Химия

Урок 6: Валентность и СО

Валентность и степень окисления

В этом разделе Вы познакомитесь с очень важным понятием в химии, которое поможет понять Вам суть образования веществ. С латинского языка оно означает «valēns – имеющий силу». Давайте представим, на секундочку, а можно и на больше себя малышами, лет 3 – 4.Перед вами набор конструктора. И Вы, как настоящие творцы, создаёте шедевры. Вот захотели, построили дом, не понравилось, скомбинировали иначе детали, получился робот, фантазия не имеет предела. Однако в вашем распоряжении есть определённые детальки, имеющие от 1 до 8 пазов-соединений. А в химии это понятие, о котором пойдёт речь – Валентность химических элементов.

Обложка урока взята с источника.

План урока:

Валентность 

Причины постоянной и переменной валентности

Правила определения степени окисления

 

Валентность

Представьте на минуточку, что атомы не могли бы соединяться между собой, какой вид имела бы планета, а вопрос: «Существовала ли вообще Солнечная система?» Именно благодаря тому, что атомы соединяются между собой, существуют вещества, а также и мы.

Вернёмся к деталям, мы их будем сравнивать с атомами, а их внешний вид, с количеством связей, которые они могут образовать.

Представим, что в нашем распоряжении есть вот такие детали.

1fdfg
Источник

2fdsf

Валентность элементов обусловлена количеством неспаренных электронов на внешнем уровне.

Рассмотрим металлы, расположенные в I группе. Их объединили в одно семейство щелочных металлов, поскольку реагируя с водою, они все образуют щёлочи, состава МеОН. Формула внешнего уровня имеет вид ns1. Если провести параллель с элементами конструктора, то они будут выглядеть следующим образом.

3fdsf

Они могут отличаться цветом, формой, однако их объединяет количество связей, которые они способны образовать. Иначе говоря, что щелочные металлы одновалентны.

Это правило срабатывает и для элементов II группы, только они будут иметь вид двойных деталей.

4gdfg

Вспоминаем, что элементы этой группы имеют формулу ns2, приходим к тому, что валентность атомов численно равна II.

Как возможно Вы заметили, или вспомнили с темы строение атома, что высшая валентность определяется номером группы, но не всегда ей равна. Исключением с данного правила являются атомы элементов таких как азот, фтор и кислород.

Почему фтор, находясь в VII группе, имеет валентность постоянную равную единице. В то время, для других его родственников, она будет равнять I, III, V или даже VII.

5gfdg
Источник

Поиграем с Вами в старую добрую игру «Найди … отличий». Несмотря на то, что они находятся в одной группе, имеют общую формулу внешнего слоя ns2np5, валентность их будет отличаться. Атомы хлора выигрывают за счёт свободного 3d уровня, на который при определённых условиях могут мигрировать электроны с наружного слоя, образуя при этом 3 возбуждённых состояния. Атом фтора в этом плане бедный, в распоряжении его электронов нет d-орбитали, его электронам некуда мигрировать.Поэтому имея только 1 неспаренный электрон, может образовать только единственную связь.

 

Причины постоянной и переменной валентности

Для большинства элементов характерно иметь переменную валентность. Но для некоторых она будет постоянной. Некоторые элементы Вам уже известны, пополнит этот список кислород и цинк, которые всегда двухвалентны, алюминий имеет число связей III.

Расположение элементов в периодической таблице подсказывает, о количестве связей, которые могут они образовать.

6gfdg
Источник

 

Определение валентности элементов по формулам

На рисунке изображены молекулы известных Вам веществ: это аммиак NH3, запах этого газа очень резкий и его трудно забыть, если хоть раз ощущали запах нашатырного спирта, с помощью его приводят людей в чувство после обморока.

7gsfdg
Источник

С молекулой метана СН4 Вы встречаетесь на кухне, когда открываете газовый кран, чтобы приготовить пищу. На самом деле, метан не имеет запаха, но поскольку он относится к взрывоопасным веществам, то к нему прибавляют специальные соединения, имеющие запах, чтобы в случае утечки, его можно было обнаружить.

          Молекула Н2О окружает нас повсюду. Во всех этих соединениях имеются атомы водорода, только в разных количествах. Давайте попробуем определить валентность по формуле вещества. Вспомним, что водород одновалентен. Если в аммиаке водорода насчитываем 3 атома, значит азот, условно, можем изобразить в виде такой детали.

8hfh

Как видно с рисунка, он имеет валентность III. Поэтому принципу определим валентность углерода, приходим к выводу, что он четырёхвалентен.

          Но не всегда мы видим структурные формулы, которые отображают связи между атомами, и не всегда имеем дело с одновалентными элементами. Возьмём, к примеру, вещество состава Р2О5. На два атома фосфора приходится 5 атомов кислорода. Постоянную валентность имеет кислород, которая равняется II. Чтобы определить, какую валентность будет иметь фосфор, необходимо выполнить следующие математические действия.

9gfdg

Встречаются такие соединения, где необходимо определить валентность остатков, входящих в состав кислот. Например, вещество состава Mg3(PO4)2.

Выполним согласно алгоритму. Магний всегда двухвалентен.

10fdgdg

Искомая валентность кислотного остатка равна III. Следует заметить, что в веществе всегда находиться элемент, который проявляет постоянную валентность.

При написании уравнений реакций возникает необходимость составления формул веществ. Рассмотрим реакцию обмена между оксидом алюминия и соляной кислотой.

 11dsad

В результате обмена образуется два вещества состава AlCl и НО. Чтобы определить количественный состав в веществах, воспользуемся следующим алгоритмом.

 

Составление химических формул по валентности

12dfgfg

Уравнение приобретает вид

13fdsf

Обратите внимание, что количество атомов отличается в реагентах и продуктах, его необходимо уравнять.

14gfdfg

Составим формулы веществ по валентности элементов.

15gfhgh

Немаловажную роль наравне с валентностью играет такое понятие как степень окисления (СО).

16ggfdg

Термин валентность применим для соединений, имеющих молекулярное строение. Но, как известно, ещё существуют вещества ионного строения, которые образуются за счёт электростатического притяжения между разноимёнными зарядами. Каким образом они образуются? Чтобы ответить на данный вопрос, вспомним об электроотрицательности.

При образовании вещества, одни атомы будут отдавать свои электроны, другие – принимать. Рассмотрим на примере соединений молекулярного строения Cl2, HCl и ионного NaCl.

17gfdfg

Обратите внимание, что вещества молекулярного строения, имеют структурную формулу, соединение атомов между собой показывается в виде черты – между ними. Для веществ имеющих строение, отличающее от молекулярного, более применимо понятие степени окисления, которое имеет универсальное применение для всех типов веществ.

Каким образом получается молекула вещества HCl? У водорода имеется один-единственный электрон, который располагается на 1s уровне, у хлора целых 7, занимающих уровни 3s2 и 3р5. Как Вы считаете, какой атом будет отдавать, а какой принимать электроны? При всём своём желании, атом водорода никак не сможет принять электроны хлора, ему просто некуда. Как он сможет расположить в своей 1s ячейке целых 7 электронов хлора. Логично предположить, что принимать будет хлор. Ему как раз не хватает одного электрона, чтобы завершить свой уровень. Поэтому водород будет иметь заряд +, а хлор -. Степень окисления указывается в правом верхнем углу элемента, арабскими цифрами, знак + или – ставим перед цифрой H+Cl.

А вот какую степень окисления имеет простое вещество. Атомы равноценные партнёры, поэтому она будет нулевая.

18hgfgh

При образовании ионного соединения NaCl натрий, как элемент имеющий малое число электронов на внешнем слое, а именно 1, подобно водороду, отдаёт его хлору, образуя при этом катион Na+, хлор при этом становится отрицательным анионом Cl.

 

Правила определения степени окисления

Подобно валентности, для определённых элементов свойственна постоянная степень окисления. Это металлы, которые отличаются малым количеством электронов внешнего слоя. Отличительной характеристикой их будет невозможность иметь отрицательный заряд, поскольку они ВСЕГДА отдают электроны.

В противовес металлам существует один-единственный элемент, который абсолютно ни с кем не хочет делиться своими электронами.Ни при каких условиях он не отдаст их, это фтор, который всегда отрицателен F.

Такой элемент, как кислород, обычно имеет отрицательный заряд, это -2. И только с фтором, он будет положительным +2.

Аналогичная ситуация с водородом, характерная СО (степень окисления) +1, однако исключения составляют соединения с металлами, где его степень окисления будет отрицательная и равняется -1.

19gfdfg

Все эти значения вытекают с периодической системы, которая помогает определить степени окисления элементов.

20fdfg
Источник

С таблицы видно, что для большинства элементов эта величина не постоянная.

Чтобы вычислить степень окисления элементов в соединениях, будем руководствоваться следующими правилами.

21fdfhgh

Как бы то ни было, природа не ограничивается бинарными соединениями. Существует множество веществ состоящих из 2 и более элемента. Впрочем вычисление совсем не отличается, первоначально определяем элементы, имеющие постоянную степень окисления, а дальше проделав нехитрые математические действия находим СО для остальных. Главное правило, чтобы вещество было нейтральным, количество плюсов должно равняться количеству минусов.

К примеру, в веществе H2SO3 самым электроотрицательным является кислород, он заберёт электроны как в водороде, так и в серы, вследствие этого имеет отрицательную СО, а Hи Sстанут положительными. В этом соединение имеются 2 элемента, имеющих известную СО – это Н и О.

22ffghj

Обратите внимание, на нахождение СО в кислотном остатке. В данном случае, мы приравниваем не к 0, а к заряду аниона.

23ghjk

Здесь у серы х внизу

Как правило, валентность и степень окисления совпадают по абсолютной величине. Но исключения составляют простые вещества, например, в простом веществе азот, формула которого N2, степень окисления равняется 0, в тоже время, валентность атомов азота равна III. N0 ≡ N0.

Либо в катионе аммония NH4+. Азот имеет СО -3, а валентность IV.

24ghjkh

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Постоянная валентность характерна для элементов:
1Al
2Ca
3S
4F
5H
6Cu
Ответить
1245
Вопрос: 2
Выберите соединения, в которых валентность углерода, имеет максимальное значение
1CO
2CO2
3CH4
4CaC2
Ответить
23
Вопрос: 3
Отметьте вещества с переменной валентностью
1KMnO4
2ZnCl2
3NaF
4CuO
5K2O
Ответить
124
Вопрос: 4
Степень окисления серы равна +6 в соединениях:
1K2SO4
2SO2
3SO3
4Na2S2O3
Ответить
13
Вопрос: 5
Валентность равна степени окисления в следующих соединениях:
1NO, N2, N2O5
2SO2; SO3; ZnCl2
3BaF2; H2S; O2
4CH4; OF2; CO2
Ответить
24
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Постоянная валентность характерна для элементов:
1) Al 2) Ca 3) S 4) F 5) H 6) Cu
2 вопрос:

Выберите соединения, в которых валентность углерода, имеет максимальное значение
1) CO 2) CO2 3) CH4 4) CaC2
3 вопрос:

Отметьте вещества с переменной валентностью
1) KMnO4 2) ZnCl2 3) NaF 4) CuO 5) K2O
4 вопрос:

Степень окисления серы равна +6 в соединениях:
1) K2SO4 2) SO2 3) SO3 4) Na2S2O3
5 вопрос:

Валентность равна степени окисления в следующих соединениях:
1) NO, N2, N2O5 2) SO2; SO3; ZnCl2 3) BaF2; H2S; O2 4) CH4; OF2; CO2
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: Al
1 вопрос: Ca
1 вопрос: F
1 вопрос: H
2 вопрос: CO2
2 вопрос: CH4
3 вопрос: KMnO4
3 вопрос: ZnCl2
3 вопрос: CuO
4 вопрос: K2SO4
4 вопрос: SO3
5 вопрос: SO2; SO3; ZnCl2
5 вопрос: CH4; OF2; CO2