Содержание
Валентность является мерой реакционной способности атома или молекулы. Вы можете определить валентность многих элементов, глядя на их позиции в периодической таблице, но это не относится ко всем из них. Также можно рассчитать валентность атома или молекулы, отметив, как он сочетается с другими атомами или молекулами с известными валентностями.
Правило октета
При определении валентности атома или молекулы (для которой вы не можете использовать периодическую таблицу для определения валентности), химики используют правило октетов. Согласно этому правилу, атомы и химические вещества объединяются таким образом, что производят восемь электронов во внешней оболочке любого соединения, которое они образуют. Внешняя оболочка с восемью электронами заполнена, что означает, что соединение стабильно.
Когда атом или молекула имеют от одного до четырех электронов в своей внешней оболочке, они имеют положительную валентность, что означает, что они жертвуют свои свободные электроны. Когда число электронов составляет четыре, пять, шесть или семь, вы определяете валентность, вычитая число электронов из 8. Это потому, что атому или молекуле легче принимать электроны для достижения стабильности. Все благородные газы, кроме гелия, имеют восемь электронов в своих внешних оболочках и являются химически инертными. Гелий - это особый случай - он инертен, но в его внешней оболочке только два электрона.
Периодическая таблица
Ученые расположили все элементы, которые в настоящее время известны, в диаграмме, называемой периодической таблицей, и во многих случаях вы можете определить валентность, взглянув на диаграмму. Например, все металлы в колонке 1, включая водород и литий, имеют валентность +1, тогда как все металлы в колонке 17, включая фтор и хлор, имеют валентность -1. Благородные газы в колонне 18 имеют валентность 0 и являются инертными.
Вы не можете найти валентность меди, золота или железа, используя этот метод, потому что они имеют несколько активных электронных оболочек. Это верно для всех переходных металлов в столбцах с 3 по 10, более тяжелых элементов в столбцах с 11 по 14, лантаноидов (элементы 57-71) и актинидов (элементы 89-103).
Определение валентности по химическим формулам
Вы можете определить валентность переходного элемента или радикала в конкретном соединении, отметив, как оно сочетается с элементами с известной валентностью. Эта стратегия основана на правиле октета, которое говорит нам, что элементы и радикалы объединяются, чтобы создать стабильную внешнюю оболочку из восьми электронов.
В качестве простых иллюстраций этой стратегии отметим, что натрий (Na) с валентностью +1 легко сочетается с хлором (Cl), который имеет валентность -1, с образованием хлорида натрия (NaCl) или поваренной соли. Это пример ионной реакции, в которой электрон дарится одним атомом и принимается другим. Однако для ионного соединения с серой (S) требуется два атома натрия с образованием сульфида натрия (Na).2S), сильно щелочная соль, используемая в целлюлозной промышленности. Поскольку для образования этого соединения требуется два атома натрия, валентность серы должна составлять -2.
Чтобы применить эту стратегию к более сложным молекулам, важно сначала понять, что элементы иногда объединяются с образованием реактивных радикалов, которые еще не достигли стабильной внешней оболочки из восьми электронов. Примером является сульфатный радикал (SO4). Это тетраэдрическая молекула, в которой атом серы делит электроны с четырьмя атомами кислорода в так называемой ковалентной связи. В таком соединении вы не можете определить валентность атомов в радикале, взглянув на формулу. Однако вы можете определить валентность радикала по ионным соединениям, которые он образует. Например, сульфатный радикал ионно соединяется с водородом с образованием серной кислоты (H2ТАК4). Эта молекула содержит два атома водорода, каждый с известной валентностью +1, поэтому в этом случае валентность радикала равна -2.
Определив валентность радикала, вы можете использовать его для расчета валентности других элементов и молекул, с которыми он объединяется. Например, железо (Fe) является переходным металлом, который может проявлять несколько валентностей. Когда он соединяется с сульфатным радикалом с образованием сульфата железа, FeSO 44, его валентность должна составлять +2, потому что валентность сульфатного радикала, определяемая по связи, которую он образует с водородом, равна -2.