Как определить валентность в соединениях с формулами. Валентные возможности атомов химических элементов

Понятие «валентность» формировалось в химии с начала XIX века. Английский ученый Э. Франкленд обратил внимание, что все элементы могут образовывать с атомами других элементов только определенное количество связей. Он назвал это «соединительной силой». Позже немецкий ученый Ф. А. Кекуле изучал метан и пришел к выводу, что один атом углерода может присоединить в нормальных условиях только четыре атома водорода.

Он назвал это основностью. Основность углерода равна четырем. То есть углерод может образовать четыре связи с другими элементами.

Дальнейшее развитие понятие получило в работах Д. И. Менделеева. Дмитрий Иванович развивал учение о периодическом изменении свойств простых веществ. Соединительную силу он определял как способность элемента присоединять определенное количество атомов другого элемента.

Определение по таблице Менделеева

Таблица Менделеева позволяет с легкостью определять основность элементов. Для этого нужно уметь читать периодическую таблицу . Таблица по вертикали имеет восемь групп, а по горизонтали располагаются периоды. Если период состоит из двух рядов, то его называют большим, а если из одной - малым. Элементы по вертикали в столбцах, в группах распределены неравномерно. Валентность всегда обозначается римскими цифрами.

Чтобы определить валентность, нужно знать, какая она бывает. У металлов главных подгрупп она всегда постоянная, а у неметаллов и металлов побочных подгрупп может быть переменной.

Постоянная равна номеру группы. Переменная может быть высшей и низшей. Высшая переменная равна номеру группы, а низкая высчитывается по формуле: восемь минус номер группы. При определении нужно помнить:

• у водорода она равна I;
• у кислорода - II.

Если соединение имеет атом водорода или кислорода, то определить его валентность не составляет труда, особенно если перед нами гидрид или оксид.

Формула и алгоритм

Самая меньшая валентность у тех элементов, которые расположены правее и выше в таблице. И, наоборот, если элемент ниже и левее, то она будет выше. Чтобы определить ее, необходимо следовать универсальному алгоритму:

Пример: возьмем соединение аммиака - NH3. Нам известно, что у атома водорода валентность постоянная и равна I. Умножаем I на 3 (количество атомов) - наименьшее кратное - 3. У азота в этой формуле индекс равен единице. Отсюда вывод: 3 делим на 1 и получаем, что у азота она равна IIII.

Величину по водороду и кислороду всегда определять легко. Сложнее, когда ее необходимо определять без них. Например, соединение SiCl4 . Как определить валентность элементов в этом случае? Хлор находится в 7 группе. Значит, его валентность либо 7, либо 1 (восемь минус номер группы). Кремний находится в четвертой группе, значит, его потенциал для образования связей равен четырем. Становится логично, что хлор проявляет в этой ситуации наименьшую валентность и она равна I.

В современных учебниках химии всегда есть таблица валентности химических элементов. Это существенно облегчает задачу учащимся. Тему изучают в восьмом классе - в курсе неорганической химии.

Современные представления

Современные представления о валентности базируются на строении атомов. Атом состоит из ядра и вращающихся на орбиталях электронах.

Само ядро состоит из протонов и нейтронов, которые определяют атомный вес. Для того чтобы вещество было стабильным, его энергетические уровни должны быть заполнены и иметь восемь электронов.

При взаимодействии элементы стремятся к стабильности и либо отдают свои неспаренные электроны, либо принимают их. Взаимодействие происходит по принципу «что легче» - отдать или принять электроны. От этого также зависит то, как изменяется валентность в таблице Менделеева. Количество неспаренных электронов на внешней энергетической орбитали равно номеру группы.

В качестве примера

Щелочной металл натрий находится в первой группе периодической системы Менделеева. Это значит, что у него один неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне. Хлор находится в седьмой группе. Это значит, что у хлора есть семь неспаренных электронов. Для завершения энергетического уровня хлору не хватает ровно одного электрона. Натрий отдает ему свой электрон и становится стабильным в соединении. Хлор же получает дополнительный электрон и тоже становится стабильным. В итоге появляется связь и прочное соединение - NaCl - знаменитая поваренная соль. Валентность хлора и натрия в этом случае будет равна 1.

Одной из важных в изучении школьных тем является курс, касающийся валентности. Об этом пойдет речь в статье.

Валентность – что это такое?

Валентность в химии означает свойство атомов химического элемента привязывать к себе атомы другого элемента. В переводе с латыни – сила. Выражается она в числах. Например, валентность водорода всегда будет равняться единице. Если взять формулу воды – Н2О, ее можно представить в виде Н – О – Н. Один атом кислорода смог связать с собой два атома водорода. Значит, количество связей, которые создает кислород, равно двум. И валентность этого элемента будет равняться двум.

В свою очередь, водород будет двухвалентным. Его атом может быть соединен только с одним атомом химического элемента. В данном случае с кислородом. Говоря точнее, атомы в зависимости от валентности элемента, образуют пары электронов. Сколько таких пар образовано – таковой и будет валентность. Числовое значение именуется индексом. У кислорода индекс 2.

Как определить валентность химических элементов по таблице Дмитрия Менделеева

Посмотрев на таблицу элементов Менделеева, можно заметить вертикальные ряды. Их называют группами элементов. От группы зависит и валентность. Элементы первой группы имеют первую валентность. Второй – вторую. Третьей – третью. И так далее.

Есть также элементы с постоянным индексом валентности. Например, водород, группа галогенов, серебро и так далее. Их необходимо выучить обязательно.

Как определить валентность химических элементов по формулам?

Иногда сложно определить по таблице Менделеева валентность. Тогда нужно смотреть конкретную химическую формулу. Возьмем оксид FeO. Здесь и у железа, как у кислорода, индекс валентности будет равняться двум. А вот в оксиде Fe2O3 – по-другому. Железо будет трехвалентным.

Нужно помнить всегда разные способы определения валентности и не забывать их. Знать постоянные ее числовые значения. У каких элементов они есть. И, конечно, пользоваться таблицей химических элементов. А также изучать отдельные химические формулы. Лучше представлять их в схематическом виде: Н – О – Н, например. Тогда видны связи. И количество черточек (тире) будет числовым значением валентности.

Для того чтобы научиться составлять химические формулы необходимо выяснить закономерности, согласно которым атомы химических элементов соединяются между собой в определенных соотношениях. Для этого сравним качествен-ный и количественный состав соединений, формулы кото-рых HCl, H 2 O, NH 3 , CH 4 (рис. 12.1)

По качественному составу эти вещества схожи:в состав каждой из молекул входят атомы водорода. Тем не менее их количественный состав неодинаков. Атомы хлора, кислорода, азота, углерода соединены соответственно с одним, двумя, тремя и четырьмя атомами водорода

Эту закономерность подметил еще в начале XI в. Дж. Дальтон. Со временем И. Я. Берцелиус обнаружил, что наиболь-шее количество атомов, соединенных с атомом химического элемента, не превышает определенной величины. В 1858 г. Э. Франкленд назвал «соединительной силой» способность атомов связывать или замещать определенное число других атомов Термин «валентность» (от лат. valentia — «сила») предложил в 1868 г. немецкий химик К. Г. Вихельхауз.

Валентность — общее свойство атомов. Она характе-ризует способность атомов химически (валентными си-лами) взаимодействовать друг с другом.

Валентность многих химических элементов определили на основе экспериментальных данных о количественном и качественном составе веществ. За единицу валентности бы-ла принята валентностьатома водорода. Если атом хими-ческого элемента соединен с двумя одновалентными атома-ми, то его валентность равна двум. Если он соединен с тремя одновалентными атомами, то он — трехвалентен и т. д.

Наи-высшее значение валентности химических элементов — VIII .

Валентность обозначают римскими цифрами. Обозначим валентность в формулах рассмотренных соединений:

Также ученые обнаружили, что немало элементов в раз-ных соединениях проявляют разные значения валентности. То есть существуют химические элементы с постоянной и переменной валентностью.

Можно ли определить валентность по положению хими-ческого элемента в периодической системе? Максимальное значение валентности элемента совпадает с номером группы периодической системы, в которой он размещен. Тем не менее бывают и исключения — азот, кислород, фтор, медь и некото-рые другие элементы. Запомни : номер группы обозначен римской цифрой над соответствующим вертикальным столби-ком периодической системы.

На этой странице материал по темам:

Валентность – это способность атомов присоединять к себе определенное число других атомов.

С одним атомом одновалентного элемента соединяется один атом другого одновалентного элемента (HСl ). С атомом двухвалентного элемента соединяются два атома одновалентного (H 2 O) или один атом двухвалентного (CaO). Значит, валентность элемента можно представить как число, которое показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента может соединяться атом данного элемента. Валентность элемента – это число связей, которое образует атом:

Na – одновалентен (одна связь)

H – одновалентен (одна связь)

O – двухвалентен (две связи у каждого атома)

S – шестивалентна (образует шесть связей с соседними атомами)

Правила определения валентности
элементов в соединениях

1. Валентность водорода принимают за I (единицу). Тогда в соответствии с формулой воды Н 2 О к одному атому кислорода присоединено два атома водорода.

2. Кислород в своих соединениях всегда проявляет валентность II . Поэтому углерод в соединении СО 2 (углекислый газ) имеет валентность IV.

3. Высшая валентность равна номеру группы .

4. Низшая валентность равна разности между числом 8 (количество групп в таблице) и номером группы, в которой находится данный элемент, т.е. 8 - N группы .

5. У металлов, находящихся в «А» подгруппах, валентность равна номеру группы.

6. У неметаллов в основном проявляются две валентности: высшая и низшая.

Например: сера имеет высшую валентность VI и низшую (8 – 6), равную II; фосфор проявляет валентности V и III.

7. Валентность может быть постоянной или переменной.

Валентность элементов необходимо знать, чтобы составлять химические формулы соединений.

Алгоритм составления формулы соединения оксида фосфора

Особенности составления химических формул соединений.

1) Низшую валентность проявляет тот элемент, который находится в таблице Д.И.Менделеева правее и выше, а высшую валентность – элемент, расположенный левее и ниже.

Например, в соединении с кислородом сера проявляет высшую валентность VI, а кислород – низшую II. Таким образом, формула оксида серы будет SO 3.

В соединении кремния с углеродом первый проявляет высшую валентность IV, а второй – низшую IV. Значит, формула – SiC. Это карбид кремния, основа огнеупорных и абразивных материалов.

2) Атом металла стоит в формуле на первом месте.

2) В формулах соединений атом неметалла, проявляющий низшую валентность, всегда стоит на втором месте, а название такого соединения оканчивается на «ид».

Например, СаО – оксид кальция, NaCl – хлорид натрия, PbS – сульфид свинца.

Теперь вы сами можете написать формулы любых соединений металлов с неметаллами.

Цели урока.

Дидактические:

• опираясь на знания учащихся, повторить понятия “химическая формула”;
• способствовать формированию у учащихся понятия “валентность” и умению определять валентность атомов элементов по формулам веществ;
• акцентировать внимание школьников на возможности интеграции курсов химии, математики.

Развивающие:

• продолжить формирование умений формулировать определения;
• разъяснять смысл изученных понятий и объяснять последовательность действий при определении валентности по формуле вещества;
• способствовать обогащению словарного запаса, развитию эмоций, творческих способностей;
• развивать умение выделять главное, существенное, сравнивать, обобщать, развивать дикцию, речь.

Воспитательные:

• воспитывать чувство товарищества, умение работать коллективно;
• повысить уровень эстетического воспитания учащихся;
• ориентировать учащихся на здоровый образ жизни.

Планируемые результаты обучения:

1. Учащиеся должны уметь формулировать определение “валентность”, знать валентность атомов водорода и кислорода в соединениях, определять по ней валентность атомов других элементов в бинарных соединениях,
2. Уметь разъяснять смысл понятия “валентность” и последовательность действий при определении валентности атомов элементов по формулам веществ.

Понятия, впервые вводимые на уроке: валентность, постоянная и переменная валентность.

Организационные формы: беседа, индивидуальные задания, самостоятельная работа.

Средства обучения: алгоритм определения валентности.

Демонстрационное оборудование: шаростержневые модели молекул хлороводорода, воды, аммиака, метана.

Оборудование для учащихся: на каждом столе “Алгоритм определения валентности”.

Опережающее задание: индивидуальное задание – подготовить сообщение на тему “Эволюция понятия “валентность”.

Ход урока

I. Ориентировочно-мотивационный этап.

1. Фронтальная беседа с учащимися по пройденной теме “Химическая формула”.

Задание: Что здесь написано? (Демонстрация учителем формул, отпечатанных на отдельных листах).

2. Индивидуальная работа по карточкам трёх учащихся по теме “Относительная молекулярная масса”. (Выполняют решение на доске). Проверка учителем.

Карточка № 1. Рассчитайте относительную молекулярную массу данных веществ: NaCl, K 2 O.

Справочные данные:

• Аr (Na) = 23
• Аr (Cl) = 35,5
• Аr (K) = 39
• Аr (O) = 16

Карточка № 2. Рассчитайте относительную молекулярную массу данных веществ: CuO, SO 2 .

Справочные данные:

• Аr (Cu) = 64
• Аr (O) = 16
• Аr (S) =3 2

Карточка № 3. Рассчитайте относительную молекулярную массу данных веществ: CH 4 , NO.

Справочные данные:

• Аr (С) = 12
• Аr (H) = 1
• Аr (N) = 14
• Аr (O) = 16

3. Самостоятельная работа учащихся в тетрадях.

Задача информационно-вычислительного характера (условие записано в раздаточном материале).

Эффективность зубных паст в профилактике кариеса можно сравнить по содержанию в них активного фтора, способного взаимодействовать с зубной эмалью. Зубная паста “Crest” (производство США) содержит, как указано на упаковке, SnF 2 , а зубная паста “FM extra DENT” (производство Болгария) содержит NaF. Вычислите, какая из этих двух паст более сильнодействующее средство для профилактики кариеса.

Проверка: один учащийся устно читает решение.

II. Операционно-исполнительный этап.

1. Объяснение учителя. Постановка проблемы.

Понятие о валентности.

– До сих пор мы пользовались готовыми формулами, приведёнными в учебнике. Химические формулы можно вывести на основании данных о составе веществ. Но чаще всего при составлении химических формул учитываются закономерности, которым подчиняются элементы, соединяясь между собой.

Задание: сравните качественный и количественный состав в молекулах: HCl , H 2 O, NH 3 , CH 4 .

Беседа с учащимися:

– Что общего в составе молекул?

Предполагаемый ответ: Наличие атомов водорода.

– Чем они отличаются друг от друга?

Предполагаемый ответ:

• HCl – один атом хлора удерживает один атом водорода,
• H 2 O – один атом кислорода удерживает два атома водорода,
• NH 3 – один атом азота удерживает три атома водорода,
• CH 4 – один атом углерода удерживает четыре атома водорода.

Демонстрация шаростержневых моделей.

Проблема: Почему различные атомы удерживают различное количество атомов водорода?

(Выслушиваем варианты ответов учащихся).

Вывод: У атомов разная способность удерживать определённое количество других атомов в соединениях. Это и называется валентностью. Слово “валентность” происходит от лат. valentia – сила.

Запись в тетради:

Валентность – это свойство атомов удерживать определённое число других атомов в соединении.

Валентность обозначается римскими цифрами.

Записи на доске и в тетрадях:

Валентность атома водорода принята за единицу, а у кислорода – II.

2. Эволюция понятия “валентность” (сообщение учащегося).

– В начале XIX века Дж. Дальтоном был сформулирован закон кратных отношений, из которого следовало, что каждый атом одного элемента может соединяться с одним, двумя, тремя и т.д. атомами другого элемента (как, например, в рассмотренных нами соединениях атомов с водородом).

В середине XIX века, когда были определены точные относительные веса атомов (И.Я. Берцелиус и др.), стало ясно, что наибольшее число атомов, с которыми может соединяться данный атом, не превышает определённой величины, зависящей от его природы. Эта способность связывать или замещать определённое число других атомов и была названа Э.Франклендом в 1853 г. “валентность”.

Поскольку в то время для водорода не были известны соединения, где он был бы связан более чем с одним атомом любого другого элемента, атом водорода был выбран в качестве стандарта, обладающего валентностью, равной 1.

В конце 50-х гг. XIX вeка А.С. Купер и А.Кекуле постулировали принцип постоянной четырёхвалентности углерода в органических соединениях. Представления о валентности составили важную часть теории химического строения А.М. Бутлерова в 1861 г.

Периодический закон Д.И. Менделеева в 1869 г. вскрыл зависимость валентности элемента от его положения в периодической системе.

Вклад в эволюцию понятия “валентность” в разные годы внесли В.Коссель, А.Вернер, Г.Льюис.

Начиная с 30-х гг. XX века представления о природе и характере валентности постоянно расширялись и углублялись. Существенный прогресс был достигнут в 1927 г., когда В.Гейтлер и Ф.Лондон выполнили первый количественный квантово-химический расчёт молекулы водорода H 2 .

3. Определение валентности атомов элементов в соединениях.

Правило определения валентности: число единиц валентностей всех атомов одного элемента равно числу единиц валентности всех атомов другого элемента.

Алгоритм определения валентности.

4. Упражнение: определить валентность элементов в веществах (тренажёр : ученики цепочкой выходят к доске). Задание в раздаточном материале.

SiH 4 , CrO 3 , H 2 S, CO 2 , CO, SO 3 , SO 2 , Fe 2 O 3 , FeO, HCl, HBr, Cl 2 O 5 , Cl 2 O 7 , РН 3 , K 2 O, Al 2 O 3 , P 2 O 5 , NO 2 , N 2 O 5 , Cr 2 O 3 , SiO 2 , B 2 O 3 , SiH 4 , Mn 2 O 7 , MnO, CuO, N 2 O 3 .

III. Оценочно-рефлексивный этап.

Первичная проверка усвоения знаний.

В течение трёх минут необходимо выполнить одно из трёх заданий по выбору. Выбирайте только то задание, с которым вы справитесь. Задание в раздаточном материале.

• Репродуктивный уровень (“3”). Определите валентность атомов химических элементов по формулам соединений: NH 3 , Au 2 O 3 , SiH 4 , CuO.
• Прикладной уровень (“4”). Из приведённого ряда выпишите только те формулы, в которых атомы металлов двухвалентны: MnO, Fe 2 O 3 , CrO 3 , CuO, K 2 O, СаH 2.
• Творческий уровень (“5”). Найдите закономерность в последовательности формул: N 2 O, NO, N 2 O 3 и проставьте валентности над каждым элементом.

Проверка выборочная . Консультант из числа учащихся по готовому шаблону проверяет 4 тетради учащихся.

Работа над ошибками. Ответы на обратной стороне доски.

IV. Подведение итогов урока.

Беседа с учащимися:

• Какую проблему мы поставили в начале урока?
• К какому выводу мы пришли?
• Дать определение “валентности”.
• Чему равна валентность атома водорода? Кислорода?
• Как определить валентность атома в соединении?

Оценка работы учащихся в целом и отдельных учащихся.

Домашнее задание: § 4, стр. 23–25, упр. на стр. 25.

– Благодарю за урок. До свидания.