Как определить валентность

Слово «валентность» с латинского языка («val ns») переводится как «имеющий силу». Впервые оно упоминается в начале 15 века, но то его значение («препарат» или «экстракт») не имело ничего общего с современным толкованием. Основоположником нынешнего представления о валентности является известный английский химик Э. Франкленд. Он в 1852 году опубликовал работу, в которой были переосмыслены все теории и предположения, существовавшие на тот момент. Именно Эдуардом Франклендом было введено понятие о «соединительной силе», которое стало основой учения о валентности, но ответ на вопрос «Как найти валентность?» в то время еще не был сформулирован.

Видео: Валентность/Valence

Дальнейшую роль в развитии теории сыграли работы Фридриха Августа Кекуле (1857 год), Арчибальда Скотта Купера (1858 год), А. М. Бутлерова (1861 год), А. фон Гофмана (1865 год). А в 1866 году Ф. А. Кекуле в своем учебнике привел стереохимические модели молекул химических веществ с атомом углерода тетраэдрической конфигурации в виде рисунков, по которым стало очевидно, как определить валентность, например, углерода.

Основами современной теории химической связи являются квантово-механические представления, доказывающие, что в результате взаимодействия двух атомов образуется общая пара электронов. Атомы с неспаренными электронами, имеющие параллельные спины, отталкиваются, а с антипараллельными способны образовывать общую электронную пару. Химическая связь, образовавшаяся между двумя атомами при их сближении, представляет собой частично перекрытые электронные облака. В результате между двумя ядрами образуется плотность электрического заряда, к которому притягиваются положительно заряженные ядра, и образуется молекула. Такое представление о механизме взаимодействия разных атомов легло в основу теории химической связи или метода валентной связи. Так все-таки, как определить валентность? Нужно определить число связей, которые способен образовывать атом. Иначе можно сказать, что нужно найти количество валентных электронов.

Видео: Химия 8 класс. Валентность.

Если воспользоваться таблицей Менделеева, то легко понять, как определить валентность элемента по числу электронов, находящихся во внешней оболочке атома. Они и называются валентными. Все элементы в каждой группе (расположены в столбцах) имеют во внешних оболочках одинаковое число электронов. У элементов первой группы (H, Li, Na, K и другие) есть по одному валентному электрону. У второй (Be, Mg, Ca, Sr и так далее) - по два. У третьей (B, Al, Ga и другие) - по три. У четвертой (C, Si, Ge и прочие) - по четыре валентных электрона. У элементов пятой группы (N, P, As и другие) по пять валентных электронов. Можно продолжить дальше, так как совершенно очевидно, что количество электронов, находящихся во внешней оболочке электронного облака, будет равно номеру группы таблицы Менделеева. Однако это соблюдается для первых трех групп всех семи периодов и их четных и нечетных рядов (периоды и ряды расположены в строках таблицы). Начиная с четвертого периода и четвертой группы (например, Ti, Zr, Hf, Ku) элементы побочных подгрупп, находящиеся в четных рядах, имеют во внешней оболочке число электронов, отличное от номера группы.

Понятие «валентность» за все это время претерпело существенные изменения. В настоящее время нет его научного или стандартизованного толкования. Поэтому умение ответить на вопрос «Как определить валентность?» используется обычно в методических целях. Валентностью принято считать способность атомов, вступая в реакции, образовывать молекулы с химическими связями, которые называются ковалентными. Поэтому валентность может быть выражена только целым числом.

Например, как определить валентность атома серы в таких соединениях, как сероводород или серная кислота. Для молекулы, где атом серы связан с двумя водородными атомами, валентность серы по водороду будет равняться двум. В молекуле серной кислоты ее валентность по кислороду равняется шести. И в том, и в другом случае валентность численно совпадает с абсолютной величиной степени окисления атома серы в этих молекулах. В молекуле H2S ее степень окисления будет -2 (так как электронная плотность при образовании связи сдвинута к атому серы, являющемуся в большей степени электроотрицательным). В молекуле H2SO4 степень окисления атома серы равняется +6 (так как электронная плотность сдвинута к более электроотрицательному атому кислорода).