Валентность химических элементов – это способность у атомов хим. элементов образовывать некоторое число химических связей. Принимает значения от 1 до 8 и не может быть равна 0.
Определяется числом электронов атома затраченых на образование хим. связей с другим атомом. Валентность это реальная величина. Обозначается римскими цифрами (I ,II, III, IV, V, VI, VII, VIII).
Валентность химических элементов (Таблица)
Как можно определить валентность в соединениях:
- Валентность водорода (H) постоянна всегда 1. Отсюда в соединении H2O валентность O равна 2.
- Валентность кислорода (O) постоянна всегда 2. Отсюда в соединении СО2 валентность С равно 4.
- Высшая валентность всегда равна № группы.
- Низшая валентность равна разности между числом 8 (количество групп в Таблице Менделеева) и номером группы, в которой находится элемент.
- У металлов в подгруппах А таблицы Менделеева, валентность = № группы.
- У неметаллов обычно две валентности: высшая и низшая.
Валентность химических элементов может быть постоянной и переменной. Постоянная в основном у металлов главных подгрупп, переменная у неметаллов и металлов побочных подгруп.
Таблица валентности химических элементов
Атомный № | Химический элемент | Символ | Валентность химических элементов | Примеры соединений |
1 | Водород / Hydrogen | H | I | HF |
2 | Гелий / Helium | He | отсутствует | — |
3 | Литий / Lithium | Li | I | Li2O |
4 | Бериллий / Beryllium | Be | II | BeH2 |
5 | Бор / Boron | B | III | BCl3 |
6 | Углерод / Carbon | C | IV, II | CO2, CH4 |
7 | Азот / Nitrogen | N | III, IV | NH3 |
8 | Кислород / Oxygen | O | II | H2O, BaO |
9 | Фтор / Fluorine | F | I | HF |
10 | Неон / Neon | Ne | отсутствует | — |
11 | Натрий / Sodium | Na | I | Na2O |
12 | Магний / Magnesium | Mg | II | MgCl2 |
13 | Алюминий / Aluminum | Al | III | Al2O3 |
14 | Кремний / Silicon | Si | IV | SiO2, SiCl4 |
15 | Фосфор / Phosphorus | P | III, V | PH3, P2O5 |
16 | Сера / Sulfur | S | VI, IV, II | H2S, SO3 |
17 | Хлор / Chlorine | Cl | I, III, V, VII | HCl, ClF3 |
18 | Аргон / Argon | Ar | отсутствует | — |
19 | Калий / Potassium | K | I | KBr |
20 | Кальций / Calcium | Ca | II | CaH2 |
21 | Скандий / Scandium | Sc | III | Sc2S3 |
22 | Титан / Titanium | Ti | II, III, IV | Ti2O3, TiH4 |
23 | Ванадий / Vanadium | V | II, III, IV, V | VF5, V2O3 |
24 | Хром / Chromium | Cr | II, III, VI | CrCl2, CrO3 |
25 | Марганец / Manganese | Mn | II, III, IV, VI, VII | Mn2O7, Mn2(SO4)3 |
26 | Железо / Iron | Fe | II, III | FeSO4, FeBr3 |
27 | Кобальт / Cobalt | Co | II, III | CoI2, Co2S3 |
28 | Никель / Nickel | Ni | II, III, IV | NiS, Ni(CO)4 |
29 | Медь / Copper | Сu | I, II | CuS, Cu2O |
30 | Цинк / Zinc | Zn | II | ZnCl2 |
31 | Галлий / Gallium | Ga | III | Ga(OH)3 |
32 | Германий / Germanium | Ge | II, IV | GeBr4, Ge(OH)2 |
33 | Мышьяк / Arsenic | As | III, V | As2S5, H3AsO4 |
34 | Селен / Selenium | Se | II, IV, VI, | H2SeO3 |
35 | Бром / Bromine | Br | I, III, V, VII | HBrO3 |
36 | Криптон / Krypton | Kr | VI, IV, II | KrF2, BaKrO4 |
37 | Рубидий / Rubidium | Rb | I | RbH |
38 | Стронций / Strontium | Sr | II | SrSO4 |
39 | Иттрий / Yttrium | Y | III | Y2O3 |
40 | Цирконий / Zirconium | Zr | II, III, IV | ZrI4, ZrCl2 |
41 | Ниобий / Niobium | Nb | I, II, III, IV, V | NbBr5 |
42 | Молибден / Molybdenum | Mo | II, III, IV, V, VI | Mo2O5, MoF6 |
43 | Технеций / Technetium | Tc | I — VII | Tc2S7 |
44 | Рутений / Ruthenium | Ru | II — VIII | RuO4, RuF5, RuBr3 |
45 | Родий / Rhodium | Rh | I, II, III, IV, V | RhS, RhF3 |
46 | Палладий / Palladium | Pd | I, II, III, IV | Pd2S, PdS2 |
47 | Серебро / Silver | Ag | I, II, III | AgO, AgF2, AgNO3 |
48 | Кадмий / Cadmium | Cd | II | CdCl2 |
49 | Индий / Indium | In | III | In2O3 |
50 | Олово / Tin | Sn | II, IV | SnBr4, SnF2 |
51 | Сурьма / Antimony | Sb | III, IV, V | SbF5, SbH3 |
52 | Теллур / Tellurium | Te | VI, IV, II | TeH2, H6TeO6 |
53 | Иод / Iodine | I | I, III, V, VII | HIO3, HI |
54 | Ксенон / Xenon | Xe | II, IV, VI, VIII | XeF6, XeO4, XeF2 |
55 | Цезий / Cesium | Cs | I | CsCl |
56 | Барий / Barium | Ba | II | Ba(OH)2 |
57 | Лантан / Lanthanum | La | III | LaH3 |
58 | Церий / Cerium | Ce | III, IV | CeO2 , CeF3 |
59 | Празеодим / Praseodymium | Pr | III, IV | PrF4, PrO2 |
60 | Неодим / Neodymium | Nd | III | Nd2O3 |
61 | Прометий / Promethium | Pm | III | Pm2O3 |
62 | Самарий / Samarium | Sm | II, III | SmO |
63 | Европий / Europium | Eu | II, III | EuSO4 |
64 | Гадолиний / Gadolinium | Gd | III | GdCl3 |
65 | Тербий / Terbium | Tb | III, IV | TbF4, TbCl3 |
66 | Диспрозий / Dysprosium | Dy | III | Dy2O3 |
67 | Гольмий / Holmium | Ho | III | Ho2O3 |
68 | Эрбий / Erbium | Er | III | Er2O3 |
69 | Тулий / Thulium | Tm | II, III | Tm2O3 |
70 | Иттербий / Ytterbium | Yb | II, III | YO |
71 | Лютеций / Lutetium | Lu | III | LuF3 |
72 | Гафний / Hafnium | Hf | II, III, IV | HfBr3, HfCl4 |
73 | Тантал / Tantalum | Ta | I — V | TaCl5, TaBr2, TaCl4 |
74 | Вольфрам / Tungsten | W | II — VI | WBr6, Na2WO4 |
75 | Рений / Rhenium | Re | I — VII | Re2S7, Re2O5 |
76 | Осмий / Osmium | Os | II — VI, VIII | OsF8, OsI2, Os2O3 |
77 | Иридий / Iridium | Ir | I — VI | IrS3, IrF4 |
78 | Платина / Platinum | Pt | I, II, III, IV, V | Pt(SO4)3, PtBr4 |
79 | Золото / Gold | Au | I, II, III | AuH, Au2O3, Au2Cl6 |
80 | Ртуть / Mercury | Hg | II | HgF2, HgBr2 |
81 | Талий / Thallium | Tl | I, III | TlCl3, TlF |
82 | Свинец / Lead | Pb | II, IV | PbS, PbH4 |
83 | Висмут / Bismuth | Bi | III, V | BiF5, Bi2S3 |
84 | Полоний / Polonium | Po | VI, IV, II | PoCl4, PoO3 |
85 | Астат / Astatine | At | нет данных | — |
86 | Радон / Radon | Rn | отсутствует | — |
87 | Франций / Francium | Fr | I | — |
88 | Радий / Radium | Ra | II | RaBr2 |
89 | Актиний / Actinium | Ac | III | AcCl3 |
90 | Торий / Thorium | Th | II, III, IV | ThO2, ThF4 |
91 | Проактиний / Protactinium | Pa | IV, V | PaCl5, PaF4 |
92 | Уран / Uranium | U | III, IV | UF4, UO3 |
93 | Нептуний | Np | III — VI | NpF6, NpCl4 |
94 | Плутоний | Pu | II, III, IV | PuO2, PuF3, PuF4 |
95 | Америций | Am | III — VI | AmF3, AmO2 |
96 | Кюрий | Cm | III, IV | CmO2, Cm2O3 |
97 | Берклий | Bk | III, IV | BkF3, BkO2 |
98 | Калифорний | Cf | II, III, IV | Cf2O3 |
99 | Эйнштейний | Es | II, III | EsF3 |
100 | Фермий | Fm | II, III | — |
101 | Менделевий | Md | II, III | — |
102 | Нобелий | No | II, III | — |
103 | Лоуренсий | Lr | III | — |
Номер | Элемент | Символ | Валентность химических элементов | Пример |
Источник: https://infotables.ru/khimiya/1071-valentnost-khimicheskikh-elementov
Электроотрицательность. Степень окисления и валентность химических элементов
Электроотрицательность — способность атома какого-либо химического элемента в соединении оттягивать на себя электроны связанных с ним атомов других химических элементов.
Электроотрицательность, как и прочие свойства атомов химических элементов, изменяется с увеличением порядкового номера элемента периодически:
- График выше демонстрирует периодичность изменения электроотрицательности элементов главных подгрупп в зависимости от порядкового номера элемента.
- При движении вниз по подгруппе таблицы Менделеева электроотрицательность химических элементов уменьшается, при движении вправо по периоду возрастает.
- Электроотрицательность отражает неметалличность элементов: чем выше значение электроотрицательности, тем более у элемента выражены неметаллические свойства.
Степень окисления
Степень окисления – условный заряд атома химического элемента в соединении, рассчитанный исходя из предположения, что все связи в его молекуле ионные, т.е. все связывающие электронные пары смещены к атомам с большей электроотрицательностью.
Как рассчитать степень окисления элемента в соединении?
Степень окисления химических элементов в простых веществах всегда равна нулю.
Существуют элементы, проявляющие в сложных веществах постоянную степень окисления:
Щелочные металлы, т.е. все металлы IA группы — Li, Na, K, Rb, Cs, Fr | +1 |
Все элементы II группы, кроме ртути: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd | +2 |
Алюминий Al | +3 |
Фтор F | -1 |
Существуют химические элементы, которые проявляют в подавляющем большинстве соединений постоянную степень окисления. К таким элементам относятся:
водород H | +1 | Гидриды щелочных и щелочно-земельных металлов, например: |
кислород O | -2 | Пероксиды водорода и металлов: Фторид кислорода — |
Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле всегда равна нулю. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в ионе равна заряду иона.
Высшая (максимальная) степень окисления равна номеру группы. Исключения, которые не попадают под это правило, — элементы побочной подгруппы I группы, элементы побочной подгруппы VIII группы, а также кислород и фтор.
Химические элементы, номер группы которых не совпадает с их высшей степенью окисления (обязательные к запоминанию)
Кислород | VI | +2 (в OF2) |
Фтор | VII | 0 |
Медь | I | +2 |
Железо | VIII | +6 (например K2FeO4) |
Низшая степень окисления металлов всегда равна нулю, а низшая степень окисления неметаллов рассчитывается по формуле:
- низшая степень окисления неметалла = №группы − 8
Отталкиваясь от представленных выше правил, можно установить степень окисления химического элемента в любом веществе.
Валентность
Валентность — число химических связей, которые образует атом элемента в химическом соединении.
Валентность атомов обозначается римскими цифрами: I, II, III и т.д.
Валентные возможности атома зависят от количества:
- неспаренных электронов
- неподеленных электронных пар на орбиталях валентных уровней
- пустых электронных орбиталей валентного уровня
Валентные возможности атома водорода
Было сказано, что на валентные возможности могут влиять три фактора — наличие неспаренных электронов, наличие неподеленных электронных пар на внешнем уровне, а также наличие вакантных (пустых) орбиталей внешнего уровня.
Мы видим на внешнем (и единственном) энергетическом уровне один неспаренный электрон. Исходя из этого, водород может точно иметь валентность, равную I. Однако на первом энергетическом уровне есть только один подуровень — s, т.е. атом водорода на внешнем уровне не имеет как неподеленных электронных пар, так и пустых орбиталей.
Таким образом, единственная валентность, которую может проявлять атом водорода, равна I.
Валентные возможности атома углерода
Рассмотрим электронное строение атома углерода. В основном состоянии электронная конфигурация его внешнего уровня выглядит следующим образом:
Т.е. в основном состоянии на внешнем энергетическом уровне невозбужденного атома углерода находится 2 неспаренных электрона. В таком состоянии он может проявлять валентность, равную II.
Однако атом углерода очень легко переходит в возбужденное состояние при сообщении ему энергии, и электронная конфигурация внешнего слоя в этом случае принимает вид:
Несмотря на то что на процесс возбуждения атома углерода тратится некоторое количество энергии, траты с избытком компенсируются при образовании четырех ковалентных связей.
По этой причине валентность IV намного более характерна для атома углерода. Так, например, валентность IV углерод имеет в молекулах углекислого газа, угольной кислоты и абсолютно всех органических веществ.
Помимо неспаренных электронов и неподеленных электронных пар на валентные возможности также влияет наличие вакантных ( ) орбиталей валентного уровня.
Наличие таких орбиталей на заполняемом уровне приводит к тому, что атом может выполнять роль акцептора электронной пары, т.е. образовывать дополнительные ковалентные связи по донорно-акцепторному механизму.
Так, например, вопреки ожиданиям, в молекуле угарного газа CO связь не двойная, а тройная, что наглядно показано на следующей иллюстрации:
Резюмируя информацию по валентным возможностям атома углерода:
- Для углерода возможны валентности II, III, IV
- Наиболее распространенная валентность углерода в соединениях IV
- В молекуле угарного газа CO связь тройная (!), при этом одна из трех связей образована по донорно-акцепторному механизму
Валентные возможности атома азота
Как видно из иллюстрации выше, атом азота в своем обычном состоянии имеет 3 неспаренных электрона, в связи с чем логично предположить о его способности проявлять валентность, равную III. Действительно, валентность, равная трём, наблюдается в молекулах аммиака (NH3), азотистой кислоты (HNO2), треххлористого азота (NCl3) и т.д.
Выше было сказано, что валентность атома химического элемента зависит не только от количества неспаренных электронов, но также и от наличия неподеленных электронных пар.
Связано это с тем, что ковалентная химическая связь может образоваться не только, когда два атома предоставляют друг другу по одному электрону, но также и тогда, когда один атом, имеющий неподеленную пару электронов — донор( ) предоставляет ее другому атому с вакантной ( ) орбиталью валентного уровня (акцептору). Т.е.
для атома азота возможна также валентность IV за счет дополнительной ковалентной связи, образованной по донорно-акцепторному механизму. Так, например, четыре ковалентных связи, одна из которых образована по донорно-акцепторному механизму, наблюдается при образовании катиона аммония:
Несмотря на то что одна из ковалентных связей образуется по донорно-акцепторному механизму, все связи N-H в катионе аммония абсолютно идентичны и ничем друг от друга не отличаются.
Валентность, равную V, атом азота проявлять не способен. Связано это с тем, что для атома азота невозможен переход в возбужденное состояние, при котором происходит распаривание двух электронов с переходом одного из них на свободную орбиталь, наиболее близкую по уровню энергии.
Атом азота не имеет d-подуровня, а переход на 3s-орбиталь энергетически настолько затратен, что затраты энергии не покрываются образованием новых связей.
Многие могут задаться вопросом, а какая же тогда валентность у азота, например, в молекулах азотной кислоты HNO3 или оксида азота N2O5? Как ни странно, валентность там тоже IV, что видно из нижеследующих структурных формул:
Пунктирной линией на иллюстрации изображена так называемая делокализованная π-связь. По этой причине концевые связи NO можно назвать «полуторными». Аналогичные полуторные связи имеются также в молекуле озона O3, бензола C6H6 и т.д.
Резюмируя информацию по валентным возможностям атома азота:
- Для азота возможны валентности I, II, III и IV
- Валентности V у азота не бывает!
- В молекулах азотной кислоты и оксида азота N2O5 азот имеет валентность IV, а степень окисления +5 (!).
- В соединениях, в которых атом азота четырехвалентен, одна из ковалентных связей образована по донорно-акцепторному механизму (соли аммония NH4+, азотная кислота и д.р).
Источник: https://scienceforyou.ru/teorija-dlja-podgotovki-k-egje/jelektrootricatelnost-stepen-okislenija-valentnost