Как найти валентность элементов в таблице менделеева

Термин «валентность» появился еще в Средние века, где в научных трудах он имел значение «препарат», «экстракт». И только в конце ХIХ столетия его стали использовать для обозначения связей между мельчайшими частицами вещества.

В 1852 году английский химик Э. Франкленд ввел в химию понятие «соединительная сила», которое положило начало учению о валентности. В 1857 году немецкий ученый Ф. А. Кекуле, изучая свойства углерода в метане, пришел к выводу о существовании «основности» атомов – таком же важном и постоянном свойстве, как атомный вес. Спустя три года российский химик А. М. Бутлеров усовершенствовал учение о валентности, распространив его на органические соединения.

Что такое валентность в химии

Валентность – это способность атома образовывать химические связи с другими атомами. Такие связи создаются за счет электронов, расположенных на внешнем электронном слое. Поэтому количественной мерой валентности становится число совместных связей между атомами.

Химические соединения предполагают формирование общих электронных пар. Этот процесс получил наименование «ковалентная химическая связь». В зависимости от числа общих электронных пар выделяют одинарную, двойную и тройную ковалентную связь.

Большим достижением в химии стало наглядное изображение молекул, с помощью которого легко представить себе понятие валентности и ковалентной связи. К примеру, водород имеет сокращенную химическую формулу H₂ и структурную формулу: Н – Н. Во втором случае видно, что водород обладает одновалентностью, поскольку связан в молекуле только с одним своим собратом.

Формула воды H₂O и Н – О – Н наглядно свидетельствует о двухвалентности кислорода, так как он способен создавать две ковалентные связи с атомами водорода.

Углекислый газ CO₂ и О = С = О состоит из двух атомов кислорода и атома углерода, у которого валентность равна четырем. Он может присоединять 2 двухвалентных атома кислорода либо 4 одновалентных атома водорода, как в метане СН₄.

Как определить валентность химических элементов

Существуют разные способы определения валентности химических элементов. Самый простой заключается в том, чтобы обратиться к специальной таблице валентности химических элементов.

Другой способ связан с расчетом валентности по химической формуле. За единицу валентности принимается валентность атома водорода, так как он способен образовывать с другими атомами только одну связь. Химические элементы, взаимодействуя с водородом, показывают собственную валентность. Например, в молекуле хлористого водорода (HCl) хлор имеет валентность I. В молекуле аммиака (NН₃) азот соединен с тремя атомами водорода, следовательно, его валентность – III.

Кроме водорода, валентность химических элементов можно определять по кислороду, который во всех своих соединениях двухвалентен. Так, в оксиде серы (IV) SO₂ валентность серы равна IV (валентность кислорода умножаем на 2). А в соединении SO₃ валентность серы уже VI (два умножаем на три).

Когда речь идет о сложных соединениях, где присутствует более двух химических элементов, определить валентность каждого из них становится сложнее. О молекуле HClO₄ можно только сказать, что остаток ClO₄ одновалентен, а в соединении H₂SO₄ остаток SO₄ двухвалентен.

Таблица валентности химических элементов

Приведем в качестве примера таблицу валентности наиболее распространенных химических элементов. Звездочкой отмечены элементы с постоянной валентностью.

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Анастасия Чистякова, старший методист по естественно-научному направлению Домашней школы «ИнтернетУрок».

Различные химические элементы отличаются по своей способности создавать химические связи, то есть соединяться с другими атомами. Поэтому в сложных веществах они могут находиться только в определенных соотношениях. Разберемся, как определить валентность по таблице Менделеева.

Что такое валентность?

Существует такое определение валентности: это способность атома к образованию определенного числа химических связей. В отличие от степени окисления, эта величина всегда только положительная и обозначается римскими цифрами.

В качестве единицы используется эта характеристика для водорода, которая принята равной I. Это свойство показывает, с каким числом одновалентных атомов может соединиться данный элемент. Для кислорода эта величина всегда равна II.

Знать эту характеристику необходимо, чтобы верно записывать химические формулы веществ и уравнения реакций. Знание этой величины поможет установить соотношение между числом атомов различных типов в молекуле.

Данное понятие возникло в химии в XIX веке. Начало теории, объясняющей соединение атомов в различных соотношениях, положил Франкленд, но его идеи о «связывающей силе» не были очень распространены. Решающая роль в развитии теории принадлежала Кекуле. Он называл свойство образовывать некоторое количество связей основностью. Кекуле считал, что это фундаментальное и неизменное свойство каждого вида атомов. Важные дополнения к теории сделал Бутлеров. С развитием этой теории стало возможным наглядно изображать молекулы. Это очень помогло в изучении строения различных веществ.

Чем поможет периодическая таблица?

Находить валентность можно, посмотрев на номер группы в короткопериодном варианте. Для большинства элементов, у которых эта характеристика постоянная (принимает только одно значение), она совпадает с номером группы.

Такие свойства имеют металлы главных подгрупп. Почему? Номер группы соответствует числу электронов на внешней оболочке. Эти электроны называются валентными. Именно они отвечают за возможность соединяться с другими атомами.

Группу составляют элементы с похожим устройством электронной оболочки, а сверху вниз возрастает заряд ядра. В короткопериодной форме каждая группа делится на главную и побочную подгруппы. Представители главных подгрупп — это s и p-элементы, представители побочных подгрупп имеют электроны на d и f-орбиталях.

Как определить валентность химических элементов, если она меняется? Она может совпадать с номером группы или равняться номеру группы минус восемь, а также принимать другие значения.

Важно! Чем выше и правее элемент, тем его свойство образовывать взаимосвязи меньше. Чем он более смещен вниз и влево, тем она больше.

То, как изменяется валентность в таблице Менделеева для конкретного вида атома, зависит от структуры его электронной оболочки. Сера, например, может быть двух-, четырех- и шестивалентной.

В основном (невозбужденном) состоянии у серы два неспаренных электрона находятся на подуровне 3р. В таком состоянии она может соединиться с двумя атомами водорода и образовать сероводород. Если сера перейдет в более возбужденное состояние, то один электрон перейдет на свободный 3d-подуровень, и неспаренных электронов станет 4.

Сера станет четырехвалентной. Если сообщить ей еще больше энергии, то еще один электрон перейдет с подуровня 3s на 3d. Сера перейдет в еще более возбужденное состояние и станет шестивалентной.

Постоянная и переменная

Иногда способность к образованию химических связей может меняться. Она зависит от того, в какое соединение входит элемент. Например, сера в составе H2S двухвалентна, в составе SO2 четырехвалентна, а в SO3 — шестивалентна. Наибольшее из этих значений называется высшим, а наименьшая — низшим. Высшую и низшую валентности по таблице Менделеева можно установить так: высшая совпадает с номером группы, а низшая равняется 8 минус номер группы.

Как определить валентность химических элементов и то, изменяется ли она? Нужно установить, имеем мы дело с металлом или неметаллом. Если это металл, нужно установить, относится он к главной или побочной подгруппе.

• У металлов главных подгрупп способность к образованию химических взаимосвязей постоянная.
• У металлов побочных подгрупп — переменная.
• У неметаллов — также переменная. В большинстве случаев она принимает два значения — высшее и низшее, но иногда может быть и большее число вариантов. Примеры — сера, хлор, бром, йод, хром и другие.

Это интересно! Что такое алканы: строение и химические свойства

В соединениях низшую валентность проявляет тот элемент, который находится выше и правее в периодической таблице, соответственно, высшую — тот, который левее и ниже.

Часто способность образовывать химические связи принимает больше двух значений. Тогда по таблице узнать их не получится, а нужно будет выучить. Примеры таких веществ:

• углерод,
• сера,
• хлор,
• бром.

Как определить валентность элемента в формуле соединения? Если она известна для других составляющих вещества, это несложно. Например, требуется рассчитать это свойство для хлора в NaCl. Натрий — элемент главной подгруппы первой группы, поэтому он одновалентен. Следовательно, хлор в этом веществе тоже может создать только одну связь и тоже одновалентен.

Важно! Однако так не всегда можно узнать это свойство для всех атомов в сложном веществе. Для примера возьмем HClO4. Зная свойства водорода, можно только установить, что ClO4 — одновалентный остаток.

Как еще узнать эту величину?

Способность образовывать определенное количество связей не всегда совпадает с номером группы, и в некоторых случаях ее придется просто заучить. Здесь на помощь придет таблица валентности химических элементов, где приведены значения этой величины. В учебнике химии за 8 класс приведены значения способности соединяться с другими атомами наиболее распространенных видов атомов.

Применение

Стоит сказать, что ученые-химики в настоящее время понятие валентности по таблице Менделеева почти не используют. Вместо него для способности вещества образовывать определенное число взаимосвязей применяют понятие степени окисления, для веществ с ковалентной структурой — ковалентность, а для веществ ионного строения — заряд иона.

Однако рассматриваемое понятие применяют в методических целях. С его помощью легко объяснить, почему атомы разных видов соединяются в тех соотношениях, которые мы наблюдаем, и почему эти соотношения для разных соединений различны. Подарки от онлайн казино можно взять на этой странице — https://www.casinobonus-ruu.com и активировать их после регистрации.

На данный момент подход, согласно которому соединение элементов в новые вещества всегда объяснялось с помощью валентности по таблице Менделеева независимо от типа связи в соединении, устарел. Сейчас мы знаем, что для ионной, ковалентной, металлической связей существуют разные механизмы объединения атомов в молекулы.

Полезное видео

Подведем итоги

По таблице Менделеева определить способность к образованию химических связей возможно не для всех элементов. Для тех, которые проявляют одну валентность по таблице Менделеева, она в большинстве случаев равна номеру группы. Если есть два варианта этой величины, то она может быть равна номеру группы или восемь минус номер группы. Существуют также специальные таблицы, по которым можно узнать эту характеристику.

Валентность – термин, обозначающий способность атомов химических элементов вступать в соединения с атомами других элементов. С латыни это слово можно перевести как «способность» или «сила». Понятие «валентность» в химии одно из основных. Его ученые начали использовать еще до того, как определили строение атома. Зная, как определить валентность, они смогли описать природу химических связей.

При детальном изучении предложенной химической формулы можно отметить, что количество атомов у одного и того же элемента в разных веществах может отличаться. Возникает вопрос о том, как же определить индекс хим. эл-нта и не ошибиться в написании формулы. Сделать это будет просто, если перед этим познакомиться с таким понятием как «валентность».

Основные сведения

Валентность (V) – это возможность атомов различных химических элементов образовывать связи между собой. Другими словами можно сказать, что это способность атома (мельчайшей частицы) присоединить к себе определенное количество других атомов.

[stop]Это не всегда постоянное число для одного и того же элемента. В разных соединениях последний может обладать различными значениями.[/stop]

Понятие «валентность» было введено еще до того времени, как ученые смогли наконец изучить строение атома (что произошло в 1853 году). В частности, поэтому оно пережило некоторые изменения.

Начало теории, которая объясняет наличие таких связей, изначально положил Франкленд. Но в то время его идеи о присутствии в природе «связывающей силы» не были приняты и распространены среди ученых. Важная, можно сказать, что даже решающая роль в дальнейшем развитии теории принадлежала Кекуле. Но он называл эту способность атомов создавать связи основностью.  Также был уверен в том, что это неизменная способность каждой разновидности атомов. Несколько позже теория была дополнена. Свою лепту в ее формирование внес ученый Бутлеров. Постепенно на основе теории химики получили возможность изображать молекулы, что помогло им в изучении строения различных веществ, присутствующих в природе.

В дальнейшем же теория развивалась благодаря тому, что Менделеев представил широкой общественности свое научное открытие — учение о периодическом изменении свойств элементов.

Если посмотреть на валентность с точки зрения электронной теории, то можно определить, что она напрямую связана с количеством внешних электронов атома. Основываясь на этом, ученые под «валентностью» стали подразумевать то число электронных пар, которыми он может быть связан с другими атомами. Данное положение позволило в дальнейшем им определить и описать природу химической связи. Суть ее в том, что пара микрочастиц определенного вещества делит между собой тоже пару валентных электронов.

Химикам 19 века все же удавалось определять валентность еще тогда, когда они не подозревали о существовании такой мельчайшей частицы, как атом. Это было непросто. Определение проводилось с опорой на химический анализ.

С помощью химического анализа ученым удавалось определить точный состав химического соединения – сколько мельчайших частиц различных элементов присутствует в 1 молекуле. Такой способ достаточно сложен. Химикам необходимо было сначала определить точную массу каждого из эл-тов в образце вещества без примесей.

У данной методики были и свои недостатки. Например, определить V эл-нта возможно было только в простом соединении с одновалентным гидридом или двухвалентным оксидом. Это говорит о том, что такой способ определить V допустимо применять только к простым веществам. Для кислот он не подходит. Его можно применить к ним, но в таком случае получится определить только V кислотных остатков.

Валентность и электронная теория

Опираясь на электронную теорию можно сказать, что V мельчайших частиц можно определить на основании числа непарных электронов, которые принимают непосредственное участие в процессе образования электронных пар с электронами других таких же частиц.

Стоит отметить, что в образовании химических связей задействованы только те электроны, которые располагаются на внешней оболочке атома. Поэтому можно определить, что максимальная V равна числу электронов во внешней оболочке. Понятие валентность и ее определение связано с Периодическим законом, который открыл Менделеев.

Определение по таблице Д. И. Менделеева

Чтобы определить V по таблице Менделеева необходимо знать, что такое группы и подгруппы периодической таблицы. Это вертикальные столбцы, которые делят все эл-нты по определенному признаку. В зависимости от признака, выделяют подразделения. Этими столбцами эл-нты делятся на тяжелые и легкие, а также подгруппы — галогены, инертные газы и тому подобное.

Итак, чтобы определить V нужно руководствоваться двумя правилами:

1. Высшая V (ВВ) элемента равна номеру его группы.
2. Низшая V (НВ) находится как разница между числом 8 и номером группы, в которой расположен данный элемент.

Пример определения: фосфор проявляет ВВ – P₂O₅ и НВ (8-5)=3– PF₃.

Стоит также отметить несколько основных характеристик и особенностей, которые стоит учитывать переде тем, как определить этот показатель:

• V водорода всегда I – H₂O, HNO₃, H₃PO₄.
• Кислорода всегда равна II – CO₂, SO₃.
• У металлов, которые расположены в главной подгруппе, этот показатель всегда равен номеру группы – Al₂O₃, NaOH, KH.
• Для неметаллов чаще всего проявляются только две V– высшая и низшая.

Также существуют эл-нты, у которых может быть 3 или 4 разных значений этого показателя. К ним относятся хлор, бор, йод, хром, сера и другие. Например, хлор обладает показателями I, III, V, VII – HCl, ClF₃,ClF₅,HClO₄ соответственно.

Определение по формуле

Чтобы определить по формуле можно воспользоваться несколькими правилами:

1. Если известна валентность (V) одного из эл-нтов в двойном соединении: допустим, есть соединение углерода и кислорода СО₂, при этом мы знаем, что V кислорода всегда равна II, тогда для определения можем воспользоваться таким правилом: произведение числа атомов на его V одного эл-нта должно равняться произведению числа атомов другого эл-нта на его V. Таким образом, V углерода можно определить так – 2×2 (в молекуле 2 атома кислорода с V= 2), то есть она будет равняться 4. Рассмотрим еще несколько примеров, как определить валентность: P₂O₅ – тут V фосфора = (5*2)/2 = 5. HCl – V хлора будет равна I, так как в этой молекуле 1 атом водорода, и V= 1.
2. Если известна V нескольких эл-нтов, которые составляют группу, определить можно так: в молекуле гидроксида натрия NaOH V кислорода равняется II, а V водорода – I, таким образом группа -OH обладает одной свободной валентностью, так как кислород присоединил только один атом водорода и еще одна связь свободна. К ней и присоединится натрий. Можно сделать вывод, что натрий – одновалентный элемент.

Разница между степенью окисления и валентностью

Очень важно понимать принципиальную разницу между этими понятиями. Степень окисления – это условный электрический заряд, которым обладает ядро, в то время как валентность – это количество связей, которые оно может установить.

Рассмотрим подробнее, что такое степень окисления. Согласно современной теории о строении атома, ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтронов без заряда, а вокруг него находятся электроны с отрицательным зарядом, которые уравновешивают заряд ядра и делают его электрически нейтральным.

В случае, если атом устанавливает связь с другим элементом, он отдает или принимает электроны, то есть выходит из состоянии баланса и начинает обладать электрическим зарядом. При этом если он отдает электрон, он становится положительно заряженным, а если принимает – отрицательным.

[warning]В соединении хлора и водорода HCl водород отдает один электрон и приобретает заряд +1, а хлор принимает электрон и становится отрицательным -1. В сложных соединениях, HNO₃ и H₂SO₄, степени окисления будут такими – H⁺¹N⁺⁵O₃ ^-2 и H₂ ⁺¹S ⁺⁶O₄ ^-2.[/warning]

Сравнивая два этих определения, можно сделать вывод, что они часто совпадают: V водорода +1 и V I, степень окисления кислорода -2 и V II, но очень важно помнить, что это правило выполняется не всегда!

В органическом соединении углерода под названием формальдегид и формулой HCOH у углерода степень окисления 0, но он обладает V, равной 4. В перекиси водорода H₂O₂ у кислорода степень окисления +1, но V остается равной 2. Поэтому не следует отождествлять два этих понятия, так как в ряде случаев это может привести к ошибке при определении.

Валентности распространенных элементов

Водород

Встречается во многих соединениях и можно определить, что его V=1. Это связано со строением его внешней электронной орбитали, на которой у водорода находится 1 электрон.

На первом уровне может находиться не более двух электронов одновременно, таким образом, водород может либо отдать свой электрон и образовать связь (электронная оболочка останется пустой), либо принять 1 электрон, также образовав новую связь (в таком случае его электронная оболочка полностью заполнится).

Пример: H₂O – 2 атома водорода с V=1 связаны с двухвалентным кислородом; HCl – одновалентные хлор и водород; HCN – синильная кислота, где водород также проявляет V, равную 1.

Углерод

Углерод может обладать либо V II, либо IV. Связано это со строением внешнего электронного уровня, на котором находится 2 электрона, в случае если он их отдаст, его V будет II. То есть 2 электрона установили 2 новые связи, например, соединение CO – угарный газ, где и кислород, и водород двухвалентные. Однако бывают ситуации, когда один электрон с первого уровня переходит на второй, тогда у углерода образуется 4 свободных электрона, которые могут образовывать связи: СО₂, НСООН, Н₂СО₃.

Фосфор

Может обладать валентностью III и V. Как и в предыдущих случаях, связанно это со строением внешнего электронного уровня, на котором у него располагается 3 электрона, то есть возможность образовать 3 связи, но, как и углерод, у него возможен переход 1 электрона с s-орбитали на d-орбиталь, тогда неспаренных электронов станет 5, а значит. Например: РН₃, Р₂О₅, Н₃РО₄.

Цинк

Цинк может обладать только валентностью, которая равна номеру его группы, то есть 2. Во всех своих соединениях валентность цинка равна II и не зависит от типа элемента и вида связи с ним. Пример: ZnCl₂, ZnO, ZnH₂, ZnSO₄.

Видео по теме: Определение валентности химических элементов:

Видео по теме: Изучение валентности по периодической таблице Менделеева:

О том, как определить валентность, школьникам рассказывают на уроках химии в 8 классе. У многих именно эта тема вызывает значительные трудности. Но на самом деле, если разобраться в понятии, подробно ознакомиться с периодической таблицей Менделеева и немного потренироваться с формулами, то можно определить этот показатель без особого труда.

Статья по теме: Основной закон Гесса и следствия из него.