами цифрами их валентности (валентность химического элемента можно найти в таблице периодической системы Менделева, у марганца – 7, у кислорода – 2.

3. Находим наименьшее общее кратное (наименьшее число, которое делится без остатка на 7 и на 2). Это число 14. Делим его на валентности элементов 14: 7 = 2, 14: 2 = 7, 2 и 7 будут индексами, соответственно у фосфора и кислорода. Подставляем индексы.

Зная валентность одного химического элемента, следуя правилу: валентность одного элемента × число его атомов в молекуле = валентность другого элемента × число атомов этого (другого) элемента, можно определить валентность другого.

Mn 2 O 7 (7 · 2 = 2 · 7).

2х = 14,

х = 7.

Понятие о валентности было введено в химию до того, как стало известно строение атома. Сейчас установлено, что это свойство элемента связано с числом внешних электронов. Для многих элементов максимальная валентность вытекает из положения этих элементов в периодической системе.

Тема урока: «Валентность. Определение валентности по формулам их соединений»

Тип урока : изучение и первичное закрепление новых знаний

Организационные формы: беседа, индивидуальные задания, самостоятельная

Цели урока:

Дидактические:

Опираясь на знания учащихся, повторить понятия “химическая формула”;

Способствовать формированию у учащихся понятия “валентность” и умению определять валентность атомов элементов по формулам веществ;

Акцентировать внимание школьников на возможности интеграции курсов химии, математики.

Развивающие:

Продолжить формирование умений формулировать определения;

Разъяснять смысл изученных понятий и объяснять последовательность действий при определении валентности по формуле вещества;

Способствовать обогащению словарного запаса, развитию эмоций, творческих способностей;

Развивать умение выделять главное, существенное, сравнивать, обобщать, развивать дикцию, речь.

Воспитательные:

Воспитывать чувство товарищества, умение работать коллективно;

Повысить уровень эстетического воспитания учащихся;

Ориентировать учащихся на здоровый образ жизни.

Планируемые результаты обучения:

Предметные: знать определение понятия «валентность».

Уметь определять валентность элементов по формулам бинарных соединений. Знать валентность некоторых химических элементов.

Метапредметные: формировать умение работать по алгоритму для решения учебных и познавательных задач.

Личностные: формирование ответственного отношения к учению, готовности учащихся к самообразованию на основе мотивации к обучению.

Основные виды деятельности учащихся. Определять валентность элементов в бинарных соединениях.

Основные понятия: валентность, постоянная и переменная валентность.

Оборудование для учащихся: учебник Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 8 класс». - М.: Просвещение, 2015; на каждом столе “Алгоритм определения валентности” (приложение 2); раздаточный материал.

Литература:

Гара Н. Н. Химия: уроки в 8 классе: пособие для учителя / Н. Н. Гара. - М.: Просвещение, 2014.

Контрольно-измерительные материалы. Химия 8 класс/Сост. Н.П. Троегубова. - М.: ВАКО, 2013.

Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. «Химия. 8 класс». - М.: Просвещение, 2015.

Троегубова Н.П. Поурочные разработки по химии 8 класс. - М.: ВАКО, 2014.

Журнал «Биология» - www.1september.ru - технология личностно-ориентированного обучения.

Приложение 1

Что означает следующая запись?

а) 4H; 7Fe; H2; 4H2 б) NaCl; AlBr3; FeS

Приложение 2

Алгоритм определения валентности.

На уроке я работал: активно/пассивно

Своей работой на уроке я: доволен/не доволен

Урок для меня показался: коротким/длинным

За урок я: не устал/устал

Мое настроение: стало лучше/стало хуже

Материал урока мне был: понятен/не понятен, интересен/скучен.

Раздаточный материал.

Упражнение 1: определить валентность элементов в веществах:

SiH4, CrO3, H2S, CO2, CO, SO3, SO2, Fe2O3, FeO, HCl, HBr, Cl2O5, Cl2O7, РН3, K2O, Al2O3, P2O5, NO2, N2O5, Cr2O3, SiO2, B2O3, SiH4, Mn2O7, MnO, CuO, N2O3.

Упражнение 2:

В течение трёх минут необходимо выполнить одно из трёх заданий по выбору. Выбирайте только то задание, с которым вы справитесь.

Репродуктивный уровень (“3”). Определите валентность атомов химических элементов по формулам соединений: NH3, Au2O3, SiH4, CuO.

Прикладной уровень (“4”). Из приведённого ряда выпишите только те формулы, в которых атомы металлов двухвалентны: MnO, Fe2O3 , CrO3, CuO, K2O, СаH2.

Творческий уровень (“5”). Найдите закономерность в последовательности формул: N2O, NO, N2O3 и проставьте валентности над каждым элементом.

Есть элементы, валентность которых всегда постоянна, и их совсем немного. Но все остальные элементы проявляют переменную валентность.

Больше уроков на сайте

С одним атомом одновалентного элемента соединяется один атом другого одновалентного элемента (HСl ). С атомом двухвалентного элемента соединяются два атома одновалентного (H 2 O) или один атом двухвалентного (CaO). Значит, валентность элемента можно представить как число, которое показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента может соединяться атом данного элемента. Вал элемента – это число связей, которое образует атом:

Na – одновалентен (одна связь)

H – одновалентен (одна связь)

O – двухвалентен (две связи у каждого атома)

S – шестивалентна (образует шесть связей с соседними атомами)

Правила определения валентности
элементов в соединениях

1. Вал водорода принимают за I (единицу). Тогда в соответствии с формулой воды Н 2 О к одному атому кислорода присоединено два атома водорода.

2. Кислород в своих соединениях всегда проявляет валентность II . Поэтому углерод в соединении СО 2 (углекислый газ) имеет валентность IV.

3. Высшая вал равна номеру группы .

4. Низшая валентность равна разности между числом 8 (количество групп в таблице) и номером группы, в которой находится данный элемент, т.е. 8 — N группы .

5. У металлов, находящихся в «А» подгруппах, вал равна номеру группы.

6. У неметаллов в основном проявляются две валентности: высшая и низшая.

Образно говоря, вал — это число «рук», которыми атом цепляется за другие атомы. Естественно, никаких «рук» у атомов нет; их роль играют т. н. валентные электроны.

Можно сказать иначе: — это способность атома данного элемента присоединять определенное число других атомов.

Необходимо четко усвоить следующие принципы:

Существуют элементы с постоянной валентностью (их относительно немного) и элементы с переменной валентностью (коих большинство).

Элементы с постоянной валентностью необходимо запомнить.