Уравнение химических реакций по валентности

Валентность и степень окисления

Валентность

Валентность (лат. valere — иметь значение) — мера «соединительной способности» химического элемента, равная числу индивидуальных химических связей, которые может образовать один атом.

Определяют валентность по числу связей, которые один атом образует с другими. Для примера рассмотрим две молекулы

Для определения валентности нужно хорошо представлять графические формулы веществ. В этой статье вы увидите множество формул. Сообщаю вам также о химических элементах с постоянной валентностью, знать которые весьма полезно.

В электронной теории считается, что валентность связи определяется числом неспаренных (валентных) электронов в основном или возбужденном состоянии. Мы касались с вами темы валентных электронов и возбужденного состояния атома. На примере фосфора объединим эти две темы для полного понимания.

Подавляющее большинство химических элементов обладает непостоянным значением валентности. Переменная валентность характерна для меди, железа, фосфора, хрома, серы.

Ниже вы увидите элементы с переменной валентностью и их соединения. Заметьте, определить их непостоянную валентность нам помогают другие элементы — с постоянной валентностью.

Запомните, что у некоторых простых веществ валентность принимает значения: III — у азота, II — кислорода. Подведем итог полученным знаниям, написав графические формулы азота, кислорода, углекислого и угарного газов, карбоната натрия, фосфата лития, сульфата железа (II) и ацетата калия.

Как вы заметили, валентности обозначаются римскими цифрами: I, II, III и т.д. На представленных формулах валентности веществ равны:

• N — III
• O — II
• H, Na, K, Li — I
• S — VI
• C — III (в угарном газе CO, так как одна связь образована по донорно-акцепторному механизму), IV (в углекислом газе CO₂ и карбонате натрия Na₂CO₃)
• Fe — II

Степень окисления

Степенью окисления (СО) называют условный показатель, который характеризует заряд атома в соединении и его поведение в ОВР (окислительно-восстановительной реакции). В простых веществах СО всегда равна нулю, в сложных — ее определяют исходя из постоянных степеней окисления у некоторых элементов.

Численно степень окисления равна условному заряду, который можно приписать атому, руководствуясь предположением, что все электроны, образующие связи, перешли к более электроотрицательному элементу.

Определяя степень окисления, одним элементам мы приписываем условный заряд «+», а другим «-«. Это связано с электроотрицательностью — способностью атома притягивать к себе электроны. Знак «+» означает недостаток электронов, а «-» — их избыток. Повторюсь, СО — условное понятие.

Сумма всех степеней окисления в молекуле равна нулю — это важно помнить для самопроверки.

Зная изменения электроотрицательности в периодах и группах периодической таблицы Д.И. Менделеева, можно сделать вывод о том какой элемент принимает «+», а какой минус. Помогают в этом вопросе и элементы с постоянной степенью окисления.

Кто более электроотрицательный, тот сильнее притягивает к себе электроны и «уходит в минус». Кто отдает свои электроны и испытывает их недостаток — получает знак «+».

Самостоятельно определите степени окисления атомов в следующих веществах: RbOH, NaCl, BaO, NaClO₃, SO₂Cl₂, KMnO₄, Li₂SO₃, O₂, NaH₂PO₄. Ниже вы найдете решение этой задачи.

Сравнивайте значение электроотрицательности по таблице Менделеева, и, конечно, пользуйтесь интуицией 🙂 Однако по мере изучения химии, точное знание степеней окисления должно заменить даже самую развитую интуицию 😉

Особо хочу выделить тему ионов. Ион — атом, или группа атомов, которые за счет потери или приобретения одного или нескольких электронов приобрел(и) положительный или отрицательный заряд.

Определяя СО атомов в ионе, не следует стремиться привести общий заряд иона к «0», как в молекуле. Ионы даны в таблице растворимости, они имеют разные заряды — к такому заряду и нужно в сумме привести ион. Объясню на примере.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Блиц-опрос по теме Валентность и степень окисления

Урок 6. Валентность

В уроке 6 «Валентность» из курса «Химия для чайников» дадим определение валентности, научимся ее определять; рассмотрим элементы с постоянной и переменной валентностью, кроме того научимся составлять химические формулы по валентности. Напоминаю, что в прошлом уроке «Химическая формула» мы дали определение химическим формулам и их индексам, а также выяснили различия химических формул веществ молекулярного и немолекулярного строения.

Вы уже знаете, что в химических соединениях атомы разных элементов находятся в определенных числовых соотношениях. От чего зависят эти соотношения?

Рассмотрим химические формулы нескольких соединений водорода с атомами других элементов:

Нетрудно заметить, что атом хлора связан с одним атомом водорода, атом кислорода — с двумя, атом азота — с тремя, а атом углерода — с четырьмя атомами водорода. В то же время в молекуле углекислого газа СО₂ атом углерода связан с двумя атомами кислорода. Из этих примеров видно, что атомы обладают разной способностью соединяться с другими атомами. Такая способность атомов выражается с помощью численной характеристики, называемой валентностью.

Валентность — численная характеристика способности атомов данного элемента соединяться с другими атомами.

Поскольку один атом водорода может соединиться только с одним атомом другого элемента, валентность атома водорода принята равной единице. Иначе говорят, что атом водорода обладает одной единицей валентности, т. е. он одновалентен.

Валентность атома какого-либо другого элемента равна числу соединившихся с ним атомов водорода. Поэтому в молекуле HCl у атома хлора валентность равна единице, а в молекуле H₂O у атома кислорода валентность равна двум. По той же причине в молекуле NH₃ валентность атома азота равна трем, а в молекуле CH₄ валентность атома углерода равна четырем. Если условно обозначить единицу валентности черточкой |, вышесказанное можно изобразить схематически:

Следовательно, валентность атома любого элемента есть число, которое показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента связан данный атом в химическом соединении.

Численные значения валентности обозначают римскими цифрами над символами химических элементов:

Определение валентности

Однако водород образует соединения далеко не со всеми элементами, а вот кислородные соединения есть почти у всех элементов. И во всех таких соединениях атомы кислорода проявляют валентность, равную двум. Зная это, можно определять валентности атомов других элементов в их бинарных соединениях с кислородом. (Бинарными называются соединения, состоящие из атомов двух химических элементов.)

Чтобы это сделать, необходимо соблюдать простое правило: в химической формуле вещества суммарные числа единиц валентности атомов каждого элемента должны быть одинаковыми.

Так, в молекуле воды H₂O общее число единиц валентности двух атомов водорода равно произведению валентности одного атома на соответствующий числовой индекс в формуле:

Так же определяют число единиц валентности атома кислорода:

По величине валентности атомов одного элемента можно определить валентность атомов другого элемента. Например, определим валентность атома углерода в молекуле углекислого газа СО₂:

Согласно вышеприведенному правилу х ·1 = II · 2 , откуда х = IV .

Существует и другое соединение углерода с кислородом — угарный газ СО, в молекуле которого атом углерода соединен только с одним атомом кислорода:

В этом веществе валентность углерода равна II , так как х ·1 = II · 1 , откуда х = II :

Постоянная и переменная валентность

Как видим, углерод соединяется с разным числом атомов кислорода, т. е. имеет переменную валентность. У большинства элементов валентность — величина переменная. Только у водорода, кислорода и еще нескольких элементов она постоянна (см. таблицу).

Составление химических формул по валентности

Зная валентность элементов, можно составлять формулы их бинарных соединений. Например, необходимо записать формулу кислородного соединения хлора, в котором валентность хлора равна семи. Порядок действий здесь таков.

Еще один пример. Составим формулу соединения кремния с азотом, если валентность кремния равна IV , а азота — III .

Записываем рядом символы элементов в следующем виде:

Затем находим НОК валентностей обоих элементов. Оно равно 12 ( IV·III ).

Определяем индексы каждого элемента:

Записываем формулу соединения: Si₃N₄.

В дальнейшем при составлении формул веществ не обязательно указывать цифрами значения валентностей, а необходимые несложные вычисления можно выполнять в уме.

Краткие выводы урока:

1. Численной характеристикой способности атомов данного элемента соединяться с другими атомами является валентность.
2. Валентность водорода постоянна и равна единице. Валентность кислорода также постоянна и равна двум.
3. Валентность большинства остальных элементов не является постоянной. Ее можно определить по формулам их бинарных соединений с водородом или кислородом.

Надеюсь урок 6 «Валентность» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Написание формулы по валентности

Валентность — способность атома присоединять то или иное число других атомов с образованием химической связи (см. «Что такое валентность»).

Для того, чтобы выводить химические формулы веществ по валентности элементов, необходимо знать, как минимум, валентности наиболее часто встречающихся элементов.

Алгоритм написания химической формулы вещества по валентности элементов, входящих в него:

1. записать химические знаки элементов, входящих в вещество;
2. определить валентность этих элементов;
3. найти наименьшее общее кратное для валентностей этих элементов;
4. определить индексы для атомов.

Составление формулы оксидов по валентности элементов

В качестве примера составим формулу оксида железа (III).

1. В оксид железа входят железо и кислород: Fe O;
2. Указываем валентность этих элементов: Fe III O II ;
3. Находим наименьшее общее кратное (НОК): 3·2=6;
4. Делим НОК на число единиц валентности каждого элемента:
   • для Fe — 6:3=2;
   • для O — 6:2=3.
5. Записываем полученные индексы справа внизу от элемента: Fe₂O₃.

Составление формулы оснований

Важный нюанс, который неободимо знать — группы атомов могут рассматриваться, как единое целое.

Составление формул оснований по валентности элементов отличается от составления формулы оксидов лишь тем, что вместо атома кислорода в формуле стоит гидроксогруппа OH. В случае, если гидроксогруппа в формуле повторяется несколько раз, она берется в скобки.

В качестве примера составим составим формулу гидроксида магния.

На первом месте в основаниях стоит атом металла, гидроксогруппа — на втором.

Составление формулы солей

В солях «роль» гидроксогруппы OH играют кислотные остатки.

На первом месте в формуле средней соли стоит атом(ы) металла, кислотный остаток — на втором.

В качестве примера составим формулу соли фосфата натрия.

Составление формулы кислот

На первом месте в формуле кислот стоит атом(ы) водорода, кислотный остаток — на втором.

В качестве примера составим формулу серной кислоты.

Потренируемся в решении обратной задачи, когда по готовой формуле надо определить валентность элементов.

Определение валентности по готовой формуле

«Фишка» решения подобных задач заключается в том, что некоторые химические элементы в любых соединениях, в которые они входят, имеют постоянную валентность.

Элементы с постоянной валентностью:

• валентность I: H, F, Li, Na, K, Rb, Cs
• валентность II: O, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn
• валентность III: Al

Большинство элементов в различных соединениях могут принимать различную валентность,, т. е., образовывать различное число химических связей.

Для нахождения валентности элементов с переменной валентностью в том или ином соединении используют правило валентности.

Определим, используя правило валентности, валентность фософра в соединении P₂O₅.

Поскольку валентность кислорода равна II, то:

Теперь решим ту же задачу, используя алгоритм, описанный выше для выведения формулы по валентности, который будем применять «сзади-наперёд».

Определим валентность фосфора и кислорода в соединении P₂O₅.

1. P₂O₅
2. валентность кислорода равна двум: P₂O₅ II
3. общее число единиц валентности всех атомов вещества будет равно 2·5=10
4. делим общее число единиц валентности (10) на индекс кислорода, валентность которого известна: 10:2=5 — это и будет валентность неизвестного, в нашем случае, фосфора
5. P₂ V O₅ II

Немного усложним задачу и определим валентность элементов в соли кислородсодержащей кислоты Al₂(SO₄)₃.

1. решение задачи начинается с элемента с известной валентностью, т. е., с кислорода — определяем кол-во его атомов: 4·3=12
2. с учётом того, что валентность кислорода равна 2, находим общее число единиц валентности для кислорода: 12·2=24
3. по аналогии вычисляем общее число единиц валентности для атомов алюминия (валентность=3): 2·3=6
4. от общего числа единиц валентности кислорода вычитаем общее число единиц валентности алюминия: 24-6=18 — это общее число единиц валентности, которое будет приходиться на серу
5. по аналогии с кислородом определяем число атомов серы, валентность которой неизвестна: 1·3=3
6. чтобы узнать валентность серы следует разделить разность, найденную в п.4, на число атомов серы: 18:3=6
7. Al₂ III (S VI O₄ II )₃

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе