Химия. 7 класс. Попель

§ 14. Валентность химических элементов

Материал параграфа поможет вам:

  • выяснить, что называют валентностью химического элемента;
  • вычислять значения валентности элементов в соединениях по их формулам;
  • составлять формулы соединений по значениям валентности элементов.

Валентность. Числовые индексы в химических формулах указывают на то, что атомы соединяются друг с другом не произвольно, а в определенных соотношениях.

Способность атома соединяться с определенным количеством таких же или других атомов называют валентностью1.

Валентность является важным свойством атома; она имеет количественную характеристику.

Атом Гидрогена всегда соединяется с одним атомом. Если с таким же, то образуется молекула водорода Н2, а если с другим атомом — образуются молекулы фтороводорода HF, воды Н2О:

Гидроген — одновалентный элемент.

В молекуле фтороводорода HF атом Флуора соединен с одним атомом Гидрогена. Проанализировав количественный состав других соединений Флуора, приходим к выводу, что этот элемент, как и Гидроген, является одновалентным.

1 Термин происходит от латинского слова valentia — сила.

Атом Оксигена соединяется в молекуле воды с двумя атомами Гидрогена. Оксиген — двухвалентный элемент. Такую валентность Оксиген проявляет всегда — и в молекуле простого вещества (О2), и в молекулах сложных веществ.

Значения валентности элемента при необходимости указывают римской цифрой над его символом в химической формуле:

В математических расчетах и в тексте для этого применяют арабские цифры. Пример соответствующего предложения: «Значение валентности Оксигена равно 2».

  • Определите валентность элементов в молекулах аммиака NH3 и метана СН4.

Сведения о валентности элементов в веществе можно представить другим способом. Сначала записывают на определенном расстоянии друг от друга символы каждого атома, который входит в состав молекулы. Потом одновалентный атом соединяют с другим атомом одной черточкой, от двухвалентного атома проводят две черточки и т. д.:

Такие формулы называют графическими. Они указывают порядок соединения атомов в молекулах.

Молекула простого вещества водорода имеет графическую формулу Н-Н. Аналогичными являются графические формулы молекул фтора, хлора, брома, иода. Графическая формула молекулы кислорода O=O, а молекулы азота N=N.

Составляя графические формулы для молекул сложных неорганических веществ, следует иметь в виду, что в них атомы одного элемента, как правило, не соединены между собой.

Это интересно

В начале XIX в. химические формулы записывали по принципу «наибольшей простоты». Для воды использовали формулу НО, а не Н2О.

  • Изобразите графические формулы молекул аммиака, метана, углекислого газа.

Вы уже узнали, что Гидроген и Флуор всегда одновалентны, а Оксиген — двухвалентен. Другие элементы с постоянной валентностью находятся в I—III группах периодической системы, причем значение валентности каждого элемента совпадает с номером группы. Например, элемент I группы Литий одновалентный, элемент II группы Магний двухвалентный, а элемент III группы Бор трехвалентный. Исключениями являются элементы I группы Купрум (значение валентности — 1 и 2) и Аурум (1 и 3).

Большинство химических элементов имеют переменную валентность. Приводим ее значения для некоторых из них:

Плюмбум (IV группа) — 2, 4;

Фосфор (V группа) — 3,5;

Сульфур (VI группа) — 2, 4, 6;

Хром (VI группа) — 2, 3, 6;

Хлор (VII группа) — 1, 3, 5, 7;

Манган (VII группа) — 2, 4, 6, 7;

Феррум (VIII группа) — 2, 3, 6.

Максимальное значение валентности химических элементов равно 8.

Определение валентности элементов в бинарном соединении по его химической формуле. Бинарным1 называют соединение, образованное двумя элементами. Значение валентности элемента в соединении определяют тогда, когда он имеет переменную валентность. Покажем, как выполняют такое задание.

Определим значение валентности Иода в его соединении с Оксигеном, которое имеет формулу I2О5.

1 Термин происходит от латинского слова binarius — двойной, состоящий из двух частей.

Вы знаете, что Оксиген — двухвалентный элемент. Запишем значение его валентности над символом элемента в химической формуле соединения:

На 5 атомов Оксигена приходится 2 • 5 = 10 единиц валентности. Их «распределяем» между двумя атомами Иода (10 : 2 = 5). Следовательно, Иод в соединении пятивалентен:

  • Определите валентность элементов в соединениях, имеющих формулы SO2 и Сl2О7.

Составление химических формул бинарных соединений по валентности элементов. Выполним задание, противоположное предыдущему, — составим химическую формулу соединения Сульфура с Оксигеном, в котором Сульфур шестивалентен.

Сначала запишем символы элементов, образующих соединение, и укажем над ними значения валентности:

Затем находим наименьшее число (наименьшее общее кратное), которое делится без остатка на оба значения валентности. Это число 6. Делим его на значение валентности каждого элемента и получаем соответствующие индексы в химической формуле:

Для проверки химической формулы используют правило: произведения значений валентности каждого элемента на количество его атомов в формуле бинарного соединения одинаковы. Убедимся в этом для соединения SO3 : 6 • 1 = 2 • 3.

Составляя формулы бинарных соединений, сначала записывают символы металлических элементов, а потом — неметаллических. Если соединение образовано только неметаллическими элементами и среди них есть Оксиген или Флуор, то эти два элемента записывают последними.

Это интересно

Порядок записи элементов в формуле соединения Оксигена с Флуором такой: OF2.

  • Составьте химическую формулу соединения Бора: а) с Флуором; б) с Оксигеном.

В формуле соединения Гидрогена с неметаллическим элементом VI или VII группы первым записывают Гидроген (Н2Те, НВr), а для других аналогичных соединений этого элемента применяют противоположный порядок записи элементов (РН3, СН4).

Это интересно

Формулы соединений, образованных тремя и более элементами, составляют иначе.

Выводы

Валентность — это способность атома соединяться с определенным количеством таких же или других атомов.

Существуют элементы с постоянной и переменной валентностью. Гидроген, Флуор всегда одновалентны, Оксиген — двухвалентен.

Значения валентности элементов показывают в графических формулах молекул соответствующим количеством черточек около атомов.

В формуле бинарного соединения произведения значений валентности каждого элемента на количество его атомов одинаковы.

95. Что такое валентность химического элемента? Назовите минимальное и максимальное значения валентности элементов.

96. Укажите в приведенном перечне символы элементов с постоянной валентностью: К, Са, Cu, Cl, Zn, F, Н.

97. Какое соединение называют бинарным? Напишите формулы нескольких таких соединений, каждое из которых образовано:

  • а) неметаллическими элементами;
  • б) металлическим и неметаллическим элементами.

98. По указанным значениям валентности одного из элементов в соединении определите и запишите значение валентности другого элемента:

99. Определите валентность элементов в соединениях, имеющих такие формулы:

  • а) ВаН2, V2O5, SiF4, Li3P;
  • б) CuF2, Ca3N2, P2O3, Mn2O7.

100. Составьте формулы соединений, образованных элементами с постоянной валентностью: Na...H...; Ba...F...; Al...О...; AI...F... .

101. Составьте формулы соединений по указанным валентностям некоторых элементов:

102. Напишите формулы соединений Калия и Алюминия с Гидрогеном.

103. Напишите формулы соединений с Оксигеном таких элементов:

  • а) Лития;
  • б) Магния;
  • в) Осмия (проявляет валентность 4 и 8).

104. Изобразите графические формулы молекул Сl2О, РН3, SO3.

105. Определите валентность элементов по графическим формулам молекул:

ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Валентность химического элемента и его размещение в периодической системе

Проанализировав приведенные в предыдущем параграфе значения валентности элементов, можно прийти к важному выводу: максимальное значение валентности элемента совпадает с номером группы, в которой он находится1. С этим выводом согласуется также то, что значение валентности химических элементов не может быть больше 8, ведь в периодической системе — восемь групп.

Существует и такое правило: значение валентности неметаллического элемента в соединении с Гидрогеном или металлическим элементом равно разности между числом 8 и номером группы, в которой находится элемент. Подтвердим его несколькими примерами. Элемент VII группы Иод в иодоводороде HI одновалентен (8 - 7 = 1), элемент VI группы Сульфур в соединении CaS двухвалентен (8 - 6 = 2), элемент V группы Нитроген в соединении AIN и аммиаке NH3 трехвалентен (8 - 5 = 3).

1 Имеются исключения.

Известна еще одна закономерность: неметаллические элементы четных групп имеют четные значения валентности, а элементы нечетных групп — нечетные значения валентности. Эту закономерность подтверждает информация в предыдущем параграфе о валентности Фосфора, Сульфура, Хлора.

Все изложенное поможет вам прогнозировать значения валентности химических элементов и составлять формулы соединений.

НА ДОСУГЕ

«Изготовляем» молекулы

Рис. 47. Модель молекулы СН4

По графическим формулам можно изготовлять модели молекул (рис. 47). Самым удобным материалом для этого является пластилин. Из него делают шарики-атомы (для атомов различных элементов используют пластилин разного цвета). Шарики соединяют с помощью спичек; каждая спичка заменяет одну черточку в графической формуле молекулы.

Изготовьте модели молекул Н2, О2, Н2О (имеет угловую форму), NH3 (имеет форму пирамиды с атомом Нитрогена в вершине), СО2 (атомы размещены на одной линии).