Как найти валентность зная формулу

Валентность – понятие для химии важное. Напомню, что валентность – это способность атома образовывать химическую связь. А не будь химической связи, как бы существовали молекулы? Но понятие валентности пугает многих школьников, хотя причина этого страха мне не очень понятна. Но всё равно: для тех, кто волнуется, слыша о химии в восьмом классе, вот ещё одно практическое занятие.

Зная валентность атома, мы можем составить формулу вещества. Но учебники химии коварны, они иногда заставляют выполнять обратное задание: определять валентность, если формула вещества имеется. Именно это мы и научимся сейчас делать.

Итак, пример 1.

Известно, что формула углекислого газа – СО2. Нужно понять, какую валентность проявляет здесь углерод. Решается эта нехитрая задачка просто. Для начала давайте-ка вспомним, что кислород всегда имеет валентность II. Значит, смело пишем:

Пока мы указали валентность, уже известную, написав над кислородом II. Но вы же помните, что валентность II означает, что атом может образовать две связи? Теперь внимание! Один атом кислорода может образовать две связи (потому что его валентность II). Но в нашей формуле два атома кислорода. Каждый образует две связи, верно? Следовательно, два атома кислорода могут образовать всего четыре связи.

Чтобы было нагляднее, представьте себе человека с именем Кислород. Сколько у него рук? Две. Вы будете называться в нашей игре Углерод. Вот Кислород двумя руками за вас и схватился (образовал две связи с вами, так сказать). В нашей компании (то есть формуле углекислого газа) два человека (или атома) кислорода. Это значит, что к вам, Углероду, прицепился и ещё один человек с именем Кислород, и тоже двумя руками. Вопрос: сколько рук за вас сейчас держатся? Ответ: четыре (каждый прилипчивый Кислород ухватил вас, Углерод, двумя руками).

И что же мы вертимся вокруг цифры 4? Так это и есть валентность углерода, ведь вы, будучи Углеродом, позволили, чтобы к вам прицепились четыре руки (по две от каждого Кислорода). Следовательно:

Ответ на задачу: атом углерода имеет валентность IV в молекуле углекислого газа.

Здесь ещё дарю лайфхак. Чтобы определить валентность атома быстрее, не воображая себя химическим элементом, поступаем так. Нужно умножить валентность первого атома на индекс (индекс – маленькая циферка, стоящая справа внизу возле элемента), а валентность второго атома на его индекс. Произведения должны быть равны!

Поясню. Валентность углерода мы как раз хотим узнать, поэтому не мудрим и обозначаем её Х. Значит, для углерода произведение «валентность*индекс» = Х*1 (1 – индекс, просто обычно единица в формуле не пишется). Для кислорода «валентность*индекс» = 2*2 (валентность II, индекс 2). Произведения должны быть равны, значит:

Х*1=2*2

Находим Х. Ура, это снова 4!

Пример 2.

Этот случай разберём менее подробно, он похож на предыдущий. Итак, у нас имеется некий оксид серы SO3. Хочется знать, какова здесь валентность серы. Не колеблясь пишем:

Используем лайфхак и составляем произведения «валентность*индекс». Для серы получаем Х*1 (потому что в формуле один атом серы). Для кислорода получаем 2*3 (2-валентность кислорода, 3 – индекс). Составляем равенство:

Х*1=2*3

Отсюда Х=6. Вы удивитесь, но это и есть правильный ответ: SO3 – это формула оксида серы (VI). Сера здесь имеет валентность VI.

Пример 3.

Вас решил запутать репетитор по химии и задал задачку посложнее. Оксид азота имеет формулу N2O5. Какова валентность азота? Но, я уверена, сейчас вы с лёгкостью ответите на вопрос. Потому что:

Для азота произведение «валентность*индекс» такое: Х*2 (индекс возле азота – 2).

Для кислорода произведение «валентность*индекс» такое: 2*5 (валентность кислорода 2, индекс у атома кислорода – 5).

Равенство: Х*2=2*5

И Х=5. Да-да-да, всё верно, валентность азота в данном оксиде V!

Надеюсь, вам пригодится этот простой способ определения валентности и больше задания на эту тему вас пугать не будут.

Пожалуйста, пишите в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.

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.

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».

В уроке 6 «Валентность» из курса «Химия для чайников» дадим определение валентности, научимся ее определять; рассмотрим элементы с постоянной и переменной валентностью, кроме того научимся составлять химические формулы по валентности. Напоминаю, что в прошлом уроке «Химическая формула» мы дали определение химическим формулам и их индексам, а также выяснили различия химических формул веществ молекулярного и немолекулярного строения.

Вы уже знаете, что в химических соединениях атомы разных элементов находятся в определенных числовых соотношениях. От чего зависят эти соотношения?

Рассмотрим химические формулы нескольких соединений водорода с атомами других элементов:

Нетрудно заметить, что атом хлора связан с одним атомом водорода, атом кислорода — с двумя, атом азота — с тремя, а атом углерода — с четырьмя атомами водорода. В то же время в молекуле углекислого газа СО₂ атом углерода связан с двумя атомами кислорода. Из этих примеров видно, что атомы обладают разной способностью соединяться с другими атомами. Такая способность атомов выражается с помощью численной характеристики, называемой валентностью.

Валентность — численная характеристика способности атомов данного элемента соединяться с другими атомами.

Поскольку один атом водорода может соединиться только с одним атомом другого элемента, валентность атома водорода принята равной единице. Иначе говорят, что атом водорода обладает одной единицей валентности, т. е. он одновалентен.

Валентность атома какого-либо другого элемента равна числу соединившихся с ним атомов водорода. Поэтому в молекуле HCl у атома хлора валентность равна единице, а в молекуле H₂O у атома кислорода валентность равна двум. По той же причине в молекуле NH₃ валентность атома азота равна трем, а в молекуле CH₄ валентность атома углерода равна четырем. Если условно обозначить единицу валентности черточкой |, вышесказанное можно изобразить схематически:

Следовательно, валентность атома любого элемента есть число, которое показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента связан данный атом в химическом соединении.

Численные значения валентности обозначают римскими цифрами над символами химических элементов:

Определение валентности

Однако водород образует соединения далеко не со всеми элементами, а вот кислородные соединения есть почти у всех элементов. И во всех таких соединениях атомы кислорода проявляют валентность, равную двум. Зная это, можно определять валентности атомов других элементов в их бинарных соединениях с кислородом. (Бинарными называются соединения, состоящие из атомов двух химических элементов.)

Чтобы это сделать, необходимо соблюдать простое правило: в химической формуле вещества суммарные числа единиц валентности атомов каждого элемента должны быть одинаковыми.

Так, в молекуле воды H₂O общее число единиц валентности двух атомов водорода равно произведению валентности одного атома на соответствующий числовой индекс в формуле:

Так же определяют число единиц валентности атома кислорода:

По величине валентности атомов одного элемента можно определить валентность атомов другого элемента. Например, определим валентность атома углерода в молекуле углекислого газа СО₂:

Согласно вышеприведенному правилу х·1 = II·2, откуда х = IV.

Существует и другое соединение углерода с кислородом — угарный газ СО, в молекуле которого атом углерода соединен только с одним атомом кислорода:

В этом веществе валентность углерода равна II, так как х·1 = II·1, откуда х = II:

Постоянная и переменная валентность

Как видим, углерод соединяется с разным числом атомов кислорода, т. е. имеет переменную валентность. У большинства элементов валентность — величина переменная. Только у водорода, кислорода и еще нескольких элементов она постоянна (см. таблицу).

Составление химических формул по валентности

Зная валентность элементов, можно составлять формулы их бинарных соединений. Например, необходимо записать формулу кислородного соединения хлора, в котором валентность хлора равна семи. Порядок действий здесь таков.

Еще один пример. Составим формулу соединения кремния с азотом, если валентность кремния равна IV, а азота — III.

Записываем рядом символы элементов в следующем виде:

Затем находим НОК валентностей обоих элементов. Оно равно 12 (IV·III).

Определяем индексы каждого элемента:

Записываем формулу соединения: Si₃N₄.

В дальнейшем при составлении формул веществ не обязательно указывать цифрами значения валентностей, а необходимые несложные вычисления можно выполнять в уме.

Краткие выводы урока:

1. Численной характеристикой способности атомов данного элемента соединяться с другими атомами является валентность.
2. Валентность водорода постоянна и равна единице. Валентность кислорода также постоянна и равна двум.
3. Валентность большинства остальных элементов не является постоянной. Ее можно определить по формулам их бинарных соединений с водородом или кислородом.

Надеюсь урок 6 «Валентность» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.