Валентность

Слово «валентность» звучит красиво и одновременно загадочно. В этой статье вместе с экспертом разберемся, что скрывается за этим словом: что такое валентность, как ее определить и какова ее роль в химии. Напоследок проверим свои знания с помощью «химического» теста

Игорь Геращенко
Автор КП
Анастасия Чистякова
Старший методист по естественно-научному направлению Домашней школы «ИнтернетУрок»
Термин «валентность» появился еще в Средние века, где в научных трудах он имел значение «препарат», «экстракт». И только в конце ХIХ столетия его стали использовать для обозначения связей между мельчайшими частицами вещества.

В 1852 году английский химик Э. Франкленд ввел в химию понятие «соединительная сила», которое положило начало учению о валентности. В 1857 году немецкий ученый Ф. А. Кекуле, изучая свойства углерода в метане, пришел к выводу о существовании «основности» атомов – таком же важном и постоянном свойстве, как атомный вес. Спустя три года российский химик А. М. Бутлеров усовершенствовал учение о валентности, распространив его на органические соединения.

Что такое валентность в химии

Валентность – это способность атома образовывать химические связи с другими атомами. Такие связи создаются за счет электронов, расположенных на внешнем электронном слое. Поэтому количественной мерой валентности становится число совместных связей между атомами.

Химические соединения предполагают формирование общих электронных пар. Этот процесс получил наименование «ковалентная химическая связь». В зависимости от числа общих электронных пар выделяют одинарную, двойную и тройную ковалентную связь.

Большим достижением в химии стало наглядное изображение молекул, с помощью которого легко представить себе понятие валентности и ковалентной связи. К примеру, водород имеет сокращенную химическую формулу H₂ и структурную формулу: Н – Н. Во втором случае видно, что водород обладает одновалентностью, поскольку связан в молекуле только с одним своим собратом.

Формула воды H₂O и Н – О – Н наглядно свидетельствует о двухвалентности кислорода, так как он способен создавать две ковалентные связи с атомами водорода.

Углекислый газ CO₂ и О = С = О состоит из двух атомов кислорода и атома углерода, у которого валентность равна четырем. Он может присоединять 2 двухвалентных атома кислорода либо 4 одновалентных атома водорода, как в метане СН₄.

Как определить валентность химических элементов

Существуют разные способы определения валентности химических элементов. Самый простой заключается в том, чтобы обратиться к специальной таблице валентности химических элементов.

Другой способ связан с расчетом валентности по химической формуле. За единицу валентности принимается валентность атома водорода, так как он способен образовывать с другими атомами только одну связь. Химические элементы, взаимодействуя с водородом, показывают собственную валентность. Например, в молекуле хлористого водорода (HCl) хлор имеет валентность I. В молекуле аммиака (NН₃) азот соединен с тремя атомами водорода, следовательно, его валентность – III.

Кроме водорода, валентность химических элементов можно определять по кислороду, который во всех своих соединениях двухвалентен. Так, в оксиде серы (IV) SO₂ валентность серы равна IV (валентность кислорода умножаем на 2). А в соединении SO₃ валентность серы уже VI (два умножаем на три).

Когда речь идет о сложных соединениях, где присутствует более двух химических элементов, определить валентность каждого из них становится сложнее. О молекуле HClO₄ можно только сказать, что остаток ClO₄ одновалентен, а в соединении H₂SO₄ остаток SO₄ двухвалентен.
    В сложных соединениях, где присутствует более двух химических элементов, определить валентность можно по химическим формулам. Фото: pixabay.com

    Таблица валентности химических элементов

    Приведем в качестве примера таблицу валентности наиболее распространенных химических элементов. Звездочкой отмечены элементы с постоянной валентностью.

      Популярные вопросы и ответы

      Отвечает Анастасия Чистякова, старший методист по естественно-научному направлению Домашней школы «ИнтернетУрок»

      Что такое постоянная валентность?

      – В таблице Менделеева существуют так называемые элементы с постоянной валентностью. Свое название они получили из-за способности образовывать строго определенное количество химических связей. Постоянная валентность чаще всего совпадает с номером группы, где находится элемент. Таких элементов сравнительно немного, поэтому их можно легко запомнить.

      Постоянную валентность I (могут присоединять или замещать только один атом другого элемента) имеют щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) и фтор (F).

      Постоянную валентность II (способность присоединить или заместить только два атома других элементов) имеют металлы второй группы, главной подгруппы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) и кислород (O).

      Постоянную валентность III имеет всего лишь один элемент – алюминий (Al), так как только он способен присоединить либо заместить три атома других химических элементов.

      Как определить валентность по таблице Менделеева?

      – Большинство химических элементов обладают переменной валентностью, и ее можно определить по таблице Менделеева. В этой таблице номер группы соответствует высшей валентности элемента. Если от восьми отнять номер группы, где находится элемент, мы узнаем его низшую валентность. Например, высшая валентность серы (S) – 6, так как она находится в шестой группе, а низшая – 2 (8 - 6 = 2).

      Правда, бывают и исключения, которые нужно запомнить. Кремний (Si) находится в IV группе, и можно сделать предположение, что его низшая валентность – IV. Однако это не так. Низшая валентность кремния – II. Азот (N) расположен в V группе, но его низшая валентность также II.

      Чем валентность отличается от степени окисления?

      – Понятия «валентность» и «степень окисления» являются близкими по своему значению, но далеко не тождественными. Валентность определяет количество химических связей, которыми атом элемента связан с другими атомами в молекуле. Степень окисления используется для описания тех реакций, которые сопровождаются присоединением либо отдачей электронов.

      Валентность нейтральна, а степень окисления может быть положительной, отрицательной или нулевой. Положительная степень окисления соответствует количеству отданных электронов, отрицательная – числу присоединенных. Нулевая степень окисления говорит о том, что данный элемент находится или в состоянии простого вещества, или был восстановлен до нуля после окисления, или окислен до нуля после предшествующего восстановления.

      Чаще всего валентность и степень окисления количественно равны, однако бывают и исключения, которые необходимо запомнить. Например, в азотной кислоте (HNO₃) валентность атома N равна IV, а степень окисления +5. В молекуле CO углерод имеет валентность II, а степень окисления +2
      Валентность элементов
      Выполните несложные задания и проверьте, насколько хорошо вы разобрались в теме.
      Пройти тест
      1. Когда появился термин «валентность»?
      Дальше
      Проверить
      Узнать результат
      2. Что такое валентность?
      Дальше
      Проверить
      Узнать результат
      3. Какой химический элемент обладает постоянной валентностью?
      Дальше
      Проверить
      Узнать результат
      4. Какой элемент имеет переменную валентность?
      Дальше
      Проверить
      Узнать результат
      5. Какая связь образуется за счет общих электронных пар?
      Дальше
      Проверить
      Узнать результат
      6. Какова валентность азота (N) в молекуле аммиака (NH₃)?
      Дальше
      Проверить
      Узнать результат
      7. Какова валентность серы в соединении SO₂?
      Дальше
      Проверить
      Узнать результат
      Перечитайте статью еще раз. Уверены: результат будет лучше!
      Пройти еще раз
      Перечитайте статью еще раз. Уверены: результат будет лучше!
      Пройти еще раз
      Перечитайте статью еще раз. Уверены: результат будет лучше!
      Пройти еще раз
      Вы освоили материал, однако ошибки еще есть.
      Пройти еще раз
      Вы освоили материал, однако ошибки еще есть.
      Пройти еще раз
      Поздравляем! У вас отличный результат.
      Пройти еще раз
      Фото на обложке: pexels.com