Як визначити валентність по таблиці Менделєєва і як вона змінюється

Різні хімічні елементи відрізняються за своєю здатністю створювати хімічні зв’язки, тобто з’єднуватися з іншими атомами. Тому в складних речовинах вони можуть знаходитися тільки в певних співвідношеннях. Розберемося, як визначити валентність по таблиці Менделєєва.

Що таке валентність?

Існує таке визначення валентності: це здатність атома до утворення певного числа хімічних зв’язків. На відміну від ступеня окислення, ця величина завжди тільки позитивна і позначається римськими цифрами.

В якості одиниці використовується ця характеристика для водню, яка прийнята рівною I. Це властивість показує, з яким числом одновалентних атомів може з’єднатися даний елемент. Для кисню ця величина завжди дорівнює II.

Знати цю характеристику необхідно, щоб правильно записувати хімічні формули речовин і рівняння реакцій. Знання цієї величини допоможе встановити співвідношення між числом атомів різних типів в молекулі.

Дане поняття виникло в хімії в XIX столітті. Початок теорії, що пояснює з’єднання атомів у різних співвідношеннях, поклав Франкленд, але його ідеї про «зв’язує силі» не були дуже поширені. Вирішальна роль у розвитку теорії належала Кекуле. Він називав властивість утворювати певну кількість зв’язків основністю. Кекуле вважав, що це фундаментальне і незмінна властивість кожного виду атомів. Важливі доповнення до теорії зробив Бутлеров. З розвитком цієї теорії стало можливим наочно зображати молекули. Це дуже допомогло у вивченні будови різних речовин.

Чим допоможе періодична таблиця?

Знаходити валентність можна, подивившись на номер групи в короткопериодном варіанті. Для більшості елементів, у яких ця характеристика постійна (приймає тільки одне значення), вона збігається з номером групи.

Такі властивості мають метали головних підгруп. Чому? Номер групи відповідає числу електронів на зовнішній оболонці. Ці електрони називаються валентними. Саме вони відповідають за можливість з’єднуватися з іншими атомами.

Групу складають елементи з схожим пристроєм електронної оболонки, а зверху вниз зростає заряд ядра. У короткопериодной формі кожна група ділиться на головну і побічну підгрупи. Представники головних підгруп — це s і p-елементи, представники побічних підгруп мають електрони на d і f-орбіталях.

Як визначити валентність хімічних елементів, якщо вона змінюється? Вона може збігатися з номером групи або дорівнювати номером групи мінус вісім, а також приймати інші значення.

Важливо! Чим вище і правіше елемент, тим його властивість утворювати взаємозв’язку менше. Чим він більше зміщений вниз і вліво, тим вона більша.

Те, як змінюється валентність в таблиці Менделєєва для конкретного виду атома, залежить від структури його електронної оболонки. Сірка, наприклад, може бути двох-, чотирьох — і шестивалентної.

В основному (незбудженому) стані у сірки два неспарених електрона знаходяться на підрівні 3р. В такому стані вона може з’єднатися з двома атомами водню і утворити сірководень. Якщо сірка перейде в більш збуджений стан, то один електрон перейде на вільний 3d-підрівень, і неспарених електронів стане 4.

Сірка стане чотирьохвалентної. Якщо повідомити їй ще більше енергії, то ще один електрон перейде з підрівня 3s на 3d. Сірка перейде в ще більш збуджений стан і стане шестивалентної.

Постійна і змінна

Іноді здатність до утворення хімічних зв’язків може змінюватися. Вона залежить від того, в яке з’єднання входить елемент. Наприклад, сірка в складі H2S двухвалентна, у складі SO2 — четырехвалентна, а в SO3 — шестивалентна. Найбільше з цих значень називається вищою, а найменша — нижчим. Вищу і нижчу валентності по таблиці Менделєєва можна встановити так: вища збігається з номером групи, а нижча дорівнює 8 мінус номер групи.

Як визначити валентність хімічних елементів і те, змінюється вона? Потрібно встановити, чи маємо ми справу з металом або неметаллом. Якщо це метал, потрібно встановити, належить він до головної або побічної підгрупи.

  • У металів головних підгруп здатність до утворення хімічних взаємозв’язків постійна.
  • У металів побічних підгруп — мінлива.
  • У неметалів — також мінлива. У більшості випадків вона приймає два значення — вища і нижча, але іноді може бути і більше число варіантів. Приклади — сірка, хлор, бром, йод, хром та інші.

У з’єднаннях нижчу валентність проявляє той елемент, який знаходиться вище і правіше періодичної таблиці, відповідно, вищу — той, який лівіше і нижче.

Часто здатність утворювати хімічні зв’язки приймає більше двох значень. Тоді за таблицею дізнатися їх не вийде, а потрібно буде вивчити. Приклади таких речовин:

  • вуглець;
  • сірка;
  • хлор;
  • бром.

Як визначити валентність елемента у формулі сполуки? Якщо вона відома для інших складових речовини, це нескладно. Наприклад, потрібно розрахувати цю властивість для хлору в NaCl. Натрій — елемент головної підгрупи першої групи, тому він одновалентен. Отже, хлор в цьому речовині теж може створити тільки одну зв’язок і теж одновалентен.

Важливо! Однак так не завжди можна дізнатися цю властивість для всіх атомів в складній речовині. Для прикладу візьмемо HClO4. Знаючи властивості водню, можна лише встановити, що ClO4 — одновалентный залишок.

Як ще дізнатися цю величину?

Здатність утворювати певну кількість зв’язків не завжди збігається з номером групи, і в деяких випадках її доведеться просто завчити. Тут на допомогу прийде таблиця валентності хімічних елементів, де наведені значення цієї величини. У підручнику хімії за 8 клас наведені значення здатності з’єднуватися з іншими атомами найбільш поширених видів атомів.

Н, F, Li, Na, K 1
O, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn 2
B, Al 3
C, Si 4
Cu 1, 2
Fe 2, 3
Cr 2, 3, 6
S 2, 4, 6
N 3, 4
P 3, 5
Sn, Pb 2, 4
Cl, Br, I 1, 3, 5, 7

Застосування

Варто сказати, що вчені-хіміки в даний час поняття валентності по таблиці Менделєєва майже не використовують. Замість нього для здатності речовини утворювати певну кількість взаємозв’язків застосовують поняття ступеня окислювання, для речовин з ковалентним структурою — ковалентность, а для речовин іонного будови — заряд іона.

Однак розглянуте поняття застосовують в методичних цілях. З його допомогою легко пояснити, чому атоми різних видів з’єднуються в тих співвідношеннях, які ми спостерігаємо, і чому ці співвідношення для різних сполук різні.

На даний момент підхід, згідно з яким з’єднання елементів у нові речовини завжди пояснювалося за допомогою валентності по таблиці Менделєєва незалежно від типу зв’язку в сполуці, застарів. Зараз ми знаємо, що для іонної, ковалентного, металевої зв’язків існують різні механізми об’єднання атомів у молекули.

Корисне відео

Підіб’ємо підсумки

По таблиці Менделєєва визначити здатність до утворення хімічних зв’язків можливо не для всіх елементів. Для тих, які виявляють одну валентність за таблицею Менделєєва, вона в більшості випадків дорівнює номеру групи. Якщо є два варіанти цієї величини, то вона може бути дорівнює номеру групи або вісім мінус номер групи. Існують також спеціальні таблиці, за якими можна дізнатися цю характеристику.