Валентність хімічних елементів

Тема 1 Початкові хімічні поняття

& 11. Валентність хімічних елементів

Опанувавши цю тему, ви зможете:

– розуміти поняття “валентність”;

– застосовувати знаття про хімічні формули;

– визначати валентність елементів за формулами бінарних сполук і складати їх формули, користуючись математичним поняттям “найменше спільне кратне”;

– формувати здатність виявляти й застосовувати міжпредметні зв’язки.

Валентність. Ви, мабуть, звернули увагу на те, що до складу молекул речовин входить визначена

кількість атомів. Це означає, що існує певна закономірність їх сполучення між собою.

Що ж утримує атоми між собою в простих і складних речовинах? Наукою з’ясовано, що між атомами виникають “сили притягання”, які називають валентністю (від латин. valentia – сила).

Валентність – не властивість атомів сполучатися з певним числом таких самих або інших атомів.

Звернемося до прикладів. Напишемо ряд сполук неметалічних елементів третього періоду з Гідрогеном. Їх формули такі:

SiН4, РН3, H2S, НСl.

Як бачимо, найбільше число атомів Гідрогену приєднав атом Силіцію, а в елементів, розташованих

праворуч від нього, число їх зменшується відповідно від трьох до одного на проміжку від Фосфору до Хлору.

Для кількісної характеристики валентності за одиницю взято валентність атома Гідрогену. Отже, валентність неметалічних елементів у сполуках з Гідрогеном визначається за числом атомів Гідрогену в сполуці.

Самостійно визначте валентність елементів у сполуках: СН4, NH3, Н2О, HF.

Елементи можуть виявляти кілька значень валентності, найвища з яких визначається за місцем елемента в періодичній системі, зокрема за номером групи, у якій він розташований.

Максимальна, або стала, валентність елемента найчастіше відповідає номеру групи, у якій розташований цей елемент.

Більшість елементів проявляють змінну валентність. У цьому випадку потрібно користуватися правилом:

Значення валентності неметалічного елемента з Гідрогеном або з металічним елементом становить 8 мінус номер групи, у якій розташований елемент.

Наприклад, потрібно визначити валентність Фосфору за Гідрогеном. Оскільки Фосфор є елементом V групи, то виконуємо дію: 8 – 5 = 3. Отже, Фосфор – тривалентний, а формула сполуки – РН3.

За хімічною формулою води неважко обчислити валентність Оксигену, він двовалентний. Таку саму валентність він проявляє в усіх сполуках.

Щоб полегшити визначення валентності елементів, унизу таблиці, після сьомого періоду, розташований ряд із загальними формулами сполук елементів з Оксигеном під назвою “вищі оксиди”, де Е – відповідний елемент тієї чи іншої групи.

Крім того, у наступному ряді наведено загальні формули летких сполук неметалічних елементів з Гідрогеном. Підставивши відповідний символ замість літери “Е” (елемента), отримаємо формулу сполуки.

Пригадайте, які відомі вам характеристики елементів ви можете отримати з періодичної системи.

Ви переконалися наочно в тому, що періодична система хімічних елементів виконує ще одну функцію. Вона слугує довідковою таблицею для визначення валентності. Уміле користування нею сформує здатність правильно відбирати інформацію про властивості речовин і вміння використовувати її для складання хімічних формул.

Чи існують відхилення від вищенаведених правил?

Очевидно, що існують, адже багато елементів утворюють по декілька сполук з іншими елементами, тобто проявляють змінну валентність (мають по декілька значень валентності). Це металічні елементи Купрум, Ферум, Хром, Манган і неметалічні – Фосфор, Сульфур, Хлор та ін. (табл. 4).

Таблиця 4

Валентність хімічних елементів і приклади сполук

Валентності	Символи хімічних елементів із змінною валентністю	Приклади формул сполук
Металічні	Неметалічні	Металічних Елементів	Неметалічних Елементів
І, II	Сu	–	Cu2O, СuО	–
II, III	Fе, Co, Ni	–	СоО, Со2О3	–
II, IV	Sn, Pb, Ge	С, Si	SnO, SnO2	СО, СO2
III, V	V	P	V2O3, V2O5	РН3, Р2О5
II, III, VI	Сr, Мо	–	СrO, Сr2О3, СrО3	–
II, IV, VI	–	S, Sc	–	H2S, SO2,SO3
II, III, IV, VI, VII	Мn	МnО, Мn2О3, МnO2, К2МnO4, КМnO4
І, III, V, VII	–	Cl, Br, І	–	HCl, HClO2, КСlО3, Cl2O7

Складання формул бінарних сполук за валентністю елементів. Бінарними сполуками називають сполуки, що складаються з двох елементів. Для складання формул цих сполук застосовують певну послідовність дій, яку можна подати як алгоритм.

1. Записуємо хімічні символи елементів: на перше місце ставимо металічні, на друге – неметалічні елементи; у разі сполуки неметалічного елемента з Оксигеном останній ставимо на друге місце (виняток – ОF2).

2. Над кожним елементом проставляємо значення валентності римськими цифрами.

3. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел, що відповідають валентності елемента.

4. Найменше спільне кратне ділимо почергово на валентність кожного елемента.

5. Отримані числа записуємо індексами біля символу відповідного елемента.

Вправа 1. Складіть формулу хром(ІІІ) оксиду – сполуки Хрому, що проявляє валентність III, з Оксигеном.

6 – найменше спільне кратне для чисел 3 і 2;

2 – індекс Хрому;

3 – індекс Оксигену.

Вправа 2. Бром у сполуці з Оксигеном проявляє вищу валентність VII. Складіть формулу цієї сполуки. Вправу виконайте самостійно.

Вправа 3. Складіть формулу амоніаку – сполуки Нітрогену з Гідрогеном.

III – валентність Нітрогену: 8-5 (номер групи);

3 – найменше спільне кратне для чисел 3 і 1;

3 – індекс Гідрогену;

1 – індекс Нітрогену, він не проставляється.

Вправа 4. Карбон у сполуці з Гідрогеном проявляє валентність IV. Складіть формулу цієї сполуки. Вправу виконайте самостійно.

Визначення валентності елементів за формулою бінарної сполуки. Маючи формулу речовини, знаходять значення валентності елементів. Розглянемо це на прикладі. Під час виконання таких вправ теж можна застосувати відповідну послідовність дій – алгоритм.

1. Записуємо формулу сполуки.

2. Проставляємо відоме значення валентності над символом відповідного елемента.

3. Множимо валентність на індекс цього елемента.

4. Ділимо попередньо одержане число па індекс елемента, валентність якого необхідно визначити. Це і є шукана валентність.

Вправа 5. Визначте валентність Сульфуру в сполуці SO3.

6 – загальна валентність трьох атомів Оксигену (3 ∙ 2 = 6);

6 – число, що відповідає

Валентності Сульфуру (6 : 1 = 6).

Валентність Сульфуру – VI.

Вправа 6. Визначте валентність елементів у сполуці Mg3N2.

Вправу можемо виконати, використовуючи періодичну систему хімічних елементів.

1. Магній має сталу валентність, що відповідає номеру групи періодичної системи, у якій він розташований, – II.

2. Подальший хід роботи збігається з поданим вище алгоритмом, тобто:

А) обчислюємо валентність усіх атомів Магнію (3 – 2 = 6);

Б) ділимо валентність усіх атомів Магнію на число атомів Нітрогену (6 : 2 = 3). Валентність Нітрогену – III.

Щоб переконатися, чи правильно визначено валентність елементів, перевіряємо, чи сума валентностей атомів Магнію дорівнює сумі валентностей атомів Нітрогену: 2 ∙ 3 = 6; 3 ∙ 2 = 6. Отже, валентність визначено правильно.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

– Валентність – це властивість атомів сполучатися з певним числом таких самих або інших атомів.

– Елементи можуть виявляти постійну або змінну валентність.

– Одиницею валентності вважають валентність атома Гідрогену, що є постійною та чисельно дорівнює 1.

– Максимальну валентність елемента можна визначити за положенням його в групі. Номер групи вказує на максимальну валентність (за винятком Нітрогену, Оксигену, Флуору та ін.). Нижче значення валентності неметалічного елемента можна знайти за різницею: вісім мінус номер групи, у якій розташований елемент.

– Під час складання формул бінарних сполук або визначення валентності за формулою необхідно дотримуватися правила: сума валентностей усіх атомів одного елемента дорівнює сумі валентностей усіх атомів іншого елемента.

– Уміння складати формули за валентністю елементів і визначати валентність відкриє вам шлях до пізнання глибинних процесів природи, дасть змогу виражати явища й процеси рівняннями реакцій.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

1. Поясніть, як ви розумієте поняття “валентність елементів”.

2. Поясніть, як знайти максимальне значення валентності елемента, користуючись періодичною системою.

3. Визначте валентність елементів у сполуках, поданих формулами:

К2О, Cu2О, CuO, FeO, Fе2O3, СrО, Сr2O3, СrО3.

4. Визначте валентність елементів у сполуках, поданих формулами:

А) СO2, СН4, СО, Са3Р4; б) SO2, SO3, H2S, CuS; в) РСl5, ССl4, НСl, Вr2O7; г) OF2, SCl4, СаН2, Мg3Р2.

5. Складіть формули сполук елементів третього періоду з Оксигеном (крім Аr).

6. Визначте, у якому ряді формули сполук розташовані за зростанням валентності елементів:

а) СrО, МnO2, К2O; б) SiO2, Р2O5, SO3; в) Fe2O3, NO, Сl2O7.

7. Визначте, у якому ряді формули сполук розташовані за зменшенням валентності елементів:

а) СаН2, РН3, СН4; б) РН3, КН, СаН2; в) РН3, H2S, НСl.

8. Оцініть значення використання поняття “валентність” у хімії.