"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Валентность показывает, сколько химических связей способен образовать атом элемента. Она помогает читать формулы и составлять формулы бинарных соединений — веществ из атомов двух элементов. Если известны валентности элементов, их можно перенести крест-накрест в индексы формулы, а затем проверить и при необходимости сократить. Если формула уже дана, по индексам и известной валентности одного элемента находят валентность другого. У одних элементов она постоянна, у других меняется.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Валентность — свойство атома образовывать определённое число химических связей с атомами других элементов. Её обозначают римскими цифрами: I, II, III и так далее, обычно над символом элемента. Например, запись Al(III) означает, что алюминий проявляет валентность III. Это обозначение помогает сравнивать элементы и составлять формулы соединений.
Бинарное соединение — вещество, состоящее из атомов двух химических элементов. В его формуле записывают символы обоих элементов, например NaCl или CO₂. Понимание этого термина помогает определить, к каким атомам относятся валентности и индексы, когда нужно разобрать формулу или составить новую.
Индекс в химической формуле — нижняя цифра у символа элемента, показывающая число его атомов в формульной единице. Если цифры нет, индекс равен единице: в CO₂ один атом углерода и два атома кислорода. Индексы нужны, чтобы видеть соотношение атомов и учитывать его при расчёте валентности.
Постоянная валентность — валентность, которую элемент проявляет в изучаемых соединениях, а переменная валентность — способность проявлять несколько значений в разных веществах. Например, у кислорода обычно валентность II, а железо может иметь валентность II или III. Это различие нужно учитывать: для элемента с переменной валентностью значение определяют по конкретному соединению.
Валентность можно представить как число связей, которыми атом соединён с другими атомами. В простейшей схеме H—H каждый атом водорода образует одну связь, поэтому его валентность равна I. В молекуле H—O—H атом кислорода образует две связи с атомами водорода, и его валентность равна II. Такая модель помогает увидеть, почему валентность связана с количеством соединений, а не с количеством атомов в формуле.
В бинарном соединении связи атомов одного элемента должны быть уравновешены связями атомов другого элемента. Поэтому произведения валентности на число атомов равны: если атомов первого элемента n и валентность каждого A, а второго — m и B, то A × n = B × m. Например, для воды H₂O две связи водорода дают 2 × I, а один атом кислорода — 1 × II. Равенство объясняет, почему формула отражает определённое соотношение атомов.
Чтобы составить формулу, сначала запишите рядом символы элементов и укажите их валентности. Затем перенесите число валентности каждого элемента в качестве нижнего индекса к символу другого элемента: это и есть перекрёстный перенос. Например, для алюминия III и кислорода II получатся индексы 2 у Al и 3 у O, то есть Al₂O₃. Если индексы можно разделить на одно и то же число, их сокращают: соотношение атомов записывают в наименьших целых числах.
Если формула известна, а валентность одного элемента неизвестна, нужно учесть индексы обоих элементов. Обозначьте неизвестную валентность буквой, умножьте её на индекс соответствующего элемента и приравняйте к произведению известной валентности на её индекс. Например, для SO₃ валентность серы x, а валентность кислорода II: x × 1 = II × 3, откуда x = VI. Индекс показывает, сколько атомов участвует в общем числе связей, поэтому пропускать его нельзя.
В таблице собраны правила для разных задач. Сначала определите, что требуется найти: индексы в формуле или валентность элемента; затем выберите соответствующее правило и проверьте результат равенством произведений.
| Ситуация | Что известно | Основное правило | Пример |
|---|---|---|---|
| Составить формулу бинарного соединения | Символы элементов и их валентности | Перенести валентности крест-накрест в индексы | Al(III), O(II) → Al₂O₃ |
| Найти индекс по валентностям | Валентности обоих элементов и индекс одного из них | Индекс связан с валентностью другого элемента | Для A(II), B(I): A₁B₂ |
| Сократить индексы до простейшего соотношения | Индексы после переноса | Разделить оба индекса на общий делитель | 2:2 → 1:1 |
| Определить неизвестную валентность по формуле | Формула и валентность одного элемента | Приравнять произведения валентностей на индексы | В SO₃: x × 1 = II × 3 |
| Обозначить переменную валентность элемента | Конкретное соединение и данные о втором элементе | Определить значение по составу вещества | В SO₃ сера имеет VI |
Задача 1. Составьте формулу соединения алюминия с кислородом, если валентность алюминия III, а кислорода II.
Ответ: Al₂O₃.
Задача 2. Определите валентность серы в соединении SO₃, если валентность кислорода II.
Ответ: валентность серы в SO₃ равна VI.
Задача 3. Составьте формулу оксида железа, в котором железо имеет валентность III, а кислород — II, и проверьте результат.
Ответ: формула оксида железа — Fe₂O₃; индексы и валентности согласованы.
Валентность иногда путают со степенью окисления и записывают со знаком «+» или «−». Это происходит потому, что обе характеристики связаны с атомами в соединении, но они обозначают разное: валентность показывает число связей. Проверьте запись: валентность указывают римской цифрой без знака.
Другая ошибка — поставить валентность в формулу как индекс или принять индекс за валентность. Валентность относится к свойству атома, а индекс показывает число атомов элемента в формуле. Для самопроверки прочитайте формулу вслух: нижняя цифра отвечает на вопрос «сколько атомов?», а римская цифра — «какова валентность?».
После перекрёстного переноса иногда забывают сократить индексы, хотя у них есть общий делитель. Так формула показывает не наименьшее соотношение атомов. Проверьте оба индекса: если каждый делится на одно и то же число без остатка, сократите и убедитесь, что равенство произведений валентностей сохраняется.
При вычислении неизвестной валентности нельзя смотреть только на индекс искомого элемента. Нужно учитывать число атомов обоих элементов, иначе суммарные валентности не будут сравнены правильно. Запишите равенство «валентность × индекс» для каждой стороны; после вычисления проверьте, что оба произведения равны.
Для работы с валентностью нужно знать химические символы элементов, уметь читать формулы и понимать смысл индексов. Если индекс пропущен, это не означает, что атомов нет: его значение равно единице. Эти навыки позволяют перейти от записи формулы к составу вещества и обратно.
Правила валентности применяют при составлении и чтении формул, а также при изучении оксидов, кислот, оснований и солей. Умение определять соотношение атомов помогает разбирать новые классы веществ и проверять правильность их формул. Позднее валентность полезно отличать от других характеристик атома, например степени окисления.
Чем валентность отличается от степени окисления?
Валентность характеризует число химических связей, которые образует атом, и обозначается римской цифрой без знака. Степень окисления — условный заряд атома в веществе, поэтому её записывают с «+» или «−».
Почему валентность записывают римскими цифрами?
Так принято обозначать её в химической записи, чтобы не путать с индексами формулы и другими числами. Валентность пишут римской цифрой над символом элемента или указывают словами.
Почему при составлении формулы валентности меняют местами?
В бинарном соединении общее число связей, приходящихся на атомы одного элемента, должно совпадать с общим числом связей для другого. Перекрёстный перенос валентностей даёт индексы, которые обеспечивают такое соотношение.
Всегда ли индексы, полученные перекрёстным переносом, нужно сокращать?
Нет, сокращение требуется только тогда, когда оба индекса можно разделить на одно и то же целое число. Например, соотношение 2:2 сокращают до 1:1, а 3:2 оставить без изменений.
Как определить валентность элемента, если у него она бывает переменной?
Используйте формулу соединения и известную валентность второго элемента. Умножьте каждую валентность на соответствующий индекс: равенство полученных произведений позволит вычислить неизвестную.
§ 13. Валентность химических элементов. Определение валентности в бинарных соединениях
