Як визначити валентність

Слово «валентність» з латинської мови («valens») перекладається як «має силу». Вперше воно згадується на початку 15 століття, але то його значення («препарат» або «екстракт») не мало нічого спільного з сучасним тлумаченням. Основоположником нинішнього уявлення про валентність є відомий англійський хімік Е. Франкленд. Він в 1852 році опублікував роботу, в якій були переосмислені всі теорії і припущення, що існували на той момент. Саме Едуардом Франкленд було введено поняття про «сполучної силі», яке стало основою вчення про валентності, але відповідь на питання «Як знайти валентність?» В той час ще не був сформульований.

Подальшу роль у розвитку теорії зіграли роботи Фрідріха Августа Кекуле (1857 рік), Арчібальда Скотта Купера (1858 рік), А. М. Бутлерова (1861), А. фон Гофмана (1865 рік). А в 1866 році Ф. А. Кекуле в своєму підручнику привів стереохимические моделі молекул хімічних речовин з атомом вуглецю тетраедричних конфігурації у вигляді малюнків, за якими стало очевидно, як визначити валентність, наприклад, вуглецю.

Основами сучасної теорії хімічного зв'язку є квантово-механічні уявлення, що доводять, що в результаті взаємодії двох атомів утворюється загальна пара електронів. Атоми з неспареними електронами, що мають паралельні спини, відштовхуються, а з антипаралельними здатні утворювати спільну електронну пару. Хімічний зв'язок, утворилася між двома атомами при їх зближенні, являє собою частково перекриті електронні хмари. В результаті між двома ядрами утворюється щільність електричного заряду, до якого притягуються позитивно заряджені ядра, і утворюється молекула. Таке уявлення про механізм взаємодії різних атомів лягло в основу теорії хімічного зв'язку або методу валентної зв'язку. Так все-таки, як визначити валентність? Потрібно визначити число зв'язків, які здатний утворювати атом. Інакше можна сказати, що потрібно знайти кількість валентних електронів.

Якщо скористатися таблицею Менделєєва, то легко зрозуміти, як визначити валентність елемента по числу електронів, що знаходяться в зовнішній оболонці атома. Вони і називаються валентними. Всі елементи в кожній групі (розташовані в стовпцях) мають у зовнішніх оболонках однакове число електронів. У елементів першої групи (H, Li, Na, K та інші) є по одному валентному електрону. У другій (Be, Mg, Ca, Sr і так далі) - по два. У третьому (B, Al, Ga та інші) - по три. У четвертій (C, Si, Ge та інші) - по чотири валентних електрони. У елементів п'ятої групи (N, P, As та інші) по п'ять валентних електронів. Можна продовжити далі, оскільки абсолютно очевидно, що кількість електронів, що знаходяться в зовнішній оболонці електронної хмари, буде дорівнює номеру групи таблиці Менделєєва. Однак це дотримується для перших трьох груп всіх семи періодів і їх парних і непарних рядів (періоди і ряди розташовані в рядках таблиці). Починаючи з четвертого періоду та четвертої групи (наприклад, Ti, Zr, Hf, Ku) елементи побічних підгруп, що знаходяться в парних рядах, мають у зовнішній оболонці число електронів, відмінне від номера групи.

Поняття «валентність» за весь цей час зазнало істотних змін. В даний час немає його наукового або стандартизованого тлумачення. Тому вміння відповісти на питання «Як визначити валентність?» Використовується зазвичай в методичних цілях. Валентністю прийнято вважати здатність атомів, вступаючи в реакції, утворювати молекули з хімічними зв'язками, які називаються ковалентними. Тому валентність може бути виражена тільки цілим числом.

Наприклад, як визначити валентність атома сірки в таких з'єднаннях, як сірководень або сірчана кислота. Для молекули, де атом сірки пов'язаний з двома водневими атомами, валентність сірки за воднем буде дорівнювати двом. У молекулі сірчаної кислоти її валентність по кисню дорівнює шести. І в тому, і в іншому випадку валентність чисельно збігається з абсолютною величиною ступеня окислення атома сірки в цих молекулах. У молекулі H2S її ступінь окислення буде -2 (так як електронна щільність при утворенні зв'язку зрушена до атома сірки, що є більшою мірою електронегативним). У молекулі H2SO4 ступінь окислення атома сірки дорівнює +6 (так як електронна щільність зрушена до більш електронегативного атома кисню).