Určete valence chemických prvků

Znalost struktury atomů a molekul v XIX století nemůže vysvětlit důvod, pro který určitý počet atomů tvoří vazby s jinými částicemi. Myšlenky vědců však překonaly svůj čas a valence je stále studována jako jeden ze základních principů chemie.

Z historie konceptu "valence chemických prvků"

Vynikající anglický chemik z 19. století Edward Frankland představil termín "spojení" ve vědeckém použití k popisu procesu interakce atomů mezi sebou. Vědci si všimli, že některé chemické prvky tvoří sloučeniny se stejným počtem jiných atomů. Například dusík spojuje tři atomy vodíku v molekule amoniaku.

V květnu 1852 Frankland hypotézal, že existuje určitý počet chemických vazeb, které se atom může tvořit s jinými drobnými částicemi hmoty. Frankland používal výraz "spojovací síla" k popisu toho, co by se později nazval valencí. Britský chemik stanovil, kolik chemických vazeb tvoří atomy jednotlivých prvků, které jsou známy v polovině 19. století. Práce Franklandu byla důležitým příspěvkem k moderní strukturální chemii.

Vývoj názorů

Německý chemik F.A. Kekule dokázal v roce 1857, že uhlík je čtyřbodový. Ve svém nejjednodušenějším spojení - methanu - existují spojení se 4 atomy vodíku. Termín "základní" vědec použil k identifikaci vlastností prvků pro připojení přesně definovaného počtu dalších částic. V Rusku údaje o struktura hmoty systématizovaný AM Butlerovem (1861). Další vývoj teorie chemických vazeb byl způsoben teorií periodických změn ve vlastnostech prvků. Její autor je další vynikající Ruský chemik, D. I. Mendelejev. Dokázal, že valence chemických prvků ve sloučeninách a dalších vlastnostech je způsobena polohou, kterou zaujímají v periodickém systému.

Grafické znázornění valenční a chemické vazby

Možnost vizualizace molekul je jednou z nepochybných zásluh teorie valence. První modely se objevily v šedesátých letech a od roku 1864 byly používány strukturní vzorce, Jsou to kruhy s chemickým označením uvnitř. Mezi symboly atomů je označeno pomlčkou chemická vazba, a počet těchto řádků se rovná hodnotě valence. Ve stejných letech byly vyrobeny první modely s kuličkovými tyčemi (viz foto vlevo). V roce 1866 navrhl Kekule stereochemickou kresbu uhlíkového atomu ve formě čtyřstěnu, který zahrnoval ve své učebnici "Organická chemie".

Valence chemických prvků a vznik spojení studoval G. Lewis, který publikoval své práce v roce 1923 poté objev elektronu. Takzvané záporně nabité drobné částice, které jsou součástí skořápky atomů, jsou nazývány. Ve své knize Lewis použil body kolem čtyř stran symbol chemického prvku pro zobrazení valenčních elektronů.

Valence pro vodík a kyslík

Před vytvořením periodického systému byla míra valence chemických prvků ve sloučeninách srovnávána s atomy, pro které je známa. Jako standardy byly vybrány vodík a kyslík. Jiný chemický prvek přitahuje nebo nahrazuje určitý počet atomů H a O.

Tímto způsobem byly vlastnosti zjištěny ve sloučeninách s monovalentním vodíkem (valence druhého prvku je označena římskou číslicí):

• HCl - chlor (I):
• H₂O je kyslík (II);
• NH₃ - dusík (III);
• CH₄ - uhlík (IV).

V oxidů K₂O, CO, N₂O₃, SiO₂, SO₃ určena mocenství kovů a nekovů kyslík, zdvojnásobení počtu atomů připojitelný O. Tato sloučenina se získá následující hodnoty: K (I), K (II), N (III), Si (IV), S (VI).

Jak určit míru chemických prvků

Existují pravidelnosti při tvorbě chemické vazby zahrnující běžné elektronické páry:

• Typická vodíková valence je I.
• Obvyklá viskozita kyslíku je II.
• Pro prvky nekovy-nižší valenční může být určena podle vzorce 8 - № skupinu, ve které jsou v periodické soustavy. Čím vyšší je, pokud je to možné, je určeno číslem skupiny.
• Pro prvky podskupin je maximální možný valencí stejný jako počet jejich skupin v periodické tabulce.

Stanovení valence chemických prvků podle vzorce sloučeniny se provádí za použití následujícího algoritmu:

1. Zapsat nad chemickým znaménkem známou hodnotu pro jeden z prvků. Například v Mn₂O_7. kyslíková valence je II.
2. Vypočítejte celkovou hodnotu, pro kterou je nutné vynásobit valence počtem atomů stejného chemického prvku v molekule: 2 * 7 = 14.
3. Určete valence druhého prvku, pro který není známo. Rozdělí hodnotu získanou v pododdíle 2 o počet atomů Mn v molekule.
4. 14: 2 = 7. Valence manganu ve svém vyšším oxidu je VII.

Konstantní a variabilní valence

Hodnoty pro vodík a kyslík jsou různé. Například síra ve sloučenině H₂S je dvojmocný a ve vzorci SO₃ - hexavalentní. Uhlíkové formy obsahují kyslík a oxid křemičitý₂. V první sloučenině je valencí C je II a ve druhé IV. Stejná hodnota v metanu CH₄.

Většina prvků nevykazuje konstantní, ale variabilní valence, například fosfor, dusík, síru. Hledání hlavních příčin tohoto jevu vedlo k vzniku teorií chemické vazby, myšlenky na valenční skořápku elektronů, molekulární orbitaly. Existence různých hodnot stejné vlastnosti byla vysvětlena strukturou atomů a molekul.

Moderní koncepce valence

Všechny atomy se skládají z pozitivního jádra obklopeného záporně nabitými elektrony. Vnější plášť, který tvoří, je nedokončený. Dokončená struktura je nejstabilnější, obsahuje 8 elektronů (octet). Vzhled chemické vazby v důsledku společných elektronových párů vede k energeticky příznivému stavu atomů.

Pravidlem pro tvorbu sloučenin je dokončení skořápky tím, že se elektrony nebo odpalování nezapojí - v závislosti na tom, který proces je snadnější projít. Pokud atom poskytuje pro vytvoření chemické vazby negativních částic, které nemají páru, vazby vytváří tak dlouho, jak to nepárových elektronů. Podle moderních pojmů je valencí atomů chemických prvků schopnost vytvářet určitý počet kovalentních vazeb. Například v molekule sirovodíku H₂S síra získává valence II (-), protože každý atom se podílí na tvorbě dvou elektronových párů. Znak ";" označuje přitažlivost elektronového páru k elektro-negativnímu prvku. Při méně elektronativní hodnotě valence přidejte "+".

Při mechanismu donor-akceptor se v procesu účastní elektronické páry jednoho prvku a volantové orbitaly druhého.

Závislost valence na struktuře atomu

Zvažte například uhlík a kyslík, jak valence chemických prvků závisí na struktuře hmoty. Mendelejevův stůl dává představu o hlavních charakteristikách atomu uhlíku:

• chemické označení - C;
• číslo prvku je 6;
• náboj jádra je +6;
• protony v jádru - 6;
• elektrony - 6, včetně 4 externích, z nichž 2 tvoří dvojici, 2 - nepárových.

Pokud atom uhlíku v monoxidu CO vytváří dvě vazby, pak do něj vstupuje pouze 6 negativních částic. Chcete-li získat oktet, je nutné, aby dvojice vytvořily 4 vnější negativní částice. Uhlík má valence IV (+) v dioxidu a IV (-) v methanu.

Pořadové číslo kyslíku - 8, skořápka valence se skládá ze šesti elektronů, dva z nich tvoří pár a jsou zapojeny do chemických vazeb a interakce s jinými atomy. Typická valenta kyslíku je II (-).

Valence a oxidační stav

V mnoha případech je vhodnější použít termín "oxidační stav". Tzv náboj atom, které by získat, pokud jsou všechny elektrony byly přesunuty do vázacího prvku, který má elektroootritsatelnosti vyšší hodnoty (EO). Oxidační číslo v jednoduché látce je nulové. Do oxidačního stavu prvku EO se přidá znaménko ";", méně než elektroonegativní - "+". Například u kovů hlavních podskupin jsou oxidační stupně a iontové náboje ekvivalentní počtu skupiny s označením "+". Ve většině případů je mocenství a oxidační stav atomu ve stejné sloučeniny číselně shodují. Pouze když interaguje s více elektronygativními atomy je stupeň pozitivní oxidace, s prvky, pro něž je EO nižší, je negativní. Koncept "valence" se často uplatňuje pouze na látky molekulární struktury.