Come determinare la valenza senza indici. Determinazione della valenza degli elementi chimici

In questo articolo esamineremo i metodi e capiremo come determinare la valenza elementi della tavola periodica.

In chimica è accettato che la valenza degli elementi chimici possa essere determinata dal gruppo (colonna) nella tavola periodica. In realtà non sempre la valenza di un elemento corrisponde al numero del gruppo, ma nella maggior parte dei casi una certa valenza utilizzando questo metodo darà il risultato corretto; spesso gli elementi, a seconda di vari fattori, hanno più di una valenza.

L'unità di valenza è considerata la valenza di un atomo di idrogeno pari a 1, cioè l'idrogeno è monovalente. Pertanto, la valenza di un elemento indica a quanti atomi di idrogeno è collegato un atomo dell'elemento in questione. Ad esempio, HCl, dove il cloro è monovalente; H2O, dove l'ossigeno è bivalente; NH3, dove l'azoto è trivalente.

Come determinare la valenza utilizzando la tavola periodica.

La tavola periodica contiene elementi chimici che vengono inseriti in essa secondo determinati principi e leggi. Ogni elemento sta al suo posto, che è determinato dalle sue caratteristiche e proprietà, e ogni elemento ha il proprio numero. Le linee orizzontali sono chiamate periodi, che aumentano dalla prima linea verso il basso. Se un periodo è composto da due righe (come indicato dalla numerazione a lato), tale periodo viene chiamato grande. Se ha solo una riga, si chiama piccolo.

Inoltre, nella tabella sono presenti gruppi, di cui otto in totale. Gli elementi sono posizionati in colonne verticali. Qui la loro disposizione non è uniforme: da un lato ci sono più elementi (gruppo principale), dall'altro meno (gruppo laterale).

La valenza è la capacità di un atomo di formare un certo numero di legami chimici con atomi di altri elementi. l'uso della tavola periodica ti aiuterà a comprendere la conoscenza dei tipi di valenza.

Per gli elementi dei sottogruppi secondari (e questi includono solo i metalli), è necessario ricordare la valenza, soprattutto perché nella maggior parte dei casi è uguale a I, II, meno spesso III. Dovrai anche memorizzare le valenze degli elementi chimici che hanno più di due significati. Oppure tieni sempre a portata di mano una tabella delle valenze degli elementi.

Algoritmo per determinare la valenza utilizzando le formule degli elementi chimici.

1. Annota la formula di un composto chimico.

2. Designare la valenza nota degli elementi.

3. Trova il minimo comune multiplo di valenza e indice.

4. Trova il rapporto tra il minimo comune multiplo e il numero di atomi del secondo elemento. Questa è la valenza desiderata.

5. Verifica moltiplicando la valenza e l'indice di ciascun elemento. I loro prodotti devono essere uguali.

Esempio: Determiniamo la valenza degli elementi di idrogeno solforato.

1. Scriviamo la formula:

2. Indichiamo la valenza nota:

3. Trova il minimo comune multiplo:

4. Trova il rapporto tra il minimo comune multiplo e il numero di atomi di zolfo:

5. Controlliamo:

Tabella dei valori di valenza caratteristici di alcuni atomi di composti chimici.

Elementi	Valenza	Esempi di connessione
		H2, HF, Li2O, NaCl, KBr
O, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn		H2O, MgCl2, CaH2, SrBr2, BaO, ZnCl2
		CO2, CH4, SiO2, SiCl4
		CrCl2, CrCl3, CrO3
		H2S, SO2, SO3
		NH3, NH4CI, HNO3
		PH3, P2O5, H3PO4
		SnCl2, SnCl4, PbO, PbO2
		HCl, ClF 3, BrF 5, IF 7

Gli atomi degli elementi chimici possono formare un numero diverso di legami. Questa capacità ha un nome speciale: valenza. Scopriamo come determinare la valenza utilizzando la tavola periodica, scopriamo di cosa si tratta la sua differenza dal grado ossidazione, vedremo gli schemi caratteristici del carbonio, del fosforo, dello zinco, impareremo a trovare la valenza degli elementi chimici.

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Informazioni di base

La valenza è la capacità degli atomi di diversi elementi chimici di formare legami tra loro. In altre parole, possiamo dire che questa è la capacità di un atomo di legare a sé un certo numero di altri atomi.

Importante! Questo non è sempre un numero costante per lo stesso elemento. In diversi composti, un elemento può avere significati diversi.

Determinazione secondo la tabella D.I. Mendeleev

Per determinare questa capacità di un atomo, è necessario sapere cosa gruppi e sottogruppi della tavola periodica.

Si tratta di colonne verticali che dividono tutti gli elementi secondo un determinato criterio. A seconda della caratteristica si distinguono suddivisioni di elementi.

Queste colonne dividono gli elementi in elementi pesanti e leggeri, nonché sottogruppi: alogeni, gas inerti e simili.

Quindi, per determinare la capacità di un elemento di formare legami, devi essere guidato da due regole:

• La valenza più alta di un elemento è uguale al numero del suo gruppo.
• La valenza più bassa si trova come differenza tra il numero 8 e il numero del gruppo in cui si trova l'elemento.

Ad esempio, il fosforo mostra una valenza più elevata V – P 2 O 5 e inferiori (8-5) = 3 – PF 3.

Vale anche la pena notare diverse caratteristiche e caratteristiche principali nel determinare questo indicatore:

• La valenza dell'idrogeno è sempre I – H 2 O, HNO 3, H 3 PO 4.
• La valenza è sempre uguale a II - CO 2, SO 3.
• Per i metalli che si trovano nel sottogruppo principale, questo indicatore è sempre uguale al numero del gruppo: Al 2 O 3, NaOH, KH.
• Per i non metalli, molto spesso compaiono solo due valenze: superiore e inferiore.

Ci sono anche elementi che potrebbero avere 3 o 4 valori diversi questo indicatore. Questi includono cloro, boro, iodio, cromo, zolfo e altri. Ad esempio, il cloro ha una valenza I, III, V, VII - HCl, ClF 3, ClF 5, HClO 4, rispettivamente.

Determinazione tramite formula

Per determinare utilizzando la formula, è possibile utilizzare diverse regole:

1. Se è nota la valenza (V) di uno degli elementi in un doppio composto: diciamo che esiste un composto di carbonio e ossigeno CO 2, e sappiamo che la valenza dell'ossigeno è sempre uguale a II, allora possiamo usare la valenza seguente regola: il prodotto del numero di atomi per la sua V di un elemento dovrebbe essere uguale al prodotto del numero di atomi di un altro elemento per la sua V. Pertanto, la valenza può essere trovata in questo modo - 2 × 2 (in una molecola c'è sono 2 atomi di ossigeno con V = 2), cioè la valenza del carbonio è 4. Consideriamo qualche altro esempio: P 2 O 5 - qui la valenza del fosforo = (5*2)/2 = 5. HCl - la valenza del cloro sarà uguale a I, poiché in questa molecola c'è 1 atomo di idrogeno, e V = 1.
2. Se si conosce la valenza di più elementi che compongono un gruppo: in una molecola di idrossido di sodio NaOH, la valenza dell'ossigeno è II e la valenza dell'idrogeno è I, quindi il gruppo -OH ha una valenza libera, poiché l'ossigeno ha attaccato solo un atomo di idrogeno e un altro legame è libero. Il sodio si unirà ad esso. Possiamo concludere che il sodio è un elemento monovalente.

Differenza tra stato di ossidazione e valenza

È molto importante comprendere la differenza fondamentale tra questi concetti. Lo stato di ossidazione è carica elettrica convenzionale, che possiede il nucleo di un atomo, mentre la valenza è il numero di legami che il nucleo di un elemento può stabilire.

Diamo uno sguardo più da vicino a cos'è lo stato di ossidazione. Secondo la moderna teoria della struttura atomica, il nucleo di un elemento è costituito da protoni e neutroni carichi positivamente senza carica, e attorno ad esso ci sono elettroni con carica negativa, che bilanciano la carica del nucleo e rendono l'elemento elettricamente neutro.

Se un atomo stabilisce un legame con un altro elemento, esso dona o accetta elettroni, cioè esce dallo stato di equilibrio e comincia ad avere una carica elettrica. Inoltre, se un atomo cede un elettrone, si carica positivamente, mentre se lo accetta, si carica negativamente.

Attenzione! Nel composto di cloro e idrogeno HCl, l'idrogeno cede un elettrone e acquista una carica di +1, mentre il cloro prende un elettrone e diventa negativo -1. Nei composti complessi, HNO 3 e H 2 SO 4, gli stati di ossidazione saranno H +1 N +5 O 3 -2 e H 2 +1 S +6 O 4 -2.

Confrontando queste due definizioni possiamo concludere che valenza e stato di ossidazione sono spesso la stessa cosa: valenza dell'idrogeno +1 e valenza I, stato di ossidazione dell'ossigeno -2 e V II, ma è molto importante ricordare che questa regola non è sempre seguita!

Nel composto organico del carbonio chiamato formaldeide e con formula HCOH, il carbonio ha uno stato di ossidazione pari a 0, ma ha un V pari a 4. Nel perossido di idrogeno H 2 O 2, l'ossigeno ha uno stato di ossidazione pari a +1, ma V rimane uguale a 2. Pertanto, questi due concetti non dovrebbero essere identificati, poiché in alcuni casi ciò può portare a un errore.

Valenze degli elementi comuni

Idrogeno

Uno degli elementi più abbondanti nell'universo, presente in molti composti e ha sempre V=1. Ciò è dovuto alla struttura del suo orbitale elettronico esterno, in cui l'idrogeno ha 1 elettrone.

Al primo livello non possono esserci più di due elettroni alla volta, quindi l'idrogeno può cedere il suo elettrone e formare un legame (il guscio dell'elettrone rimarrà vuoto), oppure accettare 1 elettrone, formando anche un nuovo legame (l'elettrone la shell sarà completamente riempita).

Esempio: H 2 O – 2 atomi di idrogeno con V=1 sono associati all'ossigeno bivalente; HCl – cloro monovalente e idrogeno; L'HCN è l'acido cianidrico, dove anche l'idrogeno presenta una V pari a 1.

VALENZA(Latino valentia - forza) la capacità di un atomo di attaccare o sostituire un certo numero di altri atomi o gruppi di atomi.

Per molti decenni il concetto di valenza è stato uno dei concetti basilari e fondamentali della chimica. Tutti gli studenti di chimica devono imbattersi in questo concetto. All'inizio sembrava loro abbastanza semplice e inequivocabile: l'idrogeno è monovalente, l'ossigeno è bivalente, ecc. Uno dei manuali per i candidati dice questo: “La valenza è il numero di legami chimici formati da un atomo in un composto”. Ma qual è allora, secondo questa definizione, la valenza del carbonio nel carburo di ferro Fe 3 C, nel ferro carbonile Fe 2 (CO) 9, nei sali noti da tempo K 3 Fe(CN) 6 e K 4 Fe( CN) 6? E anche nel cloruro di sodio, ogni atomo nel cristallo di NaCl è legato ad altri sei atomi! Tante definizioni, anche quelle stampate sui libri di testo, devono essere applicate con molta attenzione.

Nelle pubblicazioni moderne si possono trovare definizioni diverse, spesso incoerenti. Ad esempio, questo: "La valenza è la capacità degli atomi di formare un certo numero di legami covalenti". Questa definizione è chiara e inequivocabile, ma è applicabile solo ai composti con legami covalenti. La valenza di un atomo è determinata dal numero totale di elettroni coinvolti nella formazione di un legame chimico; e il numero di coppie di elettroni con cui un dato atomo è collegato ad altri atomi; e il numero dei suoi elettroni spaiati che partecipano alla formazione di coppie di elettroni comuni. Anche un'altra definizione di valenza incontrata frequentemente come il numero di legami chimici con cui un dato atomo è collegato ad altri atomi causa difficoltà, poiché non è sempre possibile definire chiaramente cosa sia un legame chimico. Dopotutto, non tutti i composti hanno legami chimici formati da coppie di elettroni. L'esempio più semplice sono i cristalli ionici, come il cloruro di sodio; in esso ogni atomo di sodio forma un legame (ionico) con sei atomi di cloro e viceversa. I legami idrogeno dovrebbero essere considerati legami chimici (ad esempio, nelle molecole d'acqua)?

Sorge la domanda a cosa può essere uguale la valenza di un atomo di azoto secondo le sue diverse definizioni. Se la valenza è determinata dal numero totale di elettroni coinvolti nella formazione di legami chimici con altri atomi, allora la valenza massima di un atomo di azoto dovrebbe essere considerata pari a cinque, poiché l'atomo di azoto può utilizzare tutti e cinque i suoi elettroni esterni: due elettroni s e tre elettroni p - quando si formano legami chimici elettroni. Se la valenza è determinata dal numero di coppie di elettroni con cui un dato atomo è collegato ad altri, in questo caso la valenza massima di un atomo di azoto è quattro. In questo caso, tre elettroni p formano tre legami covalenti con altri atomi e un altro legame si forma a causa di due elettroni 2s dell'azoto. Un esempio è la reazione dell'ammoniaca con gli acidi per formare un catione ammonio. Infine, se la valenza è determinata solo dal numero di elettroni spaiati in un atomo, allora la valenza dell'azoto non può essere superiore a tre, poiché l'atomo di N non può averne di più di tre elettroni spaiati (l'eccitazione dell'elettrone 2s può avvenire solo al livello con n = 3, il che è energeticamente estremamente sfavorevole). Pertanto, negli alogenuri, l'azoto forma solo tre legami covalenti e non esistono composti come NF 5, NCl 5 o NBr 5 (a differenza dei completamente stabili PF 3, PCl 3 e PBr 3). Ma se un atomo di azoto trasferisce uno dei suoi elettroni 2s a un altro atomo, il catione N+ risultante avrà quattro elettroni spaiati e la valenza di questo catione sarà quattro. Ciò accade, ad esempio, in una molecola di acido nitrico. Pertanto, diverse definizioni di valenza portano a risultati diversi anche per molecole semplici.

Quale di queste definizioni è “corretta” ed è possibile fornire una definizione inequivocabile di valenza? Per rispondere a queste domande è utile fare un viaggio nel passato e considerare come è cambiato il concetto di “valenza” con lo sviluppo della chimica.

L'idea della valenza degli elementi (che però all'epoca non ricevette riconoscimento) fu espressa per la prima volta a metà del XIX secolo. Il chimico inglese E. Frankland: parlò di una certa “capacità di saturazione” dei metalli e dell'ossigeno. Successivamente, la valenza cominciò ad essere intesa come la capacità di un atomo di attaccare o sostituire un certo numero di altri atomi (o gruppi di atomi) per formare un legame chimico. Uno dei creatori della teoria della struttura chimica, Friedrich August Kekule, scrisse: "La valenza è una proprietà fondamentale dell'atomo, una proprietà costante e immutabile come il peso atomico stesso". Kekule considerava la valenza di un elemento un valore costante. Verso la fine del 1850, la maggior parte dei chimici credeva che la valenza (allora chiamata “atomicità”) del carbonio fosse 4, la valenza dell’ossigeno e dello zolfo fosse 2 e gli alogeni fossero 1. Nel 1868, il chimico tedesco K. G. Wichelhaus propose di utilizzare il termine “atomicità” invece di “valenza” (in latino valentia - forza). Tuttavia per molto tempo non è stato quasi utilizzato, almeno in Russia (si parlava invece, ad esempio, di “unità di affinità”, “numero di equivalenti”, “numero di azioni”, ecc.). È significativo che dentro Dizionario enciclopedico di Brockhaus ed Efron(quasi tutti gli articoli sulla chimica in questa enciclopedia sono stati rivisti, modificati e spesso scritti da D.I. Mendeleev) non c'è alcun articolo sulla "valenza". Non si trova nemmeno nell’opera classica di Mendeleev. Nozioni di base di chimica(menziona solo occasionalmente il concetto di “atomicità”, senza soffermarsi su di esso nei dettagli e senza darne una definizione univoca).

Per mostrare chiaramente le difficoltà che accompagnarono fin dall'inizio il concetto di “valenza”, è opportuno citare un concetto in voga all'inizio del XX secolo. in molti paesi, grazie al grande talento pedagogico dell'autore, il libro di testo del chimico americano Alexander Smith, pubblicato da lui nel 1917 (nella traduzione russa - nel 1911, 1916 e 1931): “Non un solo concetto di chimica ha ricevuto tante definizioni poco chiare e imprecise come il concetto di valenza” E più avanti nella sezione Alcune stranezze nelle opinioni sulla valenza l'autore scrive:

“Quando fu costruito per la prima volta il concetto di valenza, si credeva – del tutto erroneamente – che ogni elemento avesse una valenza. Pertanto, quando si considerano coppie di composti come CuCl e CuCl 2, o... FeCl 2 e FeCl 3, si è partiti dal presupposto che il rame Sempreè bivalente, e il ferro è trivalente, e su questa base hanno distorto le formule per adattarle a questo presupposto. Pertanto, la formula del monocloruro di rame è stata scritta (ed è spesso scritta fino ad oggi) in questo modo: Cu 2 Cl 2. In questo caso, le formule di due composti di cloruro di rame in una rappresentazione grafica assumono la forma: Cl–Cu–Cu–Cl e Cl–Cu–Cl. In entrambi i casi ogni atomo di rame possiede (sulla carta) due unità ed è quindi bivalente (sulla carta). Allo stesso modo... raddoppiando la formula FeCl 2 abbiamo ottenuto Cl 2 >Fe–Fe 2, il che ci ha permesso di considerare... il ferro come trivalente." E poi Smith fa una conclusione molto importante e attuale in ogni momento: “È del tutto contrario al metodo scientifico inventare o distorcere i fatti per sostenere un'idea che, non essendo basata sull'esperienza, è il risultato di mere congetture. Tuttavia, la storia della scienza mostra che tali errori vengono spesso osservati”.

Una revisione delle idee dell'inizio del secolo sulla valenza fu data nel 1912 dal chimico russo L.A. Chugaev, che ricevette riconoscimenti a livello mondiale per il suo lavoro sulla chimica dei composti complessi. Chugaev ha mostrato chiaramente le difficoltà associate alla definizione e all'applicazione del concetto di valenza:

“Valenza è un termine usato in chimica nello stesso senso di “atomicità” per denotare il numero massimo di atomi di idrogeno (o altri atomi monoatomici o radicali monoatomici) con cui un atomo di un dato elemento può essere in connessione diretta (o con cui esso è in grado di sostituire ). La parola valenza è spesso usata anche nel senso di unità di valenza o unità di affinità. Quindi, dicono che l'ossigeno ne ha due, l'azoto tre, ecc. Le parole valenza e “atomicità” erano precedentemente usate senza alcuna distinzione, ma poiché i concetti stessi da esse espressi perdevano la semplicità originaria e si complicavano, per un certo numero di casi rimase in uso solo la parola valenza... La complicazione del Il concetto di valenza è iniziato con il riconoscimento che la valenza è una quantità variabile... e nel senso della questione è sempre espressa come numero intero.

I chimici sapevano che molti metalli hanno valenza variabile e avrebbero dovuto parlare, ad esempio, di cromo bivalente, trivalente ed esavalente. Chugaev ha affermato che anche nel caso del carbonio è necessario riconoscere la possibilità che la sua valenza possa essere diversa da 4, e il CO non è l’unica eccezione: “Il carbonio bivalente è molto probabilmente contenuto nelle carbilammine CH 3 -N=C, nell'acido fulminato e nei suoi sali C=NOH, C=NOMe, ecc. Sappiamo che esiste anche il carbonio triatomico...” Discutendo la teoria del chimico tedesco I. Thiele sulle valenze “parziali” o parziali, Chugaev ne parlò come “Uno dei primi tentativi di espandere il concetto classico di valenza e di estenderlo a casi ai quali esso, come tale, è inapplicabile. Se Thiele è arrivato alla necessità... di consentire la “frammentazione” delle unità di valenza, allora c'è tutta una serie di fatti che ci costringono, in un altro senso, a derivare il concetto di valenza dal quadro ristretto in cui esso era originariamente contenuto. Abbiamo visto che lo studio dei composti più semplici (per lo più binari...) formati da elementi chimici per ciascuno di questi ultimi ci costringe ad assumere determinati valori, sempre piccoli e, ovviamente, interi della loro valenza. Tali valori, in genere, sono molto pochi (sono rari gli elementi che presentano più di tre valenze diverse)... L'esperienza insegna però che quando tutte le unità di valenza sopra menzionate sono da considerarsi sature, la capacità delle molecole formate in questo il caso di ulteriori aggiunte non ha ancora raggiunto il limite. Così i sali metallici aggiungono acqua, ammoniaca, ammine..., formando vari idrati, ammoniaca... ecc. composti complessi che... ora classifichiamo come complessi. L'esistenza di tali composti che non rientrano nel quadro dell'idea più semplice di valenza richiedeva naturalmente la sua espansione e l'introduzione di ipotesi aggiuntive. Una di queste ipotesi, proposta da A. Werner, è che insieme alle unità di valenza principali, o fondamentali, ce ne sono anche altre secondarie. Questi ultimi sono solitamente indicati da una linea tratteggiata.”

Infatti, quale valenza dovrebbe essere assegnata, ad esempio, all'atomo di cobalto nel suo cloruro, che ha aggiunto sei molecole di ammoniaca per formare il composto CoCl 3 6NH 3 (o, che è lo stesso, Co(NH 3) 6 Cl 3) ? In esso, un atomo di cobalto è combinato contemporaneamente con nove atomi di cloro e azoto! D.I. Mendeleev scrisse in questa occasione delle “forze dell’affinità residua” poco studiate. E il chimico svizzero A. Werner, che ha creato la teoria dei composti complessi, ha introdotto i concetti di valenza principale (primaria) e valenza secondaria (secondaria) (nella chimica moderna, questi concetti corrispondono allo stato di ossidazione e al numero di coordinazione). Entrambe le valenze possono essere variabili e in alcuni casi è molto difficile o addirittura impossibile distinguerle.

Successivamente, Chugaev tocca la teoria dell'elettrovalenza di R. Abegg, che può essere positiva (nei composti ad alto contenuto di ossigeno) o negativa (nei composti con idrogeno). Inoltre, la somma delle valenze più elevate degli elementi per l'ossigeno e l'idrogeno per i gruppi da IV a VII è pari a 8. La presentazione in molti libri di testo di chimica è ancora basata su questa teoria. In conclusione, Chugaev menziona i composti chimici per i quali il concetto di valenza è praticamente inapplicabile: composti intermetallici, la cui composizione “è spesso espressa da formule molto particolari, che ricordano molto poco i normali valori di valenza. Si tratta ad esempio dei seguenti composti: NaCd 5, NaZn 12, FeZn 7, ecc.”

Un altro famoso chimico russo I.A. Kablukov ha sottolineato alcune difficoltà nel determinare la valenza nel suo libro di testo Principi di base della chimica inorganica, pubblicato nel 1929. Per quanto riguarda il numero di coordinazione, citiamo (nella traduzione russa) un libro di testo pubblicato a Berlino nel 1933 da uno dei fondatori della moderna teoria delle soluzioni, il chimico danese Niels Bjerrum:

“I numeri di valenza ordinari non danno idea delle proprietà caratteristiche esibite da molti atomi in numerosi composti complessi. Per spiegare la capacità degli atomi o degli ioni di formare composti complessi, fu introdotta una nuova serie speciale di numeri per atomi e ioni, diversa dai soliti numeri di valenza. Negli ioni d'argento complessi... la maggior parte di essi è direttamente legata all'atomo metallico centrale due atomo o due gruppi di atomi, ad esempio Ag(NH 3) 2 +, Ag(CN) 2 –, Ag(S 2 O 3) 2 –... Per descrivere questo legame, il concetto numero di coordinazione e assegnare agli ioni Ag + un numero di coordinazione pari a 2. Come si può vedere dagli esempi forniti, i gruppi associati a atomo centrale, possono essere molecole neutre (NH 3) e ioni (CN –, S 2 O 3 –). Lo ione rame bivalente Cu++ e lo ione oro trivalente Au+++ hanno nella maggior parte dei casi un numero di coordinazione pari a 4. Il numero di coordinazione di un atomo, ovviamente, non indica ancora quale tipo di legame esiste tra l'atomo centrale e altri atomi o gruppi di atomi ad esso associati; ma si è rivelato uno strumento eccellente per la sistematica dei composti complessi”.

A. Smith fornisce esempi molto chiari delle “proprietà speciali” dei composti complessi nel suo libro di testo:

“Consideriamo i seguenti composti “molecolari” del platino: PtCl 4 2NH 3, PtCl 4 4NH 3, PtCl 4 6NH 3 e PtCl 4 2KCl. Uno studio più attento di questi composti rivela una serie di caratteristiche notevoli. Il primo composto in soluzione praticamente non si scompone in ioni; la conducibilità elettrica delle sue soluzioni è estremamente bassa; il nitrato d'argento non produce precipitato AgCl con esso. Werner accettò che gli atomi di cloro fossero legati all'atomo di platino mediante valenze ordinarie; Werner li chiamò principali e le molecole di ammoniaca sono collegate all'atomo di platino tramite valenze aggiuntive e secondarie. Questo composto, secondo Werner, ha la seguente struttura:

Le parentesi grandi indicano l'integrità di un gruppo di atomi, un complesso che non si disintegra quando il composto viene sciolto.

Il secondo composto ha proprietà diverse dal primo; questo è un elettrolita, la conduttività elettrica delle sue soluzioni è dello stesso ordine della conduttività elettrica delle soluzioni di sali che si decompongono in tre ioni (K 2 SO 4, BaCl 2, MgCl 2); il nitrato d'argento fa precipitare due atomi su quattro. Secondo Werner si tratta di un composto con la seguente struttura: 2– + 2Cl–. Qui abbiamo uno ione complesso; gli atomi di cloro in esso contenuti non vengono precipitati dal nitrato d'argento, e questo complesso forma una sfera interna di atomi attorno al nucleo: l'atomo di Pt nel composto gli atomi di cloro scissi sotto forma di ioni formano la sfera esterna degli atomi, per questo li scriviamo fuori dalle parentesi grandi. Se assumiamo che Pt abbia quattro valenze principali, in questo complesso ne vengono utilizzate solo due, mentre le altre due sono trattenute dai due atomi di cloro esterni. Nel primo composto, tutte e quattro le valenze del platino vengono utilizzate nel complesso stesso, per cui questo composto non è un elettrolita.

Nel terzo composto, tutti e quattro gli atomi di cloro vengono precipitati dal nitrato d'argento; l'elevata conduttività elettrica di questo sale dimostra che produce cinque ioni; è ovvio che la sua struttura è la seguente: 4– + 4Cl – ... Nello ione complesso tutte le molecole di ammoniaca sono legate al Pt tramite valenze secondarie; in corrispondenza delle quattro valenze principali del platino, nella sfera esterna ci sono quattro atomi di cloro.

Nel quarto composto, il nitrato d'argento non fa precipitare affatto il cloro, la conduttività elettrica delle sue soluzioni indica la decomposizione in tre ioni e le reazioni di scambio rivelano ioni di potassio. Attribuiamo a questo composto la seguente struttura 2– + 2K + . Nello ione complesso vengono utilizzate le quattro valenze principali del Pt, ma poiché non vengono utilizzate le valenze principali di due atomi di cloro, nella sfera esterna possono essere trattenuti due ioni monovalenti positivi (2K +, 2NH 4 +, ecc.). "

Gli esempi forniti di notevoli differenze nelle proprietà di complessi di platino apparentemente simili danno un'idea delle difficoltà che i chimici hanno incontrato nel tentativo di determinare in modo inequivocabile la valenza.

Dopo la creazione di idee elettroniche sulla struttura di atomi e molecole, il concetto di "elettrovalenza" cominciò ad essere ampiamente utilizzato. Poiché gli atomi possono sia cedere che accettare elettroni, l'elettrovalenza può essere positiva o negativa (oggi al posto dell'elettrovalenza si usa il concetto di stato di ossidazione). Quanto erano coerenti le nuove idee elettroniche sulla valenza con quelle precedenti? N. Bjerrum, nel libro di testo già citato, scrive a riguardo: “C'è una certa dipendenza tra i soliti numeri di valenza e i nuovi numeri introdotti - elettrovalenza e numero di coordinazione -, ma non sono affatto identici. Il vecchio concetto di valenza si è diviso in due nuovi concetti”. In questa occasione Bjerrum fece una nota importante: “Il numero di coordinazione del carbonio è nella maggior parte dei casi 4, e la sua elettrovalenza è +4 o –4. Poiché entrambi i numeri di solito coincidono per un atomo di carbonio, i composti del carbonio non sono adatti per studiare la differenza tra questi due concetti”.

Nell'ambito della teoria elettronica del legame chimico, sviluppata nei lavori del chimico fisico americano G. Lewis e del fisico tedesco W. Kossel, apparvero concetti come il legame donatore-accettore (coordinazione) e la covalenza. Secondo questa teoria, la valenza di un atomo era determinata dal numero dei suoi elettroni che partecipano alla formazione di coppie di elettroni comuni con altri atomi. In questo caso, la valenza massima di un elemento era considerata pari al numero di elettroni nel guscio elettronico esterno dell'atomo (coincide con il numero del gruppo della tavola periodica a cui appartiene questo elemento). Secondo altre idee, basate sulle leggi della chimica quantistica (sono state sviluppate dai fisici tedeschi W. Heitler e F. London), non dovrebbero essere contati tutti gli elettroni esterni, ma solo quelli spaiati (nello stato fondamentale o eccitato dell'atomo) ; Questa è precisamente la definizione data in numerose enciclopedie chimiche.

Tuttavia, sono noti fatti che non rientrano in questo semplice schema. Pertanto, in numerosi composti (ad esempio nell'ozono), una coppia di elettroni può contenere non due, ma tre nuclei; in altre molecole il legame chimico può essere effettuato da un singolo elettrone. È impossibile descrivere tali connessioni senza utilizzare l'apparato della chimica quantistica. Come, ad esempio, possiamo determinare la valenza degli atomi in composti come il pentaborano B 5 H 9 e altri borani con legami “a ponte”, in cui un atomo di idrogeno è legato contemporaneamente a due atomi di boro; ferrocene Fe(C 5 H 5) 2 (un atomo di ferro con uno stato di ossidazione pari a +2 è legato a 10 atomi di carbonio contemporaneamente); ferro pentacarbonile Fe(CO) 5 (l'atomo di ferro nello stato di ossidazione zero è legato a cinque atomi di carbonio); Pentacarbonil cromato di sodio Na 2 Cr(CO) 5 (stato di ossidazione del cromo-2)? Tali casi “non classici” non sono affatto eccezionali. Con lo sviluppo della chimica, questi “violatori di valenza” e composti con varie “valenze esotiche” sono diventati sempre più numerosi.

Per aggirare alcune difficoltà, è stata data una definizione secondo la quale, nel determinare la valenza di un atomo, è necessario tenere conto del numero totale di elettroni spaiati, coppie di elettroni solitari e orbitali vacanti coinvolti nella formazione di legami chimici. Gli orbitali vacanti sono direttamente coinvolti nella formazione di legami donatore-accettore in una varietà di composti complessi.

Una delle conclusioni è che lo sviluppo della teoria e l'acquisizione di nuovi dati sperimentali hanno portato al fatto che i tentativi di raggiungere una chiara comprensione della natura della valenza hanno diviso questo concetto in una serie di nuovi concetti, come valenza principale e secondaria, valenza e covalenza ionica, numero di coordinazione e grado di ossidazione, ecc. Cioè, il concetto di “valenza” si è “diviso” in una serie di concetti indipendenti, ciascuno dei quali opera in una determinata area”. Apparentemente il concetto tradizionale di valenza ha un significato chiaro e inequivocabile solo per i composti in cui tutti i legami chimici sono bicentrici (cioè collegano solo due atomi) e ciascun legame è realizzato da una coppia di elettroni situata tra due atomi vicini, in in altre parole - per composti covalenti come HCl, CO 2, C 5 H 12, ecc.

La seconda conclusione non è del tutto usuale: il termine “valenza”, sebbene usato nella chimica moderna, ha un'applicazione molto limitata, i tentativi di dargli una definizione univoca “per tutte le occasioni” non sono molto produttivi e difficilmente necessari. Non per niente gli autori di molti libri di testo, soprattutto quelli pubblicati all'estero, fanno a meno di questo concetto o si limitano a sottolineare che il concetto di “valenza” ha un significato prevalentemente storico, mentre oggi i chimici utilizzano soprattutto il più diffuso, anche se in qualche modo artificiale, concetto di “grado” di ossidazione."

Ilya Leenson

Quando consideri gli elementi chimici, noterai che il numero di atomi dello stesso elemento varia nelle diverse sostanze. Come scrivere correttamente la formula e non commettere errori nell'indice dell'elemento chimico? Questo è facile da fare se hai un'idea di cosa sia la valenza.

A cosa serve la valenza?

La valenza degli elementi chimici è la capacità degli atomi di un elemento di formare legami chimici, cioè di attaccare a sé altri atomi. Una misura quantitativa della valenza è il numero di legami che un dato atomo forma con altri atomi o gruppi atomici.

Attualmente, la valenza è il numero di legami covalenti (compresi quelli derivanti dal meccanismo donatore-accettore) mediante i quali un dato atomo è collegato agli altri. In questo caso non si tiene conto della polarità dei legami, il che significa che la valenza non ha segno e non può essere uguale a zero.

Un legame chimico covalente è un legame ottenuto attraverso la formazione di coppie di elettroni condivisi (legame). Se tra due atomi esiste una coppia di elettroni in comune, il legame si chiama legame singolo; se ce ne sono due si chiama legame doppio; se ce ne sono tre si chiama legame triplo.

Come trovare la valenza?

La prima domanda che riguarda gli studenti di terza media che hanno iniziato a studiare chimica è come determinare la valenza degli elementi chimici? La valenza di un elemento chimico può essere visualizzata in una speciale tabella di valenza degli elementi chimici

Riso. 1. Tabella di valenza degli elementi chimici

La valenza dell'idrogeno è considerata una, poiché un atomo di idrogeno può formare un legame con altri atomi. La valenza degli altri elementi è espressa da un numero che mostra quanti atomi di idrogeno può attaccarsi un atomo di un dato elemento. Ad esempio, la valenza del cloro in una molecola di acido cloridrico è uguale a uno. Pertanto, la formula per l'acido cloridrico sarà simile a questa: HCl. Poiché sia ​​il cloro che l'idrogeno hanno valenza pari a uno, non viene utilizzato alcun indice. Sia il cloro che l'idrogeno sono monovalenti, poiché un atomo di idrogeno corrisponde a un atomo di cloro.

Consideriamo un altro esempio: la valenza del carbonio nel metano è quattro, la valenza dell'idrogeno è sempre una. Pertanto, accanto all'idrogeno dovrebbe essere posto l'indice 4. Pertanto, la formula del metano è simile a questa: CH 4.

Molti elementi formano composti con l'ossigeno. L'ossigeno è sempre bivalente. Pertanto, nella formula dell'acqua H 2 O, dove si trovano sempre idrogeno monovalente e ossigeno bivalente, accanto all'idrogeno viene posto l'indice 2. Ciò significa che la molecola dell'acqua è composta da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno.

Riso. 2. Formula grafica dell'acqua

Non tutti gli elementi chimici hanno una valenza costante; per alcuni può variare a seconda dei composti in cui viene utilizzato l'elemento. Gli elementi con valenza costante includono idrogeno e ossigeno, gli elementi con valenza variabile includono, ad esempio, ferro, zolfo, carbonio.

Come determinare la valenza utilizzando la formula?

Se non hai una tabella di valenza davanti a te, ma hai una formula per un composto chimico, è possibile determinare la valenza utilizzando la formula. Prendiamo come esempio la formula dell’ossido di manganese – Mn 2 O 7

Riso. 3. Ossido di manganese

Come sai, l'ossigeno è bivalente. Per scoprire quale valenza ha il manganese, è necessario moltiplicare la valenza dell'ossigeno per il numero di atomi di gas presenti in questo composto:

Dividiamo il numero risultante per il numero di atomi di manganese nel composto. Si scopre:

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