§ 17. Валентність хімічних елементів. Складання формул бінарних сполук за валентністю

Вивчення параграфа допоможе вам:

зрозуміти сутність поняття валентності;
навчитися складати формули бінарних сполук за валентністю елементів;
називати елементи з постійною валентністю

Досі ви мали справу з хімічними формулами речовин, які називав учитель або з наведеними у підручнику. Частину з них ви вже запам’ятали.

Запишіть 5 формул і 5 назв відомих вам речовин.

Але речовин надто багато, щоб покладатись лише на запам’ятовування їх формул. Тому варто знати правіша складання формул за валентністю.

ЩО НАЗИВАЮТЬ ВАЛЕНТНІСТЮ? Вчених здавна цікавило: чому молекули, що складаються з двох і більше атомів, становлять єдине ціле? Чим визначаються кількісні відношення атомів у молекулі? Відповідь на поставлені запитання була запропонована англійським хіміком Е. Франклендом, який увів у науку поняття валентності, що в перекладі з латини означає «сила».

• Валентність — це здатність атома приєднувати або заміщувати певну кількість інших атомів.

Деякі атоми мають постійну валентність, у більшості елементів є кілька значень валентності, тобто вона змінна.

Валентність виражається цілими числами. За одиницю валентності взято валентність Гідрогену, цей елемент одновалентний. Валентність може набувати значень від І до VIII.

Проаналізуємо хімічні формули:

Із першої формули бачимо, що у молекулі гідроген хлориду один атом одновалентного Гідрогену сполучений з одним атомом Хлору, тож Хлор у цій сполуці одновалентний. Друга формула свідчить, що з одним атомом Оксигену у молекулі води сполучені два атоми Гідрогену. Відповідно, розмірковуючи, робимо висновок, що Оксиген — двовалентний. За третьою формулою встановлюємо, що Нітроген в амоніаку — тривалентний, а за четвертою — що Карбон у метані має валентність ІV.

Запишемо розглянуті формули, позначивши валентність хімічних елементів над їх символами:

У розглянутих прикладах сума одиниць валентності Гідрогену дорівнює валентності іншого елемента. Наприклад, у формулі СH₄ сума валентностей Гідрогену 1 • 4 = 4. Це правило поширюється на більшість бінарних сполук («бі» означає два), тобто утворених двома хімічними елементами.

• У бінарній сполуці сума одиниць валентності одного хімічного елемента дорівнює сумі одиниць валентності іншого елемента.

Розглянемо валентність деяких хімічних елементів та навчимося користуватися нею для складання формул бінарних сполук.

ЕЛЕМЕНТИ З ПОСТІЙНОЮ ТА ЗМІННОЮ ВАЛЕНТНІСТЮ. Елементів із постійною валентністю не так уже й багато. Їх приклади наведено в переліку:

Спробуйте його запам’ятати — це прискорить виконання вами багатьох вправ, пов’язаних зі складанням формул, визначенням валентності елемента в речовині за відомою валентністю інших елементів.

Атоми інших хімічних елементів (їх більшість) мають змінну валентність. Наприклад, у Сульфуру валентність набуває значень II, IV, VI; у Купруму — I, II; у Феруму — II, III; у Хлору — I, III, V, VІІ. Тому у назвах їх сполук після назви символу обов’язково вказують римськими цифрами у круглих дужках значення валентності, наприклад, Сульфур(VI) оксид має формулу SO₃ (мал. 64, а), яку читають «ес-о-три». Інша бінарна сполука Сульфуру з Оксигеном SO₂ (мал. 64, б) вимовляється «ес-о-два» і має назву сульфур(IV) оксид.

Мал. 64. Моделі молекул сполук Сульфуру з Оксигеном

Зверніть увагу, що в розглянутих прикладах змінна валентність елемента пишеться у круглих дужках і без відступу від його назви.

• У назвах складних речовин, утворених елементом зі змінною валентністю, після його символу без відступу записують валентність римською цифрою у круглих дужках.

СКЛАДАННЯ ФОРМУЛ БІНАРНИХ СПОЛУК ЗА ВАЛЕНТНІСТЮ. Складання формул бінарних сполук можна здійснювати у два способи. Послідовність дій у першому способі відображено у таблиці 6.

Таблиця 6

Складання формул бінарних сполук за валентністю

Використання другого способу складання формул (назвемо його діагональним) базується на тому, що у багатьох бінарних сполуках індекс одного елемента збігається з валентністю другого.

Переконайтеся в цьому на прикладах щойно складених формул P₂O₅ та SO₃. Після послідовного виконання зазначених у таблиці перших двох дій маємо запис:

Далі, враховуючи зазначені валентності, записуємо індекс 2 для Фосфору (P₂) і 5 для Оксигену (О₅). Одержуємо формулу:

Аналогічно складаючи формулу сульфyp(VI) оксиду, ми мали б написати S₂O₆. Однак у формулах бінарних неорганічних речовин за невеликим винятком, прикладом якого є гідроген пероксид Н₂О₂ (у медицині його розчин називається «перекис водню»), індекси не бувають парними числами. Тому індекси 2 і 6 скорочуємо вдвоє й одержуємо хімічну формулу сульфур(VІ) оксиду — SO₃.

• Діагональним способом зручно складати формули за валентністю, необхідно лише у разі парних індексів провести їх скорочення.

Потренуємось у використанні діагонального способу складання формул бінарних сполук. Формула сполуки Хлору з Оксигеном містить 5 атомів Оксигену. В атомів Оксигену постійна валентність II, в атомів Хлору — змінна.

Скориставшись діагональним способом, знаходимо індекс Хлору. Він дорівнює валентності Оксигену, тобто 2. Отже, формула сполуки: Сl₂О₅, Хлор у ній п’ятивалентний.

Поняття валентності поширюється й на хімічні елементи, з яких утворені прості речовини, що мають двохатомні молекули:

Скарбничка ерудита

Поняття валентності було введено в хімію у 1853 році, тобто майже на півсторіччя раніше, ніж фізикам удалося з’ясувати склад і будову атома Відкриття фізиків допомогли розвинути вчення про валентність за рахунок таких понять, як хімічний зв’язок та ступінь окиснення. Їх ви будете вивчати у 8-9 класах.

1. Що розуміють під валентністю хімічних елементів?
2. Які ви знаєте елементи з постійною валентністю?
3. Як скласти формулу бінарної сполуки за валентністю хімічних елементів?
4. Складіть формули бінарних сполук елементів та запишіть їх у таблицю, дотримуючись правила, що символи металічних елементів пишуть першими.

Символи елементів	О	Η	N(III)
Na
Mg
Al

5. Складіть формули бінарних сполук: Йоду(V) з Оксигеном: Купруму(І) з Оксигеном; Арсену(ІІІ) з Гідрогеном, Карбону(ІV) з Сульфуром(ІІ).
6. За складеними у завданні 5 хімічними формулами обчисліть відносні молекулярні маси сполук та масові частки елементів у них.