Как определить валентность элемента?

Существует несколько определений понятия «валентность». Чаще всего этим термином называют способность атомов одного элемента присоединять определённое число атомов других элементов. Часто у тех, кто только начинает изучать химию, возникает вопрос: Как определить валентность элемента?. Сделать это несложно, зная несколько правил.

Валентности постоянные и переменные

Рассмотрим соединения HF, H2S и CaH2. В каждом из этих примеров один атом водорода присоединяет к себе только один атом другого химического элемента, значит его валентность равна одному. Значение валентности записывают над символом химического элемента римскими цифрами.

В приведённом примере атом фтора связан только с одним одновалентным атомом H, значит валентность его тоже равна 1. Атом серы в H2S присоединяет к себе уже два атома H, поэтому она в данном соединении двухвалентна. С двумя водородными атомами связан и кальций в его гидриде CaH2, а значит, и его валентность равна двум.

Кислород в подавляющем большинстве своих соединений двухвалентен, то есть образует две химические связи с другими атомами.

Атом серы в первом случае присоединяет к себе два кислородных атома, то есть всего образует 4 химические связи (один кислород образует две связи, значит сера — два раза по 2), то есть валентность ее равна 4.

В соединении SO3 сера присоединяет уже три атома O, поэтому и валентность ее равна 6 (три раза образует по две связи с каждым атомом кислорода). Атом кальция же присоединяет только один атом кислорода, образуя с ним две связи, значит, его валентность такая же, как и у O, то есть равна 2.

Обратите внимание на то, что атом H одновалентен в любом соединении. Всегда (кроме иона гидроксония H3O(+)) равна 2 валентность кислорода. По две химические связи как с водородом, так и с кислородом образует кальций. Это элементы с постоянной валентностью. Кроме уже указанных, постоянную валентность имеют:

Li, Na, K, F — одновалентны;
Be, Mg, Ca, Zn, Cd — обладают валентностью, равной II;
B, Al и Ga — трехвалентны.

Атом серы, в отличие от рассмотренных случаев, в соединении с водородом имеет валентность, равную II, а с кислородом может быть и четырех- и шестивалентна. Про атомы таких элементов говорят, что они имеют переменную валентность. При этом максимальное ее значение в большинстве случаев совпадает с номером группы, в которой находится элемент в Периодической системе (правило 1).

Из этого правила есть много исключений. Так, элемент 1 группы медь, проявляет валентности и I, и II. Железо, кобальт, никель, азот, фтор, напротив, имеют максимальную валентность, меньшую, чем номер группы. Так, для Fe, Co, Ni это II и III, для N — IV, а для фтора — I.

Минимальное значение валентности всегда соответствует разнице между числом 8 и номером группы (правило 2).

Однозначно определить, какова же валентность элементов, у которых она переменная, можно только по формуле определенного вещества.

Определение валентности в бинарном соединении

Рассмотрим, как определить валентность элемента в бинарном (из двух элементов) соединении. Здесь возможны два варианта: в соединении валентность атомов одного элемента известна точно или же обе частицы с переменной валентностью.

Случай первый:

Fe2O3 — валентность кислорода постоянна и равна II. Три атома О имеют 2 × 3 = 6 единиц валентности.
Далее работаем по правилу: суммарное число единиц валентности для атомов одного элемента совпадает с числом единиц валентности для атомов другого вида (правило 3).
Согласно этому правилу, общее число единиц валентности для железа тоже равно 6.
Разделим общее число валентных единиц на количество атомов железа, то есть на 2, и получим валентность железа, равную III.

Случай второй:

SnCI4 — оба атома с переменной валентностью. Применяем ещё одно правило: в бинарном соединении элемент, стоящий на втором месте, имеет минимальную валентность. В соединениях металлов с неметаллами на втором месте записывают неметалл. В формуле вещества, состоящего только из неметаллов, на втором месте пишут символ того элемента, который в ПСХЭ находится правее или выше.
В приведённом примере Sn (олово) — металл, CI — неметалл, соответственно он и будет иметь минимальную валентность. Её определим, исходя из правила 2: 8 — 7 = 1
Далее определим суммарное число единиц валентности у хлора: 4 × 1= 4
Воспользуемся правилом 3. Суммарное количество валентных единиц олова тоже будет равно 4. Все они приходятся на один атом Sn, значит, это и есть его валентность.

Определение валентности по формуле трехэлементной частицы.

Далеко не все химические вещества состоят из двухатомных молекул. Как определить валентность элемента в трёхэлементной частице? Рассмотрим этот вопрос на примере формул двух соединения K2Cr2O7.

Cr здесь называют центральным атомом. Необходимо помнить, что все остальные атомы связаны с ним через кислородные мостики. Исходя из этого, и будем производить вычисления.
Кислород — элемент с постоянной валентностью, равной двум. Калий всегда одновалентен.
Всего атомы O образуют 7 × 2 = 14 единиц валентности, а атомы калия 1 × 2 = 2.
Из 14 валентных единиц атом серы два расходует на присоединение калия, следовательно, на хром их остаётся 14 — 2 = 12.
Это число единиц валентности приходится на 2 атома Cr, значит, на один атом приходится 12÷2=6.

Если же вместо калия в формуле будет присутствовать железо, или другой элемент с переменной валентностью, нам потребуется знать, какова же валентность кислотного остатка. Например, нужно вычислить валентности атомов всех элементов в соединении с формулой FeSO4.

Валентность кислотного остатка SO4 равна II (как ее определить, написано в статье «Формулы кислот»).
По правилу 3 валентность железа в этом случае тоже равна II.
Центральный атом здесь S. Кислород присоединяет один атом железа, расходуя на него две валентные единицы, следовательно, на серу их остаётся 8 — 2 = 6 единиц валентности. Так как в формуле FeSO4 один атом серы, то это и есть ее валентность.

Следует отметить, что термин «валентность» чаще использую в органической химии. При составлении формул неорганических соединений чаще используют понятие «степень окисления».

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎