Валентность вещества в уравнениях по химии

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.

Валентность.

Валентность – свойство атомов одного химического элемента присоединять или замещать определённое количество атомов другого.

За единицу валентности принята валентность атома водорода, равная 1, то есть водород одновалентен. Поэтому валентность элемента указывает на то, со сколькими атомами водорода соединён один атом рассматриваемого элемента. Например, HCl, где хлор – одновалентен; H2O, где кислород – двухвалентен; NH_3, где азот – трёхвалентен.

Таблица элементов с постоянной валентностью.

Валентности

Элементы

O, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd

Формулы веществ можно составлять по валентностям входящих в них элементов. И наоборот, зная валентности элементов, можно составить из них химическую формулу.

Алгоритм составления формул веществ по валентности.

1. Записать символы элементов.

2. Определить валентности входящих в формулу элементов.

3. Найти наименьшее общее кратное численных значений валентности.

4. Найти соотношения между атомами элементов путём деления найденного наименьшего общего кратного на соответствующие валентности элементов.

5. Записать индексы элементов в химической формуле.

Пример: составим химическую формулу оксида фосфора.

1. Запишем символы:

2. Определим валентности:

3. Найдём наименьшее общее кратное:

4. Найдём соотношения между атомами:

5. Запишем индексы:

Алгоритм определения валентности по формулам химических элементов.

1. Записать формулу химического соединения.

2. Обозначить известную валентность элементов.

3. Найти наименьшее общее кратное валентности и индекса.

4. Найти соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов второго элемента. Это и есть искомая валентность.

5. Сделать проверку путём перемножения валентности и индекса каждого элемента. Их произведения должны быть равны.

Пример: определим валентность элементов сульфида водорода.

1. Запишем формулу:

2. Обозначим известную валентность:

3. Найдём наименьшее общее кратное:

4. Найдём соотношение наименьшего общего кратного к количеству атомов серы:

Валентность вещества в уравнениях по химии

Для бинарных соединений, т. е. образованных двумя элементами типа (где а, b — индексы; х, у — валентности), произведение индекса на валентность одного элемента равно произведению индекса на валентность другого элемента. Здесь соблюдается равенство ах = by. Поэтому, если три величины (скажем, а, b, х) известны, то можно найти четвертую: у = ах/b.

Если в формуле бинарного соединения нет индексов, то валентности элементов одинаковые. Зная валентность одного элемента, можно написать валентность другого, например:

Если валентность одного элемента равна единице, то валентность другого элемента равна индексу при одновалентном элементе, например:

Определение возможной валентности элемента по его положению в таблице Менделеева

1. Максимальная или высшая валентность элемента часто равна номеру группы таблицы Менделеева, в которой расположен элемент. (Группы элементов — это вертикальные столбцы в таблице.) Например, высшие валентности некоторых элементов следующие: Si(IV), P(V), S(VI), Cl(VII).
2. У элементов V—VII групп в дополнение к высшей валентности, равной номеру группы, бывает другая валентность, представляющая разность: 8 — № группы, т. е. у фосфора Р(III), у серы S(II), у хлора Сl(I). Как правило, это низшая валентность.

Чтобы составить химическую формулу бинарного соединения, надо знать последовательность элементов в формуле (какой элемент первый) и их валентность.

Правила очередности элементов в формул е и проявляемая валентность следующие.

• 1) Первым записывают металл, за ним — неметалл: FeO, AI₂O₃, Cu₂S.
• 2) Если в формуле одни неметаллы, то сначала пишут символ элемента, расположенного в таблице Менделеева левее и ниже: NO₂, РСl₅, CS₂, НСl, SiF₄, PBr₃.
• 3) Обычно 1-й элемент в формуле бинарного соединения проявляет свою высшую (или большую) валентность, а 2-й элемент проявляет низшую валентность

Примеры определения валентности

Пример 1. Составьте формулу соединения (т.е. вещества) алюминия с кислородом (оксида алюминия).

Решение. Алюминий — металл, поэтому он 1-й в формуле: Аl_аО_b. Валентности кислорода (II) и алюминия (III) — постоянные, следовательно, вид формулы:

Минимальные целые числа, удовлетворяющие равенству а • III = b • II, это а = 2, b = 3. Здесь валентность одного элемента равна индексу при другом элементе, х = b, у = а. Следовательно, искомая формула: Аl₂O₃.

Пример 2. Составьте формулу соединения серы с кислородом при условии, что сера проявляет свою высшую валентность.

Решение. Сера и кислород — неметаллы. В таблице Менделеева сера находится ниже кислорода, она 1-я в формуле SaOb. Высшая валентность серы равна номеру ее группы (VI) в таблице Менделеева:

Минимальные целые числа, удовлетворяющие равенству а • VI = b • II, это а = 1, b = 3. Здесь валентность одного элемента не равна индексу при другом элементе, х ≠ b, у ≠ а. Искомая формула: SO₃.

Пример 3. Составьте формулу соединения серы с фосфором, в котором валентность фосфора — V.

Решение. Оба элемента S и Р — неметаллы. Первым в формуле записываем фосфор, так как он находится левее, чем сера, в таблице Менделеева: PaSb.

Валентность фосфора P(V) указана в задании. Сера (2-й элемент в формуле) проявляет свою низшую валентность S(II). Чтобы удовлетворялось равенство ах = by для соединения , индексы должны быть а = 2, b = 5. Искомая формула: P₂S₅.

Пример 4. Составьте химические формулы бинарных соединений с кислородом (оксидов) следующих элементов: a) Li; б) Са; в) Sn(IV); г) С(II); д) Р(III); е) P(V).

Решение. Во всех этих формулах кислород — 2-й в формуле. Там, где валентности элементов нечетные, индекс при кислороде равен валентности соответствующего элемента, а индекс при элементе равен двум — валентности кислорода. В формулах оксидов веществ б) и г) индексов нет, т.к. валентности элементов одинаковые и равны II. В формуле оксида олова, чтобы суммарная валентность кислорода равнялась валентности олова, пишем при кислороде индекс «2». Формулы оксидов:

Конспект урока «Определение валентности на примерах».