"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Валентность показывает, сколько химических связей может образовать атом, а химическая формула сообщает, атомы каких элементов и в каком количестве входят в вещество. Чтобы составить формулу соединения двух элементов, нужно учесть валентности обоих: их связывающие возможности должны соответствовать друг другу. Для этого валентности обычно переставляют в индексы, затем при необходимости сокращают. Готовую запись проверяют по общему числу связей.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Валентность — способность атома образовывать определённое число химических связей. Её обозначают римскими цифрами: I, II, III и так далее. Это помогает понять, сколько связей нужно учесть при составлении формулы.
Химическая формула — условная запись состава вещества с помощью символов элементов и индексов. Например, запись H₂O обозначает вещество, состоящее из водорода и кислорода. Формула нужна, чтобы кратко показать, какие атомы входят в состав вещества и каково их соотношение.
Индекс — маленькая цифра справа внизу от символа элемента, указывающая число его атомов в формуле. В H₂O индекс 2 относится к водороду, а отсутствие цифры у кислорода означает один атом. Индекс помогает отличить состав вещества от одной только перечня элементов.
Постоянная валентность — валентность, характерная для элемента в рассматриваемых соединениях. Например, водород обычно имеет валентность I, кислород — II, а алюминий — III. Эти знакомые значения позволяют составлять формулы, если валентности прямо не указаны в условии.
При составлении формулы учитывают валентности обоих элементов, потому что химические связи соединяют атомы друг с другом. Если атом одного элемента способен образовать больше связей, чем атом другого, требуется подобрать подходящее число атомов. Тогда связывающие возможности всех атомов каждого элемента совпадут. Именно поэтому одной валентности недостаточно.
Общий способ составления формулы бинарного соединения, то есть вещества из двух элементов, начинается с записи их символов. Над символами указывают известные валентности, а затем подбирают число атомов каждого элемента. Подбор должен дать равное общее число связей для двух элементов. В результате подходящие числа атомов записывают в виде индексов.
Удобный приём — перекрёстная перестановка: числовое значение валентности первого элемента становится индексом второго, и наоборот. Например, для элемента с валентностью III и кислорода с валентностью II сначала получают индексы 2 и 3. Но если обе валентности можно разделить на одно и то же число, исходные индексы будут завышенными. Их сокращают, чтобы получить наименьшее целочисленное соотношение атомов.
Проверить запись можно, умножив валентность каждого элемента на индекс, то есть на число его атомов. Полученные числа должны быть равны: это означает, что общее число связей согласовано. Если индекс равен 1, его не пишут, потому что отсутствие индекса уже обозначает один атом. Такая проверка помогает заметить ошибку даже тогда, когда формула выглядит правдоподобно.
Некоторые элементы могут проявлять переменную валентность, то есть в разных соединениях иметь разные значения. Поэтому сначала нужно узнать валентность из условия или названия вещества, а не выбирать её наугад. Когда нужное значение установлено, формулу составляют тем же способом: переставляют валентности в индексы, сокращают их при необходимости и проверяют равенство связей.
В таблице показано, как значения валентностей превращаются в индексы. Водород имеет валентность I, кислород — II, азот — III, углерод — IV, алюминий — III.
| Соединение | Валентность первого элемента | Валентность второго элемента | Индексы после перестановки | Формула после проверки и сокращения |
|---|---|---|---|---|
| Водород и кислород | H — I | O — II | H₂O₁ | H₂O |
| Водород и азот | H — I | N — III | H₃N₁ | NH₃ |
| Углерод и кислород | C — IV | O — II | C₂O₄ | CO₂ |
| Алюминий и кислород | Al — III | O — II | Al₂O₃ | Al₂O₃ |
Сначала проследите, как валентности попали в индексы, а затем сравните первоначальную запись с итоговой. В случае углерода и кислорода индексы 2 и 4 сокращаются до 1 и 2. В таблице единица показана только для наглядности: в готовых формулах её не записывают.
Составить формулу соединения водорода с хлором, если валентности водорода и хлора равны I.
Ответ: HCl.
Составить формулу оксида алюминия, зная, что валентность алюминия III, а кислорода II.
Ответ: Al₂O₃.
Составить формулу соединения углерода с водородом, если валентность углерода IV, а водорода I; проверить запись.
Ответ: CH₄.
Валентность иногда принимают за число атомов элемента в формуле. Такое смешение возникает потому, что и валентность, и индекс обозначаются числами, но смысл у них разный. Валентность описывает способность атома образовывать связи, а индекс показывает число атомов. Чтобы проверить себя, отдельно назовите, что означает каждое число в записи.
Если записать значения валентностей прямо как индексы, можно получить формулу, в которой число связей не уравновешено. Такую ошибку допускают, забывая, что индекс каждого элемента должен учитывать валентность другого. Проверьте результат умножением: валентность на число атомов должна дать одинаковое значение для обоих элементов.
Оставлять индексы в несокращённом отношении — значит указывать лишнее число атомов. Например, для углерода с валентностью IV и кислорода с валентностью II перестановка даёт индексы 2 и 4, но их можно разделить на 2. Перед записью формулы найдите общий делитель индексов и сократите их, если это возможно.
Индекс 1 не пишут, а формулу обязательно проверяют. Единицу иногда ставят по привычке, а проверку пропускают, потому что индексы кажутся очевидными. Уберите все единичные индексы и сравните произведения валентности на число атомов для обоих элементов. Если результаты различаются, формулу нужно исправить.
Для работы с формулами нужно знать символы химических элементов и понимать, что обозначает нижний индекс. Без этих сведений нельзя надёжно определить состав вещества по его записи. Также важно помнить, как записывают символы и формулы.
Составление формул опирается на изученные валентности водорода, кислорода и других распространённых элементов. Если валентность не дана, знакомое постоянное значение помогает начать решение. При переменной валентности необходимое значение устанавливают отдельно.
Навык составлять формулы пригодится при изучении классов неорганических веществ, названий соединений и химических уравнений. Формула помогает распознавать состав вещества и правильно использовать его обозначение. Поэтому умение проверить индексы важно и в последующих темах химии.
Что показывает валентность элемента?
Валентность показывает, сколько химических связей может образовать атом элемента в рассматриваемом соединении. Её обозначают римскими цифрами: I, II, III и так далее.
Как определить индексы в формуле по валентностям?
Запишите рядом символы элементов и их валентности, затем переставьте числовые значения валентностей в индексы противоположных элементов. Если индексы можно сократить, приведите их к наименьшим целым числам. Единицу в формуле не записывают.
Почему валентности переставляют местами?
Так число атомов каждого элемента подбирается с учётом валентности другого элемента. В результате общее число связей, которое могут образовать атомы одного элемента, соответствует числу связей атомов второго.
Когда индексы в формуле нужно сокращать?
Индексы сокращают, если у них есть общий делитель и их можно заменить меньшими целыми числами. Например, значения 2 и 4 заменяют на 1 и 2. Это позволяет записать самое простое соотношение атомов.
Почему индекс 1 в химической формуле не записывают?
Если после символа элемента нет индекса, это означает, что в формуле содержится один его атом. Поэтому запись HCl читают как один атом водорода и один атом хлора, а единицы не ставят.
§ 17. Валентность помогает составить химическую формулу
