Уровень познаний о строении атомов и молекул в XIX веке не позволял разъяснить причину, по которой атомы образуют определенное число связей с другими частичками. Но идеи ученых обогнали свое время, а валентность до сего времени изучается как один из главных принципов химии.

Из истории появления понятия «валентность хим частей»

Выдающийся британский химик XIX века Эдвард Франкленд ввел термин «связь» в научный обиход для описания процесса взаимодействия атомов вместе. Ученый увидел, что некие хим элементы образуют соединения с одним и этим же количеством других атомов. К примеру, азот присоединяет три атома водорода в молекуле аммиака.

В мае 1852 года Франкленд выдвинул догадку о том, что существует конкретное число хим связей, которые атом может создавать с другими мелкими частичками вещества. Франкленд использовал фразу «соединительная сила» для описания того, что позднее будет названо валентностью. Английский химик установил, сколько хим связей сформировывают атомы отдельных частей, узнаваемых посреди XIX столетия. Работа Франкленда стала принципиальным вкладом в современную структурную химию.

Развитие взглядов

Германский химик Ф.А. Кекуле обосновал в 1857 году, что углерод является четырехосновным. В его простом соединении — метане — появляются связи с 4 атомами водорода. Термин «основность» ученый использовал для обозначения характеристики частей присоединять строго определенное количество других частиц. В Рф данные о строении вещества классифицировал А. М. Бутлеров (1861). Предстоящее развитие теория хим связи получила благодаря учению о повторяющемся изменении параметров частей. Его создатель — другой выдающийся российский химик, Д. И. Менделеев. Он обосновал, что валентность хим частей в соединениях и другие характеристики обоснованы тем положением, которое они занимают в повторяющейся системе.

Графическое изображение валентности и хим связи

Возможность приятного изображения молекул — одно из бесспорных плюсов теории валентности. 1-ые модели появились в 1860-х, а с 1864 года употребляются структурные формулы, представляющие из себя окружности с хим знаком снутри. Меж знаками атомов черточкой обозначается хим связь, а количество этих линий равно значению валентности. В те же годы были сделаны 1-ые шаростержневые модели (см. фото слева). В 1866 году Кекуле предложил стереохимический набросок атома углерода в форме тетраэдра, который он и включил в собственный учебник «Органическая химия».

Валентность хим частей и появление связей изучал Г. Льюис, опубликовавший свои труды в 1923 году после открытия электрона. Так именуются негативно заряженные мелкие частички, которые входят в состав оболочек атомов. В собственной книжке Льюис применил точки вокруг 4 сторон знака хим элемента для отображения валентных электронов.

Валентность по водороду и кислороду

До сотворения повторяющейся системы валентность хим частей в соединениях принято было ассоциировать с теми атомами, для которых она известна. В качестве стандартов были выбраны водород и кислород. Другой хим элемент притягивал или замещал определенное количество атомов H и O.

Таким методом определяли характеристики в соединениях с одновалентным водородом (валентность второго элемента обозначена римской цифрой):

• HCl — хлор (I):
• H₂O — кислород (II);
• NH₃ — азот (III);
• CH₄ — углерод (IV).

В оксидах K₂O, CO, N₂O₃, SiO₂, SO₃ определяли валентность по кислороду металлов и неметаллов, удвоив число присоединяемых атомов O. Получали последующие значения: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S (VI).

Как определять валентность хим частей

Есть закономерности образования хим связи с ролью общих электрических пар:

• Обычная валентность водорода — I.
• Рядовая валентность кислорода — II.
• Для элементов-неметаллов низшую валентность можно найти по формуле 8 — № группы, в какой они находятся в повторяющейся системе. Высшая, если она вероятна, определяется по номеру группы.
• Для частей побочных подгрупп очень вероятная валентность такая же, как номер их группы в повторяющейся таблице.

Определение валентности хим частей по формуле соединения проводится с внедрением последующего метода:

1. Запишите сверху над хим знаком известное значение для 1-го из частей. К примеру, в Mn₂O₇ валентность кислорода равна II.
2. Вычислите суммарную величину, зачем нужно помножить валентность на количество атомов такого же хим элемента в молекуле: 2*7 = 14.
3. Обусловьте валентность второго элемента, для которого она неведома. Разделите полученную в п. 2 величину на количество атомов Mn в молекуле.
4. 14 : 2 = 7. Валентность марганца в его высшем оксиде — VII.

Неизменная и переменная валентность

Значения валентности по водороду и кислороду различаются. К примеру, сера в соединении H₂S двухвалентна, а в формуле SO₃ — шестивалентна. Углерод образует с кислородом монооксид CO и диоксид CO₂. В первом соединении валентность C равна II, а во 2-м — IV. Такое же значение в метане CH₄.

Большая часть частей проявляет не постоянную, а переменную валентность, к примеру, фосфор, азот, сера. Поиски главных обстоятельств этого явления привели к появлению теорий химическй связи, представлений о валентной оболочке электронов, молекулярных орбиталях. Существование различных значений 1-го и такого же характеристики получило разъяснение с позиций строения атомов и молекул.

Современные представления о валентности

Все атомы состоят из положительного ядра, окруженного негативно заряженными электронами. Внешняя оболочка, которую они образуют, бывает недостроенной. Завершенная структура более устойчива, она содержит 8 электронов (октет). Появление хим связи благодаря общим электрическим парам приводит к энергетически прибыльному состоянию атомов.

Правилом для формирования соединений является окончание оболочки методом приема электронов или отдачи неспаренных — зависимо от того, какой процесс легче проходит. Если атом предоставляет для образования хим связи отрицательные частички, не имеющие пары, то связей он образует столько, сколько у него неспаренных электронов. По современным представлениям, валентность атомов хим частей — это способность к образованию определенного числа ковалентных связей. К примеру, в молекуле сероводорода H₂S сера приобретает валентность II (–), так как каждый атом учавствует в образовании 2-ух электрических пар. Символ «–» показывает на притяжение электрической пары к более электроотрицательному элементу. У наименее электроотрицательного к значению валентности дописывают «+».

При донорно-акцепторном механизме в процессе учавствуют электрические пары 1-го элемента и свободные валентные орбитали другого.

Зависимость валентности от строения атома

Разглядим на примере углерода и кислорода, как находится в зависимости от строения вещества валентность хим частей. Таблица Менделеева дает представление об главных свойствах атома углерода:

• хим символ — C;
• номер элемента — 6;
• заряд ядра — +6;
• протонов в ядре — 6;
• электронов — 6, в том числе 4 наружных, из которых 2 образуют пару, 2 — неспаренных.

Если атом углерода в моноооксиде CO образует две связи, то в его использование поступает только 6 отрицательных частиц. Для приобретения октета нужно, чтоб пары образовали 4 наружные отрицательные частички. Углерод имеет валентность IV (+) в диоксиде и IV (–) в метане.

Порядковый номер кислорода — 8, валентная оболочка состоит из 6 электронов, 2 из их не образуют пары и учавствуют в хим связи и содействии с другими атомами. Обычная валентность кислорода — II (–).

Валентность и степень окисления

В очень многих случаях удобнее использовать понятие «степень окисления». Так именуют заряд атома, который он заполучил бы, если б все связывающие электроны перебежали к элементу, который имеет выше значение электрооотрицательности (ЭО). Окислительное число в ординарном веществе равно нулю. К степени окисления более ЭО элемента добавляется символ «–», наименее электроотрицательного — «+». К примеру, для металлов основных подгрупп типичны степени окисления и заряды ионов, равные номеру группы со знаком «+». Почти всегда валентность и степень окисления атомов в одном и том же соединении численно совпадают. Только при содействии с более электроотрицательными атомами степень окисления положительная, с элементами, у каких ЭО ниже, — отрицательная. Понятие «валентность» часто применяется только к субстанциям молекулярного строения.