Määritä kemiallisten alkuaineiden valenssi

Tietämys atomien ja molekyylien rakenteesta XIXvuosisata ei sallinut selittää syytä, miksi atomit muodostavat tietyn määrän sidoksia muiden hiukkasten kanssa. Mutta tutkijoiden ideat olivat aikansa edellä, ja valenssia tutkitaan edelleen yhtenä kemian perusperiaatteista.

"Kemiallisten alkuaineiden valenssi" -konseptin syntymisen historiasta

1800-luvun merkittävä englantilainen kemisti EdwardFrankland esitteli termin "sidos" tieteelliseen käyttöön kuvaamaan atomien vuorovaikutusta toistensa kanssa. Tutkija huomasi, että jotkut kemialliset alkuaineet muodostavat yhdisteitä, joissa on sama määrä muita atomeja. Esimerkiksi typpi kiinnittää kolme vetyatomia ammoniakkimolekyyliin.

Toukokuussa 1852 Frankland esitti hypoteesintosiasia, että on olemassa tietty määrä kemiallisia sidoksia, joita atomi voi muodostaa muiden pienten ainehiukkasten kanssa. Frankland käytti ilmaisua "yhdistävä voima" kuvaamaan sitä, mitä myöhemmin kutsutaan valenssiksi. Brittiläinen kemisti selvitti, kuinka moni kemiallinen sidos muodostaa 1800-luvun puolivälissä tunnettujen yksittäisten alkuaineiden atomeja. Franklandin työstä on tullut tärkeä panos nykyaikaiseen rakennekemiaan.

Näkemysten kehitys

Saksalainen kemisti F.A.Kekulé osoitti vuonna 1857, että hiili on tetrabasic. Yksinkertaisimmassa yhdisteessään, metaanissa, syntyy sidoksia 4 vetyatomin kanssa. Tutkija käytti termiä "emäksisyys" ilmaisemaan elementtien ominaisuuksia kiinnittääkseen tiukasti määrätyn määrän muita hiukkasia. Venäjällä aineen rakennetta koskevat tiedot järjesti A.M.Butlerov (1861). Kemiallisen sitoutumisen teoriaa kehitettiin edelleen oppien ansiosta jaksottaisista muutoksista elementtien ominaisuuksissa. Sen kirjoittaja on toinen erinomainen venäläinen kemisti, D.I. Mendelejev. Hän osoitti, että kemiallisten alkuaineiden valenssi yhdisteissä ja muissa ominaisuuksissa johtuu asemasta, jota ne käyttävät jaksollisessa taulukossa.

Graafinen esitys valenssista ja kemiallisesta sidoksesta

Kyky visualisoida molekyylejä on yksi asiavalenssiteorian epäilemättömistä eduista. Ensimmäiset mallit ilmestyivät 1860-luvulla, ja vuodesta 1864 lähtien on käytetty rakennekaavoja, jotka ovat ympyröitä, joissa on kemiallinen merkki. Viiva atomien symbolien välillä tarkoittaa kemiallista sidosta, ja näiden viivojen määrä on yhtä suuri kuin valenssiarvo. Samana vuonna valmistettiin ensimmäiset pallo- ja keppi-mallit (katso kuva vasemmalla). Vuonna 1866 Kekulé ehdotti stereokemiallista piirustusta hiiliatomista tetraedrin muodossa, jonka hän sisälsi oppikirjaansa "Orgaaninen kemia".

Kemiallisten alkuaineiden valenssi ja esiintyminenyhteyksiä tutki G. Lewis, joka julkaisi teoksensa vuonna 1923 elektronin löytämisen jälkeen. Tämä on nimi pienimmille negatiivisesti varautuneille hiukkasille, jotka ovat osa atomien kuoria. Kirjassaan Lewis käytti pisteitä kemiallisen symbolin neljän sivun ympärillä edustamaan valenssielektroneja.

Valenssi vedylle ja hapelle

Ennen jaksollisen järjestelmän luomista valenssiOli tavallista verrata yhdisteiden kemiallisia alkuaineita niiden atomien kanssa, joiden tiedetään olevan. Vety ja happi valittiin standardeiksi. Toinen kemiallinen alkuaine houkutteli tai korvasi tietyn määrän H- ja O-atomeja.

Tällä tavalla ominaisuudet määritettiin yhdisteissä, joissa oli yksiarvoinen vety (toisen elementin valenssi on merkitty roomalaisella numerolla):

• HCl - kloori (I):
• X₂O on happi (II);
• NN₃ - typpi (III);
• B₄ - hiili (IV).

Oksideissa K₂O, CO, N₂oi₃, SiO₂, SO₃ metallien ja ei-metallien happivalenssi määritettiin kaksinkertaistamalla lisätyn O-atomien lukumäärä. Saadaan seuraavat arvot: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S ( VI).

Kuinka määrittää kemiallisten alkuaineiden valenssi

Kemiallisen sidoksen muodostumisessa on säännönmukaisuuksia yhteisten elektroniparien osallistumisella:

• Vedyn tyypillinen valenssi on I.
• Tavallinen happivalenssi on II.
• Ei-metallisten alkuaineiden alin valenssi voidaan määrittää kaavalla 8 - sen ryhmän lukumäärä, jossa ne sijaitsevat jaksollisessa järjestelmässä. Suurin, jos mahdollista, määräytyy ryhmän numeron perusteella.
• Toissijaisten alaryhmien elementtien suurin mahdollinen valenssi on sama kuin niiden ryhmän numero jaksollisessa taulukossa.

Kemiallisten alkuaineiden valenssin määrittäminen yhdistekaavalla suoritetaan seuraavaa algoritmia käyttäen:

1. Kirjoita yhdelle kemiallisen merkin yläpuolella olevalle elementille tunnettu arvo Esimerkiksi julkaisussa Mn₂oi₇ happivalenssi on II.
2. Laske kokonaisarvo, jonka valenssi on kerrottava saman kemiallisen elementin atomien määrällä molekyylissä: 2 * 7 = 14.
3. Määritä toisen elementin valenssi, jolle sitä ei tunneta. Jaa vaiheessa 2 saatu arvo molekyylin Mn-atomien määrällä.
4. 14: 2 = 7. Mangaanin valenssi sen korkeammassa oksidissa on VII.

Jatkuva ja vaihteleva valenssi

Vedyn ja hapen valenssiarvot ovat erilaiset. Esimerkiksi rikki yhdisteessä H₂S on kaksiarvoinen ja kaavassa SO₃ - kuusiarvoinen. Hiili muodostaa hapen kanssa hiilimonoksidia ja hiilidioksidia₂... Ensimmäisessä yhdisteessä C: n valenssi on II ja toisessa IV. Sama arvo metaanissa CH₄.

Suurin osa elementeistä ei ole vakio, muttavaihteleva valenssi, esimerkiksi fosfori, typpi, rikki. Tämän ilmiön tärkeimpien syiden etsiminen johti kemiallisen sitoutumisen teorioiden, elektronien valenssikuoren käsitteiden, molekyylien orbitaalien syntymiseen. Saman ominaisuuden eri arvojen olemassaolo selitettiin atomien ja molekyylien rakenteen näkökulmasta.

Nykyaikaiset käsitteet valenssista

Kaikki atomit koostuvat positiivisesta ytimestä,negatiivisesti varautuneiden elektronien ympäröimänä. Niiden muodostama ulkokuori on keskeneräinen. Valmistunut rakenne on vakain, se sisältää 8 elektronia (oktetti). Kemiallisen sidoksen syntyminen jaettujen elektroniparien takia johtaa atomien energisesti suotuisaan tilaan.

Yhteyksien muodostamista koskeva sääntö onkuoren loppuun saattaminen hyväksymällä elektroneja tai antamalla takaisin parittomia elektroneja sen mukaan, mikä prosessi on helpompaa. Jos atomi tuottaa negatiivisia hiukkasia, joilla ei ole paria kemiallisen sidoksen muodostamiseksi, se muodostaa niin monta sidosta kuin parittomia elektroneja. Nykyaikaisten käsitteiden mukaan kemiallisten alkuaineiden atomien valenssi on kyky muodostaa tietty määrä kovalenttisia sidoksia. Esimerkiksi rikkivetymolekyylissä H₂S-rikki saa valenssin II (-), koskakukin atomi osallistuu kahden elektroniparin muodostumiseen. "-" -merkki osoittaa elektroniparin vetovoiman elektronegatiivisempaan elementtiin. Vähemmän elektronegatiivista valenssiarvoa varten lisää "+".

Luovuttaja-akceptorimekanismin avulla yhden elementin elektroniparit ja toisen vapaan valenssin orbitaalit ovat mukana prosessissa.

Valenssin riippuvuus atomin rakenteesta

Tarkastellaan hiilin ja hapen esimerkkiä käyttämällä, kuinka kemiallisten alkuaineiden valenssi riippuu aineen rakenteesta. Jaksottainen taulukko antaa käsityksen hiiliatomin pääominaisuuksista:

• kemiallinen merkki - C;
• tuotenumero - 6;
• ydinvaraus - +6;
• protonit ytimessä - 6;
• elektronit - 6, joista 4 ulkoista, joista 2 muodostaa parin, 2 - parittamaton.

Jos hiilimonomi CO-monoksidissa muodostaa kaksivain 6 negatiivista partikkelia tulee sen käyttöön. Oktetin saamiseksi parien on muodostettava 4 ulkoista negatiivista partikkelia. Hiilen valenssi on IV (+) dioksidissa ja IV (-) metaanissa.

Hapen järjestysluku - 8, valenssikuori koostuu kuudesta elektronista, joista kaksi ei muodosta paria ja osallistuu kemialliseen sitoutumiseen ja vuorovaikutukseen muiden atomien kanssa. Tyypillinen happivalenssi on II (-).

Valenssi ja hapetustila

Monissa tapauksissa sitä on helpompi käyttää"hapettumistilan" käsite. Tämä on atomin varauksen nimi, jonka se saisi, jos kaikki sitoutuvat elektronit siirrettäisiin elementille, jolla on suurempi elektronegatiivisuuden (EO) arvo. Yksinkertaisen aineen hapetusluku on nolla. Merkki "-" lisätään hapettumistilaan, joka on enemmän kuin EO-elementti, ja merkki "+" lisätään vähemmän elektronegatiiviseen tilaan. Esimerkiksi pääalaryhmien metalleille hapettumistilat ja ionivaraus ovat tyypillisiä, yhtä suuria kuin "+" -merkin sisältävä ryhmän numero. Useimmissa tapauksissa saman yhdisteen atomien valenssi ja hapetustila ovat numeerisesti samat. Hapetustila on positiivinen vain silloin, kun vuorovaikutuksessa on enemmän elektronegatiivisia atomeja, ja elementtien, joiden EO on pienempi, negatiivinen. "Valenssin" käsitettä käytetään usein vain molekyylirakenteisiin aineisiin.