Валентностью называют способность атома химического элемента образовывать определенное число химических связей с другими атомами. При этом учитывается только число ковалентных взаимодействий, то есть тех, которые возникли по:
- обменному механизму, в котором в образовании связи участвуют атомные орбитали, несущие один электрон, т.е. каждый из атомов предоставляет по одному неспаренному электрону.
- донорно-акцепторному механизму, где образование связи происходит за счет электронной пары одного из атомов (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептора).
При этом, определение валентность не учитывает полярность связей, а поэтому она не имеет знака (формальный заряд на атоме учитывает степень окисления).
Валентность зависит от числа свободных или спаренных электронов, а также от числа вакантных орбиталей (из определения ковалентной связи), поэтому у большинства химических элементов она не имеет одного постоянного значения, т.е. может быть постоянной и переменной.
К элементам, имеющим постоянную валентность можно отнести:
| Элемент | Валентность | Пример |
| H,F, металлы IA группы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) | I | H2O,HF,K2O |
| O, металлы IIA группы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), Zn | II | MgO |
| Al,B | III | Al2O3 |
Элементы, имеющие постоянную валентность, проявляют только её во всех соединениях, например водород имеет валентность, равную единице и в H2O, и в H2SO4, и т.д.
Переменная валентность меняется в зависимости от соединения и может быть:
- высшей, то есть соответствовать его максимальной возможности образовывать ковалентные связи; она определяется номером группы элемента;
- низшей, соответствующей минимальной возможности образовывать такие связи;
- переменной, принимающие значения, находящиеся между высшей и низшей валентностью.
Однако существуют исключения. Так, высшая валентность O принимает значение II (III в H3O+), хотя находится в VII группе, F — одновалентен (VII группа), Fe — двух- и трёхвалентно (VIII группа), Cu — одно- и двухвалентна (I группа), N — четырехвалентен (V группа).
| В общем случае, для элементов второго периода часто наблюдается несоответствие высшей валентности и номера группы. Это происходит, так как атомы таких элементов не могут образовать максимальное количество связей из-за своего электронного строения. Так, например, у кислорода валентность не может равняться шести, потому что он, как элемент второго периода, может иметь на внешнем энергетическом уровне только 2s и 2p подуровни. На s подуровне может находиться максимум два электрона, на p подуровне – шесть; на p подуровне кислорода имеется четыре электрона, два из которых образовали пару, следовательно, может образовываться валентность равная двум. У кислорода отсутствует свободный подуровень ( как например, d подуровень у серы), на который могли бы перейти электроны, разрушив пары и делая возможной валентность равную шести, так как все шесть электронов стали бы способны образовывать новые связи. |
Определить валентность элементов в соединении можно, зная порядок соединения атомов в молекуле и кратности образуемых связей. Например, валентность фосфора в P2O5 равна пяти (каждый атом фосфора образует пять связей):
Нужно помнить, что сумма единиц валентности одного атома в соединении должна соответствовать суммарной валентности второго. Поэтому, для определения валентности элемента в соединении нужно:
| -Записать формулу вещества -Написать над элементом с постоянной валентностью её значение -Найти общее число валентностей элемента: умножить его валентность на число атомов этого элемента в соединении -Полученное число поделить на число атомов элемента, валентность которого мы не знаем. Результат и будет искомой валентностью. |
Из этих соображений, можно определять валентность в тех соединениях, в которых для одного из атомов она известна (является постоянной), а для другого (определяемого), она переменна.
Также, по схожему принципу можно определить химическую формулу соединения, зная валентности его атомов. Для этого нужно воспользоваться алгоритмом:
| -Записать формулы элементов -Написать над ними значения их валентностей. Если один из элементов не имеет постоянной валентности, то нужное нам значение будет указано в условии задания -Найти НОК валентностей -Поделить НОК на значения валентностей элементов и тем самым получить индексы, отображающие число атомов. |
Электронная теория химической связи позволяет понять, какие конкретные значения переменной валентности может проявлять элемент. Валентные возможности атомов (то есть те валентности, которые он может проявлять) определяются числом его неспаренных электронов в основном (а также возбужденном состоянии), участвующих в образовании общих электронных пар с электронами других атомов. Электроны на внутренних оболочках атома не участвуют в образовании химических связей, поэтому высшая валентность элемента считается равной числу связей, образуемых электронами на внешней электронной оболочке атома.
Так, например, внешний энергетический уровень азота имеет вид 2s22p3
Исходя из электронно-графической схемы, можно сделать вывод, что атом азота может проявлять валентность равную трём, т.к. он имеет три неспаренных электрона на 2p орбитали. Пример – молекула аммиака NH3
Но азот также способен образовывать ещё одну ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму:
Данная валентность азота проявляется в ионе аммония NH4+ .
Связь степени окисления с валентностью?
Понятие валентность используется для количественного выражения электронного взаимодействия в ковалентных соединениях, то есть в тех соединениях, которые образованы за счет общих электронных пар. Степень окисления используется для описания реакций, которые сопровождаются отдачей или присоединением электронов.
В отличии от валентности, являющейся нейтральной характеристикой, степень окисления может иметь положительное или отрицательное значение. Положительное значение соответствует числу отданных электронов, а отрицательное числу присоединенных. Нулевое значение степени окисления означает, что элемент находится либо в форме простого вещества, либо он был восстановлен до 0 после окисления, либо наоборот.
Подробнее о теме «Степень окисления» можно почитать здесь: https://eni.ssau.ru/chem/stepen-okisleniya/
