Валентность — это способность атомов химических элементов образовывать определённое количество химических связей.

История открытия валентности

Понятие «валентность» было введено в химию в середине XIX века, когда учёные начали изучать строение молекул и атомов. Первоначально валентность определялась как способность атома присоединять или замещать определённое число атомов водорода или кислорода.

В 1852 году Эдуард Франкленд ввёл понятие «соединительная сила», которое впоследствии стало основой для понятия «валентность». В 1860-х годах Уильям Одлинг и Фридрих Август Кекуле развили идею Франкленда и предложили использовать валентность для описания способности атомов соединяться друг с другом.

С развитием теории строения атома и квантовой механики понимание валентности стало более глубоким. Валентность стала рассматриваться как свойство атома, связанное с его электронной конфигурацией.

Сегодня валентность используется для определения количества электронов, которые атом может отдать или принять при образовании химической связи. Это позволяет предсказать свойства соединений и их реакционную способность.

Определение валентности

Валентность определяется числом электронов на внешнем уровне атома. У большинства элементов периодической таблицы Менделеева валентность равна номеру группы, в которой находится элемент. Однако есть исключения, например, кислород и фтор имеют постоянную валентность, равную двум, а водород — одному.

Также существуют элементы, у которых валентность может меняться в зависимости от условий реакции. Например, железо может иметь валентность II, III или VI.

Для определения валентности элемента можно использовать следующие методы:

• По таблице Менделеева. Если элемент находится в главной подгруппе, то его валентность равна числу электронов на внешнем уровне. Если элемент находится в побочной подгруппе, то валентность можно определить по номеру группы.
• С помощью формул соединений. Валентность элемента можно определить, зная формулу соединения. Для этого нужно найти общее число электронов, участвующих в образовании связей, и разделить его на число атомов элемента. Полученное число будет равно валентности.

Например, рассмотрим соединение CO2. Общее число электронов, участвующих в образовании связей, равно 4 (два электрона от углерода и два электрона от кислорода). Число атомов углерода равно одному, поэтому валентность углерода равна IV. Число атомов кислорода равно двум, поэтому валентность кислорода равна II.

Таким образом, валентность углерода в соединении CO2 равна IV, а валентность кислорода — II.

Значение валентности в химии

Знание валентности элементов позволяет предсказывать свойства соединений. Например, если два элемента имеют одинаковую валентность, то они могут образовать соединение с ионной связью. Если валентность элементов различна, то образуется соединение с ковалентной связью.

Кроме того, знание валентности позволяет определять степень окисления элементов в соединениях. Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, который рассчитывается исходя из предположения, что все связи являются ионными.

Степень окисления может быть положительной, отрицательной или нулевой. Положительная степень окисления соответствует числу отданных электронов, отрицательная — числу принятых электронов, нулевая — числу электронов, оставшихся на внешнем уровне после образования связей.

Рассмотрим пример. В соединении H2O кислород имеет валентность II и степень окисления -2. Это означает, что кислород отдал два электрона водороду. Водород имеет валентность I и степень окисления +1. Это означает, что водород принял один электрон от кислорода.

Зная валентность и степень окисления, можно предсказать окислительно-восстановительные свойства элементов. Окислитель — это элемент, который принимает электроны, восстановитель — элемент, который отдаёт электроны.

Если элемент является окислителем, то его степень окисления уменьшается. Если элемент является восстановителем, то его степень окисления увеличивается.

Например, в реакции горения метана CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O углерод является восстановителем, так как его степень окисления повышается от -4 до +4. Кислород является окислителем, так как его степень окисления понижается от 0 до -2.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое валентность?
2. Как определить валентность элемента?
3. Какое значение имеет валентность в химии?
4. Что такое степень окисления?
5. Как рассчитать степень окисления элемента?
6. Какие элементы являются окислителями, а какие — восстановителями?
7. Приведите примеры реакций, в которых участвуют окислители и восстановители.
8. Как валентность влияет на свойства соединений?
9. Почему важно знать валентность при изучении химии?

Примеры задач на определение валентности:

Задача 1. Определите валентность азота в соединении NH3.Решение: Общее число электронов, участвующих в образовании связей, равно восьми (три электрона от азота и пять электронов от водорода). Число атомов азота равно одному, поэтому валентность азота равна III.Ответ: валентность азота III.

Задача 2. Определите валентность серы в соединении SO3.Решение: Общее число электронов, участвующих в образовании связей, равно шести (два электрона от серы и четыре электрона от кислорода). Число атомов серы равно одному, поэтому валентность серы равна VI.Ответ: валентность серы VI.

Задача 3. Определите валентность хлора в соединении Cl2O7.Решение: Общее число электронов, участвующих в образовании связей, равно двадцати одному (семь электронов от хлора и четырнадцать электронов от кислорода). Число атомов хлора равно двум, поэтому валентность хлора равна VII.Ответ: валентность хлора VII.